中國儲能網訊：在“雙碳”目標的指引下，我國海上風電的建設和并網容量不斷增加，截至2023年12月，中國海上風電累計裝機容量已達到36.5吉瓦。海上風電將迎來新一輪發(fā)展高峰，且呈現(xiàn)大容量、集中連片和向著深遠海發(fā)展的新特點。
隨著大規(guī)模海上風電場不斷投入運營，海洋環(huán)境下金屬腐蝕問題，特別是海上風電場鋼結構腐蝕問題日益顯現(xiàn)，它將影響鋼結構件的服役壽命，嚴重時或可導致安全事故和產生巨大經濟損失，為此，必須識別海上風電場因鋼結構制造特性、材料特性和環(huán)境特性而產生的各種潛在風險，采取相應精細化防護措施消除隱因，提高某些關鍵部位防護等級，確保海上風電場鋼結構全生命周期內的安全運行，為海上風電場的高質量發(fā)展保駕護航。
腐蝕機理及現(xiàn)狀分析
在過去一段時間里，我們對8個海上風電場不同基礎型式、結構件、材料和部位在特定海洋環(huán)境中已發(fā)生的腐蝕現(xiàn)象進行了調查。調查發(fā)現(xiàn)，發(fā)生腐蝕乃至破壞的主要部位是輔助結構件套籠，且多集中在焊接處、內（外）應力處、積水處、干濕交替處、破碎浪飛沫降落區(qū)、環(huán)境溫度較高區(qū)域，以及兩種不同金屬直接接觸或焊接處等特定位置。特別是單樁基礎套籠的三層圈梁、導管架及升壓站平臺的爬梯轉彎平臺等結構件，當腐蝕導致結構件超出其極限強度，在有外力作用或自身重力作用下，就會產生不同程度的破壞。
海上風電場樁基及結構件所用的材料都是碳素鋼，碳鋼主要是鐵元素、碳元素和少量的其他元素所組成的合金。其中，除鐵外，碳的含量對鋼鐵的機械性能起主要作用，同時也是構成腐蝕的主要元素。金屬含碳量決定了其耐腐蝕能力，用在風機基礎中的部位也不同。
●電化學腐蝕
碳鋼中的鐵和碳在有電解質和氧環(huán)境中形成微電池而引起腐蝕。腐蝕反應的過程可表示為：
陽極反應（鐵）: Fe?2e → Fe2+
陰極反應（碳）: O2+2H2O+4e → 4OH?
Fe2+是不穩(wěn)定的，它將繼續(xù)被氧化：
Fe2+?e → Fe3+
腐蝕環(huán)境中，O2 的濃度是穩(wěn)定的，F(xiàn)e 卻不斷被氧化（腐蝕）形成鐵銹。鐵銹是一種疏松而易碎的物質，不能防止鐵的進一步腐蝕，鋼會不斷受到化學腐蝕而破壞。
●應力腐蝕
金屬在腐蝕介質環(huán)境中，同時還受機械應力或內應力作用而產生的腐蝕疲勞和應力腐蝕開裂等現(xiàn)象。
●電偶腐蝕
兩種不同金屬相連接并在腐蝕介質環(huán)境中時，通常會發(fā)生嚴重的電偶腐蝕。它是電化學腐蝕的一種形式。
●影響腐蝕速度的因素
一是含鹽量：海水中的所含鹽分幾乎都處于電離狀態(tài)，因此成為一種導電性很強的電解質溶液。而鹽量將直接影響電導率的大小，對腐蝕有很大影響。海水中存在著大量的氯離子，對金屬的鈍化起著破壞作用從而加速腐蝕。
二是溶解氧：氧是海洋環(huán)境中腐蝕的主要元素，直接參加陰極反應，而且氧又是去極化劑，一般情況下，腐蝕介質中，氧含量越高，金屬的腐蝕速度就越快。
三是pH值：腐蝕介質中pH值對金屬的腐蝕速度有很大的影響，當pH值很低時，也就是在含有氧的酸性水中，pH 值越低，腐蝕速度越快。
四是溫度：海水溫度升高，氧的擴散速度加快，海水電導率增大，這加速了陰極和陽極的反應，即腐蝕的加速。
五是鋼結構的材質及其制造過程引起的缺陷：這是腐蝕產生的內部原因，如含碳量、卷板過程引起的內應力、焊接工藝等。
六是防腐措施的有效性：它與腐蝕速度直接相關。
海上風電場鋼結構腐蝕應對策略
防止腐蝕的措施應從腐蝕機理入手，海洋環(huán)境的腐蝕主要是電化學腐蝕。自然環(huán)境是不可抗力，對于防止電化學腐蝕的措施，首先應合理選擇耐蝕材料，從技術經濟性考量，我國現(xiàn)行規(guī)范對海工建構筑物鋼材選擇的有關規(guī)定是合理的，應該根據結構件所起作用、所處環(huán)境，針對設計過程、制造過程、施工安裝、運維過程可能產生的各種潛在腐蝕風險，提出應對策略，防止金屬結構件的腐蝕破壞。
●設計過程
首先，應按規(guī)范要求最大限度選擇管材，明確焊接形式和焊縫處理要求，應有明確的焊縫探傷和表面處理要求，減少積水隱患、減少內應力，減少破壞防腐涂層的因素。
其次，對長期有外應力作用的結構件，應根據現(xiàn)實情況仿真分析，針對性地提高部件的結構強度，必要時增加加強環(huán)、加強筋等加強件以及抗沖擊的緩沖防護件，消除微裂縫引起防腐涂層的破壞而連環(huán)腐蝕。
第三，應高度關注防腐涂料、涂層、新型防腐涂料的性能，特別是其粘結力和抗拉強度；對腐蝕發(fā)生嚴重區(qū)（焊點焊縫處、內外應力積聚處、積水區(qū)和干濕交替區(qū)）應提出重點防護要求和檢測要求，必要時對某些關鍵部位應提高防護等級；出現(xiàn)兩種不同金屬件連接時，金屬間應有絕緣措施。
●制造過程
要嚴格落實執(zhí)行入廠材料的驗收要求；嚴格按設計圖紙要求制造和檢測，對圖紙的疑問應及時溝通，杜絕自行代材；結構件出廠至安裝現(xiàn)場全過程中應對防腐涂層進行保護，應檢查涂層的完好性，及時修復已破損的防腐涂層。
●施工安裝
施工安裝前也需檢查涂層的完好性，及時修復已破損的防腐涂層；嚴格按設計圖紙要求施工，對圖紙的疑問應及時溝通，杜絕自行代材；安裝過程應避免破壞防腐涂層，一旦發(fā)現(xiàn)破損應及時修復。
●運維過程
施工船和運維船靠船位置處必須安裝橡膠護舷；杜絕大型施工船、敷纜船、錨艇、非正規(guī)平頭運維船等噸位超過運維船設計標準的船只靠船；施工船和運維船應在海況小于蒲福風級6級風和小于1.5米有效波高時靠船，且在頂靠過程中船速不應超過0.5 米每秒；靠船船只應按照雙柱頂靠原則，避免單柱頂靠或者單柱斜靠；及時修復已破損的防腐涂層。
海洋環(huán)境中金屬腐蝕是永恒的課題，它是多因素構成的，任何環(huán)節(jié)的疏忽都可能直接構成腐蝕風險，甚至威脅生命財產安全，它是可以通過技術方法、管理手段來避免的，特別是對于一些人為因素造成的腐蝕。
鋼結構材料特性、制造特性、環(huán)境特性是產生腐蝕的內因，在復雜的外因作用下而發(fā)生各種形式的腐蝕現(xiàn)象?？梢愿鶕Y構件所起作用、所處環(huán)境，針對設計過程、制造過程、施工安裝、運維過程可能產生的各種潛在腐蝕風險，提出應對策略，防止金屬結構件的腐蝕破壞，確保海上風電場鋼結構全生命周期的安全運行。
海上風電從業(yè)者在海上風電事業(yè)高質量發(fā)展中肩負著重任，海上風電產業(yè)鏈中的每一位工作人員都應該為海上風電產業(yè)健康安全發(fā)展貢獻力量。
