冰冻海域浪溅区钢结构复层包覆防腐施工工艺

2022-10-31吕国儿

水电与新能源 2022年10期

洛成，吕国儿，金磊

(1. 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江杭州 311122； 2. 浙江华东工程咨询有限公司，浙江杭州 311122)

风能是重要的再生清洁能源，当前全世界都在大力发展海上风电，我国沿海省份也都在积极开展近海风电工程[1]，预计2030年风电累计装机容量将达到8.24亿kW左右。当前，海上风电工程往往采用造价便宜、施工简单的大直径钢管桩作为风电基础[2-3]，而海洋环境腐蚀性强，钢管单桩暴露在复杂的腐蚀环境中，在海水的氯离子、溶解氧、海洋生物等综合因素的作用下，钢管桩的表层容易受到腐蚀，从而影响其承载特性[4-5]。目前，海上风电工程最为常用的防腐方法主要有金属热喷涂防腐[6-7]、涂层防腐[8]、阴极保护防腐[9-11]、复层包覆防腐[12-14]。其中，复层包覆防腐方法在已经被广泛的应用到各个工程领域，也是海上风电工程重要的防腐手段。复层包覆防腐由防蚀膏、防蚀带、缓冲层和防蚀保护罩四部分组成，不但可有效阻止海水及大气中的氯离子、溶解氧等腐蚀介质侵入，也可以有效抵挡外部冲击的作用。

处于渤海北部等寒冷海域的海上风电钢管桩结构，冬季经常性地受到海冰的撞击，普通的涂层防蚀层在撞击的过程中会剥离，失去防护作用，缩短其使用寿命。复层包覆防腐外部的玻璃钢保护罩具有优良的韧性和弹性可以抵抗冬季的冰层和海上漂浮物的冲击。

1 工程概况

华能大连市庄河海上风电场址Ⅳ1(350 MW)项目位于大连市庄河海域，场区规划面积约55.8 km2，本工程共计51台单桩基础，场址内配套新建1座220 kV海上升压站。气温的季节性变化较明显，夏季(8月)多年平均气温高达23.9℃；冬季(1月)多年平均气温低至-5.0℃。工程场区附近潮汐类型指标值小于0.50，属正规半日潮类型。年平均海平面为0.04 m。

2 复层矿脂包覆防腐蚀保护层结构

复层矿脂包覆防腐技术(Petrolatum Tape and Covering system，以下简称PTC)由四层紧密相连的保护层组成，即防蚀膏、防蚀带、衬里和防蚀保护罩，如图1所示。

图1 钢桩复层矿脂包覆防腐技术结构示意图

矿脂防蚀膏是淡褐色油性膏状化合物，含锈转化剂，起到除锈、防锈双重作用，具有良好的防腐蚀性能，可直接涂抹于钢结构表面，降低表面处理的要求；防蚀膏可以膜置金属表面的水膜，因此可在水下进行施工。矿脂防蚀带是涂满了抗腐蚀化合物的人造纤维制成的无纺布，可以有效地隔绝钢管桩与海水的氯离子和溶解氧的接触，从而保护钢管桩。防蚀保护罩包括玻璃钢和聚乙烯缓冲衬里。防蚀防护罩主要作用就是避免内部的矿脂防蚀膏和矿脂防蚀带受海浪、海风的外力的破坏，影响防腐性能。防蚀保护罩内侧加衬了聚乙烯缓冲衬里后，即使钢材表面因腐蚀等原因而凹凸不平，其保护效果也不受影响。

3 钢管桩包覆腐蚀关键构件及工艺

处于冰冻海域的海上风电场，单桩基础及升压站基础浪溅区经常受到海冰的撞击，使得普通的涂层防蚀层在撞击的过程中会剥离，失去防护作用；因此，在浪溅区通过采用具有保护罩结构的复层矿脂包覆防腐蚀技术不但可以有效的防止海水的腐蚀，也可以起到抵抗冬季的冰层和海上漂浮物的冲击的作用。钢管桩包覆防腐施工流程主要包含准备工作、钢结构表面处理、支撑卡箍位置确定、涂抹防蚀膏、包覆防蚀带、安装防蚀保护罩和端部和缝隙密封等7个步骤。

4 包覆腐蚀保护层

4.1 准备工作

根据施工现场条件和施工位置，搭建作业平台。使用施工作业船配合搭建施工吊篮或脚手架。注意作业平台应安装牢固，便于施工操作，必须保证施工人员的安全。根据施工现场条件和位置，采用现场安装吊篮。根据设计图纸，确定现场施工范围，标记出具体施工区域。如果有影响施工的突出物，可采用专用工具切除。在钢桩的最低保护线处，标记出固定卡箍的固定位置。

4.2 钢结构表面处理

为保证矿脂防蚀膏能与钢材表面充分结合，达到最佳的保护效果，必须进行钢材表面处理。要求施工区域钢结构表面无明显鼓泡和浮锈；潮差区等海生物附着区带应尽量除去附着的海生物，表面突出物不应有锐角，最大不高于10 mm。考虑到本项目为新建结构，可根据表面锈蚀状况判断，用铲刀轻铲钢桩的凸起部，不能有浮锈、鼓泡。用检查钳敲打鼓泡处，用砂纸、电动钢刷打磨钢桩表面，触摸不拉手，达到ISO St2标准即可。表面水、油污不需要完全清理干净，焊缝影响不大，特别注意节点处的除锈质量。

4.3 支撑卡箍位置确定

为防止防蚀保护罩在自身重力的作用下发生滑脱，需安装支撑卡箍。根据标记固定卡箍的位置，用螺栓紧固定好卡箍，来支撑玻璃钢外壳。

4.4 涂抹防蚀膏

利用塑料刮板或手工直接进行涂抹。每次取少量防蚀膏，使防蚀膏在钢结构表面均匀分布。有空隙的部分用防蚀膏将孔抹平。防蚀膏用量对于光滑表面约300 g/m2；锈蚀特别严重处约400～500 g/m2。

4.5 包覆防蚀带

防蚀带采取螺旋状包覆，缠至桩顶部时，用防蚀带完整的缠绕一圈。缠时稍用力将防蚀带拉紧铺平，将里面的空气压出。注意：包覆时需保持有55%以上的防蚀带重叠；每卷防蚀带交接处的头尾重叠要求有100 mm的宽度。

4.6 安装防蚀保护罩

钢桩施工区域分为规则结构(如图2区域1、区域3)和不规则结构(如图2区域2、区域4)组成。

图2 钢管桩施工区域分布图

安装外保护罩施工工艺如下：

1)规则结构区域(区域1，区域3)安装外保护壳时，先测量安装高度，切割同等高度的外保护壳，安装时只需把四片外壳用316L不锈钢螺栓连接，连接处嵌入挡板密封，防蚀带不能漏出接触海水。

2)不规则结构区域(区域2)因为焊接4处牛腿，不能直接安装已经预制好的外保护壳，需要现场预制玻璃钢外壳，玻璃钢外壳由纤维毡和纤维布和胶衣组成。制作时先测量包覆高度，剪切相等高度的材料。

3)不规则结构区域(区域4)因连接管道有法兰焊接在钢桩表面，安装外壳时，先测量焊接在钢桩法兰的高度和长度，在预制好的外壳边缘(螺栓连接处)上切割相等高度和长度的缺口，安装时套入焊接在钢桩上的法兰后再紧固螺栓即可。切口处的缝隙，现场预制玻璃钢(玻璃钢制作方法如区域2)密封。

4)钢桩对面安装时扶梯，有三处法兰焊接在钢桩表面，安装外壳方法和区域4相同。

5)区域3部位因为包覆高度大，预制外保护壳由上下两部分，两部分安装后中间的缝隙处要安装护腰密封，使上下的外保护壳连接形成完整。安装护腰时，护腰中间和上下外壳中间的缝隙对齐，根据护腰法兰上面的螺栓孔在外壳法兰上面对齐打孔，然后用15 cm 316L不锈钢紧固。

4.7 端部和缝隙密封

端部和缝隙密封时，在防蚀膏、防蚀带的基础上采用现场制作防蚀保护罩的方式进行现场施工。由于该平台兼具平滑和焊接部分，采取预制保护罩结合现场制作玻璃钢的方案。其中，平滑处需将预制玻璃钢切割出合适的开口以便安装，然后在交汇区域手糊玻璃钢，并做好两部分的衔接；搭接重叠区域，需根据实际结构情况对玻璃钢外套进行设计和加工，采用多片玻璃钢拼接的工艺，每片玻璃钢都需预留出两段法兰方便安装螺栓，每条对接缝都需用符合规格的挡板进行全线密封，必要时需外加腰箍紧固。预制玻璃钢与现场手糊的过渡区域，以及浪花飞溅区与上下两区域的过渡范围内，需做适当的外延，充分保证全设备都处于被保护状态。