某風(fēng)電場海上鋼構(gòu)基礎(chǔ)犧牲陽極保護(hù)電位評估

周李軍 李慶華 付國慶 孫振平 林 斌

（1. 中廣核工程有限公司，廣東 深圳 518124；2. 蘇州熱工研究院有限公司，江蘇 蘇州 215002)

0 引言

隨著各國對可持續(xù)綠色能源的重視，海上風(fēng)電已經(jīng)成為可再生能源的重點(diǎn)領(lǐng)域。我國東部沿海地區(qū)海上風(fēng)能有很大的發(fā)展?jié)摿?，同時，也面臨著惡劣環(huán)境下海洋設(shè)備嚴(yán)重腐蝕的風(fēng)險。海上風(fēng)電鋼管樁所處環(huán)境比較復(fù)雜，海洋大氣區(qū)高濕度、高鹽霧、長日照，浪花飛濺區(qū)干濕交替，水下區(qū)海水浸泡，生物附著等，腐蝕環(huán)境非常苛刻，對海上風(fēng)電設(shè)備的腐蝕防護(hù)提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)[1]。

某海上風(fēng)電風(fēng)機(jī)鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)材料為Q345C，某些輔件為Q235B。多數(shù)鋼結(jié)構(gòu)材料將長期受到海水潮氣影響，為防止其過早發(fā)生嚴(yán)重腐蝕，設(shè)計采取犧牲陽極陰極保護(hù)與涂料防護(hù)雙重措施，犧牲陽極型號分別為A21I-4、A13I-5、A13I-7型[2]；涂料配套主要由熱噴鋅、環(huán)氧通用底漆、環(huán)氧玻璃鱗片、聚氨酯面漆組成，總干膜厚度不低于810μm。為了確保鋼管樁能夠得到有效的保護(hù)，需要對風(fēng)電鋼構(gòu)基礎(chǔ)陰極保護(hù)電位定期檢測，并進(jìn)行效果評估。

1 電位檢測內(nèi)容及方法

1.1 電位檢測內(nèi)容

犧牲陽極電位分布檢測：高潮位時對風(fēng)機(jī)鋼構(gòu)基礎(chǔ)鋼管樁和浸入海水部分塔筒進(jìn)行電位檢測，低潮位時對風(fēng)機(jī)鋼構(gòu)基礎(chǔ)鋼管樁進(jìn)行電位檢測，檢測時需在鋼構(gòu)縱向和環(huán)向取點(diǎn)測試時，繪制電位云圖，以檢驗(yàn)犧牲陽極分布是否合理。

犧牲陽極短期保護(hù)效果評估：首年電位檢測時每隔兩月進(jìn)行一次電位檢測，之后每隔1年進(jìn)行一次電位檢測，繪制電位變化曲線，評估其保護(hù)效果。

1.2 電位檢測方法

本項(xiàng)目采用銅/飽和硫酸銅參比電極為電位采集探頭，采用高阻抗數(shù)字萬用表進(jìn)行電位檢測。電位檢測測試方式如圖1所示，塔筒直徑為6.0m，高潮位測試深度為3.0m，低潮位測試深度為1.5m。塔筒電位云圖的橫坐標(biāo)L為塔筒周長，縱坐標(biāo)H為以高潮位標(biāo)高為3m，而低潮位標(biāo)高為1.5m，由上往下進(jìn)行檢測，高度單位均為m。測試點(diǎn)縱向均勻采集6個，環(huán)向以鋼樁爬梯位置逆時針排序均勻采集3個。

測試時首先確定鋼結(jié)構(gòu)本體裸露位置或裸露螺栓等構(gòu)件，若沒有，需用銼刀或鋸條除去表面涂層，面積以能夠接通表筆或電纜接頭即可，再用絕緣膠布將銅導(dǎo)線與該部位粘牢，并接至萬用表“正”極，參比電極接萬用表“負(fù)”極，萬用表置于DC 2V檔位。

圖1 測試方式示意圖

2 電位分布結(jié)果與分析

2.1 低潮位電位分布檢測

低潮位時，風(fēng)電鋼構(gòu)基礎(chǔ)只有四個鋼管樁浸入海水，如圖2所示，將鋼樁依次編號為樁1、樁2、樁3和樁4，并依次進(jìn)行電位檢測，檢測電位數(shù)據(jù)表如表1所示。

圖2 風(fēng)電鋼構(gòu)基礎(chǔ)低潮位照片

為了能夠更為直觀的顯示風(fēng)機(jī)鋼構(gòu)基礎(chǔ)鋼管樁的電位分布，將表1中的數(shù)據(jù)進(jìn)行電位云圖繪制，如圖3所示。從表1中可以看出，低潮位時，鋼樁保護(hù)電位均在-0.995～-1.005V范圍內(nèi)，從圖3中可以看出，鋼樁保護(hù)電位分布均勻。依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 33423-2016要求，鋼樁保護(hù)電位滿足保護(hù)要求[3]，犧牲陽極對鋼樁起到良好的保護(hù)效果。

表1 低潮位時鋼樁陰極保護(hù)電位數(shù)據(jù)表 單位：V（Vs.CSE）

圖3 低潮位時不同鋼樁電位云圖

2.2 高潮位電位分布檢測

高潮位時，風(fēng)機(jī)鋼構(gòu)基礎(chǔ)浸入海水部分包括四個鋼樁和中心塔筒，如圖4所示，中心塔筒和四個鋼樁均需進(jìn)行電位檢測，塔筒和鋼樁的檢測電位數(shù)據(jù)表如表2和表3所示。

圖4 風(fēng)機(jī)鋼構(gòu)基礎(chǔ)高潮位照片

將表2中的數(shù)據(jù)進(jìn)行電位云圖繪制，如圖5所示。從表2中可以看出，高潮位時，塔筒保護(hù)電位均在-0.930～-0.955V范圍內(nèi)，從圖5可以看出，塔筒保護(hù)電位分布相對較為均勻。依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 33423-2016要求，塔筒保護(hù)電位滿足保護(hù)要求，犧牲陽極對塔筒起到良好的保護(hù)效果。

表2 高潮位時塔筒陰極保護(hù)電位數(shù)據(jù)表 單位：V（Vs.CSE）

表3 高潮位時鋼樁陰極保護(hù)電位數(shù)據(jù)表 單位：V（Vs.CSE）

圖5 高潮位時塔筒陰極保護(hù)電位云圖

將表3中的數(shù)據(jù)進(jìn)行電位云圖繪制，如圖6所示。從表3中可以看出，高潮位時，鋼樁保護(hù)電位均在-0.940～-0.960V范圍內(nèi)，從圖6中可以看出，鋼樁1和鋼樁2的一部分電位偏低，不同區(qū)域偏差范圍很小，相對比較均勻。依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 33423-2016要求，高潮位時鋼樁保護(hù)電位滿足保護(hù)要求，犧牲陽極對鋼樁起到良好的保護(hù)效果。

圖6 不同鋼樁電位云圖

3 短期保護(hù)效果評估

由于犧牲陽極運(yùn)行所處環(huán)境惡劣，除了干濕交替外，海水中的犧牲陽極容易附著海生物和雜質(zhì)，以及部分犧牲陽極處于海泥環(huán)境等，均可能造成犧牲陽極溶解不均勻，導(dǎo)致脫落或分離。因此，在評估其保護(hù)效果時，還需進(jìn)行短期內(nèi)鋼構(gòu)基礎(chǔ)電位變化的分析。某風(fēng)電場鋼構(gòu)基礎(chǔ)首年電位檢測時每隔兩月進(jìn)行一次電位檢測，之后每隔1年進(jìn)行一次電位檢測。檢測結(jié)果如圖7、圖8所示。

圖7 高潮位鋼構(gòu)基礎(chǔ)保護(hù)電位分布圖

從圖7中可以看出，高潮時，保護(hù)電位基本在-0.92～-1.00V范圍內(nèi)。首年的三次電位檢測以及后三年內(nèi)的電位檢測均比較穩(wěn)定，未出現(xiàn)明顯的正向偏移，這說明犧牲陽極溶解情況正常，同時，能夠在鋼結(jié)構(gòu)表面生成致密的陰極保護(hù)沉積層，使鋼構(gòu)基礎(chǔ)高潮位時獲得理想的保護(hù)效果。

圖8 低潮位鋼構(gòu)基礎(chǔ)保護(hù)電位分布圖

從圖8中可以看出，低潮位時，保護(hù)電位基本在-0.95～-1.05V范圍內(nèi)。首年的三次電位檢測以及后三年內(nèi)的電位檢測較高潮位偏負(fù)，但比較穩(wěn)定，且處于安全保護(hù)范圍以內(nèi)。犧牲陽極溶解情況正常，同時較負(fù)的電位能夠促進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)表面陰極保護(hù)沉積層的生成，使鋼構(gòu)基礎(chǔ)獲得更好的保護(hù)效果。

4 結(jié)論與建議

風(fēng)機(jī)鋼構(gòu)基礎(chǔ)的陰極保護(hù)電位均處于-0.85～-1.05V范圍內(nèi)，鋼構(gòu)基礎(chǔ)處于良好的陰極保護(hù)狀態(tài)。

根據(jù)2011～2014年電位檢測結(jié)果，該風(fēng)機(jī)鋼構(gòu)基礎(chǔ)電位穩(wěn)定，未明顯發(fā)生正向偏移，犧牲陽極溶解情況正常，短期內(nèi)陰極保護(hù)運(yùn)行狀態(tài)良好。