海上风电基座及塔筒防腐涂层国产化配套解决方案.pdf
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1、腐蚀与控制 CORROSION AND CONTROL海上风电基座及塔筒防腐涂层国产化配套解决方案韩志伟1,沈雪锋2,龚骏3,夏渊2(1.91184部队,辽宁大连 116041;2.中海油常州涂料化工研究院有限公司,江苏常州213016;3.中远佐敦船舶涂料(青岛)有限公司,山东青岛 266109)Solutions to Localized Anticorrosive Coating forPedestal and Tower of Offshore Wind Power摘要:海上风电设施所处恶劣海洋腐蚀环境,对防腐涂料提出更高的要求。当前海上风电设施的防腐涂料均采用国外涂料产品,从打破国外
2、公司技术垄断的角度考虑,非常有必要开展海上风电设施防护涂装体系国产化研究。本研究主要针对海上风电的长效防腐及相关其他性能要求,采用国产重防腐涂料产品开展相关配套设计、性能评价及现场涂装应用研究,为后续的大规模应用奠定基础。关键词:海上风电;长效防腐;国产化;涂装应用中图分类号:TQ639文献标识码:A文章编号:2096-8639(2023)08-0005-07Han Zhiwei1,Shen Xuefeng2,Gong Jun3,Xia Yuan2(1.Military 91184,Dalian,Liaoning 116041;2.CNOOC Changzhou Paint and Coati
3、ngs IndustryResearch Institute Co.,Ltd.,Changzhou,Jiangsu 213016,China;3.Jotun COSCO Marine Coatings(Qingdao)Co.,Ltd.,Qingdao,Shandong 266109,China)0 引言按照国家“碳达峰、碳中和”的发展战略,将在2030 年之前,把 CO2的排放量达最大,碳中和目标在2060 年之前实现。风电由于其自然的环保特性,不会造成任何的碳排放,在可再生能源领域,是一种被广泛认可、具备广泛商业化前景和规模开发的发电方式。目前全球已有不少于 70 个国家和地区在利用风能发电
4、。在国家政策的支持下和能源供应的紧张形势下,中国的风力发电行业迅速兴起并成为全球最活跃的风电投资领域。大力发展风电产业是实现“碳达峰、碳中和”战略目标的重要举措之一1-4。海上风电相较于陆地风电,有着以邻近沿海城市供应为优势。同时,海上风电利用资源丰富、发电小Abstract:The offshore wind power facilities are located in the harsh marine corrosion environment,which puts forward higher requirements for anticorrosive coatings.At pre
5、sent,the anticorrosivecoatings for offshore wind power facilities are produced by foreign companies.It is very necessaryto carry out the research on the localization of the protective coating system for offshore wind powerfacilities.In this paper,based on the longlasting anticorrosion and other rela
6、ted performancerequirements of offshore wind power,the domestic heavy-duty anticorrosive coatings are used tocarry out related supporting design,performance evaluation and on-site coating application research,which is useful for further large-scale application.Keywords:offshore wind power;longlastin
7、g anticorrosion;localization;coating and application涂层与防护第44卷第8期2023年8月Vol.44 No.8Aug.2023COATING AND PROTECTION5腐蚀与控制 CORROSION AND CONTROL时数高、持续稳定、发电量大,且不需要占用土地,更适宜进行大规模开发。如今,它已成为全球风电发展的最新趋势。但是由于海洋环境的高腐蚀性,金属材料在海洋环境的腐蚀速率是常规腐蚀环境下的数倍及数十倍。海洋环境中的高温、高湿、高盐雾、高紫外线辐射等环境条件对涂料的长效防腐性能提出了很高的要求,因此用于海上风电设施的防腐涂料要求
8、具有长效防腐性能5。目前海上风电所采用防腐涂料基本都是国外进口的产品。但是,采用国外涂料产品存在价格偏高、工程适应性差、供货不及时及关键技术卡脖子等问题。因此,开展海上风电用防腐涂料的国产化应用研究对响应国家提出的解决“卡脖子”问题具有重要的战略意义6。1海上风电设施服务环境一般将海水侵蚀分为大气区、浪溅区、潮差区、全浸区、海泥区等几个区域。以上各类环境因子差异较大,对钢筋与水泥构件的侵蚀效果也不尽相同。(1)海洋大气区的腐蚀由于海上空气含水量高导致相对湿度大,在风机塔的钢结构上极易结成水薄膜。另外,由于海水中的盐含量高,与海水中的水薄膜共同构成了高导电性的液体薄膜,使其在海水中的电化学腐蚀创
9、造了有利的环境。因而,在海上环境中,风机塔的钢材受到的侵蚀要大于陆地环境中的 45 倍。大部分风机塔都在近海地区,其外层防腐蚀涂层一般为富锌底漆、环氧云铁涂层及脂族型聚氨酯涂层。此外,还可以选用具有较长寿命的有聚硅氧烷涂层材料,以增强其耐久性。与外部相比,内部没有受到太阳照射,腐蚀性比较小,所以可以直接涂敷环氧涂料即可。(2)飞溅区的腐蚀除了大气中的盐分、相对湿度和温度等侵蚀因子外,风机塔底座还会遭受海波的冲击,且飞溅区的底部往往会被短暂的海水浸透,出现大量的干湿交替现象。同时,飞溅区的海水中含有更多的氧气,这些氧气对钢筋的去极化起到了加速钢筋锈蚀的效果。海水波浪的撞击对于涂层的防护也有很大的
10、破坏作用,加快了侵蚀。因而,飞溅区对碳钢板的侵蚀速率要比其他区域快得多。在近海风机塔的基座上,通常会有一个平台(承台),供其工作及维修之用,此位置为飞溅区,其涂料防护系统通常为无溶剂环氧材料或者采用环氧玻璃鳞片材料。如需调整底漆的色彩,可再选择聚氨酯面漆。(3)潮差区的腐蚀即在涨潮时浸在水下,在落潮时在水线上的地区为潮差区。在潮差区,风机塔的钢结构往往与含饱和空气海水接触,从而使钢结构的锈蚀更加严重。当冬天有结冰时,漂浮的冰块会对潮差区内的金属设备造成冲击。基础底部是近海风机塔防护的关键部位,因此,海上风机塔架的防腐措施主要集中在基座下部。一般来说,采用环氧玻璃鳞片系统或者无溶剂环氧涂料来进行
11、防腐。为了控制腐蚀在漆膜下的扩散,还可以增加一道具有阴极保护性能的环氧底漆。(4)全浸区的腐蚀风机导管架式平台中下部和钢桩等因长期处于海水中而受溶解氧、海流、盐度等环境因素影响;海洋污染物、海洋微生物等对钢桩产生了多方面的侵蚀,而在这些侵蚀过程中,溶解氧与海盐是主要的侵蚀因素。近海风机塔架钢桩全浸区的防腐蚀涂层,以环氧底涂层+玻璃鳞片材料为主,其厚度以300 m左右为宜。(5)海泥区的腐蚀浅海和沿海滩涂的底座式风机需要将钢管桩埋设在海泥区,而海泥区是一个既有土壤腐蚀特征,又有海水侵蚀特性的较为复杂的区域。海泥区虽然具有较高的盐度和较低的电阻率,但是其氧气含量非常低,因此相对于全浸水区域,海水对
12、铁塔结构的侵蚀速率相对较慢。另外,海洋沉积物中所含的硫酸根还原细菌,在低氧条件下繁衍生息,也是导致钢铁锈蚀的重要原因。在海泥区,风机塔的钢桩通常仅进行阴极保护,但也可以与防腐蚀涂料相结合,防腐涂层无需太厚。2 海上风电设施防腐涂料防护标准和配套体系性能指标海上风电设施防腐涂料规范和标准:ISO12944(9)色漆和清漆 防护涂料体系对钢结构的防腐蚀保护;ISO20340 近岸和相关机构防护涂料体系的性能要求;NORSOK M-501 表面处理和防护涂料;GB/T318172015 风力发电设施防护涂装技术规范;NB/T310062011 海上风电场钢结构防腐技术标准;NB/T106262021
13、海上风电场工程防腐蚀设计规范;NACE韩志伟,等:海上风电基座及塔筒防腐涂层国产化配套解决方案6腐蚀与控制 CORROSION AND CONTROLSP 0108防护漆对海上平台结构进行防腐控制。海上风电防腐涂层配套体系性能指标包括大气区配套体系、飞溅区配套体系、浸泡区配套体系,其性能指标如表1所示。耐盐雾测试:依照 GB/T 17712007,将样板放入盐雾箱中,每块样板的受试表面朝上,与垂线夹角是海上风电塔筒涂层配套方案见表5、表6。4海上风电防腐涂料涂装应用案列以国产某品牌涂料产品在广东省阳江市中国三峡/中国电建的海上风电设备应用情况为例,其施工技术要求涉及以下几个方面。4.1 表面处
14、理在喷砂或抛丸除锈的时候,喷嘴应该与工作表面形成 7085的夹角,两者距离应该在 0.3 m 左右。在将牢固附着的厚铁锈去除之后,应该再持续喷砂一段时间,以除去底层锈迹;达到钢板原本的颜色。作业应该有步骤地进行,这样才能避免漏喷和二腐蚀环境大气区飞溅区浸泡区耐盐雾/h4 2004 200耐湿热/h4 2004 200耐循环老化/h4 2004 200耐海水浸泡/h4 2004 200耐阴极剥离/h4 2004 200(205),盐雾箱内温度为(352)。耐湿热测试:依照 GB/T 17402007,将样板垂直悬挂于搁板上,样板之间不能接触,温度为(471)、相对湿度为(962)%。循环老化测试
15、:依照 ISO 12944-92018,本程序所采用的每个暴露循环持续1周(168 h)。耐阴极剥离测试:依照 ISO 12944-92018,将样板固定在试验容器中的样板架上,调整使每块样板与阳极距离相等且300 mm,距离容器底部50 mm,确保样板完全浸没在溶液中,溶液温度为(232)。耐海水浸泡测试:ISO 12944-9(2018),将样板放入水槽中,确保在支架上的样板四分之三浸泡于人工海水中,调节水温为(401)。3海上风电设施防腐涂层配套解决方案与陆上风机相比,海上风机较为复杂,分为底座式和浮体式两种。底座式风机使用管桩作为承台,然后在承台上建筑钢筋混凝土塔筒。由于海洋工程施工环
16、境复杂,气候条件恶劣,盐雾浓度较高,因此对其进行了研究。在高湿度和潮汐间隔短的情况下,对混凝土承台部位的防腐蚀涂层质量提出了更高的要求,以期达到延长防腐蚀周期的目的。浮体风机与船舶、海上平台等相似,但在深海海上风电场,因其人迹罕至、人员进出受限等特点,其防腐蚀维护难度较大。因而对防腐蚀性能的要求较高。海上风电防腐涂料要求设计防护寿命25 a以上,抗海洋大气,海浪飞溅以及海上浸泡和海泥腐蚀。有良好的附着性、耐蚀性、耐候性、耐磨损、耐冲击性能,能适应干湿交替变化、耐温度的冷热变化。水下部分采用的涂料与阴极保护相配套,具有良好的耐水性、耐阴极剥离和耐碱性。海上风电管桩基座涂层配套方案见表2、表3、表
17、4。表1海上风电防腐涂层配套体系性能指标Tab.1 Performance of anticorrosive coating for offshore wind power facilities表2 管桩基座配套产品类型和特点Tab.2 Type and characteristics of coatings for wind power pedestal产品类型聚氨酯面漆玻璃鳞片环氧树脂漆厚浆改性环氧漆耐磨改性环氧漆低表面改性环氧漆牌号MC-AT-1丙烯酸聚氨酯面漆MC-EI-2环氧玻璃鳞片漆MC-EP-4厚浆型环氧漆MC-SRT-1环氧甲板漆MC-STE-2改性环氧漆产品特点耐候,保光,保
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