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海上风电腐蚀如何防护?ISO12944防腐蚀测试认证

随着国际能源危机的不断攀升以及低碳经济的日益凸显,作为一种新兴的清洁能源,海洋风电技术日益成熟,风电产业也日益稳定,风能已成为可再生能源的重要选择。我国海岸线辽阔,海上资源储备丰富,水深5-50米海域,100米高度的海上风能资源开放量为5亿千瓦。然而,与陆地风电相比,海上风电所处的高湿度、高盐雾、长日照、海水、海泥、漂浮物、浮冰等恶劣的海洋环境,必然使海上风机面临严峻的腐蚀考验,腐蚀与防护问题已成为海上风电遇到的技术难题之一,如何进行防腐蚀设计是重中之重。南京睿督公司分享海洋防腐涂料NORSOK M-501认证及ISO12944防腐蚀测试认证,网址: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 复合材料结构雨蚀涂料认证

1.腐蚀环境

海上风电设计寿命一般在25年以上,其防腐蚀设计寿命也应超过25年,同时腐蚀控制系统也必须能够承受各种环境的考验,比如海泥、海水、浪花飞溅、海洋大气以及持续的机械损伤、磨损等,结合海洋腐蚀环境分区及海上风电结构所处的位置,以单桩基础的风机为例,海上风电结构可分为四个环境分区。

图1单桩基础海上风电腐蚀环境分区示意图

表1环境分区和腐蚀环境分区

注:Im2表示海水或微咸水环境,Im3表示土壤环境,Im4表示受阴极保护结构所处的海水或土壤环境,C4、C5、CX表示具有不同腐蚀性的大气环境。

从图1和表1中可以看出,区域1对应于内外部海洋腐蚀环境的全浸区和海泥区,其环境腐蚀性等级可定义为Im2/Im4和Im3/Im4。区域2对应于内外部海洋腐蚀环境的飞溅区、潮差区和低水位区,然而对于该区域,不同的标准中有不同的划分方法,IEC 61400-3-1和DNVGL-RP-0416中定义为飞溅区,其上限为重现期为1年的最高静水位加上重现期为1年的有以波高的波峰高度,其下限为重现期为1年的最低静水位减去重现期为1年的有义波高的波谷深度;而NB/T 31006[7]中定义为浪溅区,其上限可按照式(1)计算,下限可按照式(2)计算。区域3对应于海洋腐蚀环境的大气区,该区域直接与外部海洋大气直接接触,IEC 61400-3-1和DNVGL-RP-0416中规定该区域的环境腐蚀性等级为C5或CX。区域4也为海洋腐蚀环境的大气区,但该区域位于塔架、机舱-叶轮内部,不与外部海洋大气直接接触,IEC 61400-3-1[5]中规定该区域的环境腐蚀性等级为C4,但采取腐蚀环境控制措施的机舱内部,其环境腐蚀性可达到C3或以下。

式中:U1等于0.6H1/3,H1/3为重现期100年有效波高的1/3,单位为m;U2为最高天文潮位,单位为m;U3为基础沉降,单位为m。

式中:L1等于0.4H1/3,H1/3为重现期100年有效波高的1/3,单位为m;L2为最低天文潮位,单位为m。

2.海上风机

2.1基础

海上风机常用的基础形式有单桩基础、重力式基础、三角架式基础、导管架式基础、多桩式基础、导管架式基础和漂浮式基础。单桩基础、三角架式基础、导管架式基础、多桩式基础、导管架式和漂浮式基础通常为钢质结构,所处环境分区为区域1~区域3,区域1一般采用涂层和阴极保护联合保护的方式进行腐蚀控制,区域2通常采用腐蚀预留和涂层联合保护的方式进行腐蚀控制,阴极保护也能对该区域的腐蚀控制起一定作用,区域3一般采用涂层进行腐蚀控制。涂层可参考ISO 12944-5、ISO 12944-9、Norsork M-501、GB/T 31817[14]或NB/T 31006[7]进行设计(见表2),从表2中可以看出,国内大气区C5腐蚀环境等级的涂层配套的标准主要参照了国外标准ISO 12944-5,具体方案是富锌底漆+环氧中间漆+聚氨酯面漆,总膜厚320mm;国内的标准未体现CX腐蚀环境等级的涂层配套,而ISO12944-9和Norsok M-501标准中采用富锌底漆+环氧中间漆+聚氨酯面漆,总膜厚280mm,CX环境腐蚀性比C5高,但涂层配套却比C5要求低,逻辑上不是很严谨,期望后续标准更新时能解决该问题;飞溅区内外部的涂层厚度一般要求600mm以上,并采用聚氨酯面漆可以增强涂层抗紫外线的能力;全浸区内外部的涂层厚度一般要求350mm以上;海泥区一般不采用涂层。阴极保护通常采用牺牲阳极阴极保护,也有采用外加电流阴极保护的情况,阴极保护常参考DNV-RP-B401、NACE SP0176、GB/T 33423、NB/T 31006、JTS 153-3等进行设计,腐蚀预留可参照DNVGL-RP-0416[或NB/T 31006选取。重力式基础一般采用钢筋混凝土结构,可采用涂料体系进行腐蚀控制。

表2不同标准中的涂层配套设计

2.2塔架和机舱-风轮组件

塔架和机舱-风轮组件所处的环境为区域3和区域4,区域3钢质部件所采取的腐蚀控制措施包括防腐涂料、热喷涂、热浸镀锌、复合涂层(热喷锌/热浸镀锌+涂料)、达克罗、耐蚀材料、阳极氧化、电镀等,防腐涂料及复合涂层配套可参考ISO 12944-5、ISO 12944-9、Norsok M-501、GB/T 31817、GB/T 33630、NB/T 31006进行设计(见表2),从表2中可以看出,国内大气区C5腐蚀环境等级的涂层配套的标准主要参照了国外标准ISO 12944-5,具体方案是富锌底漆+环氧中间漆+聚氨酯面漆,总膜厚320mm,塔筒外表面也可以采用热喷锌+封闭漆+环氧中间漆+聚氨酯面漆涂层配套方案,总膜厚340mm;对于风机内部C4环境腐蚀性等级的区域,国内标准取消了面漆,但总膜厚基本与国外标准一致。热喷涂、热浸镀锌、达克罗应分别符合ISO 2063-1、ISO 1461和ISO 10683中的要求,耐蚀材料一般采用不锈钢或铝合金,为增强其防腐性能或外观需要,可在耐蚀材料外表面采用涂料进行涂装;区域3的叶片为环氧玻璃钢或聚酯玻璃钢材质,通常采用胶衣或聚氨酯涂料进行防腐,对于叶片涂层的性能要求可参考ISO TS19392-1,叶片涂层设计可参考GB/T 31817。区域4除了区域3所用到的腐蚀控制措施外,还可以采用控制风机内部环境(如温度、湿度、盐雾)的方式来控制腐蚀,环境控制的要求可参考GB/T 33630,典型的环境控制系统如图2所示,总体设计是塔筒、机舱尽量密封,然后采用盐雾过滤器和除湿机设备过滤盐雾、除湿和通风散热,并形成微正压,使得内部空气往外流,从而控制内部环境,一定程度上降低环境腐蚀性。电气/电控设备一般处于环境区域4,但这些设备的外壳往往很薄(≤4mm)而不能采用喷砂表面处理后涂装油漆,因此,对于这些设备的外壳,可采用不锈钢材质或者粉末静电喷涂防腐。

3.海上升压站

海上升压站所处的环境分区为区域1~区域3,海上升压站平台一般由多层钢结构平台组成,包含甲板、立柱、栏杆、爬梯护笼、梁、斜撑管等部件,以及配合设备安装的管件、紧固件、支架,主要参考海洋平台的防腐标准进行腐蚀控制设计,各环境分区的主要腐蚀控制方法与海上风机类似,涂层主要参考ISO 12944-5、Norsok M-501、NACE SP0108等进行设计,阴极保护可参考DNV-RP-B401、NACE SP0176、NB/T 31006等进行设计,还有采用热喷锌、热浸镀锌、复合涂层、不锈钢、铝合金等腐蚀控制方法。对于海上升压站的变压器,内壁可采用耐油耐高温的环氧酚醛涂料防腐,外壁可采用环氧富锌+环氧玻璃鳞片漆+聚氨酯面漆防腐,散热器可采用环氧玻璃鳞片漆+聚氨酯面漆防腐[]。海缆通常由铜芯、绝缘层、阻水层、护套层、铠装层、外被层等结构组成,而金属材质的铠装层一般仅由沥青带组成的外被层保护,时间一长容易受到海缆所处的海泥微生物、海水环境的侵蚀,同时,外被层一旦破坏,金属铠装中的电流也会造成电腐蚀,从而加速铠装层的腐蚀,因此,加强海缆尤其是铠装层的腐蚀控制尤为重要,可改进外被层的涂层防腐工艺或采用阴极保护的方式进行腐蚀控制。

4.展望

腐蚀问题是海上风电面临的一项重要挑战,做好防腐蚀工作既有利于降低全生命周期度电成本,也有利于提高风电设备的可靠性和安全,因此尤为重要。

ISO12944 防腐涂层体系,对涂层体系选择应用起到良好的指导作用,取得了非常好的应用效果。ISO12944-5 防护涂层体系,详细介绍了各种腐蚀环境下的防护漆体系,以及不同耐久性要求下的漆膜厚度。ISO12944 是目前全球公认的权威标准,国内的防腐设计规范标准,均以该标准为主要参考资料。南京睿督公司提供ISO12944防腐涂层的测试认证,咨询电话:025-8658 3475。

海洋防腐涂料国际标准:ISO12944/NORSOK M501/ISO20340  https://www.fire-test.com/newsinfo/2040225.htm
南京睿督解读:ISO12944涂料防腐蚀等级分类及防腐蚀年限规定 https://www.fire-test.com/newsinfo/2999513.html

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