海上风电部件的防腐处理及保护

吴洪波

摘 要：文章先分析了海上风电部件的防腐处理和保护策略，包括水下基础防腐、塔架防腐、风机机舱和轮毂防腐、叶片防腐，随后介绍了海上风电部件的防腐处理注意事项，包括施工质量和运行监测，希望能给相关人士提供有效参考。

关键词：海上;风电部件;防腐处理;保护措施

引言：

联系海上风电设备机组的环境特征，存在一定腐蚀性。当前，海上的各种风电机组防腐普遍是以阴极保护技术、防腐涂层为主，同时进一步增加腐蚀余量，选择具有较高耐腐蚀性的材料，有效改善设备机组的腐蚀问题。

一、海上风电部件防腐处理和保护策略

（一）水下基础防腐

钢结构风电基础的防腐处理措施和海上钢管桩以及海上平台相同。潮差区和浪花飞溅基础外表层主要选择防腐涂层以及防护外套等方法实施保护。对于海泥区和全浸区应该选择阴极保护以及防腐涂层联合保护方法，而阴极保护法主要包括强制外加电流、牺牲阳极等方法。前面所提到的都是针对接触海洋大气和海水的钢结构外壁所提出的保护处理措施，结合近几年研究结果分析。单桩基础钢筒内壁存在较为严重的腐蚀问题，于设计施工阶段，需要采取针对性的加强保护措施，比如实施牺牲阳极阴极保护措施。至于钢筋混凝土基础，为了提升整体结构耐久性，主要选择具有较高性能的海工混凝土，通过不断增加钢筋外保护层厚度，适当掺入阻锈剂等措施，控制钢筋锈蚀。在需要的条件下，还需要针对潮差区和浪花飞溅区结构表层涂抹相应的防腐涂料，强化保护。

（二）塔架防腐

钢结构始终存在于海洋大气环境被，通过采取有效的防腐处理措施，可以延长钢结构的应用寿命，为此可以涂抹防腐涂层，其中应用较为频繁的便是无机防腐涂层和有机防腐涂层，也存在选择防腐涂层与金属镀层联合保护措施。考虑到因为塔架外壁一直处于某种暴晒环境当中，面漆的抗紫外线能力和抗老化属于其中的重要指标，当前所用的主要是脂肪族聚氨酯面漆。塔架内壁因为其腐蚀程度相对较轻，没有紫外线老化现象，可以选择适合海洋大气环境的一般防腐涂层，比如环氧类面漆和环氧富锌底漆，漆膜厚度相对较薄[1]。

（三）风机机舱和轮毂防腐

机舱以及轮毂当中涵盖了风机的各种关键爱部件，属于防腐处理核心部位，由于其中存在较多部件，涉及多种专业，如果各个部件都实施强化防腐处理，则容易增加整体成本，为了减少成本投入，可以选择防腐结合关键部件的防腐处理措施。总体防腐中，主要设计思路便是促进各个部件和外部环境有效分离开来。同时尽量把机舱设置为某种密闭性空间，借助鼓风机构成内部对于外部环境的正压，避免腐蚀性海洋大气进入，从最大程度上控制机舱以及轮毂中的部件腐蚀程度，满足部件防腐要求。

在关键部件强化防腐处理，因为机舱以及轮毂整体结构部件相对较小，同时设置了基础设备支架等，由于其中部分结构普遍暴露于外部环境当中，属于日常维护处理中很难接触的部分，所以该种类型部件普遍会选择涂层强化防腐和热镀锌处理。机械部件具体涵盖变桨齿轮、齿轮箱、联轴器、主轴等部分，而主轴连接面则是机加工面，没有实施防腐处理，进一步确保平面度，对于暴露部位选择和结构部件相同防腐处理措施。其中联轴器属于具有较高弹性的特殊材料，表层无法实施防腐，单纯通过预留腐蚀余量改善腐蚀性问题。变浆轴承、偏航轴承、齿轮箱外部和结构部件类似，可以在内部涂抹防腐润滑油进行防腐处理。变桨齿轮和偏航齿轮通过齿轮啮合，容易产生较大磨损问题，同时需要进行润滑处理，所以可以选择表层涂抹黄油的方法，发挥出润滑和空气隔离的双重功能作用。

电气部件涵盖各种驱动电机、开关柜、控制柜、变压器、发电机等。提升设备外壳防护等级，促进和外部大气之间的有效分离，属于一项重要防腐措施。发电机也是持续旋转设备，为此需要始终维持高效散热，才能实现正常运行。如果发电机选择常规密闭冷却散热系统，则内部构件不需要考虑防腐问题，只需要改善外部防腐问题即可。假如发电机不能从结构层面进行密闭冷却散热，则需要分析转子线包和定子铁芯的腐蚀问题，通常选择耐腐蚀材料充当铁芯，至于转子线包主要选择真空浸漆工艺配合含氟硅橡胶材料实施强化防腐，对于工艺设计具有较高要求，促进防腐和散热的平衡。海上风机对应箱式变压器主要选择干变，直接空气冷却是其主要散热方式，选择绝缘树脂浇注，提高变压器铁芯防腐性能。开关柜和控制柜整体散热量相对较低，所以选择提升防护等级，有效隔离外部空气的方法实施整体防腐，同时部分控制柜具有较高散热量，可以选择柜体设置小型空调方法对柜内温度进行合理调控，因为各种驱动电机运行频率相对较低，选择密闭隔离空气措施可以有效控制腐蚀问题，扩大外壳散热面积，实现散热目标。

（四）叶片防腐

针对叶片实施防腐处理，主要可以选择涂层法进行。风力发电机组相关风轮叶片标准内提到过，叶片在某种程度上因为暴露于腐蚀环境下且不易接近。因为运行条件影响，在大部分条件下都无法重做防腐层，所以需要高度重视材料设计、材料选择和防腐保护处理。对于复合材料可以选择胶衣保护层，但缺少对应规定指标。当前叶片中的防腐涂料主要都是进口材料，所以需要投入较高成本。在叶片材料国产化的发展计划中，提出叶片表层保护涂料需要提升叶片的耐湿热、耐风沙侵蚀、耐紫外老化，拥有较强的抗盐雾腐蚀能力，更好适应我国不同地区在不同极端气候条件下对于风电场稳定运行的要求，确保风轮叶片相关使用寿命超出20年。因为当下我国对于海上不同腐蚀环境并没有形成明确的指标要求，所以在海上风电机组叶片的涂料管理方面，还需要综合国外其他国家丰富经验，促进质量标准的进一步完善[2]。

二、海上风电部件防腐处理中的注意事项

（一）施工质量

近几年我國各个海上风电场反馈出来的钢结构腐蚀问题次数呈现出普遍上涨的趋势，主要可以从涂层失效、防腐措施不合理、阴极保护系统缺陷等方面体现出来，同时还存在防腐材料以及防腐施工质量不过关等问题。为此针对海上风电设备组件实施防腐设计、安装、运行维护中需要重点关注以下问题。一方面设计标准问题，严格参考海洋工程中的钢结构防腐措施做好钢桩基础和塔筒结构防腐处理。联系国内海上风电发展状况，不断完善海上风电机组防腐技术规范。另一方面是加强施工质量管理，因为海上风电发展的特殊性，在结束安装并投入运行后，很难继续涂层维护，同时需要投入大量费用，通常情况下是根据25年左右的寿命长度设计涂层。所以提高了防腐涂料施工要求，按照三分涂料、七分施工的基础原则，选择高质量涂料产品后，涂层施工质量直接影响保护效果。表层处理属于涂装施工首要步骤，通常需要喷砂除锈达到SA2级，针对施工环境气候、砂料、压缩空气形成严格规定要求，认真落实，做好工程监理。

（二）运行监测

海防风电对应钢结构基础可以分为阴极保护和涂层防腐两种方法，通过监测系统采集相关信息可以准确判断阴极保护效果。阴极保护不管是外加电流或是牺牲阳极，都应该设置电流密度探头和参比电极等，顺利得到保护电流密度、保护电位等基础信息[3]。

结语：

综上所述，海上风电设备属于可再生能源中的重要研究内容，具有十分广阔的研究前景。因为海上风电设备处于一种海洋腐蚀环境下，为了促进海上风电设备实现长期稳定安全运行，需要进一步从设备的设计、安装、制造和后期运行维护等方面入手，加强防腐管理，合理制定有效的防腐措施。

参考文献：

[1]玄晓阳，白润昊.腐蚀监测系统在海上风电场的实例应用分析[J].全面腐蚀控制，2020，34（09）：81-86.

[2]黄延琦，李建明.海上风电多桩承台基础施工质量精细化管理[J].船舶工程，2020，42（S1）：534-537+541.

[3]刘卫东，李奇南.大规模海上风电柔性直流输电技术应用现状和展望[J].中国电力，2020，53（07）：55-71.