海上风电材料防护措施报告

海上风电材料防备举措报告(新)海上风电材料防备举措报告(新)海上风电材料防备举措报告(新)档号：编号：保存期限：密级：名称海上风电材料防腐举措报告编写校对审核标审批准中国航天科工企业第六研究院内蒙古航天亿久科技发展有限责任企业引言海上风电场具有风能资源储量大、开发效率高、环境污染小、不占用耕地等优点，自1991年世界上首座海上风电场在丹麦建成以来,海上风力发电已经成为世界可重生能源发展的焦点领域。但是海上风电运行环境十分复杂:高温、高湿、高盐雾和长日照等,腐化环境非常苛刻,对海上风电设备的腐化防备提出了严峻挑战，防腐化成为每个风电场必须考虑的突出问题,防腐化设计成为海上风电场设计的重要环节之一。当前关于海上风电工程基础设备以及风机的防腐化举措,主要来自于海上石油平台、破冰船以及海底管线等方面的防腐化经验,海上风电场的防腐只管能够在很大程度上参照大海平台现有的防腐经验，可是两者之间也有不同，所以直接借鉴大海平台防腐经验实现海上风电材料防腐还有很大的困难。大海环境的腐化机理及地区划分2.1腐化机理关于暴露在空气中的金属部分，因海上的潮湿空气中盐分和水分均很高，长期积累后附着在物体表面，由于其成分中有少量的碳存在，极易形成无数个原电池，进而使金属表面腐化而生锈。关于浸入海水中的金属部分，表面会出现稳定的电极电势，且由于金属有晶界存在，金属表面上各部位的电势不同，形成了局部的腐化电池或微电池，电势较高的部位为阴极，较低的为阳极。电势较高的金属，如铁，腐化时阳极进行铁的氧化，释放的电子从阳极流向阴极，使氧在阴极被复原，氢氧根离子经海水介质移向阳极，与亚铁离子生成氢氧化亚铁，进而脱水形成铁锈。金属在海水中的腐化，影响因素好多，包括化学、物理和生物等因素，其中化学因素主要有溶解氧、盐度、酸碱度等，物理因素主要有温度、流速、潮差等。从这些机理来看，腐化的本源其实就是金属通过接触氧化物产生了电化学腐化。2.2腐化地区划分海上风电场的钢结构风塔（图1a）按大海腐化环境的特点，能够分红5个部分，大海大气区、飞溅区、潮差区、全浸区和海泥区。钢结构在大海环境下的腐化，不论是大海环境下长钢尺的挂片试验，仍是实际的生产实践中，都具有很强的规律性。图1b是钢桩在美国kureBeach（基尔海滨）中暴露5a后的腐化示意图。钢铁结构在大海环境大海大气与内陆大气有着明显的不同。大海大气湿度大，易在钢铁表面形成水膜;大海大气中盐分多，它们积存钢铁表面与水膜一同形成导电优秀的液膜电解质，是电化学腐化的有利条件，因此大海大气比内陆大气对钢铁的腐化程度要高4～5倍。大海飞溅区的腐化，除了海盐含量、湿度、温度等大气环境中的腐化影响因素外，还要受到海浪的飞溅，飞溅区的下部还要受到海水短时间的浸泡。飞溅区的海盐粒子量要远远高于大海大气区，浸润时间长，干湿交替频繁。碳钢在飞溅区的腐化速度要远大于其他地区，在飞溅区，碳钢会出一个腐化峰值，在不同的海疆，其峰值距平均热潮位的距离有所不同。ab图1a海上风机示意图，b钢桩在滨海试验5a后腐化示意图腐化最严重的部位是在平均热潮以上的飞溅区。这是因为氧在这一地区供给最充分，氧的去极化作用促使了钢桩的腐化，与此同时，浪花的冲击有力地损坏保护膜，使腐化加速。从热潮位到低潮位的地区称为潮差区。在潮差区的钢铁表面经常和饱和了空气的海水相接触。由于潮流的原因钢铁的腐化会加剧。在冬季有流冰的海疆，潮差区的钢铁设备还会受浮冰的撞击。全浸区全浸于海水中，比方导管架平台的中下部位，长期浸泡在海水中。钢铁的腐化会受到溶解氧、流速、盐度、污染和海生物等因素的影响，由于钢铁在海水中的腐化反响受氧的复原反响所控制，所以溶解氧对钢铁腐化起着主导作用。其次是平均低潮位以下邻近的海水全浸区钢桩的腐化峰值。但是，钢桩在潮差带出现腐化最低值，其值甚至小于海水全浸和海底土壤的腐化率。这是因为钢桩在大海环境中，随着潮位的涨落，水线上方润湿的钢表面供氧总要比浸在海水中的水线下方钢表面充分得多，而且彼此组成一个回路，由此成为一个氧浓差宏观腐化电池。腐化电池中，富氧区为阴极，相对缺氧区为阳极，总的效果是整个潮差带中的每一点分别得到了不同程度的保护，而在平均潮位以下则经常作为阳极而出现一个明显的腐化峰值。海泥区位于全浸区以下，主要由海底沉积物组成。海底沉积物的物理性质、化学性质和生物性质随海疆和海水深度的不同而不同。海泥实际是上是饱和了海水的土壤，它是一种比较复杂的腐化环境，既有土壤的腐化特点，又有海水的腐化行为。海泥区含盐度，电阻率低，可是供氧不足，所以一般的钝性金属的钝化膜是不稳定的。海泥中含有的硫酸盐复原菌，会在缺氧环境下生长繁殖，会对钢材造成比较严重的腐化。3常规防腐化 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 及原理从腐化机理看，能够采取的防腐化方法分为三大类：隔绝防腐、电化学防腐和本质防腐。防腐化的技术历经多年的发展，已趋于成熟，只是在详细应用过程中还存在很多问题。大海工程防腐化的常规方法主要有5种。3.1涂层法这种防腐化方法属于隔绝防腐，主要适用于大海大气区和飞溅区。大多半大海结构物防腐采用此种方法。常用的防腐涂料有环氧沥青、富锌环氧、聚酯类涂层、环氧玻璃钢等，协助材料为固化剂。其防腐年限为10-20a，其保护效率为80-90%。从实施的工艺上来看，采用此种方法对结构表面粗拙度要求较高，一般要通过抛丸办理达到Sa2.5级以上。操作时对空气湿度有较为苛刻的要求，涂料配比及喷涂厚度控制也有相当严格的工艺，因此该方法操作难度较大。金属热喷涂也是涂层法中的一种，其原理是利用某种形式的热源将金属喷涂材料加热，使之形成熔融状态的微粒，这些微粒在动力的作用下以一定的速度冲击并沉附在基体表面上，形成具有一定特性的金属涂层。可用于金属喷涂的材料较多，如锌、不锈钢等。其中不锈钢涂层具有耐磨损及保护中期长的特点；锌涂层不单具有覆盖、耐腐化作用，更重要的具有阴极保护功能。3.2镀层法这种防腐化的方法也属于隔绝防腐，主要用于大海大气区、飞溅区和潮差区。多半大海结构物的小的隶属部件或连结部件采用此方法。常用的防腐镀层有镀锌、镀铬等。从实施工艺角度看，此方法可分为热浸镀法和电镀法两种。其中热浸镀工艺是将结构件经过酸洗钝化等表面办理后，整体浸入高温状态的镀层盐溶液槽中，进过一准时间的置换反响，构件表面形成设计厚度的金属保护层。而电镀工艺是采用外加电流进行电解置换的工艺。该方法适用于小型构件的防腐化办理。3.3阴极保护法这种方法属于电化学防腐，分外加电流的阴极保护和牺牲阳极的阴极保护，前者主要应用的是高硅铸铁阳极材料，被保护物作为阴极，在外加电源的影响下，形成电位差进而阻止腐化；后者主要应用的是锌、铝等活性比铁高的铸造阳极材料，焊接在结构物上，主动消耗，形成保护电位差阻止腐化。3.4预留腐化余量法有些环境的介质腐化程度不是很高，材料的腐化环境不是很敏感，且很难采取常规防腐蚀方法，在这种情况下工程上常采用预留腐化余量的方法，在一定范围内主动接受腐化。采用这种方法往常需要监测结构物被腐化的程度。3.5采用耐腐化的材料当以上几种方法均无法解决腐化问题时，就需要选用本质防腐的方法，从根本上除去腐化介质的影响。一般适用于强腐化性介质接触的结构物。耐腐化的钢材材料往常在普通钢材的冶炼中加入一定的锰、铬、磷、矾等罕有金属或元素，以提高其抗腐化的能力，需要在设备设计及制造过程中充分考虑介质的特性。海上风力发电机组的结构及其主要防腐方法海上风电机组主要有水下基础、塔架、机舱、轮毂和叶片这几部分组成，从详细结构上讲，不同厂家的风机存在一些区别，大多半厂家将主轴、轴承座、齿轮箱、联轴器、机械刹车、发动机、变压器、变桨系统、电控系统等集成在机舱和轮毂内部，以减少县城安装工作量。当前海上风机的轮毂一般在80—110m的范围内，按部位划分，风机基础结构处于飞溅溅区、潮差区、全浸区及海泥区，风机的机舱、轮毂、叶片和塔筒处于大海大气区范围内，各个部位大概均采用上述的几种常规防腐方法，分别介绍如下。4.1风机水下基础防腐风机水下基础分为几种形式，从材料角度分为钢结构基础和钢筋混凝土结构基础。钢结构基础防腐与大海工程的防腐化方法大概相同，其中飞溅区和潮差变动地区采用防腐涂层法，在预制场所预制达成后送进抛丸车间进行表面办理，达到表面粗拙度后按照涂装设计程序依次达成设计厚度的底漆、中层漆、面漆喷涂，各层涂料分别采用环氧富锌底漆、聚酰胺环氧中间漆、聚氨酯面漆等，不同厂商的漆型号各自不同，使用方法和配比也有所差别。达成每一层漆的喷涂后都需要测厚仪测量干膜厚度。总涂层干膜厚度一般小于300um，视设计工况确定。而且要对附着力进行试验测试，用来考证设计喷涂工艺的正确性。钢结构基础的水下区一般采用钢结构预制阳极芯。将锌锭进熔炉溶解，利用知足设计要求的模具将锌水和阳极芯铸造成一体。预制好的牺牲阳极按照设计工况均匀焊接布置在钢结构的表面。钢筋混凝土结构基础对防腐的要求不高，主要影响因素是海水渗透后对其中的钢筋的破坏，程度也不大，因此没有采取过多的举措。该类结构防腐化经验主要本源于沿海桥梁及港口工程。4.2塔筒防腐风机塔筒是海上风电场的重要组成部分,也是当前海上风电设备防腐 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 比较健全的部分。塔筒外壁直接暴露在大海大气环境中,根据ISO12944-2腐化环境分类规定,塔筒外壁处于C5-M腐化环境,即:特别高的大海腐化环境。关于塔筒防腐化涂装，世界上各大风电企业都有自己比较成熟的配套体系。这些体系都是以达到长期持久为目的而设计的,切合国际 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ISO12944中有关钢结构在不同的服役环境下达到长期持久年限的相应规定和要求。一些防腐涂料企业也给出了详细的防腐 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 ，如美国的PPG针对塔筒在海上不同地区给出详细的防腐 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，如表1-4：表1塔筒外表面腐化等级设计使用寿命表面办理涂层ISO12944-2C5-M15年以上喷射清理到Sa2?，表面粗拙度产品名称Rz40-70微米干膜厚度/μm底漆中间漆面漆Sigmazinc102HSSigmaCover410SigmaDur188环氧富锌底漆高固态环氧漆聚氨酯面漆6018080总厚度320表2塔筒内表面腐化等级ISO12944-2C4设计使用寿命15年以上表面办理喷射清理到Sa2?，表面粗拙度Rz40-70微米涂层产品名称干膜厚度/μm底漆Sigmazinc102HS环氧富锌底漆60中间漆SigmaCover410高固态环氧漆100面漆SigmaCover456环氧面漆80总厚度240表3塔架-潮差区和飞溅区腐化等级ISO12944-2Im2设计使用寿命25年以上表面办理喷射清理到Sa2?，表面粗拙度Rz50-100微米涂层产品名称干膜厚度/μm底漆SigmaCover1000无溶剂环氧漆750面漆SigmaCover1000无溶剂环氧漆750总厚度1500表4塔架-全浸区和海泥区腐化等级ISO12944-2Im2&Im3设计使用寿命25年以上表面办理喷射清理到Sa2?，表面粗拙度Rz50-100微米涂层产品名称干膜厚度/μm底漆SigmaShield1000无溶剂环氧漆500总厚度500不论哪一种防腐方法或许方案都主假如参照了当前国际上风电场钢结构的防腐化设计和施工的三个标准:ISO12944-1998色漆和清漆--防备漆体系对钢结构的腐化防备;ISO20340-2003色漆和清漆--用于近海建筑及有关结构的保护性涂料体系的性能要求;NORSOKM501-2004--表面办理和防备涂料。ISO12944是当前国际上应用最宽泛的钢结构防腐化涂装规范,ISO20340和NORSOKM501对海上风电防腐化涂料体系的性能测试和施工技术等做出了规范。4.3风机机舱/轮毂及其防腐化方法机舱和轮毂内部包含了风机的额重点部件，也是防腐化的核心地区。因内部部件较多，且包含了结构件、机械部件、电器部件等多个专业，若每个部件都采取较强的防腐化举措则会增加好多的成本，为控制成本，每个海上风机厂商均采取了总体防腐结合重点部件加强防腐的思路总体防腐化举措一般采用的设计理念是与外界隔绝。首先机舱和轮毂的外壳采用玻璃钢材料达到防腐目的，属于本质防腐，而且质量轻，成本低。将这个外壳设计成一个尽可能密闭的空间，再利用带除湿功能的鼓风机使内部对外界形成正压，进而阻止外界腐化性空气直接进入，很大程度上降低了机舱和轮毂内部安装的各类部件的腐化防备要求，进而改良了腐化环境。重点部件加强防腐举措机舱和轮毂里的结构部件都不大，有主支撑底座，也有设备支架等，因部分结构需要暴露在外面，而且都是平时维护过程中很难触及的位置，因此该类部件都设计为热镀锌或许涂层加强防腐，在部件预制阶段达成，在装配达成后需要修理。机械部件主要包括主轴、联轴器、齿轮箱、变浆齿轮等。其中主轴连结面为机加工面，不做防腐，以保证平面度暴露部位采用与结构部件相同的防腐化方法；联轴器为高弹性特殊材料，表面无法防腐，靠预留腐化余量法解决问题；齿轮箱、偏航轴承以及变浆轴承的外部与结构部件相同，内部充填防腐润滑油实现防腐；偏航齿轮与变浆齿轮因表面要频繁经历齿轮拟合，磨损较大，且需要润滑，因此采用表面涂抹黄油实现隔绝空气和润滑的双重作用。电气部件主要包括发电机、变压器、控制柜/开关柜、各类驱动电机等。提高设备外壳防备等级实现与空气的隔绝是电气设备的重要防腐化手段，可是因为多半电器设备在运行中需要散热，这是一对矛盾。发电机是持续旋转设备，必须持续高效散热才能正常运行，关于双馈型风机，因其转速较高，因此发电机采用常规的密闭冷却散热系统，内部结构无需考虑防腐，只要要解决外部防腐问题即可；而关于永磁直驱型风机，因无法从结构上实现密闭冷却散热，考虑该种类发电机转速低，一般靠空气自然冷却以达到散热要求，可是这就给定子铁芯以及转子线包带来了强腐化，办理起来难度很大，一般讲铁芯设计为耐腐化材料，而转子线包则采用真空浸漆工艺配合氟硅橡胶材料加强防腐，工艺设计要求较高，以保证散热和防腐达到一种平衡，海上风机的箱式变压器一般采用干变，散热方式也是直接空气冷却，采用绝缘树脂浇注实现变压器铁芯防腐；控制柜/开关柜散热量较小，因此采用提高防备等级隔断空气来实现整体防腐化，也有部分控制柜散热量较大，往常采用柜体安装小型空调控制柜内温度的方法，各类驱动电机的运转频次较低，且功率较小，采用密闭隔断空气的方法防止腐化，在外壳上增加散热面积达到散热要求。4.4叶片涂层防腐叶片防腐主要采取涂层法。风力发电机组-风轮叶片中（JB/T10194-2000）指出，叶片在一定程度上暴露在腐化性环境条件下并且不容易靠近，在很多情况下不可能重做防腐层，因此重视设计、材料选择和防腐保护举措特别重要，复合材料叶片应采用胶衣保护层，但没有相应的指标规定，从应用情况来看，各厂家应用的胶衣的名称以及应用方法有所区别。当前叶片防腐涂料主要以进口为主，成本都比较高，且没有明确的作出对海上叶片防腐相应的参照规范。“MW级风力发电机组风轮叶片原材料国产化”的‘863’计划中，只是要求叶片表面保护涂料能提高叶片耐紫外老化、耐风沙侵害以及耐湿热、盐雾腐化能力，适应我国南北方不同极端气候条件下风电场使用需求，保证风轮叶片20年的设计使用寿命，并没有对海上腐化环境不同情况作出指标要求，其详细指标要求是：附着力≥5MPa；自然表干/8h，40℃烘干/3h；耐磨性500g/500转≤20mg；耐盐雾≥2000h，无脱落，附着力保持80%；耐砂尘试验知足GB2423.37-89。小结针对现有海上风电材料防腐方法而言，风电厂商都有自己的材料防腐方案，整体来讲缺乏对风电运行环境的数据积累和切实定义，缺乏针对性的基础研究，特别是针对微观腐化环境的探究和个性化解决方案较少或许没有，就当前的防腐经验能够概括为以下三点：大气环境中，如塔筒外壁，常用隔绝防腐的方法，采用的涂层体系为，富锌底漆+环氧漆+聚氨酯面漆，塔筒内壁由于不接触外界阳光直射，腐化环境相对外壁要弱，因此采用较外壁薄的防备漆；处于海水中的钢结构主要采用电化学、隔绝防腐法防腐以及本质防腐；关于机舱轮毂以内的部件，主假如采取隔绝防腐，即密封的方法，阻止外部腐化性气体进入直接腐化，叶片主假如采用隔绝防腐，即胶衣保护层。进口或外国涂料价钱高，致使风电投入大，成本高，而国产涂料性能有待于进一步提高；浪费多，表现为为了提供更高的持久性，高等级腐化性级别设计的涂料体系用于低腐化性级别中。对塔架的防备规范比较完善，它的材料以及所处环境能够借鉴石油平台等防腐经验，在很大程度上能够参照钢结构的防腐标准，而叶片缺乏相应的防腐规范。