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(fēng)電塔筒處于嚴(yán)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(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)的條件，極大地加快了海上浮式風(fēng)電塔筒的腐蝕進(jìn)程。根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明：部分海上浮式風(fēng)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(fēng)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(fēng)電塔筒的涂裝工藝研究，確保海上浮式風(fēng)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(jìn)行涂裝，提高涂層的防腐性能，延長海上浮式風(fēng)電塔筒的有效使用周期，進(jìn)而保證海上風(fēng)電站的安全使用。

1 腐蝕環(huán)境分析

海上風(fēng)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(gè)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(huì)極大地加劇腐蝕的程度，進(jìn)而造成海上風(fēng)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(fēng)電塔筒腐蝕最為嚴(yán)重的一個(gè)區(qū)域。在該區(qū)域中海浪在風(fēng)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(fēng)電塔筒的鋼結(jié)構(gòu)在飛濺區(qū)的腐蝕速度要遠(yuǎn)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(huì)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(fēng)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(dāng)海上風(fēng)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(fēng)險(xiǎn)[4]。

(4)全浸區(qū)的腐蝕特性

海上風(fēng)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(jìn)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(fēng)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(shí)際上是海水與海底土壤的混合物，整個(gè)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(huì)對(duì)海上風(fēng)電塔筒造成較為嚴(yán)重的侵蝕。但是，如果海上浮式風(fēng)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(tái)的出現(xiàn)至今已有近百年的歷史，在此期間海洋平臺(tái)的各類防腐蝕技術(shù)也得到長足發(fā)展，各類防腐標(biāo)準(zhǔn)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(duì)海上平臺(tái)的防腐開展了大量海洋掛片試驗(yàn)，分別采用不同類型防腐涂層系統(tǒng)對(duì)不同腐蝕區(qū)域進(jìn)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(duì)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(fēng)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(biāo)準(zhǔn)(挪威石油工業(yè)技術(shù)法規(guī)《表面處理和防護(hù)涂層標(biāo)準(zhǔn)》)和ISO 20340《海上平臺(tái)及相關(guān)結(jié)構(gòu)防護(hù)涂料體系的性能要求》中的試驗(yàn)方法和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合涂層試驗(yàn)、海上掛片試驗(yàn)等試驗(yàn)結(jié)論，針對(duì)海上浮式風(fēng)電塔筒與海洋環(huán)境的不同接觸區(qū)域，采用有機(jī)涂層與熱噴鋅涂層相結(jié)合的方法，研究提出了針對(duì)海上浮式風(fēng)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(fēng)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(fēng)電塔筒的外部作業(yè)平臺(tái)、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(fēng)電塔筒的使用壽命達(dá)到30 a以上。該海上浮式風(fēng)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(fēng)電推薦的防腐涂層體系

3 涂裝工藝步驟

海上浮式風(fēng)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(jìn)行組對(duì)形成筒節(jié)分段；其次，筒節(jié)分段在高負(fù)載滾輪架或?qū)Ｓ煤贤ゼ苌线M(jìn)行臥式總組；最后，筒節(jié)總段合攏形成整個(gè)海上浮式風(fēng)電塔筒。海上浮式風(fēng)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(gè)工藝步驟，工藝流程圖如圖1所示。

圖1 海上浮式風(fēng)電塔筒涂裝工藝流程圖

步驟1：鋼板表面預(yù)處理。首先，對(duì)制造所用鋼板進(jìn)行質(zhì)量調(diào)查，確定鋼板表面被腐蝕程度等級(jí)；其次，通過鋼材預(yù)處理流水線進(jìn)行拋丸除銹處理，使鋼材表面處理的清潔度達(dá)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(jí)或以上標(biāo)準(zhǔn)；最后，對(duì)鋼板進(jìn)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(diǎn)。

步驟2：分段制造過程跟蹤補(bǔ)涂。制作塔筒分段時(shí)應(yīng)對(duì)焊接、背燒、磨損、修正等區(qū)域的涂層破損進(jìn)行標(biāo)示，并清潔涂層破損表面，補(bǔ)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(bào)驗(yàn)通過；其次，對(duì)分段內(nèi)的鍍鋅件、舾裝件用布包扎好；再次，將分段吊運(yùn)至專用的噴砂涂裝滾輪架上，進(jìn)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(duì)應(yīng)防腐涂層。

步驟4：合攏縫跟蹤補(bǔ)涂。待塔筒分段總組結(jié)束后，對(duì)合攏縫、合攏面進(jìn)行清理；去除開始氧化或銹蝕的部位，補(bǔ)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(duì)應(yīng)防腐涂層，形成完工涂層。

步驟5：完工涂層檢查。整個(gè)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(dāng)遇有少量夾雜，可用小刀剔刮；但當(dāng)缺陷面積較大時(shí)，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(duì)應(yīng)防腐涂層，噴涂時(shí)應(yīng)按照先里后外、先上后下、先左后右、先難后易、縱橫交錯(cuò)的步驟，成90°交叉對(duì)塔筒內(nèi)外表面進(jìn)行涂裝作業(yè)，并對(duì)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(jìn)行全面的噴涂。

4 結(jié)語

采用上文所述海上浮式風(fēng)電塔筒防腐體系及具體涂層方案，應(yīng)用海上浮式風(fēng)電塔筒筒節(jié)分(總)段涂裝工藝步驟，實(shí)現(xiàn)了對(duì)海上浮式風(fēng)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(bǔ)涂、合攏塔筒筒節(jié)對(duì)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(fēng)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(jì)效益。