張 磊，王炬成，潘 琳

(1.江蘇科技大學(xué) 海洋裝備研究院，江蘇 鎮(zhèn)江 212003；2.江蘇現(xiàn)代造船技術(shù)有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

0 引言

海上浮式風電塔筒處于嚴酷的應(yīng)用環(huán)境之中。海洋環(huán)境濕度大、鹽分高、溫度梯度大，海水在塔筒銹蝕表面附著后容易產(chǎn)生積水薄膜[1]，具備了進行電化學(xué)反應(yīng)的條件，極大地加快了海上浮式風電塔筒的腐蝕進程。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明：部分海上浮式風電塔筒由于其涂裝工藝和涂層選擇的不合理，涂覆涂層難以有效地保證海上浮式風電站的正常使用，使用壽命被迫縮短。為了解決上述問題，有必要開展海上浮式風電塔筒的涂裝工藝研究，確保海上浮式風電塔筒在生產(chǎn)過程中采用科學(xué)的涂層體系以及合適的工藝方法進行涂裝，提高涂層的防腐性能，延長海上浮式風電塔筒的有效使用周期，進而保證海上風電站的安全使用。

1 腐蝕環(huán)境分析

海上風電塔筒底部筒體所處的腐蝕環(huán)境按照地球軸向，自上而下可以劃分為海洋大氣區(qū)、飛濺區(qū)、潮差區(qū)、全浸區(qū)和海泥區(qū)這五個典型腐蝕環(huán)境[2]。

(1)海洋大氣區(qū)的腐蝕特性

不同的溫度梯度、鹽度、濕度造就了海洋大氣與陸地大氣環(huán)境的顯著區(qū)別[3]。腐蝕表面的鋼鐵與海洋大氣中的鹽分構(gòu)成了典型的電化學(xué)腐蝕環(huán)境，往往會極大地加劇腐蝕的程度，進而造成海上風電塔筒的結(jié)構(gòu)失效。

(2)飛濺區(qū)的腐蝕特性

飛濺區(qū)是海上風電塔筒腐蝕最為嚴重的一個區(qū)域。在該區(qū)域中海浪在風電塔筒外壁上不間斷、不均勻沖刷，使得濕表面積交替往復(fù)，伴隨著富含高鹽分海水粒子附著，造成海上風電塔筒的鋼結(jié)構(gòu)在飛濺區(qū)的腐蝕速度要遠高于其他腐蝕區(qū)域。

(3)潮差區(qū)的腐蝕特性

受天體引力影響，在一年之中海洋會呈現(xiàn)不同的潮位，位于低潮位與高潮位之間的區(qū)域稱為潮差區(qū)。潮差區(qū)的海上風電塔筒的鋼結(jié)構(gòu)長期處于海水與大氣的接觸狀態(tài)，腐蝕面積較大。除此之外，當海上風電塔筒布置于高緯度海域，還存在受浮冰撞擊而導(dǎo)致涂層受損的風險[4]。

(4)全浸區(qū)的腐蝕特性

海上風電塔筒筒體的中下部長期浸泡在海水中(即全浸區(qū))，鋼鐵的氧化還原反應(yīng)受溶解氧的濃度影響而得到抑制，腐蝕進程較飛濺區(qū)和潮差區(qū)緩慢，但靠近潮差區(qū)且在平均潮位以下的海上風電塔筒筒體將出現(xiàn)較為明顯的腐蝕現(xiàn)象。

(5)海泥區(qū)的腐蝕特性

海泥實際上是海水與海底土壤的混合物，整個海泥區(qū)位于全浸區(qū)下方的海底。由于其成分的復(fù)雜性，海泥區(qū)的腐蝕特性既包含土壤的腐蝕特性，還包含海水的腐蝕特性，尤其是海底土壤中包含的硫酸鹽還原菌會對海上風電塔筒造成較為嚴重的侵蝕。但是，如果海上浮式風電塔筒為浮式結(jié)構(gòu)，其通過錨泊定位系統(tǒng)固定在海水中，則不用考慮海泥區(qū)的腐蝕影響。

2 防腐涂層系統(tǒng)選擇

海上作業(yè)平臺的出現(xiàn)至今已有近百年的歷史，在此期間海洋平臺的各類防腐蝕技術(shù)也得到長足發(fā)展，各類防腐標準規(guī)范不斷完善。尤其在近三十年中，多國科學(xué)家及工程技術(shù)人員對海上平臺的防腐開展了大量海洋掛片試驗，分別采用不同類型防腐涂層系統(tǒng)對不同腐蝕區(qū)域進行腐蝕速度、涂層附著力、腐蝕蔓延率、涂層密封性、涂層系統(tǒng)失效周期等因素展開研究，提出了一系列各腐蝕區(qū)域針對性的防腐涂層方案，構(gòu)建了綜合防腐性能最優(yōu)的重防腐涂層系統(tǒng)，為海上浮式風電塔筒的防腐提供了寶貴的參考方案。

以上述重防腐涂層系統(tǒng)作為基礎(chǔ)，依據(jù)NORSOK M501標準(挪威石油工業(yè)技術(shù)法規(guī)《表面處理和防護涂層標準》)和ISO 20340《海上平臺及相關(guān)結(jié)構(gòu)防護涂料體系的性能要求》中的試驗方法和驗收標準，結(jié)合涂層試驗、海上掛片試驗等試驗結(jié)論，針對海上浮式風電塔筒與海洋環(huán)境的不同接觸區(qū)域，采用有機涂層與熱噴鋅涂層相結(jié)合的方法，研究提出了針對海上浮式風電塔筒的優(yōu)化防腐涂層方案。其主要內(nèi)容為：在海上浮式風電塔筒的外壁，構(gòu)建以富鋅底漆、環(huán)氧云鐵、脂肪族聚氨酯為主要成分的防腐涂層；在塔筒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)采用脂肪族聚氨酯或聚硅氧烷為主要成分的防腐涂層；在海上浮式風電塔筒的外部作業(yè)平臺、潮差區(qū)或飛濺區(qū)采用環(huán)氧底漆打底，環(huán)氧玻璃鱗片主要成分的防腐涂層，從而保障海上浮式風電塔筒的使用壽命達到30 a以上。該海上浮式風電塔筒防腐方案的涂層成分及涂層厚度見表1。

表1 海上風電推薦的防腐涂層體系

3 涂裝工藝步驟

海上浮式風電塔筒一般采用分總段制作法。首先，由環(huán)形筒節(jié)在滾輪架上進行組對形成筒節(jié)分段；其次，筒節(jié)分段在高負載滾輪架或?qū)Ｓ煤贤ゼ苌线M行臥式總組；最后，筒節(jié)總段合攏形成整個海上浮式風電塔筒。海上浮式風電塔筒整體涂裝工藝步驟與常規(guī)海工產(chǎn)品涂裝工藝步驟類似，一般分為五個工藝步驟，工藝流程圖如圖1所示。

圖1 海上浮式風電塔筒涂裝工藝流程圖

步驟1：鋼板表面預(yù)處理。首先，對制造所用鋼板進行質(zhì)量調(diào)查，確定鋼板表面被腐蝕程度等級；其次，通過鋼材預(yù)處理流水線進行拋丸除銹處理，使鋼材表面處理的清潔度達到ISO 8501—1《涂裝油漆和有關(guān)產(chǎn)品前鋼材預(yù)處理》的Sa2.5級或以上標準；最后，對鋼板進行噴涂車間底漆，使漆膜平均膜厚度控制在10～15 μm之間，要求漆膜整體膜厚均勻，無漏噴點。

步驟2：分段制造過程跟蹤補涂。制作塔筒分段時應(yīng)對焊接、背燒、磨損、修正等區(qū)域的涂層破損進行標示，并清潔涂層破損表面，補涂車間底漆。

步驟3：分段涂裝。首先，將塔筒內(nèi)外的焊疤、銳邊、毛刺磨平、焊渣與飛濺清除完畢，塔筒筒節(jié)結(jié)構(gòu)報驗通過；其次，對分段內(nèi)的鍍鋅件、舾裝件用布包扎好；再次，將分段吊運至專用的噴砂涂裝滾輪架上，進行二次除銹，去除開始氧化或銹蝕的部位；最后，按照油漆配套的要求，依次噴涂對應(yīng)防腐涂層。

步驟4：合攏縫跟蹤補涂。待塔筒分段總組結(jié)束后，對合攏縫、合攏面進行清理；去除開始氧化或銹蝕的部位，補涂底漆；控制合攏縫局部的涂裝環(huán)境，按照油漆配套的要求，依次噴涂對應(yīng)防腐涂層，形成完工涂層。

步驟5：完工涂層檢查。整個完工涂層表面應(yīng)沒有顯著涂裝缺陷，例如：起皮、鼓泡、孔洞、凹凸不平、粗顆粒、掉塊及裂紋。當遇有少量夾雜，可用小刀剔刮；但當缺陷面積較大時，應(yīng)鏟除重噴。

步驟3、步驟4中噴涂防腐涂層采用以下工藝：采用高壓無氣噴涂方式，依次噴涂對應(yīng)防腐涂層，噴涂時應(yīng)按照先里后外、先上后下、先左后右、先難后易、縱橫交錯的步驟，成90°交叉對塔筒內(nèi)外表面進行涂裝作業(yè)，并對焊縫、結(jié)構(gòu)反面、棱角等不易噴涂到的部位先行噴涂一次后再進行全面的噴涂。

4 結(jié)語

采用上文所述海上浮式風電塔筒防腐體系及具體涂層方案，應(yīng)用海上浮式風電塔筒筒節(jié)分(總)段涂裝工藝步驟，實現(xiàn)了對海上浮式風電塔筒涂裝作業(yè)的有效控制，保證了塔筒的鋼板預(yù)噴涂、塔筒筒節(jié)制造過程中補涂、合攏塔筒筒節(jié)對合攏縫 (面)的噴涂、涂層完工檢查等涂裝作業(yè)過程的防腐涂層質(zhì)量要求，為海上浮式風電塔筒全生命周期服役提供了可靠的技術(shù)保障，具備較高的經(jīng)濟效益。