風(fēng)力發(fā)電裝備的防腐蝕問題2

1、風(fēng)力發(fā)電裝備的防腐蝕問題風(fēng)力發(fā)電裝備是一個(gè)較大型的綜合體，其穩(wěn)定運(yùn)行受多種因素的制約，其中由腐蝕導(dǎo)致的故障需要引起特別的關(guān)注。風(fēng)力發(fā)電裝備的主要部分處于露天環(huán)境下運(yùn)行，環(huán)境氣候的影響顯著，其面臨的環(huán)境氣候類型主要分為：海岸；近海離岸；草原；沙漠。其中海岸和近海離岸條件下鹽分的侵蝕問題特別突出，由此產(chǎn)生的故障可能發(fā)生在設(shè)備的任何部位，包括基座、塔架、電機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、輸電系統(tǒng)等。全球首個(gè)大型海上風(fēng)電場(chǎng)荷斯韋夫在投入運(yùn)行后不久，部分風(fēng)機(jī)機(jī)組的變壓器、發(fā)電機(jī)即開始出現(xiàn)技術(shù)故障，經(jīng)過技術(shù)分析，普遍認(rèn)為離岸的氣候條件、空氣中鹽份侵蝕是重要的因素。由于腐蝕環(huán)境的不良影響，給裝備的穩(wěn)定運(yùn)行帶來佷大影

2、響，同時(shí)使得運(yùn)行維護(hù)成本上升。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電裝備安裝于沙漠和草原地區(qū)時(shí)，設(shè)備的露天部分可能遭受沙塵暴的侵襲，也會(huì)帶來相應(yīng)的嚴(yán)重腐蝕問題（磨損和沖刷），威脅設(shè)備的正常運(yùn)行。此外，應(yīng)力的影響也不容忽視。在設(shè)備運(yùn)行過程中，設(shè)備的某些部分受到各種來源的恒定應(yīng)力或交變應(yīng)力的作用，這些應(yīng)力因素可能與環(huán)境協(xié)同作用，產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕和腐蝕疲勞問題，嚴(yán)重威脅設(shè)備的安全運(yùn)行。晝夜溫差巨大也會(huì)給設(shè)備帶來一系列腐蝕問題，造成設(shè)備故障（例如：內(nèi)腔凝露造成腐蝕）。風(fēng)力發(fā)電裝備有相當(dāng)部分由鋼鐵材料構(gòu)成，特別是承力部分以鋼鐵為主。鋼結(jié)構(gòu)由于自重輕、承載能力高、抗震性能好和施工安裝便利等優(yōu)點(diǎn)，在各類工程中被大量應(yīng)用，但是由此帶來的的腐

3、蝕問題也非常嚴(yán)重，腐蝕成為影響結(jié)構(gòu)安全性的重要因素。由于腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失也是一個(gè)驚人的數(shù)字，有人通過對(duì)國(guó)內(nèi)5個(gè)行業(yè)的調(diào)查分析得出每年由于腐蝕造成的損失占國(guó)民經(jīng)濟(jì)的5%-6%。各國(guó)腐蝕防護(hù)專家普遍認(rèn)為，如果能夠正確了解腐蝕機(jī)理，有針對(duì)性地合理使用腐蝕防護(hù)技術(shù)，會(huì)降低因腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失25%-30%。對(duì)于風(fēng)力發(fā)電裝備來說，則能夠直接保證其長(zhǎng)期安全運(yùn)行。由于鋼結(jié)構(gòu)暴露在大氣中，其主要的腐蝕為大氣腐蝕。金屬在大氣中的腐蝕主要是金屬表面形成的電解質(zhì)液態(tài)膜與空氣中的去極化劑同時(shí)作用的結(jié)果。存在電解質(zhì)液態(tài)膜時(shí)，陽(yáng)極氧化反應(yīng)將金屬溶解，而陰極反應(yīng)通常被認(rèn)為是氧的還原反應(yīng)。大氣環(huán)境下的鋼結(jié)構(gòu)受陽(yáng)光、風(fēng)沙、雨

4、雪、霜露及一年四季的溫度和濕度變化作用，其中大氣中的氧和水分是造成戶外鋼鐵結(jié)構(gòu)腐蝕的重要因素，引起電化學(xué)腐蝕。工業(yè)氣體含有SO2、CO2、NO2、Cl2、H2S及NH3等，這些成份雖然含量很小，但對(duì)鋼鐵的腐蝕危害都是不可忽視的，其中SO2影響最大，Cl2可使金屬表面鈍化膜遭到破壞。這些氣體溶于水中呈酸性，形成酸雨，腐蝕金屬設(shè)施。海洋大氣的特點(diǎn)是含有大量的鹽，主要是NaCl，鹽顆粒沉降在金屬表面上，由于它具有吸潮性及增大表面液膜的導(dǎo)電作用同時(shí)Cl-本身又具有很強(qiáng)的侵蝕性，因而加重了金屬表面的腐蝕。鋼結(jié)構(gòu)離海岸越近腐蝕也越嚴(yán)重，其腐蝕速度比內(nèi)陸大氣中高出許多倍。   

5、  根據(jù)碳鋼在大氣中腐蝕的主要影響因子，有人提出腐蝕速率的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式：    式中：M碳鋼在大氣中的腐蝕量，mg/(dm2d)；     T地區(qū)氣溫，；     W地區(qū)濕度，%；     H海鹽粒子量，mg/L；     SSO2量，mg/(dm2d)；     Y降水量，mm.   從以上分析可以看出，對(duì)暴露在空氣中的鋼結(jié)構(gòu)，腐蝕相關(guān)

6、因素為氣溫、濕度、海鹽粒子量（主要為氯離子腐蝕）和SO2量。 國(guó)內(nèi)一些科研單位對(duì)碳鋼及耐候鋼在我國(guó)不同地區(qū)經(jīng)8年自然暴曬試驗(yàn)的數(shù)據(jù)如下（µm/a）：城市北京青島武漢江津廣州瓊海萬寧腐蝕速率7-1212-637-1415-5610-2711-11012-216由上表可見，海洋大氣環(huán)境的腐蝕遠(yuǎn)大于內(nèi)陸環(huán)境，南方潮濕環(huán)境大于北方干燥環(huán)境。普遍認(rèn)為大氣腐蝕的因素中濕度（濕潤(rùn)時(shí)間）、SO2和氯化物污染水平最為關(guān)鍵。按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織的腐蝕分類體系，ISO12944標(biāo)準(zhǔn)將腐蝕類型分為以下幾類：ISO12944標(biāo)準(zhǔn)腐蝕定義和環(huán)境（僅作參考的溫性氣候下的典型環(huán)境）： 腐蝕類型低碳鋼外 &#

7、160;  部?jī)?nèi)    部質(zhì)量損失-2厚度損失mC1很低10 加熱建筑物內(nèi)部，空氣潔凈，如辦公室、商店、學(xué)校和賓館等C2低102001.325大氣污染較低，大部分是鄉(xiāng)村地帶未加熱的地方（如庫(kù)房/體育館）冷凝有可能發(fā)生C3中2004002550城市和工業(yè)大氣，中等的二氧化硫污染，低鹽度沿海區(qū)域高濕度和有些污染空氣的生產(chǎn)場(chǎng)所，如食品廠、洗衣廠、酒廠牛奶廠等C4高4006505080高鹽度的工業(yè)區(qū)和沿海區(qū)域化工廠、游泳池、海邊和船廠等C5I很高（工業(yè)）650150080200高鹽度和惡劣大氣的工業(yè)區(qū)域總是有冷凝和高濕的建筑和地方C5II很高（海洋）6

8、50150080200高鹽度沿海和近岸地帶總是處于高溫高濕的建筑物或其他地方沿海區(qū)域的風(fēng)力發(fā)電裝備所處的環(huán)境屬于上表中的C4和C5分類，是嚴(yán)重受腐蝕環(huán)境。雖然鋼結(jié)構(gòu)是工程結(jié)構(gòu)中工業(yè)化程度最高的一種，但是也不能否認(rèn)，鋼結(jié)構(gòu)還存在著缺陷和隱患，對(duì)于鋼材本身的材質(zhì)問題以及耐候性、耐火性、耐腐蝕性，還存在著大量的研究課題。同時(shí)，大量的事故表明，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件由于強(qiáng)度高，所用截面相對(duì)小，也就容易失去穩(wěn)定。有人總結(jié)出，鋼結(jié)構(gòu)存在的三大隱患為失穩(wěn)、腐蝕和火災(zāi)，我們?cè)诓捎娩摻Y(jié)構(gòu)時(shí)，要時(shí)刻警惕，并應(yīng)采取相應(yīng)的措施。失穩(wěn)一般由載荷變化、支撐情況等導(dǎo)致；火災(zāi)則降低材料的力學(xué)性能；腐蝕則是慢性病。普通鋼材的抗腐蝕性能較差

9、，尤其是處于濕度較大、有侵蝕性介質(zhì)的環(huán)境中，會(huì)較快地生銹腐蝕，削弱了構(gòu)件的承載力。例如鋼鐵廠.。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界每年鋼鐵年產(chǎn)最的3040因腐蝕而失效，凈損失約10。我國(guó)在一次鋼筋混凝土屋架、木屋架、鋼木屋架和鋼屋架等的事故統(tǒng)計(jì)中發(fā)現(xiàn)，鋼屋架出現(xiàn)倒塌事故占38.62，而由于腐蝕并缺乏維修的原因占比重很大。風(fēng)力發(fā)電裝備長(zhǎng)期暴露于露天環(huán)境，因此必須對(duì)腐蝕可能帶來的危害給予足夠的重視。海上風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)可能是未來我國(guó)風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的發(fā)展方向。以丹麥為例，丹麥在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域占有領(lǐng)導(dǎo)地位，目前丹麥有世界上最大的海上風(fēng)電場(chǎng)。出于對(duì)環(huán)境的考慮，丹麥只關(guān)心那些偏遠(yuǎn)的水深在511米之間區(qū)域的容量，其原因是所選的這些地區(qū)必

10、須在國(guó)家海洋公園、海運(yùn)路線、微波通道、軍事區(qū)域等之外，距離海岸線7到40千米，使岸上的視覺影響降到最低。最近，對(duì)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)深入的研究表明，在15米水深處安裝風(fēng)機(jī)比較經(jīng)濟(jì)。總的說來，海上風(fēng)機(jī)比鄰近陸地風(fēng)場(chǎng)風(fēng)機(jī)的輸出要高出50%，所以，海上風(fēng)機(jī)更具有吸引力。根據(jù)丹麥的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)備的設(shè)計(jì)壽命定位為50年，采用較低的塔架，疲勞載荷相對(duì)較小，但是遭受海浪和海水氣霧的威脅加大，對(duì)于發(fā)電機(jī)的防護(hù)要求隨之上升。另一方面，由于遠(yuǎn)離海岸，在天氣條件比較惡劣的情況下，維修人員很難接近風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)得不到正常檢修和維護(hù)，造成安全隱患。所以，確保海上風(fēng)機(jī)高可靠性顯得尤其重要，而設(shè)備的綜合防腐蝕效果是保證高可靠性的重要因素。為了

11、保證風(fēng)力發(fā)電裝備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，必須對(duì)設(shè)備腐蝕問題給予充分重視，把防腐蝕理念貫穿于設(shè)計(jì)、制造、安裝、使用、維護(hù)全過程，盡量減少維護(hù)需求，保證設(shè)備高效運(yùn)行。因此，關(guān)于風(fēng)力發(fā)電裝備，應(yīng)該關(guān)注的腐蝕類型主要?dú)w結(jié)為：海水和海洋氣候?qū)е碌母g問題；沙塵導(dǎo)致的沖刷磨損問題；由應(yīng)力因素參與而導(dǎo)致的力-化學(xué)腐蝕問題。雖然人們對(duì)于戶外和海岸及近海大中型半永久構(gòu)筑物和裝備的腐蝕防護(hù)已經(jīng)積累了相當(dāng)經(jīng)驗(yàn)，但是對(duì)于風(fēng)力發(fā)電裝備而言仍顯不足。在這一領(lǐng)域，除了其特有的需求之外，高效、低成本、長(zhǎng)期免維護(hù)應(yīng)該是被追求的目標(biāo)。因此，依靠防腐技術(shù)的簡(jiǎn)單移植無法解決根本問題，有必要研究和開發(fā)符合其自身特點(diǎn)的專有技術(shù)。綜合上述各方面，針對(duì)

12、風(fēng)力發(fā)電裝備特點(diǎn)，在此提出需要深入研究的關(guān)鍵問題：1. 揭示關(guān)鍵材料和結(jié)構(gòu)（如基座、塔架、漿頁(yè)、電機(jī)、軸承、電路結(jié)構(gòu)等）在對(duì)應(yīng)環(huán)境介質(zhì)中（如海水、海浪、海岸大氣、沙塵氣候、高低溫劇變等）的腐蝕/沖蝕行為和失效機(jī)理，建立腐蝕模型，并提出高效的耐腐蝕/沖刷表面處理策略；2. 研究相應(yīng)關(guān)鍵材料和部位的應(yīng)力腐蝕和腐蝕疲勞行為，取得關(guān)鍵數(shù)據(jù)，明確腐蝕行為與腐蝕介質(zhì)的相關(guān)性，并提供切實(shí)有效的防腐蝕對(duì)策；3. 研究各種相關(guān)材料與金屬結(jié)構(gòu)等異種材料接觸界面及零件之間連接部位的接觸腐蝕規(guī)律，各種失效形式（包括微動(dòng)磨損、應(yīng)力腐蝕、塑性變形、剪切破壞、熱致失效等）發(fā)生的條件、失效成因、影響因素與特性，建立熱力學(xué)、力學(xué)、電化學(xué)綜合影響理論模型，探討結(jié)構(gòu)