海上風(fēng)電具有資源豐富、可發(fā)電利用小時(shí)數(shù)高、對(duì)周?chē)h(huán)境影響較小、適宜大規(guī)模開(kāi)發(fā)且海上風(fēng)電靠近經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)、距離電力負(fù)荷近、風(fēng)電并網(wǎng)和消納容易等特點(diǎn)，近幾年許多均把風(fēng)電開(kāi)發(fā)的轉(zhuǎn)向海上。我國(guó)海上風(fēng)電所使用的基礎(chǔ)形式從材料角度分為鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和鋼筋混凝土基礎(chǔ)兩種形式，其中使用較廣泛的為鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。由于鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)所處的工況條件比較惡劣，且現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)比較困難，一般按不低于15年的防腐壽命進(jìn)行設(shè)計(jì)。國(guó)內(nèi)某海上風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行時(shí)間遠(yuǎn)未達(dá)到15年，但有些鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)防腐層卻已經(jīng)出現(xiàn)大面積損壞的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了風(fēng)電機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行，本文將對(duì)這一情況進(jìn)行詳細(xì)分析，找出原因并提出相應(yīng)解決措施，為后續(xù)海上風(fēng)電項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的防腐積累經(jīng)驗(yàn)。

風(fēng)場(chǎng)情況

出現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)防腐層大面積損壞的風(fēng)場(chǎng)屬于潮間帶風(fēng)場(chǎng)，采用的是油漆防腐，防腐方案是綜合ISO12944《鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝規(guī)范》、ISO20340:2009《近岸和相關(guān)結(jié)構(gòu)防護(hù)涂料系統(tǒng)的性能要求》以及我國(guó)能源局編制的NB/T31006：2011《海上風(fēng)電場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行設(shè)計(jì)的，防腐方案設(shè)計(jì)合理，油漆施工是按照油漆供應(yīng)商提供的施工工藝執(zhí)行，關(guān)鍵工序有相應(yīng)的記錄，并且油漆干膜厚度符合設(shè)計(jì)要求，從而排除了防腐的設(shè)計(jì)及施工缺陷。

為了了解防腐層損壞的具體情況，在退潮以后我們對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行了實(shí)地調(diào)查，發(fā)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)內(nèi)部防腐層完好，外部區(qū)域出現(xiàn)了不同程度的損壞，有些區(qū)域有遭受撞擊的跡象，且外部表面有大量海洋生物(主要是海蠣子)附著。圖1中鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)外表面黑色的物體即為附著的海洋生物，圖2為海洋生物對(duì)鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)防腐層的破壞情況。

原因分析

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的情況進(jìn)行調(diào)查，我們認(rèn)為外力撞擊及海洋生物的附著是造成海上風(fēng)電鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)防腐層損壞的主要原因。

一、外力撞擊

我們發(fā)現(xiàn)有防腐層損壞的鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的船舶?？垦b置不合理，在船舶靠泊的時(shí)候受海水流動(dòng)的影響，船舶容易撞擊到鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，另外，風(fēng)場(chǎng)所處海域漂浮物比較多，也會(huì)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)產(chǎn)生撞擊。而本項(xiàng)目在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)防腐方案設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有考慮外力撞擊對(duì)油漆的影響，因而許多區(qū)域在遭受外力撞擊時(shí)出現(xiàn)油漆層被撞壞并脫落的現(xiàn)象，從而影響了防腐涂層的使用壽命。

二、海洋生物的附著

由于風(fēng)電機(jī)組所處海域生長(zhǎng)著大量的海蠣子(也叫牡蠣)，其具有許多獨(dú)特的生活習(xí)性，剛出世的幼蠣，可以在水中自由游泳，但當(dāng)它們遇到合適的環(huán)境，就開(kāi)始寄生在巖石或其他堅(jiān)硬的海中物體上，終生過(guò)著固著式的生活，難以被清除，從而在鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上形成外污損層。海蠣子附著在鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上以后，雖然能夠阻礙碳鋼表面的氧分子向腐蝕表面擴(kuò)散，能對(duì)碳鋼的腐蝕有一定的保護(hù)作用，但是由于附著層的不滲透性和外污損層中嗜氧菌的呼吸作用，使碳鋼表面形成缺氧環(huán)境，有利于硫酸鹽還原菌(SRB)的生長(zhǎng)，從而加速碳鋼的厭氧腐蝕。

根據(jù)電化學(xué)腐蝕原理和實(shí)驗(yàn)事實(shí)，硫酸鹽還原菌(SRB)誘導(dǎo)碳鋼腐蝕的機(jī)理如下：Fe-2e→Fe2+(陽(yáng)極反應(yīng))2H++2e→H2(陰極反應(yīng))SO42-+8H→S2-+H2O(SRB陰極去極化)S2-+2H+→H2S(陰極去極化)Fe2++S2-→FeS(陽(yáng)極去極化)Fe2++H2S→FeS+2H+

上述反應(yīng)所需H+來(lái)源于SRB代謝出有機(jī)酸的電離以及水的電離，從上述機(jī)理可以看出在整個(gè)電化學(xué)腐蝕過(guò)程中，硫化物(S2-)，特別是H2S既有陰極去極化作用，又具有陽(yáng)極去極化作用，從而加速了碳鋼的腐蝕,嚴(yán)重的影響了海上風(fēng)電機(jī)組鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的使用壽命。

解決措施

為了保證風(fēng)電機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行，在找出造成鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)防腐層損壞的原因以后，我們須采取針對(duì)性的措施進(jìn)行解決。

一、應(yīng)對(duì)外力撞擊的措施

(一)根據(jù)該風(fēng)場(chǎng)的水流特性?xún)?yōu)化原船舶?？垦b置的設(shè)計(jì)，并在船舶?？刻幵黾酉鄳?yīng)的保護(hù)舷，保護(hù)舷可以吸收船舶?？繒r(shí)的沖擊能量，從而減輕對(duì)鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的破壞作用;

(二)考慮船舶?？繒r(shí)對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的撞擊作用，在船舶?？刻幮枰x擇耐撞擊強(qiáng)度高的油漆;

(三)鑒于該風(fēng)場(chǎng)所處海域漂浮物較多，因此需要在鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)外圍設(shè)置隔離設(shè)施，從而減少漂浮物與鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)接觸的可能性。

二、應(yīng)對(duì)海洋生物附著的措施

海洋生物的附著不僅會(huì)破壞鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)防腐層并加速碳鋼的腐蝕，而且難以解決，由于我國(guó)海上風(fēng)電起步比較晚，相關(guān)規(guī)范不夠健全，考慮到海上石油鉆井平臺(tái)所處環(huán)境與海上風(fēng)電機(jī)組比較相似，為了更好的解決該問(wèn)題，我們查閱了大量海上石油鉆井平臺(tái)防海洋生物附著的措施。目前我國(guó)石油鉆井平臺(tái)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(dòng)力防海生物裝置(MGP)、使用防污漆防海生物及電解防海生物。

(一)海洋動(dòng)力防海生物裝置(MGP)

海洋動(dòng)力防海生物裝置(MGP)采用具有高彈性、高耐久性、優(yōu)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(huán)抱于導(dǎo)管架構(gòu)件的周?chē)?，即海生物易于附著、生長(zhǎng)的部位。利用海水的浮力，海流、波浪等自然力為動(dòng)力，使裝置在導(dǎo)管架構(gòu)件的外圍作垂向、橫向、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。通過(guò)這一復(fù)合運(yùn)動(dòng)，使設(shè)置在裝置上的撞擊輪不斷地碰撞、接觸導(dǎo)管架構(gòu)件的表面，從而使海生物無(wú)法附著，這種方法還可以逐漸清除已附著的海生物。該裝置的優(yōu)點(diǎn)是，以海水的自然能力為動(dòng)力，不需人為地施加外力，簡(jiǎn)易、有效、污染小、成本低。不足之處是在長(zhǎng)期使用中，如遇到大風(fēng)、臺(tái)風(fēng)天氣，在波浪、海流的共同作用下，該裝置與導(dǎo)管架構(gòu)件將發(fā)生劇烈碰撞，如果出現(xiàn)破損，維修、更換將非常困難。

(二)防污漆防海生物

防污漆是涂裝于導(dǎo)管架構(gòu)件的一種特殊涂料，它的主要作用是通過(guò)漆膜中毒料的滲出、擴(kuò)散或水解等方式逐步釋放毒料，達(dá)到防止海洋生物附著于鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的目的。防污漆雖然具有很多優(yōu)點(diǎn)，如滿(mǎn)足環(huán)保性能要求;漆膜具有一定的透水性，可保證毒性連續(xù)滲出;漆膜具有良好的耐海水沖擊性，在長(zhǎng)期浸沒(méi)于水中時(shí)不起泡、不脫落。但是防污漆的缺點(diǎn)也是十分致命的，它只能在一定時(shí)間內(nèi)防止海洋生物附著在導(dǎo)管架構(gòu)件上，一般3年-5年后需要重新進(jìn)行涂刷。

(三)電解防海生物

電解防海生物是通過(guò)電解的方法，產(chǎn)生有毒的物質(zhì)，從而形成一種不適合海洋生物附著生長(zhǎng)的環(huán)境。目前常用的方法有兩種，即：電解海水產(chǎn)生次氯酸殺滅海洋生物;電解銅、鋁電極以海水為導(dǎo)體通過(guò)外加電流的方式電解出金屬離子，使海水中的金屬離子達(dá)到一定濃度從而殺死海洋生物。該技術(shù)具有可靠、使用方便、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，但是會(huì)殺死周?chē)Ｓ虻暮Ｑ笊?。由于本風(fēng)場(chǎng)夏季臺(tái)風(fēng)較多，在大風(fēng)的作用下，存在海洋動(dòng)力防海生物裝置撞壞鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)防腐層的可能，另外本風(fēng)場(chǎng)周?chē)写罅康酿B(yǎng)殖區(qū)，也不適宜采用電解防海生物的方法，如果直接在鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上涂刷防污漆，由于防污漆的使用壽命只有3年-5年，在防污漆達(dá)到使用年限時(shí)須現(xiàn)場(chǎng)重新涂刷，考慮到現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境比較惡劣，難以保證施工質(zhì)量，因此直接在鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上涂刷防污漆也不是一個(gè)理想的解決措施。針對(duì)本風(fēng)場(chǎng)，我們的解決方案是制作玻璃鋼保護(hù)管用于包裹在鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)外面，并在玻璃鋼保護(hù)管的外表面涂刷低表面能防污漆來(lái)防止海洋生物的附著，將來(lái)防污漆失效以后，可以將玻璃鋼保護(hù)管拆下運(yùn)回工廠重新涂刷防污漆，并再次用于鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)防止海洋生物附著。該方案避免了現(xiàn)場(chǎng)涂刷防污漆的工作，可以有效的保證施工質(zhì)量，但是成本會(huì)比較高。海上風(fēng)電有著廣闊的發(fā)展前景，但是目前鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的防腐仍然面臨著許多問(wèn)題，尤其是海洋生物的附著問(wèn)題至今未能有很好的解決辦法，雖然我國(guó)在船舶、石油鉆井平臺(tái)等行業(yè)有著大量的防海洋生物附著的措施，但是大部分的措施并不能滿(mǎn)足海上風(fēng)電的使用要求。由于目前我國(guó)開(kāi)發(fā)的海上風(fēng)場(chǎng)主要是近海風(fēng)場(chǎng)，在進(jìn)行海上風(fēng)電鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)防腐設(shè)計(jì)時(shí)我們既要采取措施避免海洋生物對(duì)防腐層的損壞，又要兼顧對(duì)海洋生物及周?chē)h(huán)境的保護(hù)。為了避免海上風(fēng)電鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)防腐層的提前失效，我們?cè)谶M(jìn)行防腐設(shè)計(jì)時(shí)綜合考慮各方因素的影響，并在施工過(guò)程中嚴(yán)格按照相應(yīng)規(guī)范執(zhí)行。