海上風電鋼結構基礎防腐層提前失效的應對措施

 海上風電具有資源豐富、可發電利用小時數高、對周圍環境影響較小、適宜大規模開發且海上風電靠近經濟發達地區、距離電力負荷中心近、風電並網和消納容易等特點，近幾年許多國家均把風電開發的重點轉向海上。我國海上風電所使用的基礎形式從材料角度分為鋼結構基礎和鋼筋混凝土基礎兩種形式，其中使用較廣泛的為鋼結構基礎。由於鋼結構基礎所處的工況條件比較惡劣，且現場維護比較困難，一般按不低於15年的防腐壽命進行設計。國內某海上風電場運行時間遠未達到15年，但有些鋼結構基礎防腐層卻已經出現大麵積損壞的現象，嚴重影響了風電機組的安全穩定運行，本文將對這一情況進行詳細分析，找出原因並提出相應解決措施，為後續海上風電項目鋼結構基礎的防腐積累經驗。

風場情況

出現鋼結構基礎防腐層大麵積損壞的風場屬於潮間帶風場，采用的是油漆防腐，防腐方案是綜合ISO12944《鋼結構防腐塗裝規範》、ISO20340:2009《近岸和相關結構防護塗料係統的性能要求》以及我國能源局編製的NB/T31006：2011《海上風電場鋼結構防腐蝕技術標準》進行設計的，防腐方案設計合理，油漆施工是按照油漆供應商提供的施工工藝執行，關鍵工序有相應的記錄，並且油漆幹膜厚度符合設計要求，從而排除了防腐的設計及施工缺陷。

為了了解防腐層損壞的具體情況，在退潮以後我們對現場情況進行了實地調查，發現鋼結構基礎內部防腐層完好，外部區域出現了不同程度的損壞，有些區域有遭受撞擊的跡象，且外部表麵有大量海洋生物（主要是海蠣子）附著。圖1中鋼結構基礎外表麵黑色的物體即為附著的海洋生物，圖2為海洋生物對鋼結構基礎防腐層的破壞情況。

原因分析

通過對現場的情況進行調查，我們認為外力撞擊及海洋生物的附著是造成海上風電鋼結構基礎防腐層損壞的主要原因。

一、外力撞擊

我們發現有防腐層損壞的鋼結構基礎設計的船舶停靠裝置不合理，在船舶靠泊的時候受海水流動的影響，船舶容易撞擊到鋼結構基礎上，另外，風場所處海域漂浮物比較多，也會對鋼結構基礎產生撞擊。而本項目在進行鋼結構基礎防腐方案設計時沒有考慮外力撞擊對油漆的影響，因而許多區域在遭受外力撞擊時出現油漆層被撞壞並脫落的現象，從而影響了防腐塗層的使用壽命。

二、海洋生物的附著

由於風電機組所處海域生長著大量的海蠣子（也叫牡蠣），其具有許多獨特的生活習性，剛出世的幼蠣，可以在水中自由遊泳，但當它們遇到合適的環境，就開始寄生在岩石或其他堅硬的海中物體上，終生過著固著式的生活，難以被清除，從而在鋼結構基礎上形成外汙損層。海蠣子附著在鋼結構基礎上以後，雖然能夠阻礙碳鋼表麵的氧分子向腐蝕表麵擴散，能對碳鋼的腐蝕有一定的保護作用，但是由於附著層的不滲透性和外汙損層中嗜氧菌的呼吸作用，使碳鋼表麵形成缺氧環境，有利於硫酸鹽還原菌（SRB）的生長，從而加速碳鋼的厭氧腐蝕。

根據電化學腐蝕原理和實驗事實，硫酸鹽還原菌（SRB）誘導碳鋼腐蝕的機理如下：Fe-2e→Fe2 （陽極反應）2H 2e→H2（陰極反應）SO42- 8H→S2- H2O（SRB陰極去極化）S2- 2H →H2S（陰極去極化）Fe2 S2-→FeS（陽極去極化）Fe2 H2S→FeS 2H

上述反應所需H 來源於SRB代謝出有機酸的電離以及水的電離，從上述機理可以看出在整個電化學腐蝕過程中，硫化物（S2-），特別是H2S既有陰極去極化作用，又具有陽極去極化作用，從而加速了碳鋼的腐蝕，嚴重的影響了海上風電機組鋼結構基礎的使用壽命。

解決措施

為了保證風電機組的安全穩定運行，在找出造成鋼結構基礎防腐層損壞的原因以後，我們必須采取針對性的措施進行解決。

一、應對外力撞擊的措施

（一）根據該風場的水流特性優化原船舶停靠裝置的設計，並在船舶停靠處增加相應的保護舷，保護舷可以吸收船舶停靠時的衝擊能量，從而減輕對鋼結構基礎的破壞作用；

（二）考慮船舶停靠時對於鋼結構基礎的撞擊作用，在船舶停靠處需要選擇耐撞擊強度高的油漆；

（三）鑒於該風場所處海域漂浮物較多，因此需要在鋼結構基礎外圍設置隔離設施，從而減少漂浮物與鋼結構基礎接觸的可能性。

二、應對海洋生物附著的措施

海洋生物的附著不僅會破壞鋼結構基礎防腐層並加速碳鋼的腐蝕，而且難以解決，由於我國海上風電起步比較晚，相關規範不夠健全，考慮到海上石油鑽井平台所處環境與海上風電機組比較相似，為了更好的解決該問題，我們查閱了大量海上石油鑽井平台防海洋生物附著的措施。目前我國石油鑽井平台常用的防海洋生物附著的措施主要有以下三種：使用海洋動力防海生物裝置（MGP）、使用防汙漆防海生物及電解防海生物。

（一）海洋動力防海生物裝置（MGP）

海洋動力防海生物裝置（MGP）采用具有高彈性、高耐久性、優越的抗紫外線性能和抗疲勞性能良好的工程塑料做成。該裝置的主體環抱於導管架構件的周圍，即海生物易於附著、生長的部位。利用海水的浮力，海流、波浪等自然力為動力，使裝置在導管架構件的外圍作垂向、橫向、旋轉運動。通過這一複合運動，使設置在裝置上的撞擊輪不斷地碰撞、接觸導管架構件的表麵，從而使海生物無法附著，這種方法還可以逐漸清除已附著的海生物。該裝置的最大優點是，以海水的自然能力為動力，不需人為地施加外力，簡易、有效、無汙染、成本低。不足之處是在長期使用中，如遇到大風、台風天氣，在波浪、海流的共同作用下，該裝置與導管架構件將發生劇烈碰撞，如果出現破損，維修、更換將非常困難。

（二）防汙漆防海生物

防汙漆是塗裝於導管架構件的一種特殊塗料，它的主要作用是通過漆膜中毒料的滲出、擴散或水解等方式逐步釋放毒料，達到防止海洋生物附著於鋼結構基礎的目的。防汙漆雖然具有很多優點，如滿足環保性能要求；漆膜具有一定的透水性，可保證毒性連續滲出；漆膜具有良好的耐海水衝擊性，在長期浸沒於水中時不起泡、不脫落。但是防汙漆的缺點也是十分致命的，它隻能在一定時間內防止海洋生物附著在導管架構件上，一般3年-5年後需要重新進行塗刷。

（三）電解防海生物

電解防海生物是通過電解的方法，產生有毒的物質，從而形成一種不適合海洋生物附著生長的環境。目前最常用的方法有兩種，即：電解海水產生次氯酸殺滅海洋生物；

電解銅、鋁電極以海水為導體通過外加電流的方式電解出金屬離子，使海水中的金屬離子達到一定濃度從而殺死海洋生物。該技術具有安全可靠、使用方便、運行費用低等優點，但是會殺死周圍海域的海洋生物。

由於本風場夏季台風較多，在大風的作用下，存在海洋動力防海生物裝置撞壞鋼結構基礎防腐層的可能，另外本風場周圍有大量的養殖區，也不適宜采用電解防海生物的方法，如果直接在鋼結構基礎上塗刷防汙漆，由於防汙漆的使用壽命隻有3年-5年，在防汙漆達到使用年限時必須現場重新塗刷，考慮到現場工作環境比較惡劣，難以保證施工質量，因此直接在鋼結構基礎上塗刷防汙漆也不是一個理想的解決措施。針對本風場，我們的解決方案是製作玻璃鋼保護管用於包裹在鋼結構基礎外麵，並在玻璃鋼保護管的外表麵塗刷低表麵能防汙漆來防止海洋生物的附著，將來防汙漆失效以後，可以將玻璃鋼保護管拆下運回工廠重新塗刷防汙漆，並再次用於鋼結構基礎防止海洋生物附著。該方案避免了現場塗刷防汙漆的工作，可以有效的保證施工質量，但是成本會比較高。

結語

海上風電有著廣闊的發展前景，但是目前鋼結構基礎的防腐仍然麵臨著許多問題，尤其是海洋生物的附著問題至今未能有很好的解決辦法，雖然我國在船舶、石油鑽井平台等行業有著大量的防海洋生物附著的措施，但是大部分的措施並不能滿足海上風電的使用要求。由於目前我國開發的海上風場主要是近海風場，在進行海上風電鋼結構基礎防腐設計時我們既要采取措施避免海洋生物對防腐層的損壞，又要兼顧對海洋生物及周圍環境的保護。為了避免海上風電鋼結構基礎防腐層的提前失效，我們在進行防腐設計時必須綜合考慮各方因素的影響，並在施工過程中嚴格按照相應規範執行。