海上風(fēng)機(jī)鋼結(jié)構(gòu)腐蝕分區(qū)分析

海上風(fēng)機(jī)鋼結(jié)構(gòu)腐蝕分區(qū)分析

1風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)的安全性隨著世界綠色能源的繁榮，海上發(fā)電取得了很大進(jìn)步。目前海上風(fēng)機(jī)采用的主要材料是鋼結(jié)構(gòu)。海上風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)在整個(gè)壽命期間,都暴露于海洋環(huán)境之中,受到極大的腐蝕影響。針對(duì)海上風(fēng)機(jī)的腐蝕機(jī)理和防腐蝕措施的研究,對(duì)于提高海上風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)的壽命具有重大的實(shí)踐意義。2在海水淡化和海水腐蝕過程中的應(yīng)用海洋環(huán)境對(duì)海上風(fēng)機(jī)鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕影響,概括起來主要包含以下幾個(gè)因素:鹽量、電導(dǎo)率、溶解物質(zhì)、溶解物質(zhì)、溫度、pH值、海流波浪、海生物等。海水中的溶鹽量增加,導(dǎo)電率增大而含氧量減少,會(huì)對(duì)鋼材產(chǎn)生腐蝕影響;海水是一種高導(dǎo)電性的電解質(zhì)溶液,電導(dǎo)率越高,腐蝕速度越快;CO2溶于水同時(shí)與水化合形成碳酸根離子、碳酸氫根離子,對(duì)金屬起到腐蝕作用;海水溫度升高,會(huì)加速陰極和陽極過程的反應(yīng)速率;海流和波浪改變了供氧條件,必然加快腐蝕過程,同時(shí)附帶了一部分的沖擊破壞;生物污著會(huì)改變供氧條件、產(chǎn)生腐蝕性產(chǎn)物。3腐蝕區(qū)域的劃分海洋環(huán)境包含從海上風(fēng)機(jī)頂端葉片所處的海洋大氣區(qū),到基礎(chǔ)最底部樁端所處的海泥區(qū)域,包含了溫度、日照、含氧量、鹽度、風(fēng)速、波浪、海流速度、pH值、生物污著等眾多因素。區(qū)域不同,腐蝕機(jī)理不同,腐蝕程度也不相同。通常將腐蝕區(qū)域分為5個(gè):海洋大氣區(qū)、飛濺區(qū)、潮差區(qū)、全浸區(qū)、海泥區(qū)。根據(jù)以往的腐蝕調(diào)查,腐蝕程度如下圖1所示。3.1鋼結(jié)構(gòu)表面鹽粒或堿粒腐蝕嚴(yán)重海洋大氣區(qū)是指海上風(fēng)機(jī)常年不接觸海水的部分。海洋大氣區(qū)的鋼結(jié)構(gòu)表面由于鹽粒、鹽霧存在,使得平均腐蝕速率可達(dá)0.05~0.15mm/a。影響腐蝕破壞強(qiáng)度的主要因素是積聚在金屬表面上的鹽粒或鹽霧數(shù)量,特別是像氯化鈣和氯化鎂等海鹽粒由于吸濕性,在鋼結(jié)構(gòu)表面形成液膜,在夜間或溫度變化達(dá)到露點(diǎn)時(shí)更加顯著。這類腐蝕還和風(fēng)速和風(fēng)向、距離海面高度、地區(qū)溫度、濕潤時(shí)間、季節(jié)變化、太陽輻照等因素相關(guān)。降雨會(huì)沖刷掉鋼結(jié)構(gòu)表面沉積的鹽類,可減輕腐蝕;背對(duì)陽光一側(cè)的鋼結(jié)構(gòu),盡管溫度較低,但表面塵埃和空氣中的海鹽及污染物未被及時(shí)沖洗掉,濕潤程度高造成腐蝕更為嚴(yán)重。大氣區(qū)腐蝕性,隨著溫度的升高而加強(qiáng)。3.2干職原理的轉(zhuǎn)化飛濺區(qū)是指海水飛濺能夠噴灑到,但海水漲潮時(shí)又不能被海水浸沒的結(jié)構(gòu)部分,通常為海水平均高潮位以上約0~2.4m的位置。浪濺區(qū)供養(yǎng)充分、日照充足、含鹽粒子大量積聚、液膜濕潤時(shí)間長、干濕交替頻率高且波浪沖擊大。研究表明。飛濺區(qū)在干濕交替過程中,鋼結(jié)構(gòu)的陰極電流比全浸區(qū)的陰極電流大。全浸區(qū)鋼材的陰極反應(yīng)是溶解氧的還原反應(yīng),飛濺區(qū)中的鋼由于銹層自身氧化劑的作用而陰極電流變大。即飛濺區(qū)鋼材在干燥過程后,表面銹層在濕潤過程中作為一種強(qiáng)氧化劑在起作用,而在干燥過程中,由于空氣氧化,銹層中的又被氧化成,上述過程反復(fù)進(jìn)行,加速了腐蝕。通常飛濺區(qū)平均腐蝕速率達(dá)到0.1~0.3mm/a,最大腐蝕速度可達(dá)平均值的2~3倍,是腐蝕最為嚴(yán)重的區(qū)域,呈現(xiàn)出腐蝕峰的特征,如圖1所示。長時(shí)間在充氣良好的海水中濕潤,造成相當(dāng)高的腐蝕。在高速的風(fēng)速和海流速度同時(shí)作用下,造成強(qiáng)烈的海水運(yùn)動(dòng),海水沖擊導(dǎo)致磨耗—腐蝕聯(lián)合作用的破壞。3.3潮差區(qū)腐蝕的現(xiàn)狀潮差區(qū)是指海水平均高潮線與平均低潮線之間的區(qū)域。特點(diǎn)是,漲潮時(shí)浸沒,退潮時(shí)暴露在海洋大氣中,同樣有一個(gè)干濕周期的變化,但是變化周期相比飛濺區(qū)長,所以潮差區(qū)的腐蝕作用沒有飛濺區(qū)嚴(yán)重,不同于飛濺區(qū)在于暴露時(shí)間和生物污著。第一,位于潮汐區(qū)的金屬表面同時(shí)與充氣良好的海水接觸,每日只有短時(shí)間如此;第二,海洋生物污著成為此區(qū)域重要的影響因素。潮差區(qū)腐蝕較小的主要原因是全浸區(qū)和潮差區(qū)形成了宏觀電池,潮差區(qū)由于供氧充分形成了宏觀電池的陰極區(qū),全浸區(qū)成為了宏觀電池的陽極區(qū),陽極區(qū)向陰極區(qū)提供保護(hù)電流,使得潮差區(qū)腐蝕減輕。平均腐蝕速率為0.05~0.15mm/a,最大腐蝕速度可達(dá)平均值的2~3倍。3.4海水深度和腐蝕速率全浸區(qū)是指常年被海水浸沒,直至海洋泥土表層的部分。高濃度的Cl-離子存在,鋼材很難鈍化,即使是不銹鋼這類高合金成分的材料,因?yàn)殁g化膜穩(wěn)定性降低,也極其容易發(fā)生點(diǎn)蝕。全浸區(qū)平均腐蝕速率一般可達(dá)0.05~0.1mm/a,最大腐蝕速度可達(dá)平均值的2~3倍,由于海水的性質(zhì)隨深度而異,所以海水深度也是一個(gè)影響因素。淺水區(qū)域,進(jìn)入海水中的氧通常達(dá)到飽和或者接近飽和;生物活性也最大;表層溫度也比中層和深層海水溫度高;污染和化學(xué)玷污更為顯著,因此淺層水域腐蝕性比深層水域大。相關(guān)研究從碳鋼長期腐蝕浸沒實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),分析出平均腐蝕深度的經(jīng)驗(yàn)公式為:式中:D——平均腐蝕深度,mm;A——海水中浸沒第一年的平均腐蝕深度,mm;k——浸沒暴露時(shí)間,a;k——鋼材被海水浸沒的穩(wěn)定腐蝕速度(大致為0.05mm/a~0.13mm/a)。3.5海底泥巖碳系土壤的防腐(待查)可以找找生物腐蝕的內(nèi)容。主要指的是海水全浸區(qū)以下深入海泥的部分,主要由海底沉積物構(gòu)成。與陸地土壤不同,海底泥土區(qū)域的含鹽很高,電阻率低。海底泥漿是一種良好的電解質(zhì),對(duì)鋼材的腐蝕性比陸地土壤要高。由于海底泥土區(qū)Cl-含量高且供氧量不足,一般鈍性金屬(如Cr-Ni不銹鋼)的鈍化膜是不穩(wěn)定的。海底泥區(qū)的氧濃度相當(dāng)?shù)?因此海泥區(qū)的腐蝕速度要低于全浸區(qū)。海底泥區(qū)含有大量細(xì)菌,主要是厭氧的硫酸鹽還原菌,在缺氧條件下生長繁殖,同時(shí)海水壓力提高細(xì)菌活性,加快腐蝕速度,平均腐蝕速率為0.03~0.2mm/a。4涂層和耐候性海洋大氣區(qū)的結(jié)構(gòu)易于維修和保養(yǎng),多采用涂層保護(hù),由于長期處于日曬老化、高濕度、沉積鹽環(huán)境中,應(yīng)涂裝緩蝕性涂料。結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜且難于采用涂層保護(hù)時(shí),采用鍍層保護(hù)。面漆需采用耐候性良好的涂料,常使用聚氨酯面漆。有條件時(shí)可選用氟碳涂料或聚硅氧烷等高耐候性面漆品種。飛濺區(qū)和潮差區(qū)的太陽紫外線照射,波浪、水流、泥沙及漂浮物機(jī)械沖擊和侵蝕,干濕交替循環(huán),腐蝕嚴(yán)重,海上鋼結(jié)構(gòu)在浪濺區(qū)一般選擇重防腐蝕涂層或金屬熱噴涂加封閉涂層保護(hù),無機(jī)富鋅涂料在海洋環(huán)境中具有優(yōu)異的防腐蝕性和耐久性。現(xiàn)今新技術(shù)多采用復(fù)合包覆技術(shù)防腐和涂層防腐相結(jié)合。全浸區(qū)可以采用陰極保護(hù)和涂層聯(lián)合防腐技術(shù)。使用的必須是不透性涂層并且具有良好的耐電性和耐堿性。海泥區(qū)可以采用陰極保護(hù),輔以涂層防護(hù)。5