GB/T 33630-2017《海上风力发电机组防腐要求 》

GB/T 33423 《沿海及海上风电机组防腐技术规范》

GB/T 31817 《风力发电设施防护涂装技术规范》

NB/T 31006 《海上风电场钢结构防腐蚀技术标准》

ISO/TS 19392-1 《色漆和清漆—风力涡轮机转子叶片的涂层系统 第一部分：最低要求和耐候性》

ISO/TS 19392-2 《色漆和清漆—风力涡轮机转子叶片的涂层系统 第二部分：用旋转臂测定和评估耐雨水侵蚀性》

DB 43/T 1774.1《陆上风力发电机组防腐蚀技术规范 第一部分：钢结构零部件》

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1、设计依据

环境条件:大气环境对建筑钢结构长期作用下的腐蚀性等级可按表 1 确定。

二、海上风电腐蚀环境

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，梦能涂料专家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，而环境分区、腐蚀环境分区与环境腐蚀性三者之间的关系见表1。

表1：海上分电腐蚀环境分区示意图

一、风电叶片的材料

风电叶片（wind turbine blades）是风电机组中有效捕获风能的关键部件，叶片长度随风电机组单机容量的提高而不断增长。根据顶旋理论，为获得更大的发电能力，风力发电机需安装更大的叶片。

目前，风电叶片的主流材料是复合材料，特别是玻璃纤维增强塑料（GRP）和碳纤维增强塑料（CFRP）。

玻璃纤维增强塑料 (GRP)：GRP是目前最常用的风电叶片材料之一，它具有良好的强度和刚度，制造成本相对较低，但是与碳纤维相比，GRP的韧性较差，耐久性也较低。

碳纤维增强塑料 (CFRP)：CFRP是另一个重要的材料选择，尤其是在叶片的大梁或主梁部分，它具有极高的强度、刚度和低密度，能够显著减轻叶片的重量，提高其整体性能。CFRP的使用有助于减少动力损失和噪音，但由于成本较高，通常只用于叶片的关键部分。

二、海上风电叶片要求

我们以GB/T 33630-2017《海上风力发电机组 防腐要求 》为例，来详细读一下海上风电的测试要求，叶片防护涂层性能要求如下：

区域C：风电叶片油漆（带防结冰涂层）

一、海上风电桩基础防腐要求

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A~区域C，区域A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B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或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320μm；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280微米

*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、漂浮式基础常用的防腐方案

二、海上风电桩基涂料防腐解决方案

区域A：内外部的海泥区+内外部的全浸区

海泥区位于全浸区以下，是饱和了海水的土壤，它是一种比较复杂的腐蚀环境，既有土壤的腐蚀特点，又有海水的腐蚀行为。海泥中的硫酸盐还原菌会在缺氧环境下生长繁殖，对风电桩基造成比较严重的腐蚀。

全浸区长期浸泡在海水中，由于风电的桩基在海水中的腐蚀受氧的还原反应所控制，所以溶解氧对钢铁腐蚀起主导作用。钢铁在潮差带出现腐蚀最低值，其值甚至小于海水全浸和海底土壤的腐蚀率。这是由于钢桩在海洋环境中，随着潮位的涨落，水线上方湿润后的钢材表面上的供氧比浸在海水中水线下方的钢材表面充分得多，且彼此构成回路，形成了一个宏观条件下的氧浓差腐蚀电池，使整个潮差带都得到了不同程度的保护，但是在平均潮位以下的部分则作为阳极而受到明显腐蚀。

表1：桩基的海泥区、全浸区采用石墨烯玻璃鳞片技术

表2：桩基的飞溅区、潮差区、低水位区采用石墨烯涂料技术

海上风电桩基础是贯穿海泥至大气的连续钢结构，其腐蚀特征有别于单独处于各区域的钢铁。单个挂片的碳钢腐蚀速度，潮差区比全浸区要高1~2倍，而上下连续的平台结构，在潮差区受到的腐蚀却比全浸区要轻一些。考虑到施工、维修以及阴极保护效果等因素的影响，也可把潮差区并入飞溅区考虑。

表3：桩基的大气区采用石墨烯涂料技术

在桩基的钢铁表面易形成水膜，海洋大气盐分多，它们在钢铁表面积沉，与水膜形成导电良好的液膜电解质，形成有利的电化学腐蚀条件，海洋大气对钢铁的腐蚀程度要比内陆大气高4~5倍。

一、风电塔筒防腐要求

风电塔筒是风力发电的塔杆，是风电机组中的主要支承装置，主要是将机舱和风轮托举到所需的高度，对主机及叶片起到支撑的作用，同时还能吸收机组的震动，对其进行分析和控制是风电机组设计过程中必不可少的工序。

海洋腐蚀环境包括海洋大气腐蚀环境和海水腐蚀环境，塔筒在海洋海洋中所处的具体位置不同而划分为不同的腐蚀区域，其腐蚀机理和腐蚀类型也各不相同。其腐蚀区域可划分为海洋大气腐蚀、潮差区腐蚀、浪花飞溅区腐蚀、海水全浸区腐蚀及海泥区腐蚀。

二、风电塔筒涂料防腐解决方案

表1：塔筒外表面采用的石墨烯涂料技术

海洋大气是指在海平面以上由于海水的蒸发，形成含有大量盐分的大气环境。此种大气中盐雾含量较高，对金属有很强的腐蚀作用。与浸于海水中的钢铁腐蚀不用，海洋大气腐蚀同其他环境中的大气腐蚀一样是由于潮湿的气体在物体表面形成一层薄水膜而引起的。海洋大气中相湿度较大，同时由于海水飞沫中含有氯化钠粒子，所以空气的相对湿度都高于它的临界值；以及潮差区的钢铁表面经常会与含有饱和氧气的海水接触，由于海洋潮差变化的原因而使钢铁腐蚀加剧，在有浮游物体和冬季流冰的海域，潮差区的钢铁还会受到撞击。

表2：塔筒内表面油性防腐涂料方案

一、海上风电升压站防腐要求

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。主要由低合金钢或者碳钢焊接而成，重要附件采用不锈钢制成，爬梯及栏杆等会选择热浸镀锌钢。

上升压站平台外部直接暴露在海上大气环境中，根据ISO 12944-2标准中的腐蚀环境分类，海上升压站平台外表面处于C5/CX腐蚀环境，即非常高的海洋腐蚀环境。

二、海上风电升压站涂料防腐解决方案

根据海上环境腐蚀特点，海上升压站平台处于海洋大气区，海洋大气区具有湿度高、盐分高、干、湿循环效应明显等特点。由于海洋大气湿度大，水蒸气在毛细管作用、吸附作用、化学凝结作用的影响下，会附着在钢材表面上形成一层水膜，CO2、SO2和一些盐分溶解在水膜中，使之成为导电性很强的电解质溶液，铁作为阳极在电解质溶液中被氧化而失去电子，变成铁锈。另外，Cl-有穿透作用，能加速钢材的点蚀、不锈钢的应力腐蚀和缝隙腐蚀等局部腐蚀，低碳钢暴露1a后的腐蚀大于80-200μm，镀锌层一年腐蚀速率为4.2μm -8.4μm/a 。腐蚀严重影响了海洋平台结构材料的力学性能，从而影响到海洋平台的使用安全，海洋大气区的防腐措施主要采用涂层或金属镀层。

表1：甲板采用石墨烯涂料技术

表2：浸镀锌钢防腐涂层体系

表3：热浸锌的栏杆、爬梯、护笼采用石墨烯涂料技术

表4：不锈钢管件采用石墨烯涂料技术

NORSOK M-501及NACE SP 0108标准对不锈钢防腐蚀涂层体系的要求见表3。

表5：高强螺栓、螺母紧固件

高强螺栓、螺母在安装过程中或使用期间，螺栓和螺母可能会遭受物理损伤，如划痕或碰撞，这些损伤会破坏表面的防腐涂层，成为腐蚀的起点。NACE SP 0108标准详细描述了紧固件的涂层体系，紧固件应采用可达到与钢结构相同耐久性的防腐蚀措施。

区域C：变压器内壁

表6：变压器外壁采用石墨烯技术

在近年来的能源转型浪潮中，风能作为一种清洁、可再生的能源选择迅速崛起。而在风力发电发展的海上风电也逐渐成为了一个新的热点，与陆地风电相比，海上风电具有更加丰富的风资源和更好的发电效率，相应能为人们创造更多的清洁能源。海上环境中的高温、高湿、强风、海盐等因素的影响也让海上风电防腐施工面临一些新的问题。本文将会对这些问题进行详细介绍，并给出解决方案。

一、截面涂覆不均匀

由于海上风电塔的高度较高，施工过程中的重量控制和班组工作很难保证涂层涂覆的均匀性，海上盐雾也容易对风力塔进行腐蚀，不均匀涂层则使得腐蚀局部的防护效果大打折扣。

解决方案：

1.增加涂层铲除

在施工现场统一配备大面积铲除机器，对涂料施工后不符合标准的部位进行重点清理，保证涂层的均匀性。

2.加强质量管理

对于施工涂层均匀性质量进行检验，确保整个涂层的厚度和粘附力符合规范要求。

二、涂层龟裂

海上风电使用的钢材较为坚硬，而且在海洋环境下更容易出现龟裂的情况，夏季温度高、光线强，这些都将导致破坏涂层的环境因素更加强烈。

解决方案：

1.增加防护层

可以在涂层的基础上添加一层特殊的防护膜，以增加涂层的防水、防盐、抗紫外线等性能。

2.使用防腐涂料

选择合适的防腐涂料，确保涂层初始防腐蚀效果，并在施工中注意温度、湿度等方面的控制。

三、损伤外观效果

由于海上风电环境恶劣，施工过程中也难免会对外观产生损伤，从而影响塔的美观效果。

解决方案：

1.增加保护措施

在风电塔的外层设置合适的保护措施，比如使用塑料袋、防护布等材料进行包裹，避免外在因素对外观造成损害。

2.及时维修外观

对于已经受损的风电塔外观，需要及时进行维修，以恢复外观美观度和整体维修效果。

海上风电防腐施工问题需要采取科学合理的防腐工艺和技术措施，切实加强防护，改善现有施工技术和工艺，不断推进防腐施工创新，提高海上风电塔体质及使用寿命，促进海洋环境下风电信息化、数字化应用的广泛普及，更好地为人们提供清洁、可靠、安全的清洁能源。