PTC复层矿脂包覆防腐技术在海上风电的应用.docx

镛28卷第12期 中国涂料 V0128 No122013年12月 CHINA COATINGS December 201 3口高宏飙1，陈强1，王静2，刘碧燕1，万志祥3，侯保荣2 (1江苏海上龙源风力发电有限公司，江苏南通226007；2中国科学院海洋研究所，山东青岛266071，3江苏慧天新能源科技有限公司，江苏南通226001)摘要：简述了海洋浪花飞溅区腐蚀规律、海上风电钢桩基础腐蚀状况以及复层矿脂包覆系统的防腐性 能，介绍了PTc包覆技术在江苏龙源海上风电场潮间带的应用。解决了应用中大尺寸保护罩的紧固工艺、 结构异形位置固定修补等材料和施工技术难题。并得出结论：盯c复层矿脂包覆防腐具有施工方便、基材l 处理要求低、可带水作业等优点，在腐蚀严重的浪花飞溅区、海生物生长严重的潮差区防腐效果优异，是解I 决海上风电结构海洋浪花飞溅区、潮差区防腐的有效途径。关键词：盯c复层矿脂包覆；海上风电；浪花飞溅区；潮间带；防腐中图分类号：TQ6307+9文献标识码：B 文章编号：1 0062556(201 3)1 2003905Anticorrosion Technology Application of PetrolatumTape and CoVering(PTC)on Offshore Wind FarmGAO Hongbia01。CHEN Qian91，WANG Jin92，LIU Biyanl，WAN Zhixian93，HOU Baoron92f1Jiangsu Longyuan Offshore Wind Power CoLtdNantong 226007,JiangsuChina,2China Institute ofOceanology, Qingdao 266071，Jiangsu。China；3Jiangsu Huitian New Energy Technology Co。Ltd，Nantong 226001，Jiangsu，China)Abstract：In this paper,the co”osion law of splash zone and the corrosion condition of steel foundation m offshore wind farm and the anticorrosion performance of Petrolatum Tape and Covering(PTC)system were briefly in仃oducedPTC application in Jiangsu Longyuan intertidal offshore wind farm was discussedThe successful application solved some problems in fastening technology for large size protection cover,special position fixing repair materials and construction technologyThe results showed PTC system had the advantages of easy construction，lower requirements of substrate treatment，and feasible operation with water,excellent anticorrosion property in splash zone where corrosion is serious and tidal zone where sea creatures grow denselyPTCsystem was an effective way to solve the splash zone and intertidal zone corrosionKey words：petrolatIl：m tape and covering(PTC)system，offshore wind farm，splash zone，intertidal zone，anticorrosiono_-0 刖 吾 而对于海洋钢结构腐蚀最严重的浪花飞溅区没有成海洋环境中的风机基础，暴露于强电解质溶液 熟有效的防腐措施。 的海水中，与周围介质发生电化学反应而受到腐蚀。为寻求有效针对潮差飞溅区的防腐技术，龙 特别在浪花飞溅区，腐蚀速度比海水全浸区高出3源电力集团与中国科学院海洋研究所科研团队达10倍。我国目前的防腐措施，水上部分以防腐涂层为 成共识，对复层矿脂包覆防腐(Petrolatum Tape and主，水下部分采取防腐涂层和阴极保护技术相结合， Covering system，简称PTC)技术进行论证，根据其防39 施fj成JIApplication and Use万方数据中国涂料 第28卷腐效果优异、防护寿命长、施工方便、对基材表面处防蚀膏理要求低、可带水作业等优点，在江苏龙源海上风电场实施工程示范，以验证技术可靠性，实现包覆防腐 防蚀带 堕坠技术的推广应用。聚乙烯泡沫衬里1海洋浪花飞溅区腐蚀规律及海上风电 防蚀保护罩钢桩基础状况我国从20世纪70年代起开展了钢铁设施在海洋腐蚀模拟装置。长期的海洋腐蚀研究结果表明，钢结 炙撑卡锢 蜀、塑坚环境不同腐蚀区带的腐蚀规律研究，并发明了电连接模拟海洋腐蚀试验装置与方法，建立了海洋环境构在海洋环境不同腐蚀区带其腐蚀速率有明显差 别。在海洋大气区、浪花飞溅区、潮差区、全浸区和海 泥区等5个腐蚀区带中，浪溅区腐蚀最为严重。主要原因就是，在浪花飞溅区钢构表面受到海水的周期图1钢桩复层矿脂包覆技术示意图性润湿，经常处于干湿交替状态，氧供应充分，盐分Fig1 Steel Pile Composite Petrolatum Coating不断浓缩，加之阳光、风吹和海水环境协同作用所 Technology Diagram致。江苏海上龙源风电场是目前亚洲最大的海上风 加载荷小、密封性强、机械强度高、抗冲击性能强、防 电场。目前已建成30 MW试验风电场矛1：1200 MW示范 腐年限长(25 a以上)的优点；整个包覆体系将海瓜子 项目。现有98台风机中，混凝土基础7台，单桩、多桩 等海生物彻底与钢桩隔离，避免由于海生物附着、涂 钢构基础91台。自2009年第1批机组投产以来，浪花 层剥落，导致钢桩的局部腐蚀。施工优势：工艺简单， 飞溅区、潮差区存在涂层损坏以及海生物附着现象。 无需固化、加热、喷砂、动火，施工时间短；基材表面处理要求低，略低于St2级；可带水作业；受热胀冷缩2浪溅潮差区包覆防腐技术 影响小；适于任何形状结构物。绿色环保，不会污染21浪溅潮差区的腐蚀与防护海洋环境。相比辣椒素防海生物有更好的可操作和 在浪花飞溅区，电化学保护因不能形成稳定电有效性。流回路而不能充分发挥作用。日本、欧美开发多种包 该技术施工时参照以下标准、规范，包括：GB 覆防护材料，包括：蒙乃尔合金、铜一镍合金、不锈钢、 T 892312011涂装前钢才表面锈蚀等级和除锈等 牺牲钢、混凝土、橡胶及玻璃钢等。PTC复层矿脂包覆 级，JTS 15332007海港工程钢结构防腐蚀技术防腐技术在日本、英国的潮差区、飞溅区的使用寿命 规范，289_97港口工程设施维护技术规程，已达30 a以上。随着我国海上油田、风电等海洋开发 DB37T 231卜2013矿脂防蚀膏，DB37T 2317的不断深入，海洋钢构设施的不断建立，发展长期有2013矿脂防蚀带，DB37T 2319-2013海洋钢结 效的浪花飞溅区腐蚀防护与修复技术具有极其重要 构浪花飞溅区复层矿脂包覆防腐技术规程。 的经济价值和社会意义。 PTC复层矿脂包覆防腐系统的材料，主要由矿22 PTC复层矿脂包覆防腐系统 脂防蚀膏、矿脂防蚀带、密封缓冲层和防蚀保护罩组 PTc复层矿脂包覆防腐系统由4层紧密相连的保成。各组成部分性能如下：矿脂防蚀膏，是一种人造护层组成，即矿脂防蚀膏、矿脂防蚀带、密封缓冲层 的淡褐色油状膏状缓蚀化合物，不溶于水，盐水浸泡 和增强玻璃钢保护罩(见图1)。PTC技术中防蚀膏和 及盐雾试验均为A级。矿脂防蚀带，是一种淡黄色浸 防蚀带添加有抗腐蚀材料，具有优良的保护性、黏附透并涂满了抗腐蚀化合物的人造纤维制成的无纺 性、与水和空气隔绝性，长期不会变质，强有力地黏 布，主要成分是浸透了缓蚀剂如丹宁酸的链烷烃，不 附在钢铁设施表面达到长效的防腐蚀效果。坚固的 溶于水。防蚀保护罩，包括玻璃钢或增强玻璃钢，具 玻璃钢保护罩能够有效地破坏海生物黏附，并对内 有优秀的强度和持久性，密封缓冲层具有较好的减 部防蚀膏、防蚀带起到更好的保护效果。 震作用、隔热性和防水性。防蚀保护罩具有优秀的机 该系统技术优势：整个包覆工艺获得3项国家发械强度、抗化学性、抗风化性、防渗透性、可操作性，明专利、1项实用新型，具有防腐效果好、对结构物附 高冲击强度，可加工成任意形状，任何颜色。40施I：j晦mApplication anti Use万方数据2013年第12期高宏蕊等：Irll(复层矿脂包覆防腐技术彳壬海上风电的应用3复层矿脂包覆防腐技术在海上风电场 的螺栓孔，上下两端的第1个孔中心距法兰上下两个的应用边缘分别为50 mm，第2个孔与第1个孔的孔中心距为150 mm，其他相邻两孔的中心距约为200 mm(见图231准备工作311收集资料所示)。 收集施工对象的气象水文潮汐等具体资料，测绘桩基基础，编制施工方案，准备施工材料；设计、制夕墨弋瓴|i|作、调试玻璃钢防护罩，制作、搭建作业平台，等等。2 245mm200然后，进行施工机具、材料的准备。臣法兰312防蚀保护罩特别设计示范工程试验钢桩为江苏海上龙源风电场119。2夸慕和23。风机，基础钢桩直径由4 700 mm变径到4 340mm，FRP防蚀罩预制可先统一做模具，后根据每台风机防撞管、爬梯和线缆管的位置开孔。防蚀罩设计注：BC段防蚀罩弧长不同，其他结构相同，左侧为俯视图，基准从风机基础标高60 m处向下至标高0 m，设计模右侧为左视图，以外弧长2 245mm为准设计。具从上往下均分为A、B、C 3段，每段2 m；每段分为6片组合成一个圆，按顺序排列为A1、A2、A3、A4、A5、 图2 A段一片防蚀罩结构图 A6(B、C段编号同A段)。6 m包覆范围内防蚀罩共18Fig2 A Segment Anticorrosion Cover Structure 片。每2片防蚀保护罩之间上和下，左和右均以法兰连接，上下连接处法兰与防蚀罩本体成90。，法兰厚5 mm，宽50 mm；左右连接处法兰与防蚀罩水平线成 每片防蚀罩上下法兰(即A段下法兰、B段上下法60。，法兰厚10 ram(中间厚35 mm)，宽55 min。每兰和c段上法兰)由于弧长不同，孔距和开孔个数也 片防蚀罩的左右法兰沿垂直方向开11个直径12 min 不尽相同。每段的孔距及开孔数见表1所示。表l每片防蚀罩的尺寸参数Table l Size Parameter of Each Anticorrosion C0、，er横向法兰螺检孔 纵向法兰 防蚀罩编号 弧长mm 弧高mm 直长ram数目个孔中心距ram螺栓孔A段L边缘2 2452852 146 一一A段下边缘 A、B、C 3段，每段均开112 2922902 192896+(3007)+96B段上边缘 个螺栓孔孔距(mm)：50B段F边缘00+170+(3006+150+200X 8)+150+ 二3392962 237C段：边缘+170+10050，示意图见图IC段下边缘 2 368302 2 282每2 m杜j莘47 64532现场施工 叠，每卷矿脂防蚀带交接处的头尾重叠150 mm的宽 第一步，进行钢桩表面处理。为保证矿脂防蚀膏度，即保证钢桩各处均有2层以上矿脂防蚀带覆盖。 能与钢材表面充分结合，达到最佳的保护效果，必须要求涂抹完矿脂防蚀膏后，立即进行缠绕矿脂防蚀进行钢材表面处理。处理方法有：清除海生物、除锈。带作业，尤其在平均海平面附近，以防止矿脂防蚀膏第二步，涂抹防蚀膏。挤出少许矿脂防蚀膏于手被海水冲刷脱落。 掌中间，进行涂抹，重复510次，使矿脂防蚀膏在钢第四步，安装防蚀保护罩。防护罩由底向上安装。 结构表面均匀分布。防蚀膏用量：对于光滑表面约在安装防护罩时，要对准螺栓位置。螺栓需隔天用专300 gm2，锈蚀特别严重处约400500 gm2。用扳手拧紧，共紧3遍；注意螺栓上紧的顺序及扭力矩 第三步，缠绕防蚀带。由桩底部向上螺旋状包大小，最大扭力矩为28 N-m。对接缝处安装挡板，挡裹，至桩顶部时，用防蚀带完整地缠绕1圈。缠时需注板也要涂上防蚀膏，挡板与防护罩材料相同，以防止 意将空气压出，并需保持有50以上的矿脂防蚀带重 安装防护罩时刮破防蚀带，并起到密封作用。娩I-J腑11lkpllicalion and to万方数据中国涂料 第28卷最后，进行端部密封和试片安装工作。在防护罩钢)试片共3种。试片安装时考虑在同一水平高度、海 下端部安装支撑卡箍，防止玻璃钢外壳下滑；并在其水干湿交替腐蚀环境均相同。包覆完成后情况如图3 缝隙处和防护罩上端部，使用水中固化型环氧树脂所示。 密封。试片分为涂层试片、包覆防腐试片、未保护(裸刮板涂抹防蚀膏 缠绕防蚀带 安装玻璃钢防护罩包覆后钢桩图3现场施工步骤Fig3 Field Application Procedure33试片腐蚀研究经典的失重法，选择与海上风电钢管桩同材质的试测定腐蚀速率的方法很多，有失重法、线性极化片。规格50 mmX25 mmX3 miil，用打码机对每个试 法、Tafel直线外推法及其他电化学手段等。本次采用 片编号、预处理。试片放置位置如表2所示。表2试片放置的位置和处理工艺Table 2 Position and Treatment Process of TriaI Cover处理工艺 所在位置 放入日期 取出日期伯PTC包覆 l”桩，泥面上+18 m20】2一1220 2013一03一15PTC包覆 2桩，泥面上+4 m201212182013一0315一一PTC包覆 2“桩，泥面上+2 m2012一1218201303一15涂漆 l桩，泥面上+18 m2012122020130315UJ。JJ涂漆2”桩，泥面上+4 m20121218201303一15裸钢 l桩，泥面上+18 m2012122020130315厶U JJUJ。1J洲r矿旧拼川二躺石m啪嗡啦啦号；。岁矿裸钢2”桩，泥面上+4 m201212一18201303一15331试片检测lS_一试件暴露在腐蚀环境中的表面积，m2；试片从试验部位取下后，为准确获取腐蚀速度，卜试件腐蚀时间，h。需要进行后处理。塑料刮板或酸洗(添加缓蚀剂的酸本项目中，试片尺寸为50 mmX25 mm3 mm，性溶液)去除表面腐蚀产物一清水冲洗一无水乙醇超 即29510。3 m2。1。桩挂片时间为86 d，lp2 064 h：2+桩 声清洗一冷风吹干一放入干燥器一称重。挂片时间为88 d，即2 l 12 h。考虑到继续试验的需要， 裸钢试片在清洗腐蚀产物前、后形貌可见：裸钢没有破坏表面的涂料保护层，因此无相应的腐蚀失试片腐蚀产生较厚锈层，清洗后可看到明显腐蚀坑； 重数据。包覆和裸钢失重数据如表3所示。 PTC包覆试片腐蚀后形貌可见：试片的金属光泽与试 333试片腐蚀试验结论 验前无明显变化，说明PTC包覆方法具有较好的保护从几种不同防腐方法试片的外观及失重数据对 效果。比，可得出：332腐蚀失重和腐蚀速度计算 (1)PTC包覆试片，外观无任何变化，腐蚀试片无 对于失重法，通过下式计算金属的腐蚀速率： 任何铁锈颜色，试片保持了原来的金属光泽；考虑到一，ml”2万天平称量误差等影响因素，试验前后试片质量基本无变化，腐蚀速度可忽略不计，说明PTC包覆针对浪式中，可金属的腐蚀速率，g(m2h)；花飞溅区腐蚀防护效果良好。mo、m。腐蚀前、后试件的质量，g；(2)未保护处理(裸钢)试片，从形貌来看试片表42施I：1j晦IIJ1,pplication and Use万方数据2013年第12期 高宏飙等：PTC复星矿脂但攫防腐技术在海上凰电9鱼应用表3试片处理工艺和腐蚀速度 材表面处理要求低、可带水作业等优点。采用该技术Table 3 Trial Co、，elTreatment Process and Corrosion对风机基础浪花飞溅区进行保护，可延长维修周期、Speed延长风机基础的使用寿命，节省维修保养费用，确保生产正常进行。 (3)试片失重法研究结果表明：PTC复层矿脂包覆在腐蚀最为严重的浪花飞溅区、海生物生长严重 的潮差区的防腐效果优异，是解决海洋浪花飞溅区