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        《風能》對話 | 防腐是海上風電產業鏈上的關鍵環節
        發布時間: 2023-05-10 19:30:42 | 瀏覽次數:

        海洋是最嚴酷的自然腐蝕環境,侯保榮院士認為,浪濺區、異型構件、精密電子器件的防腐蝕,海洋生物污損,以及防腐涂料的國產化,都是海上風電行業要集中解決的問題。從成本和安全角度考慮,海上風電防腐蝕工作要打好提前量,不能為了追求建設速度而犧牲發展質量,應遵循“主動防腐、科學防腐、綠色防腐、長效防腐”十六字原則。

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        Q:目前,中國海洋環境的防腐情況如何?技術發展水平怎樣?國際上的防腐技術發展到什么階段?

        A:鑒于腐蝕的嚴重危害性,各個國家,包括美國、英國、日本、俄羅斯都做過腐蝕調查。與發達國家相比,中國腐蝕調查工作開展晚,重視程度低。

        2015年,中國工程院啟動了重大咨詢項目“我國腐蝕狀況及控制戰略研究”,對中國基礎設施、交通運輸、能源、水環境、生產制造等五大關鍵領域、30多個重點行業進行為期兩年的專題調研。結果顯示,2014年,中國腐蝕成本約占GDP的3.34%,達到21278.2億元,相當于每年每人要承擔超過1555元的腐蝕成本。這是非常驚人的。

        近些年,中國海洋環境防腐蝕研究取得了比較豐碩的基礎理論成果,海洋防腐蝕技術儲備并不落后,甚至很多領域已經實現領跑?,F在應該是這些技術成果逐步成熟,向應用轉化,在工程建設中大顯身手的階段。海洋是最嚴酷的自然腐蝕環境,這不僅僅是經濟的問題,更是安全的問題。

        比如,2013年山東省青島市黃島區輸油管道爆炸事故,就是由于管道腐蝕引發的。實際上,中國部分海港碼頭設施建成10~20年后就出現了鋼筋銹蝕。據估計,年均腐蝕損失大于1000億元,其中25%~40%的腐蝕損失是完全可以避免的。

        一個典型的對比是日本。日本是一個四面環海的島國,腐蝕環境非常嚴苛,但日本的碼頭沒有銹跡斑斑的景象,過街天橋幾乎全部使用不銹鋼,欄桿使用的是重防腐涂料。這主要是因為國家重視防腐,如果使用低質材料,三年就會生銹,不如使用質量好的防腐材料。

        從長遠來看,防腐工作做得好,全壽命建設成本會低得多。海洋腐蝕防護的理念需要上升到國家戰略層面,進行頂層謀劃部署,自上而下建立完整的腐蝕防護機制和體制,以舉國之力突破技術瓶頸,才能從根本上提升腐蝕防護水平。

        Q:海上風電防腐面臨哪些挑戰?對材料本身提出了哪些要求?您對海上風電未來的發展有何期待?在防腐領域還需攻克哪些難題?

        A:“宜未雨綢繆,勿亡羊補牢!”中國海上風電裝機容量已經穩居全球首位,國家支持推動了海上風電快速發展,但在快馬加鞭的建設過程中,我們對海洋腐蝕程度的評估是否科學到位?防腐蝕保障技術的設計方面是否能跟得上?

        尤其是集中在閩、粵、蘇、浙一帶的海上風電機組,在高溫、高濕、高鹽和強日照服役條件下,腐蝕環境異常惡劣,同時又缺乏便捷的人工巡查和維護。這是我們在發展建設過程中需要提前規劃應對的問題。

        中國每年被腐蝕損耗的鋼鐵約占全年總產量的十分之一,每生產1噸鋼鐵排放1.83噸二氧化碳。海上風電基礎設施和工程裝備很大一部分是由鋼結構材料組成的,將海洋腐蝕防護做到位,延長海上風電機組的服役壽命,能大幅提高能源資源利用效率,從源頭形成有效的碳排放控制,可對碳達峰碳中和目標作出巨大貢獻。

        防腐是海上風電產業鏈上的一個關鍵環節。風電的建設和運營企業中很少有防腐蝕專業的人力配備,相信隨著風電行業的發展成熟,這種現狀將得到改變。

        近些年,我們團隊越來越多地接到各大海上風電企業在腐蝕防護方面的對接需求,對廣東、福建、浙江各個典型海域海上風電的腐蝕防護狀況開展了調研工作,可以說是喜憂參半。

        首先,問題最嚴重的是浪濺區,其腐蝕速度是其他區帶的3~10倍,目前來看投入運行2~3年內就會發生比較嚴重的涂層脫落和銹蝕污損現象,存在非常嚴重的安全隱患。隨著海上風電機組的大型化,塔筒、基礎承受的扭矩和重量非常大,按浪濺區每年腐蝕0.5毫米厚度鋼材的速度計算,形勢不容樂觀,應該馬上采取更可靠的復層包覆防腐蝕措施進行保護。

        在海洋大氣區,涂料的防腐是頗有成效的。然而,據了解,國內所用的基本都是國外品牌的技術,國產防腐涂料在高端海工裝備中如何打破市場壁壘,實現國產化是一個值得期待的突破。再就是海上大氣區很多法蘭、螺栓等異型構件,涉及結構緊固、支撐輔助、消防安全的重要細節,可采用一些柔性礦脂包覆材料進行重點防護。

        此外,風電裝備的“大腦”精密電子器件的腐蝕隱患較大。國際自動化學會將海上風電服役條件歸為電子元器件最高等級大氣腐蝕環境,控溫控濕并不能徹底解決鹽霧侵蝕的問題,可采用氣相緩蝕材料防護根除隱患。

        最后是海水全浸區的陰極保護,比如犧牲陽極的設計保護壽命是15年,但由于海洋生物的污損附著會導致提前失效,針對這方面的定期巡檢和更換變得十分必要。

        總體而言,海上風電的腐蝕防護技術要求更高,因為:一方面,海洋腐蝕環境極端惡劣;另一方面,海上風電機組在運行過程中一旦出現腐蝕問題,修復工程要綜合考慮離岸距離、風浪等級、海流情況等多個復雜因素,施工難度極大,工藝要求非??量?。因此,從成本、安全角度來看,都更需要在裝備設計階段、制造階段提前做好、做足防腐蝕措施,將腐蝕問題和隱患消除在“萌芽”中。

        我們可以借鑒鋼筋混凝土防腐蝕領域的五倍定律:在新建階段每削減1元的防腐蝕措施投入,腐蝕初期階段就要花費5元去修補,等到腐蝕影響正常運行階段則需花費25元去修復,當腐蝕嚴重危及結構安全時要花費125元去解決。

        在此特別呼吁,海上風電的防腐蝕工作要打好提前量,不要為了追求建設速度而犧牲發展質量,這也是我們一直強調的海洋腐蝕防護工作應遵循“主動防腐、科學防腐、綠色防腐、長效防腐”的十六字原則。

        Q:您將畢生精力投入防腐領域,讓您執著于此的動力是什么?您研究的防腐成果主要解決了哪些類型的腐蝕?

        A:國家一直鼓勵科研人員要敢于坐冷板凳,敢于啃硬骨頭。我的想法其實非常簡單:響應國家號召,沉下心干好海洋腐蝕與防護這件事,干一行愛一行。我是在1970年(28歲)入職中國科學院海洋研究所的。彼時,中國的腐蝕防護工作才剛剛起步,海洋防腐更是一個冷門學科,資料少、基礎弱、設備缺。在老同志的幫助和指導下,我加入專門的海洋腐蝕與防護研究隊伍中。

        當時,大家認為潮差區腐蝕最嚴重,但這與我們在工程中觀察到的很多現象不相符。為了找出科學答案,我們團隊在上海石油化工總廠陳山原油碼頭海邊臨時搭建了一個水池開展掛片實驗。工作環境、條件特別差,只能在露天環境下吃飯,蒼蠅“嗡嗡”地圍著人轉,一揮手趕走一大群。經過日復一日的實驗得出結論,“浪濺區”才是海洋鋼結構腐蝕最嚴重的區域,是腐蝕防護真正的“短板”“痛點”。如何降伏浪濺區這個“吃鐵老虎”,成為新的難題。

        我們翻閱了大量外籍文獻,發現在浪濺區采用包覆防腐蝕技術的效果理想,而當時中國的相關研究尚處于“空白”狀態。我們針對數十種潤滑脂開展了試驗,取得一定效果,但被潤滑脂包覆的鋼鐵表面始終有少量腐蝕。我們又專程請教了高分子專家,并與日本合作,提出在有機大分子極性基團上增加水油置換基團,將金屬表面的水分置換出來,使這種改性防護脂的防護性能大大提高。

        有了這個突破后,我們集中力量對防護脂配方、緩蝕劑成分同時進行改進,多層復配,最終形成由礦脂防蝕膏、礦脂防蝕帶、密封緩沖層和防蝕保護罩組成的復層礦脂包覆防腐蝕技術(PTC)。采用該技術,表面處理簡單,施工方便,可帶水帶銹施工,不但能夠隔絕海水,外層的密封緩沖層和玻璃鋼防蝕罩還可以有效抵御機械損傷和外界沖擊,兼具防腐、水下施工、環保等多個優點。

        Q:目前,科技轉化情況如何?您對中國海洋防腐工作有何建議?

        A:實驗室制備只是第一步,科學技術要服務于社會工程,就必須擴大生產。沒有正式的中試實驗平臺,我們就借用合作公司“四面漏風”的廢棄大院,加工了簡易的生產設備,熱火朝天地做起實驗。通過提交“我國海洋工程設施浪花飛濺區防腐蝕工作亟待加強”的院士建議,得到“十二五”國家科技支撐計劃項目的支持,由此完成了PTC技術擴大生產的關鍵一步。

        經過數十年的探索,包覆技術生產設備從I型發展到可以批量穩定生產的IV型,設計建立了一套完整的自動化生產線,打破了國外的技術壟斷,實現了該技術在國內的首次規?;?、標準化生產,確保產品性能達到了國家標準。

        目前,該技術已經適用于中國全緯度防腐工程。在國家FAST天眼工程、文昌衛星發射基地、大連北良港碼頭、上海洋山深水港LNG碼頭、杭州灣大橋等近50項國家重大工程中得到應用。針對不同工程的特殊性,我們進行了個性化PTC技術升級。利用多片嵌合式防蝕保護罩技術,解決了海上風電超大直徑塔筒的現場包覆和陸地預包覆防腐難題,同時還解決了幾十座橋梁錨固系統和埋地管道的防護難題,實現了PTC技術在多種場景的應用。

        此外,針對海洋大氣區異型鋼結構的腐蝕防控難題、海工鋼筋混凝土的腐蝕防控難題,我們團隊成功研發了氧化聚合包覆防腐技術(OTC)、柔韌性鋼筋混凝土涂層防腐技術(FCC)等一系列成果,填補了國內的技術空白,并實現產業化。這些成果在110余項重大工程中得到了成功應用。

        未來,希望國家能將基礎設施和重大裝備腐蝕防護安全納入國家戰略,重視海洋腐蝕防護,推動中國海洋防腐蝕產業發展。在海洋防腐防污技術研究的基礎上,有必要加快建立海洋腐蝕防護技術的企業、地方及國家標準,引導腐蝕產業健康發展,保障海洋工程設施安全運行,減少經濟損失。

        各單位應設立專門負責防腐工作的部門,建立腐蝕狀況及腐蝕管控情況定期匯報制度,全面提升腐蝕控制和管理水平。同時,特別倡議設立“全國腐蝕防護安全日”,通過教育、媒體宣傳、社會公益活動等多種途徑進一步增加民眾的腐蝕防護知識,讓民眾、政府部門、企業家認識腐蝕危害與防腐蝕的重要性,推動各行業開展腐蝕防護工作。

        文章來源:北極星風力發電網

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