近年來，海上風電發展勢頭強烈，各項優勢都顯示著海上風電將（jiāng）是未來風電的大勢所趨。然而，與（yǔ）陸上風（fēng）電相比，海上風電所處環境更為複雜，海洋大氣區高濕度、高鹽霧、長日照，浪花飛（fēi）濺區幹濕（shī）交替，水（shuǐ）下區海水浸泡、生（shēng）物附著（zhe）等，腐蝕環境非常苛刻，對海上風電設備的（de）腐蝕防護提（tí）出了嚴峻挑戰，同時海上風電由（yóu）於其特殊的地理（lǐ）環境和技術要求，維修費用極高。因此，海洋腐蝕不（bú）但給海上風電機組帶來巨大（dà）安全隱患，縮（suō）短機（jī）組運營壽命，也大大增加了（le）風電的建設投資和運（yùn）行維護成本。
海上（shàng）風電機組
海（hǎi）上風電機組主要由水（shuǐ）下基礎、塔架、機艙、輪轂和葉片等部分組成，具體構造上不同廠家的風機存在一些區別，大部分廠家將主軸、軸承座、齒輪箱、聯軸器、機（jī）械刹車、發（fā）電機、變壓器、變槳係統、電控係統（tǒng）等集成在機艙和輪轂內部，以減少現場安裝工作量。
水（shuǐ）下基礎從材料角度主要有鋼結構基礎和鋼筋混凝土結（jié）構基礎；從（cóng）結構形（xíng）式分（fèn）主要有重力式基礎、單（dān）樁基礎、群樁基礎、導管架基礎、吸力式筒（tǒng）形基礎等固定式基礎和漂浮式基礎等。
目前海上風機的高度一般在80～110m的範圍內，按部位劃（huá）分，風機基礎結構處於浪花飛濺區、潮差區、全浸區及（jí）海泥區， 風機的機艙、 輪轂、 葉片和塔（tǎ）架等處（chù）於（yú）海洋大氣區範圍內。
（資料圖：中船海裝）
海上風電機組的腐蝕環境
海上風電場處於嚴酷的應用環境之中，不僅（jǐn）有著腐蝕（shí）問題，還會有物理性的撞擊（jī）和海洋（yáng）生物的影響等。從環境的不同特點（diǎn）出發，海上風機總體處於5個不同的部分，分別為海洋大氣區、浪花飛濺區、潮差區、全浸區和海泥區。
1、海洋大氣區
高濕、高鹽是海洋（yáng）大氣的特點，海洋大氣中的水蒸氣在毛（máo）細管作用（yòng）、吸（xī）附作用和化學凝結作用等的影響下，容易附著在（zài）鋼鐵表麵（miàn）形成一層肉眼看不（bú）到的水膜（mó），水膜中有溶解氧、氯離子、 硫酸根離子和其它一些鹽分， 是導電性很強的電解質溶液。鋼鐵（tiě）表麵的不均勻（yún）使得表麵形成腐蝕電池， 從而引起鋼鐵腐蝕。研究結（jié）果表明，鋼在濕度 70% 時腐蝕最為嚴重（chóng）。另外晝夜的幹濕交替，對腐蝕有加速（sù）作用。
水膜中氯離子具有（yǒu）穿透作用，它能加速鋼鐵的點蝕、應力腐蝕、晶間腐蝕（shí）和縫隙腐蝕等局部腐蝕，使得鋼鐵表麵難以形成長期穩定的致密鏽層，導致腐蝕率（lǜ）上升。
2、浪花飛濺區
在浪花飛濺區，海水膜潤濕時間長、幹濕（shī）交替頻率快、海鹽（yán）離子大量積（jī）聚，同時飛濺的海浪粒子衝（chōng）擊和海風等使得供氧充分（fèn），是造成腐蝕速度加劇的（de）重（chóng）要因素。飛濺海水中（zhōng）的氣泡（pào）會衝擊破壞材料表麵， 使得該部分的防腐塗層很容易脫落。因此在整個海洋環境中，浪花飛濺區是腐蝕最為嚴重（chóng）的區域。
3、潮差區
鋼結構基礎的水下區與潮（cháo）差區部分由於氧含量不同而形成氧濃差電池，潮差區部分由於供（gòng）氧充分而成為宏觀電池的陰極區，水下部分（fèn）則變為陽極向陰極區提供保（bǎo）護電流，而使得潮差區（qū）部分腐蝕較輕。
海洋生（shēng）物能夠棲居在潮差區結構的表麵，如果附著生物均（jun1）勻分（fèn）布（bù），會在結構表麵（miàn）形（xíng）成保護膜從而減輕腐蝕（shí），如果局部附著，則會因供氧不同（tóng）而導致（zhì）附著物（wù）下麵的鋼表麵腐蝕嚴重。
4、全浸區
在全浸區，以電化學和生物（wù）腐蝕為主，又分為淺水區（低潮位以下20～30米以內） 、 大陸架全浸區 （30～200米水深區）和深水區（200 米以下）。
淺（qiǎn）水區海（hǎi）水流（liú）速大，存在近海化（huà）學和（hé）泥沙（shā）汙染，溶（róng）解氧和（hé）二氧（yǎng）化碳處於飽和狀態，生物活（huó）躍，水（shuǐ）溫較高，是全浸區腐蝕較為嚴重的部（bù）分。
隨（suí）著水深的增加，海水流速降低，水溫（wēn）下降，含氣量降低（dī），生物活動減少，腐蝕以電化學腐蝕為（wéi）主，相對淺水區較（jiào）輕。隨著深度進一步增大，壓力增大，礦物（wù）鹽（yán）的溶（róng）解量下降，水溫（wēn）、含氣量、水流進一步降低。腐蝕以電化學腐蝕和應力腐蝕為主，相對較輕。
5、海泥區
海泥區位於全浸區（qū）以下，主要由海底沉積（jī）物構成。海底沉積物（wù）的物理性質、化學性質和生物性質隨海域和海水深度的不同而不同。海泥實際是飽和了海水的土壤，它既有土壤的腐蝕特點（diǎn），又有海水的腐蝕行為（wéi）。相對來講，海泥區的腐蝕較輕（qīng）。當海泥中存在硫酸鹽還原菌時（shí），它會在（zài）缺氧環境下生長繁殖，對鋼材造成比較嚴重的腐蝕。
碳（tàn）鋼在海洋環境中（zhōng）的（de）不同區帶表現出不同的腐（fǔ）蝕（shí）特（tè）征，在海水中的腐蝕主要包括物理、化學和生物的影（yǐng）響，應結合不（bú）同的特征采取針對性地防腐蝕措施（shī）。
海上風電機組腐蝕類型
海上風力發電機組在海洋環境中麵臨著嚴重的腐蝕問題。根據不（bú）同（tóng）的腐蝕形態和原因，可以將腐（fǔ）蝕分為以下幾種主要類型：
1. 海水腐蝕：海水是一種（zhǒng）複雜的電解質，含有高鹽度、微生物（wù）和溶解氣體等成（chéng）分。這些成分對海上風力發電（diàn）機組產生（shēng）強烈的腐蝕作用。
2. 海（hǎi）洋微（wēi）生物腐蝕：海洋（yáng）微生物在代謝過程中（zhōng）產生各種化學物質，這些物質可能與金屬表麵發生化學反應，導致嚴重的腐蝕。
3. 疲勞（láo）腐（fǔ）蝕：由於風力發電機組在運行（háng）過程中經曆周期性的載荷變化，導致金屬表麵產生（shēng）疲勞裂（liè）紋（wén），最終導致腐蝕斷裂。
4. 應力（lì）腐蝕：由於運行過程中承受的應力和腐蝕介質共同作用，使金屬材料產（chǎn）生應力腐蝕開裂。
5. 生物汙損腐蝕：海洋生物附著在風力發電機組表麵，它們的生命活動和死亡後留（liú）下的殘骸加速了材料的腐蝕（shí）。
（資料圖：廣納納米）
海上風電機組防腐（fǔ）技術
海上風電機組不同於（yú）海上鑽井平台，受到（dào）腐蝕時可以隨時修補，海上風電機組由於其特殊的地理環境和技（jì）術要求，維修費（fèi）用極高（gāo）。由於上述原因，很容易使海上風電電力傳輸設施發生短路故障，甚至釀成火災等安全重大事故。因此，海上風機的防護，需要（yào）進行（háng）係統化的設計、規劃、實施。
塔架的（de）防腐設計
海上風機塔架按照機型可分為近海和沿海灘塗的底座式和近海和深海的浮體式兩種。風電塔架的腐蝕保護主要是基於其腐蝕環（huán）境ISO12944C5-M，對於浸水區域按I㎡。推薦的幹膜厚度為320~500μm(大氣腐蝕環境C5-M)和400~1000μm(海水浸泡（pào）環境I㎡)，可以（yǐ）達到15年以上的無需維修使用壽命（mìng）周期。
對於近海的鋼（gāng）結構還有2003年發布的ISO20340標準《色漆和清漆用（yòng）於近海建築及相（xiàng）關結構的保（bǎo）護性（xìng）塗料體係的性能要求》，這個（gè）標準是通用型的，對不同的腐蝕環境都適用，而實際的腐蝕環境更為複雜，塗裝時更要注重（chóng）微觀腐蝕環（huán）境（jìng）和（hé）腐蝕因素。
（資料圖：天順風能）
葉片的防腐設計
JB/T10194－2000中指出，設（shè）計和製造葉片時（shí）要考慮環境因素的影響，應進行耐（nài）環境設計，采取相應措施，使其具有較高的環境適應性。
葉片在一定程度上暴露在腐蝕性環境條件下並且不（bú）容易接（jiē）近。由於運行條（tiáo）件的原因，在（zài）許多情況下不可能重做防腐層，因（yīn）此重視設計、材料選擇（zé）和防（fáng）腐保護措（cuò）施特別重要，防腐和減輕腐蝕的結構設計對防腐（fǔ）的實施、效（xiào）果和可修理性具有重大的影（yǐng）響。
對於不（bú）能通過塗層或鍍層來防腐的部位（wèi），可以（yǐ）選用適當的材料（liào）。複合材料葉片應采用（yòng）膠衣保護層，但沒有相應的（de）指標規定。標準認定的環境條件包括溫度、濕度、鹽霧、雷電、沙塵、輻射六項（xiàng）。在“MW級風力發電機組風輪葉片原材（cái）料國產化”的“863”計劃中，要求葉片表麵保護（hù）塗料（liào）能提高葉片（piàn）耐紫外線老化、耐風沙侵蝕以及耐濕熱、鹽霧腐蝕能力，適應我國南北方不同極端氣候條件下（xià）風電場（chǎng）的使用需求，保證風輪葉片20a的設計（jì）使（shǐ）用壽命。
（資料圖：中國鐵建港航局（jú））
其他部（bù）件的防腐設計
（1）底座、輪轂、軸承的防腐設計一般采（cǎi）用與塔架內壁相同的防（fáng）腐塗料體係。
（2）塔架基礎的防腐設計塔架基礎埋地鋼（gāng）筋同樣麵臨腐蝕（shí），但一般被忽視而未采取（qǔ）防（fáng）腐（fǔ）措施，一旦出現問題則難以處置。其防腐方法可采用一般建築用鋼（gāng）筋防腐塗料，或者針對性設計和選擇塗料品種，在基礎澆注前進行防腐塗裝。
（3）機艙罩、整流罩的防腐設計一般采用風機葉片塗料體（tǐ）係（xì）。
（4）變壓器的防腐設計一般為落地箱式（shì），北方寒旱環境下沙塵、冰（bīng）凍、紫外線腐蝕比較嚴重，南方（fāng）鹽（yán）霧濕潤腐蝕嚴重，要采用塔架外防護塗料體係。海上風機的箱式變壓器采用絕緣樹脂澆注實現變壓器鐵芯防腐蝕。
（5）控製櫃、開關櫃的（de）防（fáng）腐設（shè）計配電箱/電器櫃等鈑金結構件目前一般使用粉末塗料，主（zhǔ）要是采用提高防護等級隔絕空（kōng）氣（qì）來實現整體防腐蝕。
（6）發電機、齒輪箱的防腐設計雙（shuāng）饋型風機，因（yīn）其轉速較高，因此發電機采用常規的（de）密（mì）閉冷卻散熱係統，內部構造無需考慮防腐，隻需利用結構件防腐方法解決外表防腐問題（tí）。永磁直驅型風機，將鐵芯設計為防腐蝕材料（liào），而轉子線包則采用真空浸漆工（gōng）藝配合氟矽橡膠材料加強防腐，確保散熱和防（fáng）腐達到一種平衡。
海上風電機組防腐要求
我（wǒ）們以GB/T 33630-2017《海（hǎi）上風力發電機組 防腐要求 》為例，來看一下海上風電（diàn）的測（cè）試要求：
一、海上風力發（fā）電機組腐蝕環（huán）境區域按照（zhào）嚴酷等級劃分（fèn）如下：
二、根據以上的腐蝕環境，我們（men）來具體看看風力發電機組各部分結構的防護層的性能要求：
1.鋼製（zhì）結構件防護塗層性能要求
2.葉片防護塗層性（xìng）能要求
3.機艙罩、導流罩膠衣塗層性能要求
海上風機（jī）常用的防（fáng）腐措施
1）葉片、輪轂罩、機艙罩是由玻璃鋼製成，材料（liào）的本（běn）身具有防腐蝕性能。
2）塔架、輪轂、主機架、齒輪箱、發電機等金屬部件，多采取的是噴塗油漆（qī）的防腐方案，機組外部防腐等級C5-M，內部C4。
3）整個（gè）機（jī）艙（cāng）為密閉結構，為（wéi）實（shí）現機（jī）艙（cāng）內的（de）空氣與（yǔ）外界進行熱量的（de）交換，在（zài）機艙中可設置了空氣冷卻通道和（hé）換熱器裝置，保證隻有少量的含有鹽分的空氣進入機艙，減小空氣中（zhōng）的鹽分對機艙內（nèi）部件的腐蝕。
4）機艙外表直接暴露在空氣中的（de）金屬（shǔ）零部件，如水冷散熱器支架、航空燈支架（jià）等均可采用不鏽鋼材料（liào），以（yǐ）增加抗腐蝕能力。
5）在高濕（shī）度地區，發電機、控製櫃等電氣（qì）元件（jiàn）等處可增加加熱除濕係統，在濕度傳感器發出信號後，控製各部位的加熱器（qì）進行加熱除濕，避免潮濕環（huán）境對機組的影響。發電機也（yě）可以采用特種絕緣材料，提高發電機滑環室的防護等級。電氣線路（lù）板采用防腐塗層，電氣母排采用鍍鎳工藝，提高（gāo）防腐等級。
6）針對（duì）沿海的氣（qì）候條件特點，在齒輪箱、液壓係統等重要部件上（shàng），配置（zhì）了高精度的空氣過濾器，最大限度減少鹽霧進入箱體內部的可能；並（bìng）在（zài）潤滑油液壓油的（de）選擇上（shàng），選用油（yóu）水分（fèn）離性能更好的型號，使得（dé）混（hún）入（rù）箱體的含鹽水溶液難（nán）以融入油液，並迅速被大容量（liàng）、高（gāo）精度的油液過濾器所攔截，以防止含鹽水溶液混入油液後加劇對齒麵（miàn）、軸承、液壓元器件的磨損。
7）使用（yòng）鋅鉻膜（達克（kè）羅）塗（tú）層工藝技術對各連接件進行處理。鉻酸在處理時使工件（jiàn）表麵（miàn）形成（chéng）不易被腐蝕的（de）稠（chóu）密氧化膜，而且（qiě），由（yóu）於達克羅幹膜中鉻酸化合物不含結晶水，其抗高溫性（xìng）及加熱後的耐（nài）蝕性能也很好。
8）海上風機水下構築物采用陰（yīn）極（jí）保護。
（資料圖：東方風電）
海上風機鋼結構防腐措（cuò）施（shī）
正值風電設備（bèi）更新換代之際，大型（xíng）機組（zǔ）不僅需要優質鋼材，更需要較高的（de）處理工藝，以（yǐ）確保在海風、海浪中保持堅固（gù）的結構和表麵的耐腐蝕性，具有一定技術門檻。
1、耐候鋼
耐候（hòu）鋼是一（yī）種介於不鏽鋼和普（pǔ）通碳（tàn）素鋼之間的特殊材料，其最大特點在於耐鏽蝕和抗腐蝕性，使用壽命遠超普通鋼材。在（zài）工程（chéng）實踐中，耐候鋼無需塗（tú）裝即可使用，作為結構材料表現出色，能有效降低鋼結（jié）構（如橋梁）在整個壽命周期內的總成本。在實際應用（yòng）中，耐候鋼能有效抵抗長期風吹（chuī）雨打帶來的腐蝕和氧化，適合用於製造風電（diàn）塔和（hé）桅（wéi）杆（gǎn）等部件。
2、熱浸鍍（dù）鋅技術
熱浸鍍鋅是將鋼（gāng）材浸入熔融狀態的液態鋅中，在其表麵形成一層合金保護層的防腐方法（fǎ）。鋅的作用在於既可以在鋼材表麵形成一層致密的保（bǎo）護塗層，阻隔空氣與鋼材接觸，並利用犧牲陽極的原理來保（bǎo）護鋼材（cái）本體。由於鋅的腐蝕（shí）速率遠低於鋼材，因此能有效（xiào）保護鋼材，大（dà）大提高鋼材的耐腐蝕（shí）性（xìng），從而延長其使用壽命至數十年。通常，熱（rè）鍍鋅工藝（yì）被用於（yú）塔筒內部結構件的防腐處理。
3、防腐塗層（céng）
塗層（céng）保護的工作原理是在鋼結構的表（biǎo）麵塗覆一層或多層（céng）防腐塗料，以此隔絕海水和空氣的直接接觸，從而延緩腐蝕進程。該技術（shù）的關鍵是除鏽和塗料的選擇。常用的（de）塗料類（lèi）型包括環氧樹脂、聚氨酯（zhǐ）和含鋅塗（tú）料等，其具備出色的（de）黏附力（lì）和耐化學性，能夠有（yǒu）效地阻擋腐蝕侵襲。
近年來，納米技術在防（fáng）腐塗層領域的應用取得顯著進展。通過將納米氧化鋅和納米二（èr）氧化鈦等（děng）納米材料加到傳統塗料中，可提升塗層的防腐蝕（shí）和抗紫外（wài）線性能。例如，加入了納米粒子的環氧樹脂（zhī）塗（tú）料，在模擬海洋環境的測試中比傳統塗（tú）料（liào）高出50%的耐腐（fǔ）蝕性。此（cǐ）外，正在研究開發的智能塗（tú）層技術能夠在初期通過顏色變化進行警示，及時提醒維（wéi）修。
海上鋼結構防腐（fǔ）塗料噴塗步驟
4、熱噴塗防腐技術
熱噴塗防腐工藝的原理是通過在鋼材表麵噴塗耐腐蝕的金屬或合金層，以為材料提供更持久且均勻的保護層。此工藝常用（yòng）於海上風電偏（piān）航軸（zhóu）承的防（fáng）腐處理，目的（de）在於隔絕軸承基體與外界環境（jìng）的直接接觸。
5、陰極保護技（jì）術
我國在海上鋼結構中大量采用了（le）陰極保（bǎo）護技術，其基本原理是電化學保（bǎo）護。當直流電（diàn）流被引入海水中（zhōng）時，會使海上風電（diàn）設（shè）施的金屬結構成為陰極，同時使海水中的其（qí）他金屬離子變為陽極。因為陰極的金屬結（jié）構不會發生腐蝕，所以這種技術可以有效地防護海上風電設施不受海水侵蝕。
（資料圖：申能海南CZ2海上風電示範項目）
海上風電防腐應注意的問題
根據近幾年東海大橋海上風電場、江（jiāng）蘇如東海上風電（diàn）場的反饋，鋼（gāng）結（jié）構基礎的（de）腐蝕問題呈普遍（biàn）性逐步增多趨勢，主要體現在防腐方案不合理、塗層失效、陰極保護係（xì）統缺陷、防腐材料及施工質量（liàng）不過關（guān）等方麵， 因（yīn）此， 在海上風電的防腐蝕設（shè）計、建造及運行維護（hù）等方麵應注意（yì）以下問題：
1、設計標準問題
對（duì）於（yú）塔筒結（jié）構及鋼樁基礎的防腐，主要參照海洋工程鋼結構的防腐方法，國內外相關的標準規範較多，目前最常用的如下 ：
ISO12944色漆和清（qīng）漆——防護漆體係對鋼（gāng）結構的（de）腐蝕防護 ；
ISO20340 色漆和清漆——用於近海建築及相關結構的保護（hù）性塗料體係的性能要求（qiú）；
NORSOKM501表麵處理和防護塗料；
DNV RP B401陰極保（bǎo）護設計；
DNV OS J101海上風電機組設計。
ISO 12944是目前國際上應（yīng）用最廣泛的鋼結構防腐蝕塗裝規範，ISO 20340 和NORSOK M501對海上風電防腐蝕塗料體係的性（xìng）能測試和施工技術等做出了規定。
2、施工質量問題
海上風電由於（yú）其特殊性，安裝完成投入運行後，再進行塗層（céng）維護（hù）很難，且費用相當（dāng）高，通常按25年的（de）長期壽命進行塗層體係設計， 因此， 防腐塗料及施工質量要求也相對較高。“三分塗料，七分施工”，選擇了質量滿足要求的塗料產品之後，塗層施工（gōng）質量的好壞，就決定了最終的保護效果。表麵處理（lǐ）是塗裝工作（zuò）的第一步，一般要求噴砂除（chú）鏽達到（dào）Sa2級，同時對砂料、施工環境氣候條件、壓縮空氣（qì）等都有相（xiàng）關規定，應嚴格執行。在表麵處理達到要求後，方可進行塗裝施工。應嚴格按照塗料使用說明書（shū）的要（yào）求進行儲存、配料、施工，為（wéi）保證質量，當濕度（dù）和溫度（dù）條件不滿足時（shí），嚴禁施（shī）工。為方便施工監理，對每道塗層的顏色（sè）一般都有明確規（guī）定。
3、運行中的監檢（jiǎn）測問題
海上（shàng）風電的鋼結構基礎通常采用（yòng）塗層和陰（yīn）極保護防腐，這種情況下，陰極保護係統運行（háng）效果如何，就需（xū）要（yào）通過監（jiān）檢測係（xì）統來獲（huò）取相關信（xìn）息進行判定。陰極（jí）保護無論是犧牲陽極（jí）還是外加電流方式，都需要安裝參比（bǐ）電極、電流密度探頭等，以獲取保護電位、保護（hù）電流密度等信息。針對塗層和生物腐蝕問題，國外還有電化（huà）學阻抗、生物腐蝕、腐蝕速（sù）率等探頭在海上風電的應（yīng）用情況。所有探頭信（xìn）息通（tōng）過數據采集儀定時記（jì）錄（lù），由於海上風電的特殊（shū）性，數（shù）據記（jì）錄儀應具備網絡接入功能，傳感（gǎn）器的（de）數據（jù）應能（néng）及時上傳網絡，並（bìng）自動保存在監測係統或（huò）計算機中。
來源綜合自：腐蝕防護之友、SGS工業服務、風能產（chǎn）業（yè）、萬裏風行、 雲奇新材料、水漆助手
