離岸風(fēng)力發(fā)電防蝕法六-輪機(jī)工程學(xué)系課件

國立海洋大學(xué)機(jī)械所105學(xué)年度

「海洋環(huán)境腐蝕與防制」課程

Ch1.課程簡介授課老師：邱善得1國立海洋大學(xué)機(jī)械所105學(xué)年度

「海洋環(huán)境腐蝕與防制」課海洋腐蝕與防制授課老師：邱善得上課時(shí)間：(三)9：20~12：10

上課地點(diǎn)：機(jī)械系教室03/10/15ME70492海洋腐蝕與防制授課老師：邱善得03/10/15ME7049MarineCorrosionandProtectionLecturer:Dr.San-DerChyou(邱善得老師)ClassHours:Wednesday9:20-12:10Room:國立臺灣海洋大學(xué)機(jī)械系教室Textbook:1.PrinciplesandPreventionofCorrosion–byDennyAJones2ndedition1996,ISBN0-13-359993-0MarineCorrosionandProtectioScoring(計(jì)分方式)Midtermexamin.期中考：30%Finaltermexamin.期末考：40%平時(shí)：30%homeworks作業(yè)(資料查閱研讀)(20%)attendance出席率(10%)03/10/15ME70494Scoring(計(jì)分方式)Midtermexamin離岸風(fēng)力發(fā)電防蝕法六-輪機(jī)工程學(xué)系課件海洋防蝕課程大綱海洋防蝕課程大綱

Chapter1

Introduction

海洋環(huán)境腐蝕海大造船所/機(jī)械所邱善得教授一、船艦鍋爐腐蝕

二、船艦冷卻水腐蝕監(jiān)測

三、船艦與海中構(gòu)造物之海生物腐蝕

四、海水污染物造成之腐蝕五、離岸風(fēng)力發(fā)電防蝕法六、海岸工程防蝕法海洋環(huán)境腐蝕海大造船所/機(jī)械所邱善得教授一、船艦鍋爐腐蝕

二澎湖跨海大橋施工方式及工法全橋以防蝕鋼筋及二型水泥施置，目的在預(yù)防鹽害之侵蝕。全橋以防蝕鋼筋及二型水泥施置，目的在預(yù)防鹽害之侵蝕。澎湖跨海大橋施工方式及工法全橋以防蝕鋼筋及二型水泥施置，目的鋼筋混凝土承臺碼頭海港工程部負(fù)責(zé)維修港灣108個鋼筋混凝土承臺碼頭。承臺碼頭長期在海洋環(huán)境的影響下，鋼筋銹蝕情況非常嚴(yán)重。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐用程度主要視乎鋼筋的狀況而定。潮間區(qū)及浪濺區(qū)的水和氧含量不斷變化最易使鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)的鋼筋受到侵蝕。鐵銹有鋼本身體積的四倍左右，體積擴(kuò)大的強(qiáng)大力量導(dǎo)致鋼面的混凝土剝落和出現(xiàn)裂縫。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，新碼頭建成約15年後，碼頭平臺混凝土?xí)蜾摻钍芮治g而開始剝落和出現(xiàn)裂縫。傳統(tǒng)的修補(bǔ)混凝土方法(即清理損壞混凝土後，以小塊修補(bǔ)、噴漿或部分模板鑄造方法修復(fù))屬短期性質(zhì)，只能暫時(shí)保持結(jié)構(gòu)完整性；預(yù)計(jì)相關(guān)構(gòu)件需在不到七年內(nèi)再行修補(bǔ)。而且反覆修補(bǔ)亦無法避免損害碼頭平臺橫樑的長期結(jié)構(gòu)完整性。為長遠(yuǎn)解決碼頭平臺鋼筋受侵蝕的問題，本案設(shè)計(jì)陰極防蝕系統(tǒng)，並在指定的碼頭安裝本系統(tǒng)。本方法預(yù)期可大幅減少碼頭維修次數(shù)，並可獲致長期之成本效益。鋼筋混凝土承臺碼頭海港工程部負(fù)責(zé)維修港灣108個鋼筋混凝土承陰極防蝕系統(tǒng)設(shè)有陽極，透過混凝土把陰極保護(hù)性電流輸送至鋼筋在混凝土內(nèi)有氯化離子、氧及水的情況下，鋼面的鈍化薄膜受到破壞。陰極防蝕系統(tǒng)設(shè)有陽極，透過混凝土把陰極保護(hù)性電流輸送至鋼筋在澎湖跨海大橋曾是遠(yuǎn)東第一座海上大橋的「澎湖跨海大橋」，橫跨於白沙、西嶼兩島間的吼門海道上，為兩島間唯一連絡(luò)通道。原橋包括兩端路堤全長2478公尺，其中路堤長319公尺，橋長2159公尺，橋面寬5.1公尺，有7處8公尺寬避車道，大小橋孔76孔。54年3月動工興建，59年12月竣工通車，建造費(fèi)為新臺幣壹億肆佰伍拾萬元。廿餘年來，因橋址所在海流湍急，潮汐變化迅速及長年東北季風(fēng)吹襲、腐蝕嚴(yán)重，又交通量快速成長，原有車道已不敷使用。73年起，分年分段編列經(jīng)費(fèi)改建，85年1月竣工通車。改建後全長為2494公尺，其中路堤1519公尺，橋梁975公尺、橋面全寬13公尺?？傆?jì)新臺幣壹拾億貳仟捌佰萬元整。澎湖跨海大橋曾是遠(yuǎn)東第一座海上大橋的「澎湖跨海大橋」，橫跨於金門港區(qū)浮動碼頭腐蝕現(xiàn)況資料來源：第38屆海洋工程研討會暨科技部計(jì)畫成果發(fā)表會論文集國立臺灣大學(xué)2016年12月Proceedingsofthe38thOceanEngineeringConferenceinTaiwanNationalTaiwanUniversity,December2016金門港區(qū)浮動碼頭腐蝕現(xiàn)況調(diào)查之研究，柯正龍，陳桂清，

交通部運(yùn)輸研究所港灣技術(shù)研究中心研究員金門港區(qū)浮動碼頭腐蝕現(xiàn)況資料來源：第38屆海洋工程研討會暨科船艦設(shè)計(jì)防蝕材料之選用船艦設(shè)計(jì)防蝕材料之選用MElec-Ch5-15PowerboatZincs6ZincsTrimTabMElec-Ch5-15PowerboatZincs6MElec-Ch5-16BetweenBoatsTwodifferentmetalsAluminumvssteel(orothermetal)Immersedincurrent-carryingsolutionSeawaterInterconnectedbycurrent-carryingconductorACground(green)wireMElec-Ch5-16BetweenBoatsTwoMElec-Ch5-17IndirectCathodicProtectionUsedwhendirectcontactnotpossibleZincboltedtooutsideofhullInsideboatconnectwithinsulatedAWG#8toRudderPostShaft(requiresshaftbrush)MElec-Ch5-17IndirectCathodiMElec-Ch5-18ResultsofStrayCurrentCorrosionMElec-Ch5-18ResultsofStrayOffshorewindturbinesoftenoperateunderharshconditions

thatrequire

solidtechnologyandrobustoperations.

Corrosionproblemisancriticalissueontheengineering

designforconstructingstructureofoffshorewindturbines.

OffshoreWindTurbinesOffshorewindturbinesofteno2020試驗(yàn)設(shè)備最高操作溫度：760℃，壓力：400bar，

流量：400kg/hr。可供超臨界水質(zhì)與材料相關(guān)試驗(yàn)，協(xié)助電廠選用材料、品質(zhì)驗(yàn)證或電廠水處理及監(jiān)測，有助新機(jī)組規(guī)範(fàn)訂定及確保長期可靠運(yùn)轉(zhuǎn)。

水質(zhì)處理控制及亞臨界試驗(yàn)單元超臨界水化學(xué)與材料試驗(yàn)單元超臨界煱爐材料防蝕技術(shù)研究2020試驗(yàn)設(shè)備最高操作溫度：760℃，壓力：400bar21冷卻水系統(tǒng)腐蝕監(jiān)測21冷卻水系統(tǒng)腐蝕監(jiān)測冷卻水系統(tǒng)腐蝕監(jiān)測試驗(yàn)

22碳鋼在4種不同條件之廠用冷卻水中，歷時(shí)19天之腐蝕電位隨時(shí)間變化之結(jié)果。碳鋼在4種不同條件之電廠冷卻水中，經(jīng)過約19天腐蝕試驗(yàn)後之表面形貌。冷卻水系統(tǒng)腐蝕監(jiān)測試驗(yàn)

22碳鋼在4種不同條件之廠用冷卻水中<###>Page:23澳洲海洋牧場產(chǎn)量:2,000頓蝦/年明蝦養(yǎng)殖海洋牧場國外案例介紹大藻養(yǎng)殖做成餌料位在北部queensland<###>Page:23澳洲海洋牧場產(chǎn)量:2,000頓蝦/年具臺電特色的海洋牧場再生能源可循環(huán)資源藻類固碳與水產(chǎn)養(yǎng)殖整合具臺電特色的海洋牧場再生能源可循環(huán)資源藻類固碳與水產(chǎn)養(yǎng)殖整合25AlgalbiomassWastewaterINPUTSOUTPUTSProteins‘Polished’waterLightChemicalsLiquidfuelsO2Nutrients(N,P..)800MWwith1%CO2captured=3.5ton/hrDrymicroalage

8MWwith100%CO2captured=3.5ton/hrDrymicroalageCO2海洋牧場把廢水作為藻類養(yǎng)殖營養(yǎng)源25AlgalWastewaterINPUTSOUTPU我國擁有150億噸CO2封存潛能?

CCSU技術(shù)可大幅降低燃煤電廠碳排放量26我國擁有150億噸CO2封存潛能?

CCSU技術(shù)可大幅降低CCS候選廠址27CCS候選廠址27臺灣離岸風(fēng)電計(jì)畫離岸風(fēng)電為我國未來最重要的再生能源之一，臺電負(fù)責(zé)我國電力開發(fā)與永續(xù)能源發(fā)展，預(yù)計(jì)於2020年前於彰濱開發(fā)離岸風(fēng)力發(fā)電廠，初期設(shè)置108MW離岸風(fēng)機(jī)，年發(fā)電可達(dá)3.56億度，民間業(yè)者福海風(fēng)電也預(yù)計(jì)在彰濱北側(cè)建置30臺，以及海洋風(fēng)電在苗栗竹南外海建置32臺?？剂颗_灣地理環(huán)境特殊，為颱風(fēng)與地震等天然災(zāi)害高潛勢地區(qū)，國際間雖已有水深20公尺離岸風(fēng)場開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，但面對臺灣特殊的環(huán)境，先進(jìn)國家離岸風(fēng)力發(fā)展經(jīng)驗(yàn)難以直接轉(zhuǎn)移供國內(nèi)使用。我國風(fēng)電開發(fā)應(yīng)借重外力，結(jié)合國內(nèi)業(yè)者，開發(fā)最適合臺灣地理環(huán)境的離岸風(fēng)力機(jī)組。臺電有風(fēng)電的運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)，可供未來離岸風(fēng)機(jī)借鏡。臺灣離岸風(fēng)電計(jì)畫離岸風(fēng)電為我國未來最重要的再生能源之一，臺電臺電離岸風(fēng)力發(fā)電計(jì)畫臺電離岸風(fēng)力發(fā)電計(jì)畫臺灣離岸海洋環(huán)境之特殊性臺灣離岸海洋環(huán)境之特殊性離岸風(fēng)機(jī)的腐蝕問題海岸風(fēng)電設(shè)施隨時(shí)會曝露在風(fēng)砂、鹽霧、紫外線輻射、高低溫度變化、下雨、冰雪等各種惡劣環(huán)境中。離岸風(fēng)機(jī)的使用環(huán)境更是嚴(yán)苛，長期處在海水和鹽霧環(huán)境威脅中，受到鹽份的侵蝕和海浪的衝擊，腐蝕問題是工程設(shè)計(jì)的一大挑戰(zhàn)。為了保證海岸及離岸風(fēng)電設(shè)備20年的服務(wù)壽命要求，有必要採取高標(biāo)準(zhǔn)的海域防蝕工程設(shè)計(jì)。離岸風(fēng)機(jī)的腐蝕問題海岸風(fēng)電設(shè)施隨時(shí)會曝露在風(fēng)砂、鹽霧、紫外線何謂高耐蝕防護(hù)？高耐蝕防護(hù)是指應(yīng)用於嚴(yán)酷環(huán)境領(lǐng)域，具有長效壽命的表面處理技術(shù)。嚴(yán)酷環(huán)境意指高腐蝕性的環(huán)境，根據(jù)ISO12944-2的定義，是指大氣環(huán)境為C4(高)、C5-I(很高，工業(yè)區(qū))、C5-M(很高，海洋)及浸於海水或含鹽分的水中的腐蝕環(huán)境。長效壽命並無明確定義，一般認(rèn)為要大於5年以上的使用壽命，即ISO12944-5規(guī)定的中等或高等的塗膜使用壽命。過去己有百年海洋平臺的防腐蝕經(jīng)驗(yàn)，可以作為目前離岸風(fēng)機(jī)防蝕所參考。長期以來海上油氣田開採工業(yè)已有相當(dāng)成熟且不斷發(fā)展的防腐蝕標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)範(fàn)。但隨著新材料的開發(fā)和防蝕技術(shù)之進(jìn)步，近年來隨著海上平臺與海上風(fēng)機(jī)的快速發(fā)展而不斷進(jìn)展中。目前NORSOK，M501及ISO20340是最重要的防蝕塗裝技術(shù)規(guī)範(fàn)。何謂高耐蝕防護(hù)？高耐蝕防護(hù)是指應(yīng)用於嚴(yán)酷環(huán)境領(lǐng)域，具有長效壽

常用防蝕工程技術(shù)

從腐蝕機(jī)制看，可以採取的防腐蝕原理分為有三種：隔離防蝕、電化學(xué)防蝕及本質(zhì)防蝕。海洋防蝕工程常用的技術(shù)主要有下列三種：(一)有機(jī)塗覆法這種防蝕原理屬於隔離防蝕，主要適用於大氣區(qū)、浪濺區(qū)及水位變動區(qū)。大多數(shù)海洋結(jié)構(gòu)物防蝕都採用此種方法。常用的防蝕塗料有等，輔助材料為固化劑。其有效防蝕年限大約為10～12環(huán)氧瀝青、富鋅環(huán)氧、聚酯類塗裝、環(huán)氧玻璃鋼年，其保護(hù)效果約為80～95%。最新的研究成果則顯示，新型高耐蝕塗裝的防蝕年限可達(dá)20年以上，甚至可達(dá)到50年。

常用防蝕工程技術(shù)

從腐蝕機(jī)制看，可以採取的防腐蝕原理分為有Degradation&FailureMechanismofOrganicCoating

FeO.Fe2O3.4H2OFe(OH)2.2Fe(OH)3FeO.H2O2Fe(OH)3Fe2(OH)6Fe2O3.3H2OPassiveFilmsvs.OxidesDegradation&FailureMechanis離岸風(fēng)機(jī)高耐蝕有機(jī)塗膜設(shè)計(jì)參考離岸風(fēng)機(jī)高耐蝕有機(jī)塗膜設(shè)計(jì)參考

(二)金屬熱噴塗法膜

金屬熱噴塗的原理是利用各種形式的熱源，將金屬噴塗材料加熱，使之形成熔融狀態(tài)的微粒，這些微粒在動力的作用下，以一定的速度衝擊並沉附在被保護(hù)構(gòu)造物表面，形成具有一定特性的金屬覆層。可用於金屬噴塗的材料很多，例如鋅、不銹鋼等是最常用。其中不銹鋼塗覆層較耐磨損且保護(hù)週期較長，鋅覆層不僅具有覆蓋、耐腐蝕作用，更重要的是鋅還具有犧牲陽極功能。

(二)金屬熱噴塗法膜

金屬熱噴塗的原理是利用各種形式的熱源

(三)金屬熱浸鍍及電鍍膜

金屬熱浸鍍及電鍍膜屬於隔離防蝕的一種，主要適用於大氣區(qū)、浪濺區(qū)及水位變動區(qū)。多數(shù)海洋結(jié)構(gòu)物的小型附屬零組件或連接部件採用此種方法。常用的防蝕鍍層有鍍鋅、鍍鉻等。從實(shí)施工法可分為熱浸鍍法及電鍍法兩種。其中熱浸鍍法是將結(jié)構(gòu)件經(jīng)過酸洗鈍化等表面處理後，整體浸入高溫狀態(tài)的鍍層鹽溶液中，經(jīng)過一定時(shí)間的置換反應(yīng)，構(gòu)件表面形成設(shè)計(jì)厚度的金屬保護(hù)層。電鍍法採用外加電流進(jìn)行電解置換的工法，工程上常用的是熱浸鍍法。

(三)金屬熱浸鍍及電鍍膜

金屬熱浸鍍及電鍍膜屬於隔離防蝕的

(四)陰極保護(hù)法

陰極防蝕法屬於電化學(xué)防蝕，分為外加電流的與犧牲陽極兩種保護(hù)方式。外加電流原理是利用高矽鑄鐵或鈦鍍白金等隋性陽極材料，把被保護(hù)物體作為陰極，在外加電流的影響下，形成電位差，進(jìn)而防止腐蝕。犧牲陽極主要利用鋅、鋁等活性比鐵高的鑄造陽極材料，銲接在結(jié)構(gòu)物上，優(yōu)先消耗，形成保護(hù)電位差阻止被保護(hù)體腐蝕。兩種陰極防蝕法均需要海水作為電解質(zhì)溶液，供離子導(dǎo)電而形成導(dǎo)電迴路，因此只適用於海水平面下、或泥水覆蓋的區(qū)域。

(四)陰極保護(hù)法

陰極防蝕法屬於電化學(xué)防蝕，分為外加電流的離岸風(fēng)機(jī)之高耐蝕具體解決方案根據(jù)實(shí)驗(yàn)室塗鍍測試、海上掛片試驗(yàn)以及吸收海上平臺成熟的防蝕作法，專家對於在離案風(fēng)機(jī)推薦使用的高耐蝕防護(hù)膜層系統(tǒng)如【表1】所示。如果採用金屬熱噴塗層加上有機(jī)塗層的方案，將是最佳方案。大氣環(huán)境中，如塔筒外壁，可以採用常用之防蝕系統(tǒng)，即富鋅底漆/環(huán)氧雲(yún)鐵/脂肪族聚氨酯面漆。採用玻璃鱗片塗料系統(tǒng)時(shí)，注意底漆不能太厚，可以選用環(huán)氧，當(dāng)然亦可以選用耐久性更好的聚矽氧烷塗料。採用金屬熱噴塗系統(tǒng)時(shí)，可以得到更為長效的防蝕效果。離岸風(fēng)機(jī)之高耐蝕具體解決方案根據(jù)實(shí)驗(yàn)室塗鍍測試、海上掛片試驗(yàn)塔筒內(nèi)壁不接觸外界陽光直射，腐蝕環(huán)境相對外壁要弱，因此可以不採用保色保光性優(yōu)良的脂肪族聚氨酯或聚矽氧烷面漆。甲板平臺包括內(nèi)外平臺是工作場所，並且會有海浪的沖刷，因此採用與飛濺區(qū)相同的環(huán)氧玻璃鱗片，如果需要面漆調(diào)顏色，可以選用聚氨酯罩面。潮差區(qū)及飛濺區(qū)是防蝕的重點(diǎn)區(qū)域，採用環(huán)氧玻璃鱗片系統(tǒng)，乾膜厚度至少要求在800μm以上。如果要達(dá)到30年以上的使用壽命，根據(jù)現(xiàn)有的海洋平臺方面的經(jīng)驗(yàn)，乾膜厚度需達(dá)1500μm以上。由於玻璃鱗片塗料在控制塗膜下的腐蝕蔓延要差一些，因此採用具有良好陰極保護(hù)性能的環(huán)氧底漆打底，比直接做玻璃鱗片塗料效果更好。海泥區(qū)可不做防蝕塗膜，靠陰極保護(hù)即可，亦可兩者相結(jié)合，膜層厚度在設(shè)計(jì)上無需太厚。塔筒內(nèi)壁不接觸外界陽光直射，腐蝕環(huán)境相對外壁要弱，因此可以不離岸風(fēng)機(jī)防蝕小結(jié)離岸風(fēng)電機(jī)組防腐蝕，是一個系統(tǒng)的問題，對於機(jī)組的每一部分，在設(shè)計(jì)上、材料上、密閉性上，都應(yīng)該考慮到耐蝕性的問題。防蝕問題處理不好，小則使個別風(fēng)電機(jī)組故障頻頻，影響機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)效率，大則使機(jī)組大面積故障，被迫拆除。就投資的立場來看，優(yōu)異的保護(hù)措施能確保風(fēng)力發(fā)電機(jī)組有更長的使用壽命，無需頻繁地進(jìn)行維修，順暢的運(yùn)轉(zhuǎn)及減低維修成本可爭取到更大的獲利率。離岸風(fēng)機(jī)防蝕小結(jié)離岸風(fēng)電機(jī)組防腐蝕，是一個系統(tǒng)的問題，對於機(jī)Howcorrosionoccursinthemarineenvironments

4.1Thereactionofametalwithelectrolyte

4.2Theelectrochemicalnatureofcorrosion

4.2.1thereactionofametalwithitsenvironment

4.2.2themixedpotentialtheory

4.2.3polarizationandcorrosionrate

4.2.4passivationanditsbreakdown

4.3Thecharacteristicsofmarineenvironments

4.3.1corrosivityofseawater

4.3.2corrosivityofmarineatmospheres

4.4Factorsaffectingmarinecorrosion

4.4.1salinityandchlorinity

4.4.2temperature,dissolvedgases,velocity,pH,pollutants,biologicalorganisms

4.4.3relativehumidity,airbornecontaminantsetc.

HowcorrosionoccursinthemaCommonformsofmarinecorrosion

4.5.1

uniformcorrosion

4.5.2

galvaniccorrosion

4.5.3

dealloying

4.5.4

crevicecorrosion

4.5.5

pittingcorrosion

4.5.6

intergranularcorrosionandwelddecay

4.5.7

exfoliation

4.5.8

stresscorrosioncracking

4.5.9

hydrogenrelateddamages

4.5.10erosioncorrosionandcavitationdamage

4.5.11microbiologicallyinfluencedcorrosion(MIC)

4.5.12straycurrentcorrosion

4.5.13biofouling

CommonformsofmarinecorrosiHowtocontrolandpreventcorrosion

5.1Materialsselectionforcorrosionprevention

5.2Designagainstcorrosion

5.3Theoryandpracticeofcathodicprotection

5.4Theoryandpracticeofcorrosioninhibitors

5.5Theoryandpracticeofmetalliccoatings

5.5.1thermalspray,metallization

5.5.2hot-dipgalvazing

5.5.3conversioncoatings(anodizing,chromatingandphosphating)

5.5.4electroplating,electrolessplating,immersionplating.

5.6Theoryandpracticeoforganiccoatings

5.6.1compositionandcharacteristicsofpaints

5.6.2typesofpaints

5.6.3protectivecoatingsformarineapplications

5.6.4paintfailures

5.6.5environment-friendlyanti-foulingpaints("green"coatings)

5.6.6coatingsandcathodicprotectionformarinestructures

5.7Theoryandpracticeofplasticcoatings

5.8Theoryandpracticeofconcretecoatings

Howtocontrolandpreventcor國立海洋大學(xué)機(jī)械所105學(xué)年度

「海洋環(huán)境腐蝕與防制」課程

Ch1.課程簡介授課老師：邱善得45國立海洋大學(xué)機(jī)械所105學(xué)年度

「海洋環(huán)境腐蝕與防制」課海洋腐蝕與防制授課老師：邱善得上課時(shí)間：(三)9：20~12：10

上課地點(diǎn)：機(jī)械系教室03/10/15ME704946海洋腐蝕與防制授課老師：邱善得03/10/15ME7049MarineCorrosionandProtectionLecturer:Dr.San-DerChyou(邱善得老師)ClassHours:Wednesday9:20-12:10Room:國立臺灣海洋大學(xué)機(jī)械系教室Textbook:1.PrinciplesandPreventionofCorrosion–byDennyAJones2ndedition1996,ISBN0-13-359993-0MarineCorrosionandProtectioScoring(計(jì)分方式)Midtermexamin.期中考：30%Finaltermexamin.期末考：40%平時(shí)：30%homeworks作業(yè)(資料查閱研讀)(20%)attendance出席率(10%)03/10/15ME704948Scoring(計(jì)分方式)Midtermexamin離岸風(fēng)力發(fā)電防蝕法六-輪機(jī)工程學(xué)系課件海洋防蝕課程大綱海洋防蝕課程大綱

Chapter1

Introduction

海洋環(huán)境腐蝕海大造船所/機(jī)械所邱善得教授一、船艦鍋爐腐蝕

二、船艦冷卻水腐蝕監(jiān)測

三、船艦與海中構(gòu)造物之海生物腐蝕

四、海水污染物造成之腐蝕五、離岸風(fēng)力發(fā)電防蝕法六、海岸工程防蝕法海洋環(huán)境腐蝕海大造船所/機(jī)械所邱善得教授一、船艦鍋爐腐蝕

二澎湖跨海大橋施工方式及工法全橋以防蝕鋼筋及二型水泥施置，目的在預(yù)防鹽害之侵蝕。全橋以防蝕鋼筋及二型水泥施置，目的在預(yù)防鹽害之侵蝕。澎湖跨海大橋施工方式及工法全橋以防蝕鋼筋及二型水泥施置，目的鋼筋混凝土承臺碼頭海港工程部負(fù)責(zé)維修港灣108個鋼筋混凝土承臺碼頭。承臺碼頭長期在海洋環(huán)境的影響下，鋼筋銹蝕情況非常嚴(yán)重。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐用程度主要視乎鋼筋的狀況而定。潮間區(qū)及浪濺區(qū)的水和氧含量不斷變化最易使鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)的鋼筋受到侵蝕。鐵銹有鋼本身體積的四倍左右，體積擴(kuò)大的強(qiáng)大力量導(dǎo)致鋼面的混凝土剝落和出現(xiàn)裂縫。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，新碼頭建成約15年後，碼頭平臺混凝土?xí)蜾摻钍芮治g而開始剝落和出現(xiàn)裂縫。傳統(tǒng)的修補(bǔ)混凝土方法(即清理損壞混凝土後，以小塊修補(bǔ)、噴漿或部分模板鑄造方法修復(fù))屬短期性質(zhì)，只能暫時(shí)保持結(jié)構(gòu)完整性；預(yù)計(jì)相關(guān)構(gòu)件需在不到七年內(nèi)再行修補(bǔ)。而且反覆修補(bǔ)亦無法避免損害碼頭平臺橫樑的長期結(jié)構(gòu)完整性。為長遠(yuǎn)解決碼頭平臺鋼筋受侵蝕的問題，本案設(shè)計(jì)陰極防蝕系統(tǒng)，並在指定的碼頭安裝本系統(tǒng)。本方法預(yù)期可大幅減少碼頭維修次數(shù)，並可獲致長期之成本效益。鋼筋混凝土承臺碼頭海港工程部負(fù)責(zé)維修港灣108個鋼筋混凝土承陰極防蝕系統(tǒng)設(shè)有陽極，透過混凝土把陰極保護(hù)性電流輸送至鋼筋在混凝土內(nèi)有氯化離子、氧及水的情況下，鋼面的鈍化薄膜受到破壞。陰極防蝕系統(tǒng)設(shè)有陽極，透過混凝土把陰極保護(hù)性電流輸送至鋼筋在澎湖跨海大橋曾是遠(yuǎn)東第一座海上大橋的「澎湖跨海大橋」，橫跨於白沙、西嶼兩島間的吼門海道上，為兩島間唯一連絡(luò)通道。原橋包括兩端路堤全長2478公尺，其中路堤長319公尺，橋長2159公尺，橋面寬5.1公尺，有7處8公尺寬避車道，大小橋孔76孔。54年3月動工興建，59年12月竣工通車，建造費(fèi)為新臺幣壹億肆佰伍拾萬元。廿餘年來，因橋址所在海流湍急，潮汐變化迅速及長年東北季風(fēng)吹襲、腐蝕嚴(yán)重，又交通量快速成長，原有車道已不敷使用。73年起，分年分段編列經(jīng)費(fèi)改建，85年1月竣工通車。改建後全長為2494公尺，其中路堤1519公尺，橋梁975公尺、橋面全寬13公尺?？傆?jì)新臺幣壹拾億貳仟捌佰萬元整。澎湖跨海大橋曾是遠(yuǎn)東第一座海上大橋的「澎湖跨海大橋」，橫跨於金門港區(qū)浮動碼頭腐蝕現(xiàn)況資料來源：第38屆海洋工程研討會暨科技部計(jì)畫成果發(fā)表會論文集國立臺灣大學(xué)2016年12月Proceedingsofthe38thOceanEngineeringConferenceinTaiwanNationalTaiwanUniversity,December2016金門港區(qū)浮動碼頭腐蝕現(xiàn)況調(diào)查之研究，柯正龍，陳桂清，

交通部運(yùn)輸研究所港灣技術(shù)研究中心研究員金門港區(qū)浮動碼頭腐蝕現(xiàn)況資料來源：第38屆海洋工程研討會暨科船艦設(shè)計(jì)防蝕材料之選用船艦設(shè)計(jì)防蝕材料之選用MElec-Ch5-59PowerboatZincs6ZincsTrimTabMElec-Ch5-15PowerboatZincs6MElec-Ch5-60BetweenBoatsTwodifferentmetalsAluminumvssteel(orothermetal)Immersedincurrent-carryingsolutionSeawaterInterconnectedbycurrent-carryingconductorACground(green)wireMElec-Ch5-16BetweenBoatsTwoMElec-Ch5-61IndirectCathodicProtectionUsedwhendirectcontactnotpossibleZincboltedtooutsideofhullInsideboatconnectwithinsulatedAWG#8toRudderPostShaft(requiresshaftbrush)MElec-Ch5-17IndirectCathodiMElec-Ch5-62ResultsofStrayCurrentCorrosionMElec-Ch5-18ResultsofStrayOffshorewindturbinesoftenoperateunderharshconditions

thatrequire

solidtechnologyandrobustoperations.

Corrosionproblemisancriticalissueontheengineering

designforconstructingstructureofoffshorewindturbines.

OffshoreWindTurbinesOffshorewindturbinesofteno6464試驗(yàn)設(shè)備最高操作溫度：760℃，壓力：400bar，

流量：400kg/hr?？晒┏R界水質(zhì)與材料相關(guān)試驗(yàn)，協(xié)助電廠選用材料、品質(zhì)驗(yàn)證或電廠水處理及監(jiān)測，有助新機(jī)組規(guī)範(fàn)訂定及確保長期可靠運(yùn)轉(zhuǎn)。

水質(zhì)處理控制及亞臨界試驗(yàn)單元超臨界水化學(xué)與材料試驗(yàn)單元超臨界煱爐材料防蝕技術(shù)研究2020試驗(yàn)設(shè)備最高操作溫度：760℃，壓力：400bar65冷卻水系統(tǒng)腐蝕監(jiān)測21冷卻水系統(tǒng)腐蝕監(jiān)測冷卻水系統(tǒng)腐蝕監(jiān)測試驗(yàn)

66碳鋼在4種不同條件之廠用冷卻水中，歷時(shí)19天之腐蝕電位隨時(shí)間變化之結(jié)果。碳鋼在4種不同條件之電廠冷卻水中，經(jīng)過約19天腐蝕試驗(yàn)後之表面形貌。冷卻水系統(tǒng)腐蝕監(jiān)測試驗(yàn)

22碳鋼在4種不同條件之廠用冷卻水中<###>Page:67澳洲海洋牧場產(chǎn)量:2,000頓蝦/年明蝦養(yǎng)殖海洋牧場國外案例介紹大藻養(yǎng)殖做成餌料位在北部queensland<###>Page:23澳洲海洋牧場產(chǎn)量:2,000頓蝦/年具臺電特色的海洋牧場再生能源可循環(huán)資源藻類固碳與水產(chǎn)養(yǎng)殖整合具臺電特色的海洋牧場再生能源可循環(huán)資源藻類固碳與水產(chǎn)養(yǎng)殖整合69AlgalbiomassWastewaterINPUTSOUTPUTSProteins‘Polished’waterLightChemicalsLiquidfuelsO2Nutrients(N,P..)800MWwith1%CO2captured=3.5ton/hrDrymicroalage

8MWwith100%CO2captured=3.5ton/hrDrymicroalageCO2海洋牧場把廢水作為藻類養(yǎng)殖營養(yǎng)源25AlgalWastewaterINPUTSOUTPU我國擁有150億噸CO2封存潛能?

CCSU技術(shù)可大幅降低燃煤電廠碳排放量70我國擁有150億噸CO2封存潛能?

CCSU技術(shù)可大幅降低CCS候選廠址71CCS候選廠址27臺灣離岸風(fēng)電計(jì)畫離岸風(fēng)電為我國未來最重要的再生能源之一，臺電負(fù)責(zé)我國電力開發(fā)與永續(xù)能源發(fā)展，預(yù)計(jì)於2020年前於彰濱開發(fā)離岸風(fēng)力發(fā)電廠，初期設(shè)置108MW離岸風(fēng)機(jī)，年發(fā)電可達(dá)3.56億度，民間業(yè)者福海風(fēng)電也預(yù)計(jì)在彰濱北側(cè)建置30臺，以及海洋風(fēng)電在苗栗竹南外海建置32臺?？剂颗_灣地理環(huán)境特殊，為颱風(fēng)與地震等天然災(zāi)害高潛勢地區(qū)，國際間雖已有水深20公尺離岸風(fēng)場開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，但面對臺灣特殊的環(huán)境，先進(jìn)國家離岸風(fēng)力發(fā)展經(jīng)驗(yàn)難以直接轉(zhuǎn)移供國內(nèi)使用。我國風(fēng)電開發(fā)應(yīng)借重外力，結(jié)合國內(nèi)業(yè)者，開發(fā)最適合臺灣地理環(huán)境的離岸風(fēng)力機(jī)組。臺電有風(fēng)電的運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)，可供未來離岸風(fēng)機(jī)借鏡。臺灣離岸風(fēng)電計(jì)畫離岸風(fēng)電為我國未來最重要的再生能源之一，臺電臺電離岸風(fēng)力發(fā)電計(jì)畫臺電離岸風(fēng)力發(fā)電計(jì)畫臺灣離岸海洋環(huán)境之特殊性臺灣離岸海洋環(huán)境之特殊性離岸風(fēng)機(jī)的腐蝕問題海岸風(fēng)電設(shè)施隨時(shí)會曝露在風(fēng)砂、鹽霧、紫外線輻射、高低溫度變化、下雨、冰雪等各種惡劣環(huán)境中。離岸風(fēng)機(jī)的使用環(huán)境更是嚴(yán)苛，長期處在海水和鹽霧環(huán)境威脅中，受到鹽份的侵蝕和海浪的衝擊，腐蝕問題是工程設(shè)計(jì)的一大挑戰(zhàn)。為了保證海岸及離岸風(fēng)電設(shè)備20年的服務(wù)壽命要求，有必要採取高標(biāo)準(zhǔn)的海域防蝕工程設(shè)計(jì)。離岸風(fēng)機(jī)的腐蝕問題海岸風(fēng)電設(shè)施隨時(shí)會曝露在風(fēng)砂、鹽霧、紫外線何謂高耐蝕防護(hù)？高耐蝕防護(hù)是指應(yīng)用於嚴(yán)酷環(huán)境領(lǐng)域，具有長效壽命的表面處理技術(shù)。嚴(yán)酷環(huán)境意指高腐蝕性的環(huán)境，根據(jù)ISO12944-2的定義，是指大氣環(huán)境為C4(高)、C5-I(很高，工業(yè)區(qū))、C5-M(很高，海洋)及浸於海水或含鹽分的水中的腐蝕環(huán)境。長效壽命並無明確定義，一般認(rèn)為要大於5年以上的使用壽命，即ISO12944-5規(guī)定的中等或高等的塗膜使用壽命。過去己有百年海洋平臺的防腐蝕經(jīng)驗(yàn)，可以作為目前離岸風(fēng)機(jī)防蝕所參考。長期以來海上油氣田開採工業(yè)已有相當(dāng)成熟且不斷發(fā)展的防腐蝕標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)範(fàn)。但隨著新材料的開發(fā)和防蝕技術(shù)之進(jìn)步，近年來隨著海上平臺與海上風(fēng)機(jī)的快速發(fā)展而不斷進(jìn)展中。目前NORSOK，M501及ISO20340是最重要的防蝕塗裝技術(shù)規(guī)範(fàn)。何謂高耐蝕防護(hù)？高耐蝕防護(hù)是指應(yīng)用於嚴(yán)酷環(huán)境領(lǐng)域，具有長效壽

常用防蝕工程技術(shù)

從腐蝕機(jī)制看，可以採取的防腐蝕原理分為有三種：隔離防蝕、電化學(xué)防蝕及本質(zhì)防蝕。海洋防蝕工程常用的技術(shù)主要有下列三種：(一)有機(jī)塗覆法這種防蝕原理屬於隔離防蝕，主要適用於大氣區(qū)、浪濺區(qū)及水位變動區(qū)。大多數(shù)海洋結(jié)構(gòu)物防蝕都採用此種方法。常用的防蝕塗料有等，輔助材料為固化劑。其有效防蝕年限大約為10～12環(huán)氧瀝青、富鋅環(huán)氧、聚酯類塗裝、環(huán)氧玻璃鋼年，其保護(hù)效果約為80～95%。最新的研究成果則顯示，新型高耐蝕塗裝的防蝕年限可達(dá)20年以上，甚至可達(dá)到50年。

常用防蝕工程技術(shù)

從腐蝕機(jī)制看，可以採取的防腐蝕原理分為有Degradation&FailureMechanismofOrganicCoating

FeO.Fe2O3.4H2OFe(OH)2.2Fe(OH)3FeO.H2O2Fe(OH)3Fe2(OH)6Fe2O3.3H2OPassiveFilmsvs.OxidesDegradation&FailureMechanis離岸風(fēng)機(jī)高耐蝕有機(jī)塗膜設(shè)計(jì)參考離岸風(fēng)機(jī)高耐蝕有機(jī)塗膜設(shè)計(jì)參考

(二)金屬熱噴塗法膜

金屬熱噴塗的原理是利用各種形式的熱源，將金屬噴塗材料加熱，使之形成熔融狀態(tài)的微粒，這些微粒在動力的作用下，以一定的速度衝擊並沉附在被保護(hù)構(gòu)造物表面，形成具有一定特性的金屬覆層?？捎渺督饘賴妷T的材料很多，例如鋅、不銹鋼等是最常用。其中不銹鋼塗覆層較耐磨損且保護(hù)週期較長，鋅覆層不僅具有覆蓋、耐腐蝕作用，更重要的是鋅還具有犧牲陽極功能。

(二)金屬熱噴塗法膜

金屬熱噴塗的原理是利用各種形式的熱源

(三)金屬熱浸鍍及電鍍膜

金屬熱浸鍍及電鍍膜屬於隔離防蝕的一種，主要適用於大氣區(qū)、浪濺區(qū)及水位變動區(qū)。多數(shù)海洋結(jié)構(gòu)物的小型附屬零組件或連接部件採用此種方法。常用的防蝕鍍層有鍍鋅、鍍鉻等。從實(shí)施工法可分為熱浸鍍法及電鍍法兩種。其中熱浸鍍法是將結(jié)構(gòu)件經(jīng)過酸洗鈍化等表面處理後，整體浸入高溫狀態(tài)的鍍層鹽溶液中，經(jīng)過一定時(shí)間的置換反應(yīng)，構(gòu)件表面形成設(shè)計(jì)厚度的金屬保護(hù)層。電鍍法採用外加電流進(jìn)行電解置換的工法，工程上常用的是熱浸鍍法。

(三)金屬熱浸鍍及電鍍膜

金屬熱浸鍍及電鍍膜屬於隔離防蝕的

(四)陰極保護(hù)法

陰極防蝕法屬於電化學(xué)防蝕，分為外加電流的與犧牲陽極兩種保護(hù)方式。外加電流原理是利用高矽鑄鐵或鈦鍍白金等隋性陽極材料，把被保護(hù)物體作為陰極，在外加電流的影響下，形成電位差，進(jìn)而防止腐蝕。犧牲陽極主要利用鋅、鋁等活性比鐵高的鑄造陽極材料，銲接在結(jié)構(gòu)物上，優(yōu)先消耗，形成保護(hù)電位差阻止被保護(hù)體腐蝕。兩種陰極防蝕法均需要海水作為電解質(zhì)溶液，供離子導(dǎo)電而形成導(dǎo)電迴路，因此只適用於海水平面下、或泥水覆蓋的區(qū)域。

(四)陰極保護(hù)法

陰極防蝕法屬於電化學(xué)防蝕，分為外加電流的離岸風(fēng)機(jī)之高耐蝕具體解決方案根據(jù)實(shí)驗(yàn)室塗鍍測試、海上掛片試驗(yàn)以及吸收海上平臺成熟的防蝕作法，專家對於在離案風(fēng)機(jī)推薦使用的高耐蝕防護(hù)膜層系統(tǒng)如【表1】所示。如果採用金屬熱噴塗層加上有機(jī)塗層的方案，將是最佳方案。大氣環(huán)境中，如塔筒外壁，可以採用常用之防蝕系統(tǒng)，即富鋅底漆/環(huán)氧雲(yún)鐵/脂肪族聚氨酯面漆。採用玻璃鱗片塗料系統(tǒng)時(shí)，注意底漆不能太厚，可以選用環(huán)氧，當(dāng)然亦可以選用耐久性更好的聚矽氧烷塗料。採用金屬熱噴塗系統(tǒng)時(shí)，可以得到更為長效的防蝕效果。離岸風(fēng)機(jī)之高耐蝕具體解決方案根據(jù)實(shí)驗(yàn)室塗鍍測試、海上掛片試驗(yàn)塔筒內(nèi)壁不接觸外界陽光直射，腐蝕環(huán)境相對外壁要弱，因此可以不採用保色保光性優(yōu)良的脂肪族聚氨酯或聚矽氧烷面漆。甲板平臺包括內(nèi)外平臺是工作場所，並且會有海浪的沖刷，因此採用與飛濺區(qū)相同的環(huán)氧玻璃鱗片，如果需要面漆調(diào)顏色，可以選用聚氨酯罩面。潮差區(qū)及飛濺區(qū)是防蝕的重點(diǎn)區(qū)域，採用環(huán)氧玻璃鱗片系統(tǒng)，乾膜厚度至少要求在800μm以上。如果要達(dá)到30年以上的使用壽命，根據(jù)現(xiàn)有的海洋平臺方面的經(jīng)驗(yàn)，乾膜厚度需達(dá)1500μm以上。由於玻璃鱗片塗料在控制塗膜下的腐蝕蔓延要差一些，因此採用具有良好陰極保護(hù)性能的環(huán)氧底漆打底，比直接做玻璃鱗片塗料效果更好。海泥區(qū)可不做防蝕塗膜，靠陰極保護(hù)即可，亦可兩者相結(jié)合，膜層厚度在設(shè)計(jì)上無需太厚。塔筒內(nèi)壁不接觸外界陽光直射，腐蝕環(huán)境相對外壁要弱，因此可以不離岸風(fēng)機(jī)防蝕小結(jié)離岸風(fēng)電機(jī)組防腐蝕，是一個系統(tǒng)的問題，對於機(jī)組的每一部分，在設(shè)計(jì)上、材料上、密閉性上，都應(yīng)該考慮到耐蝕性的問題。防蝕問題處理不好，小則使個別風(fēng)電機(jī)組故障頻頻，影響機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)效率，大則使機(jī)組大面積故障，被迫拆除。就投資的立場來看，優(yōu)異的保護(hù)措施能確保風(fēng)力發(fā)電機(jī)組有更長的使用壽命，無需頻繁地進(jìn)行維修，順暢的運(yùn)轉(zhuǎn)及減低維修成本可爭取到更大的獲利率。離岸風(fēng)機(jī)防蝕小結(jié)離岸風(fēng)電機(jī)組防腐蝕，是一個系統(tǒng)的問題，對於機(jī)Howcorrosionoccursinthemarineenvironments

4.1Thereactionofametalwithelectrolyte

4.2Theelectrochemicalnatureofcorrosion

4.2.1thereactionofametalwithitsenvironment

4.2.2themixedpotentialtheory

4.2.3polarizationandcorrosionrate

4.2.4passivationanditsbreakdown

4.3Thecharacteristicsofmarineenvironments

4.3.1corrosivityofseawater

4.3.2corrosivityofmarineatmospheres

4.4