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聯(lián)眾設備-風(fēng)力發(fā)電裝備的防腐蝕問(wèn)題

作者:聯(lián)眾 | 發(fā)布時(shí)間:2021-01-15

風(fēng)力發(fā)電裝備是一個(gè)較大型的綜合體,其穩定運行受多種因素的制約,其中由腐蝕導致的故障需要引起特別的關(guān)注。

        風(fēng)力發(fā)電裝備的主要部分處于露天環(huán)境下運行,環(huán)境氣候的影響顯著(zhù),其面臨的環(huán)境氣候類(lèi)型主要分為:海岸;近海離岸;草原;沙漠。其中海岸和近海離岸條件下鹽分的侵蝕問(wèn)題特別突出,由此產(chǎn)生的故障可能發(fā)生在設備的任何部位,包括基座、塔架、電機、傳動(dòng)系統、控制系統、輸電系統等。全球首個(gè)大型海上風(fēng)電場(chǎng)荷斯韋夫在投入運行后不久,部分風(fēng)機機組的變壓器、發(fā)電機即開(kāi)始出現技術(shù)故障,經(jīng)過(guò)技術(shù)分析,普遍認為離岸的氣候條件、空氣中鹽份侵蝕是重要的因素。由于腐蝕環(huán)境的不良影響,給裝備的穩定運行帶來(lái)佷大影響,同時(shí)使得運行維護成本上升。

        當風(fēng)力發(fā)電裝備安裝于沙漠和草原地區時(shí),設備的露天部分可能遭受沙塵暴的侵襲,也會(huì )帶來(lái)相應的嚴重腐蝕問(wèn)題(磨損和沖刷),威脅設備的正常運行。

        此外,應力的影響也不容忽視。在設備運行過(guò)程中,設備的某些部分受到各種來(lái)源的恒定應力或交變應力的作用,這些應力因素可能與環(huán)境協(xié)同作用,產(chǎn)生應力腐蝕和腐蝕疲勞問(wèn)題,嚴重威脅設備的安全運行。晝夜溫差巨大也會(huì )給設備帶來(lái)一系列腐蝕問(wèn)題,造成設備故障(例如:內腔凝露造成腐蝕)。

        風(fēng)力發(fā)電裝備有相當部分由鋼鐵材料構成,特別是承力部分以鋼鐵為主。鋼結構由于自重輕、承載能力高、抗震性能好和施工安裝便利等優(yōu)點(diǎn),在各類(lèi)工程中被大量應用,但是由此帶來(lái)的的腐蝕問(wèn)題也非常嚴重,腐蝕成為影響結構安全性的重要因素。由于腐蝕造成的經(jīng)濟損失也是一個(gè)驚人的數字,有人通過(guò)對國內5個(gè)行業(yè)的調查分析得出每年由于腐蝕造成的損失占國民經(jīng)濟的5%-6%。各國腐蝕防護專(zhuān)家普遍認為,如果能夠正確了解腐蝕機理,有針對性地合理使用腐蝕防護技術(shù),會(huì )降低因腐蝕造成的經(jīng)濟損失25%-30%。對于風(fēng)力發(fā)電裝備來(lái)說(shuō),則能夠直接保證其長(cháng)期安全運行。

        由于鋼結構暴露在大氣中,其主要的腐蝕為大氣腐蝕。金屬在大氣中的腐蝕主要是金屬表面形成的電解質(zhì)液態(tài)膜與空氣中的去極化劑同時(shí)作用的結果。存在電解質(zhì)液態(tài)膜時(shí),陽(yáng)極氧化反應將金屬溶解,而陰極反應通常被認為是氧的還原反應。

        大氣環(huán)境下的鋼結構受陽(yáng)光、風(fēng)沙、雨雪、霜露及一年四季的溫度和濕度變化作用,其中大氣中的氧和水分是造成戶(hù)外鋼鐵結構腐蝕的重要因素,引起電化學(xué)腐蝕。

        工業(yè)氣體含有SO2、CO2、NO2、Cl2、H2S及NH3等,這些成份雖然含量很小,但對鋼鐵的腐蝕危害都是不可忽視的,其中SO2影響最大,Cl2可使金屬表面鈍化膜遭到破壞。這些氣體溶于水中呈酸性,形成酸雨,腐蝕金屬設施。

        海洋大氣的特點(diǎn)是含有大量的鹽,主要是NaCl,鹽顆粒沉降在金屬表面上,由于它具有吸潮性及增大表面液膜的導電作用同時(shí)Cl-本身又具有很強的侵蝕性,因而加重了金屬表面的腐蝕。鋼結構離海岸越近腐蝕也越嚴重,其腐蝕速度比內陸大氣中高出許多倍。

       根據碳鋼在大氣中腐蝕的主要影響因子,有人提出腐蝕速率的經(jīng)驗計算公式:M=0.484T+0.701W+0.075H+8.202S-0.022Y-52.67式中:M—碳鋼在大氣中的腐蝕量,mg/(dm2•d);

       T—地區氣溫,℃;

       W—地區濕度,%;

       H—海鹽粒子量,mg/L;

       S—SO2量,mg/(dm2•d);

       Y—降水量,mm.

       從以上分析可以看出,對暴露在空氣中的鋼結構,腐蝕相關(guān)因素為氣溫、濕度、海鹽粒子量(主要為氯離子腐蝕)和SO2量。國內一些科研單位對碳鋼及耐候鋼在我國不同地區經(jīng)8年自然暴曬試驗的數據如下(µm/a):

 

 

城市

北京

青島

武漢

江津

廣州

瓊海

萬(wàn)寧

腐蝕速率

7-12

12-63

7-14

15-56

10-27

11-110

12-216

 

        由上表可見(jiàn),海洋大氣環(huán)境的腐蝕遠大于內陸環(huán)境,南方潮濕環(huán)境大于北方干燥環(huán)境。普遍認為大氣腐蝕的因素中濕度(濕潤時(shí)間)、SO2和氯化物污染水平最為關(guān)鍵。按照國際標準化組織的腐蝕分類(lèi)體系,ISO12944標準將腐蝕類(lèi)型分為以下幾類(lèi):

         ISO12944標準―腐蝕定義和環(huán)境(僅作參考的溫性氣候下的典型環(huán)境):

 

 

腐蝕類(lèi)型

低碳鋼

外    部

內    部

質(zhì)量損失g.m-2

厚度損失μm

C1 很低

≤10

≤1.3

 

加熱建筑物內部,空氣潔凈,如辦公室、商店、學(xué)校和賓館等

C2   低

10-200

1.3-25

大氣污染較低,大部分是鄉村地帶

未加熱的地方(如庫房/體育館)冷凝有可能發(fā)生

C3   中

200-400

25-50

城市和工業(yè)大氣,中等的二氧化硫污染,低鹽度沿海區域

高濕度和有些污染空氣的生產(chǎn)場(chǎng)所,如食品廠(chǎng)、洗衣廠(chǎng)、酒廠(chǎng)牛奶廠(chǎng)等

C4   高

400-650

50-80

高鹽度的工業(yè)區和沿海區域

化工廠(chǎng)、游泳池、海邊和船廠(chǎng)等

C5  -I

很高(工業(yè))

650-1500

80-200

高鹽度和惡劣大氣的工業(yè)區域

總是有冷凝和高濕的建筑和地方

C5 -II

很高(海洋)

650-1500

80-200

高鹽度沿海和近岸地帶,

總是處于高溫高濕的建筑物或其他地方

       沿海區域的風(fēng)力發(fā)電裝備所處的環(huán)境屬于上表中的C4和C5分類(lèi),是嚴重受腐蝕環(huán)境。

       雖然鋼結構是工程結構中工業(yè)化程度最高的一種,但是也不能否認,鋼結構還存在著(zhù)缺陷和隱患,對于鋼材本身的材質(zhì)問(wèn)題以及耐候性、耐火性、耐腐蝕性,還存在著(zhù)大量的研究課題。同時(shí),大量的事故表明,鋼結構構件由于強度高,所用截面相對小,也就容易失去穩定。有人總結出,鋼結構存在的三大隱患為失穩、腐蝕和火災,我們在采用鋼結構時(shí),要時(shí)刻警惕,并應采取相應的措施。失穩一般由載荷變化、支撐情況等導致;火災則降低材料的力學(xué)性能;腐蝕則是慢性病。普通鋼材的抗腐蝕性能較差,尤其是處于濕度較大、有侵蝕性介質(zhì)的環(huán)境中,會(huì )較快地生銹腐蝕,削弱了構件的承載力。例如鋼鐵廠(chǎng)轉爐車(chē)間的鋼屋架,平均腐蝕速度為每年0.10-0.16mm.。據統計,全世界每年鋼鐵年產(chǎn)最的30%~40%因腐蝕而失效,凈損失約10%。我國在一次鋼筋混凝土屋架、木屋架、鋼木屋架和鋼屋架等的事故統計中發(fā)現,鋼屋架出現倒塌事故占38.62%,而由于腐蝕并缺乏維修的原因占比重很大。風(fēng)力發(fā)電裝備長(cháng)期暴露于露天環(huán)境,因此必須對腐蝕可能帶來(lái)的危害給予足夠的重視。

        海上風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)可能是未來(lái)我國風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的發(fā)展方向。以丹麥為例,丹麥在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域占有領(lǐng)導地位,目前丹麥有世界上最大的海上風(fēng)電場(chǎng)。出于對環(huán)境的考慮,丹麥只關(guān)心那些偏遠的水深在5~11米之間區域的容量,其原因是所選的這些地區必須在國家海洋公園、海運路線(xiàn)、微波通道、軍事區域等之外,距離海岸線(xiàn)7到40千米,使岸上的視覺(jué)影響降到最低。最近,對風(fēng)機基礎深入的研究表明,在15米水深處安裝風(fēng)機比較經(jīng)濟??偟恼f(shuō)來(lái),海上風(fēng)機比鄰近陸地風(fēng)場(chǎng)風(fēng)機的輸出要高出50%,所以,海上風(fēng)機更具有吸引力。根據丹麥的經(jīng)驗,設備的設計壽命定位為50年,采用較低的塔架,疲勞載荷相對較小,但是遭受海浪和海水氣霧的威脅加大,對于發(fā)電機的防護要求隨之上升。另一方面,由于遠離海岸,在天氣條件比較惡劣的情況下,維修人員很難接近風(fēng)機,風(fēng)機得不到正常檢修和維護,造成安全隱患。所以,確保海上風(fēng)機高可靠性顯得尤其重要,而設備的綜合防腐蝕效果是保證高可靠性的重要因素。

        為了保證風(fēng)力發(fā)電裝備的正常運轉,必須對設備腐蝕問(wèn)題給予充分重視,把防腐蝕理念貫穿于設計、制造、安裝、使用、維護全過(guò)程,盡量減少維護需求,保證設備高效運行。

        因此,關(guān)于風(fēng)力發(fā)電裝備,應該關(guān)注的腐蝕類(lèi)型主要歸結為:海水和海洋氣候導致的腐蝕問(wèn)題;沙塵導致的沖刷磨損問(wèn)題;由應力因素參與而導致的力-化學(xué)腐蝕問(wèn)題。

        雖然人們對于戶(hù)外和海岸及近海大中型半永久構筑物和裝備的腐蝕防護已經(jīng)積累了相當經(jīng)驗,但是對于風(fēng)力發(fā)電裝備而言仍顯不足。在這一領(lǐng)域,除了其特有的需求之外,高效、低成本、長(cháng)期免維護應該是被追求的目標。因此,依靠防腐技術(shù)的簡(jiǎn)單移植無(wú)法解決根本問(wèn)題,有必要研究和開(kāi)發(fā)符合其自身特點(diǎn)的專(zhuān)有技術(shù)。

         綜合上述各方面,針對風(fēng)力發(fā)電裝備特點(diǎn),在此提出需要深入研究的關(guān)鍵問(wèn)題:

       1、揭示關(guān)鍵材料和結構(如基座、塔架、漿頁(yè)、電機、軸承、電路結構等)在對應環(huán)境介質(zhì)中(如海水、海浪、海岸大氣、沙塵氣候、高低溫劇變等)的腐蝕/沖蝕行為和失效機理,建立腐蝕模型,并提出高效的耐腐蝕/沖刷表面處。

       2、研究相應關(guān)鍵材料和部位的應力腐蝕和腐蝕疲勞行為,取得關(guān)鍵數據,明確腐蝕行為與腐蝕介質(zhì)的相關(guān)性,并提供切實(shí)有效的防腐蝕對策;

        3、研究各種相關(guān)材料與金屬結構等異種材料接觸界面及零件之間連接部位的接觸腐蝕規律,各種失效形式(包括微動(dòng)磨損、應力腐蝕、塑性變形、剪切破壞、熱致失效等)發(fā)生的條件、失效成因、影響因素與特性,建立熱力學(xué)、力學(xué)、電化學(xué)綜合影響理論模型,探討結構設計原則和表面強化的機理與策略;

        4、發(fā)展先進(jìn)高效的防腐蝕涂、鍍原理和相應技術(shù),應當具有防護環(huán)境介質(zhì)腐蝕的長(cháng)期效果(例如:20年,應與裝備壽命相匹配);先進(jìn)高效的應力腐蝕防護技術(shù);高效的耐沖刷表面涂、鍍技術(shù);針對設備內部空間的高效的長(cháng)效防潮密封、絕緣技術(shù)。

        上述第1、第2、第3點(diǎn)應與裝備設計相結合,使防腐蝕理念和措施從設計開(kāi)始就得到貫徹和實(shí)施,從源頭保證裝備整體的綜合防腐蝕效果。


        風(fēng)力發(fā)電是未來(lái)人類(lèi)獲取電能的一個(gè)重要方式,我國近年在風(fēng)電的投入非常大,但是,風(fēng)電的潮濕問(wèn)題非常嚴峻,我司與國內最大的風(fēng)電企業(yè)共同合作,研發(fā)風(fēng)電專(zhuān)用除濕機。并成功運行!

產(chǎn)品參數

 

 

 型   號

LZ-200M

LZ-400M 

LZ-600M

LZ-800M 

LZ-1000M

 LZ-1200M

LZ-1500M 

 電   壓

 220V/50Hz

 380V/50Hz

 除濕量

 0.6kg/h

 2.5kg/h

3kg/h 

 4.5kg/h

7.5kg/h 

8.5kg/h 

10kg/h 

 處理風(fēng)量

 220m3/h

420m3/h

580m3/h 

850m3/h 

1100m3/h 

 1250m3/h

1550m3/h 

 再生風(fēng)量

 60m3/h

130m3/h 

200m3/h 

260m3/h 

400m3/h 

450m3/h 

580m3/h 

 最大功率

 1.5Kw

2.3Kw

4.5Kw

6 .0Kw

11Kw

13Kw

15Kw

 運行功率

 1.2Kw

2.0Kw

3.8Kw

5.5Kw

 9Kw

 11Kw

 13Kw

 電   流

 7A

 10A

 20A

 12A

 18A

 22A

 26A

 適用面積

 10-20m2

 20-30m2

30-50m2

 50-80m2

80-100m2

100-130m2

130-170m2

 說(shuō)  明

 以上適用面積,層高為3米,除濕量測試工況:T=200C,RH60%

功能特點(diǎn)

1、專(zhuān)業(yè)濕度控制器控制設備運行

2、當前環(huán)境濕度數碼顯示

3、采用進(jìn)口瑞典Proflute轉輪

4、低溫適用:-100C到+700C

5、最低濕度可控制在10%

6、濕度控制范圍可自由編程

7、出風(fēng)口濕度可低至RH5%

8、除濕量測試工況:T=200C,RH60%

 

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