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

國(guó)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(jiǎn)介授課老師：邱善得1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03/10/15ME70492MarineCorrosionandProtectionLecturer:Dr.San-DerChyou(邱善得老師)ClassHours:Wednesday9:20-12:10Room:國(guó)立臺(tái)灣海洋大學(xué)機(jī)械系教室Textbook:1.PrinciplesandPreventionofCorrosion–byDennyAJones2ndedition1996,ISBN0-13-359993-0Scoring(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%)03/10/15ME70494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(cè)

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。鋼筋混凝土承臺(tái)碼頭海港工程部負(fù)責(zé)維修港灣108個(gè)鋼筋混凝土承臺(tái)碼頭。承臺(tái)碼頭長(zhǎng)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(tái)混凝土?xí)蜾摻钍芮治g而開(kāi)始剝落和出現(xiàn)裂縫。傳統(tǒng)的修補(bǔ)混凝土方法(即清理?yè)p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(wú)法避免損害碼頭平臺(tái)橫樑的長(zhǎng)期結(jié)構(gòu)完整性。為長(zhǎng)遠(yuǎn)解決碼頭平臺(tái)鋼筋受侵蝕的問(wèn)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(zhǎng)期之成本效益。陰極防蝕系統(tǒng)設(shè)有陽(yáng)極，透過(guò)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。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(mén)海道上，為兩島間唯一連絡(luò)通道。原橋包括兩端路堤全長(zhǎng)2478公尺，其中路堤長(zhǎng)319公尺，橋長(zhǎng)2159公尺，橋面寬5.1公尺，有7處8公尺寬避車(chē)道，大小橋孔76孔。54年3月動(dòng)工興建，59年12月竣工通車(chē)，建造費(fèi)為新臺(tái)幣壹億肆佰伍拾萬(wàn)元。廿餘年來(lái)，因橋址所在海流湍急，潮汐變化迅速及長(zhǎng)年?yáng)|北季風(fēng)吹襲、腐蝕嚴(yán)重，又交通量快速成長(zhǎng)，原有車(chē)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(chē)。改建後全長(zhǎng)為2494公尺，其中路堤1519公尺，橋梁975公尺、橋面全寬13公尺。總計(jì)新臺(tái)幣壹拾億貳仟捌佰萬(wàn)元整。金門(mén)港區(qū)浮動(dòng)碼頭腐蝕現(xiàn)況資料來(lái)源：第38屆海洋工程研討會(huì)暨科技部計(jì)畫(huà)成果發(fā)表會(huì)論文集國(guó)立臺(tái)灣大學(xué)2016年12月Proceedingsofthe38thOceanEngineeringConferenceinTaiwanNationalTaiwanUniversity,December2016金門(mén)港區(qū)浮動(dòng)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)研究中心研究員船艦設(shè)計(jì)防蝕材料之選用MElec-Ch5-15PowerboatZincs6ZincsTrimTabMElec-Ch5-16BetweenBoatsTwodifferentmetalsAluminumvssteel(orothermetal)Immersedincurrent-carryingsolutionSeawaterInterconnectedbycurrent-carryingconductorACground(green)wireMElec-Ch5-17IndirectCathodicProtectionUsedwhendirectcontactnotpossibleZincboltedtooutsideofhullInsideboatconnectwithinsulatedAWG#8toRudderPostShaft(requiresshaftbrush)MElec-Ch5-18ResultsofStrayCurrentCorrosionOffshorewindturbinesoftenoperateunderharshconditions

thatrequire

solidtechnologyandrobustoperations.

Corrosionproblemisancriticalissueontheengineering

designforconstructingstructureofoffshorewindturbines.

OffshoreWindTurbines2020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(cè)，有助新機(jī)組規(guī)範(fàn)訂定及確保長(zhǎng)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21冷卻水系統(tǒng)腐蝕監(jiān)測(cè)冷卻水系統(tǒng)腐蝕監(jiān)測(cè)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(guò)約19天腐蝕試驗(yàn)後之表面形貌。<###>Page:23澳洲海洋牧場(chǎng)產(chǎn)量:2,000頓蝦/年明蝦養(yǎng)殖海洋牧場(chǎng)國(guó)外案例介紹大藻養(yǎng)殖做成餌料位在北部queensland具臺(tái)電特色的海洋牧場(chǎng)再生能源可循環(huán)資源藻類(lèi)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(chǎng)把廢水作為藻類(lèi)養(yǎng)殖營(yíng)養(yǎng)源我國(guó)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26CCS候選廠址27臺(tái)灣離岸風(fēng)電計(jì)畫(huà)離岸風(fēng)電為我國(guó)未來(lái)最重要的再生能源之一，臺(tái)電負(fù)責(zé)我國(guó)電力開(kāi)發(fā)與永續(xù)能源發(fā)展，預(yù)計(jì)於2020年前於彰濱開(kāi)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(tái)，以及海洋風(fēng)電在苗栗竹南外海建置32臺(tái)。考量臺(tái)灣地理環(huán)境特殊，為颱風(fēng)與地震等天然災(zāi)害高潛勢(shì)地區(qū)，國(guó)際間雖已有水深20公尺離岸風(fēng)場(chǎng)開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，但面對(duì)臺(tái)灣特殊的環(huán)境，先進(jìn)國(guó)家離岸風(fēng)力發(fā)展經(jīng)驗(yàn)難以直接轉(zhuǎn)移供國(guó)內(nèi)使用。我國(guó)風(fēng)電開(kāi)發(fā)應(yīng)借重外力，結(jié)合國(guó)內(nèi)業(yè)者，開(kāi)發(fā)最適合臺(tái)灣地理環(huán)境的離岸風(fēng)力機(jī)組。臺(tái)電有風(fēng)電的運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)，可供未來(lái)離岸風(fēng)機(jī)借鏡。臺(tái)電離岸風(fēng)力發(fā)電計(jì)畫(huà)臺(tái)灣離岸海洋環(huán)境之特殊性離岸風(fēng)機(jī)的腐蝕問(wèn)題海岸風(fēng)電設(shè)施隨時(shí)會(huì)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(zhǎng)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(wèn)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(cǎi)取高標(biāo)準(zhǔn)的海域防蝕工程設(shè)計(jì)。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(zhǎng)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(zhǎng)效壽命並無(wú)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(guò)去己有百年海洋平臺(tái)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(zhǎng)期以來(lái)海上油氣田開(kāi)採(cǎi)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(kāi)發(fā)和防蝕技術(shù)之進(jìn)步，近年來(lái)隨著海上平臺(tái)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)。

常用防蝕工程技術(shù)

從腐蝕機(jī)制看，可以採(cǎi)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(dòng)區(qū)。大多數(shù)海洋結(jié)構(gòu)物防蝕都採(cǎi)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(lèi)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。Degradation&FailureMechanismofOrganicCoating

FeO.Fe2O3.4H2OFe(OH)2.2Fe(OH)3FeO.H2O2Fe(OH)3Fe2(OH)6Fe2O3.3H2OPassiveFilmsvs.Oxides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?lài)妷T材料加熱，使之形成熔融狀態(tài)的微粒，這些微粒在動(dòng)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?lài)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(zhǎng)，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(yáng)極功能。

(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(dòng)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(cǎi)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(guò)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(guò)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(cǎi)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。

(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(yáng)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(yáng)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(yáng)極主要利用鋅、鋁等活性比鐵高的鑄造陽(yáng)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。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(cè)試、海上掛片試驗(yàn)以及吸收海上平臺(tái)成熟的防蝕作法，專(zhuān)家對(duì)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(cǎi)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(cǎi)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(cǎi)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(cǎi)用金屬熱噴塗系統(tǒng)時(shí)，可以得到更為長(zhǎng)效的防蝕效果。塔筒內(nèi)壁不接觸外界陽(yáng)光直射，腐蝕環(huán)境相對(duì)外壁要弱，因此可以不採(cǎi)用保色保光性?xún)?yōu)良的脂肪族聚氨酯或聚矽氧烷面漆。甲板平臺(tái)包括內(nèi)外平臺(tái)是工作場(chǎng)所，並且會(huì)有海浪的沖刷，因此採(cǎi)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(cǎi)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(tái)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(cǎi)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(wú)需太厚。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(gè)系統(tǒng)的問(wèn)題，對(duì)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(wèn)題。防蝕問(wèn)題處理不好，小則使個(gè)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(chǎng)來(lái)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(zhǎng)的使用壽命，無(wú)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(zhēng)取到更大的獲利率。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.

Commonformsofmarinecorrosion

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

Howtocontrolandpreventcorrosion

5.1Materialsselectionforcorrosionprevention

5.2Designagainstcorrosion

5.3Theoryandpracti