1 海洋環境下塔筒的腐蝕機理和對應的防護措施
海上風電塔筒的腐蝕防護措施主要有:增加腐蝕允量、電極防護、鍍層、噴涂防腐蝕涂料等方法。與陸上風電不同的是,海上風電塔筒所處的“腐蝕環境”不同。需要從實際出發,深入了解海洋腐蝕的特殊性后,將海上風電塔筒所處腐蝕環境細化,并通過電化學原理、熱力學理論,對應分析各個環境狀態下的腐蝕機理,從而有針對性地選擇腐蝕防護措施。[2]
1.1 海洋大氣區:涂料防腐
海洋大氣是指海面飛濺區以上的大氣區和沿岸大氣區,在此區域中主要含有水蒸氣、氧氣、氮氣、二氧化碳、二氧化硫以及懸浮于其中的氯化鹽、硫酸鹽等,具有比普通大氣濕度大、鹽分高、溫度高及干、濕循環效應明顯等特點。
由于海洋大氣濕度很大,水蒸氣在毛細管作用、吸附作用、化學凝結作用的影響下,附著在鋼材表面形成一層肉眼看不見的水膜,二氧化碳、二氧化硫和一些鹽分溶解在水膜中,使之成為導電性很強的電解質溶液。此外,氯離子有穿透作用,它能加速鋼材的點蝕、應力腐蝕、晶間腐蝕和縫隙腐蝕等局部腐蝕。此區域的腐蝕防護措施主要為涂料防腐。[3]
由于海上石油平臺與海上風電所處的腐蝕環境基本類似,都是ISO 12944 界定的C5M 海洋大氣環境[4],而且海上石油平臺所選用的油漆系統經過二三十年海上的實際使用案例,證明了海上石油平臺油漆體系防腐性能的可靠性,因此國外很多海上風電生產廠家已經采用海上石油平臺的防腐涂層系統作為它們選擇防腐油漆的重要參考,其標準依據也主要采用海上石油平臺防腐涂料的現行標準。[5]
目前風電防腐蝕涂料市場中,丹麥的赫普( HEMPEL)塔筒涂料市場占有率最高。另外還有挪威的佐敦( JOTUN) 、荷蘭的阿克蘇諾貝爾( AKZO- NOBEL) 等。國內防腐蝕涂料在風電塔筒行業中占有率較低。涂料的類型主要是富鋅涂料和聚氨酯涂料,具有較高的品質和耐久性,但
海上風電苛刻的腐蝕環境,要求不斷提高其綜合性能以更好的滿足海上風電防腐蝕的需要。在設計涂層方案時,需要綜合考慮環境、施工和性能,優先選擇施工方便,盡量選用可以使用普通涂裝設備進行施工、耐海水性能優異、耐紫外線、抗粉化性能好、耐老化的涂層體系。必要時,可對塔筒外表面整體噴鋅,但須對應優化富鋅底漆的含鋅量和涂裝厚度,從而控制造價。[6]
1.2 浪花飛濺區、海水潮差區:包覆防腐
鋼鐵設施在海洋環境中的腐蝕很不均勻。據資料研究表明,在浪濺區干濕交替過程中,鋼的陰極電流比在海水中的陰極電流大,因為在浪濺區鋼表面銹層自身氧化劑的作用而使陰極電流變大。也就是說,浪濺區的鋼在經過干燥過程以后,表面銹層在濕潤過程中是作為一種強氧化劑在起作用,而在干燥過程中,由于氧化作用,銹層中的Fe2+ 又被氧化為Fe3+,上述過程的反復進行,使鋼鐵的腐蝕加速,使鋼結構損傷嚴重。一般情況下,同一種鋼,在浪花飛濺區的腐蝕速度可比海水全浸區中高出3 ~ 10 倍,浪濺區成為所有海洋環境中腐蝕最為嚴重的部位。一旦在這個區域發生嚴重的局部腐蝕破壞,會使整座鋼結構設施大大降低承載力,縮短使用壽命,影響安全生產,甚至導致設施提前報廢。[7]