海上风机钢结构腐蚀分区分析

海上风机钢结构腐蚀分区分析

1风机结构的安全性随着世界绿色能源的繁荣，海上发电取得了很大进步。目前海上风机采用的主要材料是钢结构。海上风机结构在整个寿命期间,都暴露于海洋环境之中,受到极大的腐蚀影响。针对海上风机的腐蚀机理和防腐蚀措施的研究,对于提高海上风机结构的寿命具有重大的实践意义。2在海水淡化和海水腐蚀过程中的应用海洋环境对海上风机钢结构的腐蚀影响,概括起来主要包含以下几个因素:盐量、电导率、溶解物质、溶解物质、温度、pH值、海流波浪、海生物等。海水中的溶盐量增加,导电率增大而含氧量减少,会对钢材产生腐蚀影响;海水是一种高导电性的电解质溶液,电导率越高,腐蚀速度越快;CO2溶于水同时与水化合形成碳酸根离子、碳酸氢根离子,对金属起到腐蚀作用;海水温度升高,会加速阴极和阳极过程的反应速率;海流和波浪改变了供氧条件,必然加快腐蚀过程,同时附带了一部分的冲击破坏;生物污着会改变供氧条件、产生腐蚀性产物。3腐蚀区域的划分海洋环境包含从海上风机顶端叶片所处的海洋大气区,到基础最底部桩端所处的海泥区域,包含了温度、日照、含氧量、盐度、风速、波浪、海流速度、pH值、生物污着等众多因素。区域不同,腐蚀机理不同,腐蚀程度也不相同。通常将腐蚀区域分为5个:海洋大气区、飞溅区、潮差区、全浸区、海泥区。根据以往的腐蚀调查,腐蚀程度如下图1所示。3.1钢结构表面盐粒或碱粒腐蚀严重海洋大气区是指海上风机常年不接触海水的部分。海洋大气区的钢结构表面由于盐粒、盐雾存在,使得平均腐蚀速率可达0.05~0.15mm/a。影响腐蚀破坏强度的主要因素是积聚在金属表面上的盐粒或盐雾数量,特别是像氯化钙和氯化镁等海盐粒由于吸湿性,在钢结构表面形成液膜,在夜间或温度变化达到露点时更加显著。这类腐蚀还和风速和风向、距离海面高度、地区温度、湿润时间、季节变化、太阳辐照等因素相关。降雨会冲刷掉钢结构表面沉积的盐类,可减轻腐蚀;背对阳光一侧的钢结构,尽管温度较低,但表面尘埃和空气中的海盐及污染物未被及时冲洗掉,湿润程度高造成腐蚀更为严重。大气区腐蚀性,随着温度的升高而加强。3.2干职原理的转化飞溅区是指海水飞溅能够喷洒到,但海水涨潮时又不能被海水浸没的结构部分,通常为海水平均高潮位以上约0~2.4m的位置。浪溅区供养充分、日照充足、含盐粒子大量积聚、液膜湿润时间长、干湿交替频率高且波浪冲击大。研究表明。飞溅区在干湿交替过程中,钢结构的阴极电流比全浸区的阴极电流大。全浸区钢材的阴极反应是溶解氧的还原反应,飞溅区中的钢由于锈层自身氧化剂的作用而阴极电流变大。即飞溅区钢材在干燥过程后,表面锈层在湿润过程中作为一种强氧化剂在起作用,而在干燥过程中,由于空气氧化,锈层中的又被氧化成,上述过程反复进行,加速了腐蚀。通常飞溅区平均腐蚀速率达到0.1~0.3mm/a,最大腐蚀速度可达平均值的2~3倍,是腐蚀最为严重的区域,呈现出腐蚀峰的特征,如图1所示。长时间在充气良好的海水中湿润,造成相当高的腐蚀。在高速的风速和海流速度同时作用下,造成强烈的海水运动,海水冲击导致磨耗—腐蚀联合作用的破坏。3.3潮差区腐蚀的现状潮差区是指海水平均高潮线与平均低潮线之间的区域。特点是,涨潮时浸没,退潮时暴露在海洋大气中,同样有一个干湿周期的变化,但是变化周期相比飞溅区长,所以潮差区的腐蚀作用没有飞溅区严重,不同于飞溅区在于暴露时间和生物污着。第一,位于潮汐区的金属表面同时与充气良好的海水接触,每日只有短时间如此;第二,海洋生物污着成为此区域重要的影响因素。潮差区腐蚀较小的主要原因是全浸区和潮差区形成了宏观电池,潮差区由于供氧充分形成了宏观电池的阴极区,全浸区成为了宏观电池的阳极区,阳极区向阴极区提供保护电流,使得潮差区腐蚀减轻。平均腐蚀速率为0.05~0.15mm/a,最大腐蚀速度可达平均值的2~3倍。3.4海水深度和腐蚀速率全浸区是指常年被海水浸没,直至海洋泥土表层的部分。高浓度的Cl-离子存在,钢材很难钝化,即使是不锈钢这类高合金成分的材料,因为钝化膜稳定性降低,也极其容易发生点蚀。全浸区平均腐蚀速率一般可达0.05~0.1mm/a,最大腐蚀速度可达平均值的2~3倍,由于海水的性质随深度而异,所以海水深度也是一个影响因素。浅水区域,进入海水中的氧通常达到饱和或者接近饱和;生物活性也最大;表层温度也比中层和深层海水温度高;污染和化学玷污更为显著,因此浅层水域腐蚀性比深层水域大。相关研究从碳钢长期腐蚀浸没实验数据,分析出平均腐蚀深度的经验公式为:式中:D——平均腐蚀深度,mm;A——海水中浸没第一年的平均腐蚀深度,mm;k——浸没暴露时间,a;k——钢材被海水浸没的稳定腐蚀速度(大致为0.05mm/a~0.13mm/a)。3.5海底泥岩碳系土壤的防腐(待查)可以找找生物腐蚀的内容。主要指的是海水全浸区以下深入海泥的部分,主要由海底沉积物构成。与陆地土壤不同,海底泥土区域的含盐很高,电阻率低。海底泥浆是一种良好的电解质,对钢材的腐蚀性比陆地土壤要高。由于海底泥土区Cl-含量高且供氧量不足,一般钝性金属(如Cr-Ni不锈钢)的钝化膜是不稳定的。海底泥区的氧浓度相当低,因此海泥区的腐蚀速度要低于全浸区。海底泥区含有大量细菌,主要是厌氧的硫酸盐还原菌,在缺氧条件下生长繁殖,同时海水压力提高细菌活性,加快腐蚀速度,平均腐蚀速率为0.03~0.2mm/a。4涂层和耐候性海洋大气区的结构易于维修和保养,多采用涂层保护,由于长期处于日晒老化、高湿度、沉积盐环境中,应涂装缓蚀性涂料。结构形状复杂且难于采用涂层保护时,采用镀层保护。面漆需采用耐候性良好的涂料,常使用聚氨酯面漆。有条件时可选用氟碳涂料或聚硅氧烷等高耐候性面漆品种。飞溅区和潮差区的太阳紫外线照射,波浪、水流、泥沙及漂浮物机械冲击和侵蚀,干湿交替循环,腐蚀严重,海上钢结构在浪溅区一般选择重防腐蚀涂层或金属热喷涂加封闭涂层保护,无机富锌涂料在海洋环境中具有优异的防腐蚀性和耐久性。现今新技术多采用复合包覆技术防腐和涂层防腐相结合。全浸区可以采用阴极保护和涂层联合防腐技术。使用的必须是不透性涂层并且具有良好的耐电性和耐碱性。海泥区可以采用阴极保护,辅以涂层防护。5