中国储能网讯：在“双碳”目标的指引下，我国海上风电的建设和并网容量不断增加，截至2023年12月，中国海上风电累计装机容量已达到36.5吉瓦。海上风电将迎来新一轮发展高峰，且呈现大容量、集中连片和向着深远海发展的新特点。
随着大规模海上风电场不断投入运营，海洋环境下金属腐蚀问题，特别是海上风电场钢结构腐蚀问题日益显现，它将影响钢结构件的服役寿命，严重时或可导致安全事故和产生巨大经济损失，为此，必须识别海上风电场因钢结构制造特性、材料特性和环境特性而产生的各种潜在风险，采取相应精细化防护措施消除隐因，提高某些关键部位防护等级，确保海上风电场钢结构全生命周期内的安全运行，为海上风电场的高质量发展保驾护航。
腐蚀机理及现状分析
在过去一段时间里，我们对8个海上风电场不同基础型式、结构件、材料和部位在特定海洋环境中已发生的腐蚀现象进行了调查。调查发现，发生腐蚀乃至破坏的主要部位是辅助结构件套笼，且多集中在焊接处、内（外）应力处、积水处、干湿交替处、破碎浪飞沫降落区、环境温度较高区域，以及两种不同金属直接接触或焊接处等特定位置。特别是单桩基础套笼的三层圈梁、导管架及升压站平台的爬梯转弯平台等结构件，当腐蚀导致结构件超出其极限强度，在有外力作用或自身重力作用下，就会产生不同程度的破坏。
海上风电场桩基及结构件所用的材料都是碳素钢，碳钢主要是铁元素、碳元素和少量的其他元素所组成的合金。其中，除铁外，碳的含量对钢铁的机械性能起主要作用，同时也是构成腐蚀的主要元素。金属含碳量决定了其耐腐蚀能力，用在风机基础中的部位也不同。
●电化学腐蚀
碳钢中的铁和碳在有电解质和氧环境中形成微电池而引起腐蚀。腐蚀反应的过程可表示为：
阳极反应（铁）: Fe−2e → Fe2+
阴极反应（碳）: O2+2H2O+4e → 4OH−
Fe2+是不稳定的，它将继续被氧化：
Fe2+−e → Fe3+
腐蚀环境中，O2 的浓度是稳定的，Fe 却不断被氧化（腐蚀）形成铁锈。铁锈是一种疏松而易碎的物质，不能防止铁的进一步腐蚀，钢会不断受到化学腐蚀而破坏。
●应力腐蚀
金属在腐蚀介质环境中，同时还受机械应力或内应力作用而产生的腐蚀疲劳和应力腐蚀开裂等现象。
●电偶腐蚀
两种不同金属相连接并在腐蚀介质环境中时，通常会发生严重的电偶腐蚀。它是电化学腐蚀的一种形式。
●影响腐蚀速度的因素
一是含盐量：海水中的所含盐分几乎都处于电离状态，因此成为一种导电性很强的电解质溶液。而盐量将直接影响电导率的大小，对腐蚀有很大影响。海水中存在着大量的氯离子，对金属的钝化起着破坏作用从而加速腐蚀。
二是溶解氧：氧是海洋环境中腐蚀的主要元素，直接参加阴极反应，而且氧又是去极化剂，一般情况下，腐蚀介质中，氧含量越高，金属的腐蚀速度就越快。
三是pH值：腐蚀介质中pH值对金属的腐蚀速度有很大的影响，当pH值很低时，也就是在含有氧的酸性水中，pH 值越低，腐蚀速度越快。
四是温度：海水温度升高，氧的扩散速度加快，海水电导率增大，这加速了阴极和阳极的反应，即腐蚀的加速。
五是钢结构的材质及其制造过程引起的缺陷：这是腐蚀产生的内部原因，如含碳量、卷板过程引起的内应力、焊接工艺等。
六是防腐措施的有效性：它与腐蚀速度直接相关。
海上风电场钢结构腐蚀应对策略
防止腐蚀的措施应从腐蚀机理入手，海洋环境的腐蚀主要是电化学腐蚀。自然环境是不可抗力，对于防止电化学腐蚀的措施，首先应合理选择耐蚀材料，从技术经济性考量，我国现行规范对海工建构筑物钢材选择的有关规定是合理的，应该根据结构件所起作用、所处环境，针对设计过程、制造过程、施工安装、运维过程可能产生的各种潜在腐蚀风险，提出应对策略，防止金属结构件的腐蚀破坏。
●设计过程
首先，应按规范要求最大限度选择管材，明确焊接形式和焊缝处理要求，应有明确的焊缝探伤和表面处理要求，减少积水隐患、减少内应力，减少破坏防腐涂层的因素。
其次，对长期有外应力作用的结构件，应根据现实情况仿真分析，针对性地提高部件的结构强度，必要时增加加强环、加强筋等加强件以及抗冲击的缓冲防护件，消除微裂缝引起防腐涂层的破坏而连环腐蚀。
第三，应高度关注防腐涂料、涂层、新型防腐涂料的性能，特别是其粘结力和抗拉强度；对腐蚀发生严重区（焊点焊缝处、内外应力积聚处、积水区和干湿交替区）应提出重点防护要求和检测要求，必要时对某些关键部位应提高防护等级；出现两种不同金属件连接时，金属间应有绝缘措施。
●制造过程
要严格落实执行入厂材料的验收要求；严格按设计图纸要求制造和检测，对图纸的疑问应及时沟通，杜绝自行代材；结构件出厂至安装现场全过程中应对防腐涂层进行保护，应检查涂层的完好性，及时修复已破损的防腐涂层。
●施工安装
施工安装前也需检查涂层的完好性，及时修复已破损的防腐涂层；严格按设计图纸要求施工，对图纸的疑问应及时沟通，杜绝自行代材；安装过程应避免破坏防腐涂层，一旦发现破损应及时修复。
●运维过程
施工船和运维船靠船位置处必须安装橡胶护舷；杜绝大型施工船、敷缆船、锚艇、非正规平头运维船等吨位超过运维船设计标准的船只靠船；施工船和运维船应在海况小于蒲福风级6级风和小于1.5米有效波高时靠船，且在顶靠过程中船速不应超过0.5 米每秒；靠船船只应按照双柱顶靠原则，避免单柱顶靠或者单柱斜靠；及时修复已破损的防腐涂层。
海洋环境中金属腐蚀是永恒的课题，它是多因素构成的，任何环节的疏忽都可能直接构成腐蚀风险，甚至威胁生命财产安全，它是可以通过技术方法、管理手段来避免的，特别是对于一些人为因素造成的腐蚀。
钢结构材料特性、制造特性、环境特性是产生腐蚀的内因，在复杂的外因作用下而发生各种形式的腐蚀现象。可以根据结构件所起作用、所处环境，针对设计过程、制造过程、施工安装、运维过程可能产生的各种潜在腐蚀风险，提出应对策略，防止金属结构件的腐蚀破坏，确保海上风电场钢结构全生命周期的安全运行。
海上风电从业者在海上风电事业高质量发展中肩负着重任，海上风电产业链中的每一位工作人员都应该为海上风电产业健康安全发展贡献力量。
