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海上風電腐蝕如何防護?ISO12944防腐蝕測試認證

隨著國際能源危機的不斷攀升以及低碳經濟的日益凸顯,作為一種新興的清潔能源,海洋風電技術日益成熟,風電產業也日益穩定,風能已成為可再生能源的重要選擇。我國海岸線遼闊,海上資源儲備豐富,水深5-50米海域,100米高度的海上風能資源開放量為5億千瓦。然而,與陸地風電相比,海上風電所處的高濕度、高鹽霧、長日照、海水、海泥、漂浮物、浮冰等惡劣的海洋環境,必然使海上風機面臨嚴峻的腐蝕考驗,腐蝕與防護問題已成為海上風電遇到的技術難題之一,如何進行防腐蝕設計是重中之重。南京睿督公司分享海洋防腐塗料NORSOK M-501認證及ISO12944防腐蝕測試認證,網址:www.fire-test.com

ISO/TS 19392-3 Paints and varnishes-Coating systems for wind-turbine rotor blades.Part 3: Determination and evaluation of resistance to rain erosion using water jet.

DNVGL-CP-0424:2016 Coatings for protection of FRP Structures with heavy rain erosion loads
DNVGL-CP-0424:2016 複合材料結構雨蝕塗料認證

1.腐蝕環境

海上風電設計壽命一般在25年以上,其防腐蝕設計壽命也應超過25年,同時腐蝕控制系統也必須能夠承受各種環境的考驗,比如海泥、海水、浪花飛濺、海洋大氣以及持續的機械損傷、磨損等,結合海洋腐蝕環境分區及海上風電結構所處的位置,以單樁基礎的風機為例,海上風電結構可分為四個環境分區。

圖1單樁基礎海上風電腐蝕環境分區示意圖

表1環境分區和腐蝕環境分區

注:Im2表示海水或微咸水環境,Im3表示土壤環境,Im4表示受陰極保護結構所處的海水或土壤環境,C4、C5、CX表示具有不同腐蝕性的大氣環境。

從圖1和表1中可以看出,區域1對應于內外部海洋腐蝕環境的全浸區和海泥區,其環境腐蝕性等級可定義為Im2/Im4和Im3/Im4。區域2對應于內外部海洋腐蝕環境的飛濺區、潮差區和低水位區,然而對於該區域,不同的標準中有不同的劃分方法,IEC 61400-3-1和DNVGL-RP-0416中定義為飛濺區,其上限為重現期為1年的最高靜水位加上重現期為1年的有以波高的波峰高度,其下限為重現期為1年的最低靜水位減去重現期為1年的有義波高的波谷深度;而NB/T 31006[7]中定義為浪濺區,其上限可按照式(1)計算,下限可按照式(2)計算。區域3對應于海洋腐蝕環境的大氣區,該區域直接與外部海洋大氣直接接觸,IEC 61400-3-1和DNVGL-RP-0416中規定該區域的環境腐蝕性等級為C5或CX。區域4也為海洋腐蝕環境的大氣區,但該區域位於塔架、機艙-葉輪內部,不與外部海洋大氣直接接觸,IEC 61400-3-1[5]中規定該區域的環境腐蝕性等級為C4,但採取腐蝕環境控制措施的機艙內部,其環境腐蝕性可達到C3或以下。

式中:U1等於0.6H1/3,H1/3為重現期100年有效波高的1/3,單位為m;U2為最高天文潮位,單位為m;U3為基礎沉降,單位為m。

式中:L1等於0.4H1/3,H1/3為重現期100年有效波高的1/3,單位為m;L2為最低天文潮位,單位為m。

2.海上風機

2.1基礎

海上風機常用的基礎形式有單樁基礎、重力式基礎、三角架式基礎、導管架式基礎、多樁式基礎、導管架式基礎和漂浮式基礎。單樁基礎、三角架式基礎、導管架式基礎、多樁式基礎、導管架式和漂浮式基礎通常為鋼質結構,所處環境分區為區域1~區域3,區域1一般採用塗層和陰極保護聯合保護的方式進行腐蝕控制,區域2通常採用腐蝕預留和塗層聯合保護的方式進行腐蝕控制,陰極保護也能對該區域的腐蝕控制起一定作用,區域3一般採用塗層進行腐蝕控制。塗層可參考ISO 12944-5、ISO 12944-9、Norsork M-501、GB/T 31817[14]或NB/T 31006[7]進行設計(見表2),從表2中可以看出,國內大氣區C5腐蝕環境等級的塗層配套的標準主要參照了國外標準ISO 12944-5,具體方案是富鋅底漆+環氧中間漆+聚氨酯面漆,總膜厚320mm;國內的標準未體現CX腐蝕環境等級的塗層配套,而ISO12944-9和Norsok M-501標準中採用富鋅底漆+環氧中間漆+聚氨酯面漆,總膜厚280mm,CX環境腐蝕性比C5高,但塗層配套卻比C5要求低,邏輯上不是很嚴謹,期望後續標準更新時能解決該問題;飛濺區內外部的塗層厚度一般要求600mm以上,並採用聚氨酯面漆可以增強塗層抗紫外線的能力;全浸區內外部的塗層厚度一般要求350mm以上;海泥區一般不採用塗層。陰極保護通常採用犧牲陽極陰極保護,也有採用外加電流陰極保護的情況,陰極保護常參考DNV-RP-B401、NACE SP0176、GB/T 33423、NB/T 31006、JTS 153-3等進行設計,腐蝕預留可參照DNVGL-RP-0416[或NB/T 31006選取。重力式基礎一般採用鋼筋混凝土結構,可採用塗料體系進行腐蝕控制。

表2不同標準中的塗層配套設計

2.2塔架和機艙-風輪組件

塔架和機艙-風輪組件所處的環境為區域3和區域4,區域3鋼質部件所採取的腐蝕控制措施包括防腐塗料、熱噴塗、熱浸鍍鋅、複合塗層(熱噴鋅/熱浸鍍鋅+塗料)、達克羅、耐蝕材料、陽極氧化、電鍍等,防腐塗料及複合塗層配套可參考ISO 12944-5、ISO 12944-9、Norsok M-501、GB/T 31817、GB/T 33630、NB/T 31006進行設計(見表2),從表2中可以看出,國內大氣區C5腐蝕環境等級的塗層配套的標準主要參照了國外標準ISO 12944-5,具體方案是富鋅底漆+環氧中間漆+聚氨酯面漆,總膜厚320mm,塔筒外表面也可以採用熱噴鋅+封閉漆+環氧中間漆+聚氨酯面漆塗層配套方案,總膜厚340mm;對於風機內部C4環境腐蝕性等級的區域,國內標準取消了面漆,但總膜厚基本與國外標準一致。熱噴塗、熱浸鍍鋅、達克羅應分別符合ISO 2063-1、ISO 1461和ISO 10683中的要求,耐蝕材料一般採用不銹鋼或鋁合金,為增強其防腐性能或外觀需要,可在耐蝕材料外表面採用塗料進行塗裝;區域3的葉片為環氧玻璃鋼或聚酯玻璃鋼材質,通常採用膠衣或聚氨酯塗料進行防腐,對於葉片塗層的性能要求可參考ISO TS19392-1,葉片塗層設計可參考GB/T 31817。區域4除了區域3所用到的腐蝕控制措施外,還可以採用控制風機內部環境(如溫度、濕度、鹽霧)的方式來控制腐蝕,環境控制的要求可參考GB/T 33630,典型的環境控制系統如圖2所示,總體設計是塔筒、機艙儘量密封,然後採用鹽霧篩檢程式和除濕機設備過濾鹽霧、除濕和通風散熱,並形成微正壓,使得內部空氣往外流,從而控制內部環境,一定程度上降低環境腐蝕性。電氣/電控設備一般處於環境區域4,但這些設備的外殼往往很薄(≤4mm)而不能採用噴砂表面處理後塗裝油漆,因此,對於這些設備的外殼,可採用不銹鋼材質或者粉末靜電噴塗防腐。

3.海上升壓站

海上升壓站所處的環境分區為區域1~區域3,海上升壓站平臺一般由多層鋼結構平臺組成,包含甲板、立柱、欄杆、爬梯護籠、梁、斜撐管等部件,以及配合設備安裝的管件、緊固件、支架,主要參考海洋平臺的防腐標準進行腐蝕控制設計,各環境分區的主要腐蝕控制方法與海上風機類似,塗層主要參考ISO 12944-5、Norsok M-501、NACE SP0108等進行設計,陰極保護可參考DNV-RP-B401、NACE SP0176、NB/T 31006等進行設計,還有採用熱噴鋅、熱浸鍍鋅、複合塗層、不銹鋼、鋁合金等腐蝕控制方法。對於海上升壓站的變壓器,內壁可採用耐油耐高溫的環氧酚醛塗料防腐,外壁可採用環氧富鋅+環氧玻璃鱗片漆+聚氨酯面漆防腐,散熱器可採用環氧玻璃鱗片漆+聚氨酯面漆防腐[]。海纜通常由銅芯、絕緣層、阻水層、護套層、鎧裝層、外被層等結構組成,而金屬材質的鎧裝層一般僅由瀝青帶組成的外被層保護,時間一長容易受到海纜所處的海泥微生物、海水環境的侵蝕,同時,外被層一旦破壞,金屬鎧裝中的電流也會造成電腐蝕,從而加速鎧裝層的腐蝕,因此,加強海纜尤其是鎧裝層的腐蝕控制尤為重要,可改進外被層的塗層防腐工藝或採用陰極保護的方式進行腐蝕控制。

4.展望

腐蝕問題是海上風電面臨的一項重要挑戰,做好防腐蝕工作既有利於降低全生命週期度電成本,也有利於提高風電設備的可靠性和安全,因此尤為重要。

ISO12944 防腐塗層體系,對塗層體系選擇應用起到良好的指導作用,取得了非常好的應用效果。ISO12944-5 防護塗層體系,詳細介紹了各種腐蝕環境下的防護漆體系,以及不同耐久性要求下的漆膜厚度。ISO12944 是目前全球公認的權威標準,國內的防腐設計規範標準,均以該標準為主要參考資料。南京睿督公司提供ISO12944防腐塗層的測試認證,諮詢電話:025-8658 3475。

海洋防腐塗料國際標準:ISO12944/NORSOK M501/ISO20340  https://www.fire-test.com/newsinfo/2040225.htm
南京睿督解讀:ISO12944塗料防腐蝕等級分類及防腐蝕年限規定 https://www.fire-test.com/newsinfo/2999513.html

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 來源:防火網  發布時間:3/28/2023  點擊次數:496

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