В рамках стратегии Китая «морская держава» морская ветроэнергетика переходит от прибрежных зон к глубоководным районам. В отличие от наземных ветрогенераторов, морские башни и основания длительное время находятся в экстремальной коррозионной среде с высокой солёностью тумана, высокой влажностью и сильным ультрафиолетом — около 3,5% хлорида натрия в морской воде с морским ветром превращается в солевой туман, содержание хлорид-ионов в 10 раз выше, чем в промышленной среде внутренних районов, что легко проникает через обычное покрытие к стали, разрушает пассивную плёнку и вызывает сильную точечную коррозию. Замеры показывают, что скорость коррозии морских ветробашен может быть в 5–10 раз выше, чем на суше.
一、Почему традиционное финишное покрытие не выдерживает 25 лет?
Морская коррозия представляет собой наложение нескольких механизмов. Первый — точечная коррозия от хлорид-ионов: обладающие высокой проникающей способностью хлорид-ионы разрушают пассивную плёнку стали, после чего в местах дефектов покрытия образуются замкнутые гальванические элементы с автокаталитическим ускорением. Второй — щелевая коррозия: скопление жидкости в зазорах фланцев башен, болтовых соединений и краёв сварных швов — наиболее уязвимые места, где обычное покрытие легче всего выходит из строя. Третий — УФ-деградация и тепловые напряжения: в море нет преград, интенсивность УФ на 30% выше, чем внутри страны, что ускоряет меление и растрескивание покрытия; суточные и сезонные перепады температур вызывают частое тепловое расширение и сжатие башен, дополнительно разрывая покрытие. Четвёртый — брызги волн и биообрастание, особенно сильно разрушающие зоны брызг и приливно-отливную зону.
Традиционная полиуретановая краска в такой среде обычно через 3–5 лет мелеет, трескается и отслаивается. После выхода из строя башня быстро ржавеет, уменьшается толщина стенки, что напрямую угрожает конструкционной безопасности установки. А морской ремонт чрезвычайно сложен: требуются крупные подъёмные суда и высотные рабочие платформы, стоимость одного ремонта достигает нескольких миллионов юаней, а во время ремонта остановка установки влечёт огромные потери выработки электроэнергии. По отраслевой статистике, в полной стоимости обслуживания морских ветробашен на антикоррозийный ремонт приходится более 60%. Ещё более неприятно то, что коррозия часто начинается изнутри сварных швов и фланцевых зазоров, и когда снаружи появляется видимая ржавчина, структурное повреждение уже необратимо.
二、Проектирование системы покрытия со сроком службы 25 лет
Ключевая идея — дифференцированная комплектация по зонам коррозии. На примере титан-графеновой системы тяжёлой антикоррозийной защиты: для морской атмосферной зоны (наружная поверхность башни) применяется холодное цинкование грунтовка 80 мкм + морская тяжёлая антикоррозийная грунтовка 150 мкм + тяжёлое антикоррозийное финишное покрытие 120 мкм, общая толщина сухой плёнки около 350 мкм; для зоны брызг и приливно-отливной зоны (рамные опоры, свайные основания) общая толщина сухой плёнки увеличена до 600 мкм; для зоны полного погружения в морскую воду — 320 мкм. Данная система имеет искусственное ускоренное старение ≥5000 ч (традиционный полиуретан ≤1000 ч), стойкость к солевому туману ≥5000 ч (традиционный эпоксидный цинкнаполненный ≤720 ч), адгезию ≥15 МПа, твёрдость ≥6H, а также низкий VOC и замену высокозагрязняющего горячего цинкования холодным распылением цинка.
Другой основной путь — фторуглеродная краска. Специальная для ветроэнергетики фторуглеродная краска использует смолу поливинилиденфторида (PVDF), стойкость к солевому туману свыше 3000 ч, стойкость к искусственному ускоренному старению более 6000 ч, после отверждения плёнка плотная и без пор, эффективно блокирует проникновение хлорид-ионов, и в отрасли считается надёжным выбором финишного покрытия для обеспечения 25-летнего срока службы башни.
Система EURONAVY от Euronavy International даёт практическое подтверждение: трёхслойная комплектация грунтовка + толстослойная промежуточная краска + атмосферостойкая краска, общая толщина сухой плёнки 600 мкм, на одном северном морском ветроэнергетическом проекте по истечении 10 лет эксплуатации сохранность покрытия превысила 94%, по оценке расчётного срока службы 25 лет промежуточное обслуживание не требуется, что сэкономило владельцу десятки миллионов юаней. DEC-DFY от Dongfu Research Institute прошла сертификацию NORSOK M501, соответствует высшему морскому уровню CX, адгезия ≥5 МПа, 4200 ч циклического старения полностью 0-й уровень, срок антикоррозийной защиты ≥25 лет, уже применяется в ключевых морских ветроэнергетических проектах, таких как Shantou 18 МВт и Dongying 20 МВт.
Тяжёлое антикоррозийное покрытие также требует совместного проектирования с катодной защитой. Подводная часть башни обычно дополняется протекторной или внешней токовой защитой; если покрытие подвергается катодному отслаиванию, защитный ток резко возрастает, протекторы преждевременно истощаются, поэтому морская тяжёлая антикоррозийная система должна включать «стойкость к катодному отслаиванию» как ключевой показатель, балансируя в рецептуре адгезию и электроизоляционность покрытия.
三、Монтаж и контроль: долгий срок службы «наносится» и «проверяется»
Даже лучший состав зависит от замкнутого цикла монтажа. Обработка поверхности должна быть пескоструйной до уровня Sa2.5, шероховатость 40–70 мкм, полное удаление окалины и солей; заводское нанесение в основном безвоздушным распылением под высоким давлением, строгий контроль температуры (≥5℃) и влажности (<80%); сварные швы, края и углы должны быть предварительно окрашены с особым вниманием, чтобы избежать ржавления по краям. Контроль качества охватывает толщину сухой плёнки, адгезию и обнаружение пропусков (точек пропуска) — особенно для зон брызг и погружения необходим контроль точек пропуска, чтобы гарантировать отсутствие сквозных пор. Последующее обслуживание следует ритму «первые 2 года проверка каждые полгода, далее ежегодно», регулярными проверками устраняя риски в зародыше.
Разные формы оснований (одиночная свая, рамная опора, плавучий корпус) имеют разную коррозионную нагрузку, толщина комплектации и типы покрытия нужно корректировать целенаправленно; более длительный срок службы и более сильные брызги в глубоководных районах предъявляют более высокие требования к адгезии и стойкости к катодному отслаиванию, что как раз является направлением итерации отечественных технологий покрытий.
四、Экономика долгого срока службы
В морской антикоррозийной защите есть парадоксальная истина: стоимость первичного нанесения составляет лишь около 15% от общей стоимости антикоррозийной защиты за полный жизненный цикл, а доля последующего обслуживания превышает 80%. Цикл обслуживания традиционных покрытий 3–5 лет означает, что за 25-летний проект требуется 4–7 обслуживаний, каждое из которых в 2–3 раза дороже первичного, плюс потери от остановки — общая цена высока.
А долговечное покрытие сокращает обслуживание до 1 раза или даже нуля, только за счёт обслуживания можно снизить затраты более чем на 40%, не говоря уже об избежании многократных потерь от остановки. Всё больше заказчиков при тендерах уже включают «срок антикоррозийной защиты» как ключевой критерий оценки, а не смотрят только на начальную закупочную цену. Это также вносит вклад в низкоуглеродность — на одно меньше обслуживание, на одно меньше удаление старой краски, меньше твёрдых отходов и выбросов VOC, что соответствует требованиям зелёного низкоуглеродного развития.
五、Морское антикоррозийное решение Kexin
Для Kexin New Materials (Guangdong) Co., Ltd. морская ветроэнергетика, а также морские мосты и портовая техника относятся к главным фронтам тяжёлой антикоррозийной защиты. Компания накопила глубокий опыт в комплектации системы тяжёлых антикоррозийных покрытий из эпоксидной цинкнаполненной грунтовки, толстослойной промежуточной краски и атмосферостойкой краски, и может перенести коррозионностойкие свойства металлической краски и идею плотного плёнкообразования электрофоретической краски в морские сценарии. Перед лицом более суровых условий глубоководья одновременное повышение адгезии, стойкости к солевому туману и технологичности — это именно тот путь, через который отечественные покрытия должны пройти от «пригодно» к «25 лет надёжно».
六、Новые задачи плавучих и глубоководных систем
Когда ветроэнергетика переходит к плавучим установкам и более удалённым глубоководным районам, к антикоррозийной защите добавляются новые переменные. Плавучий корпус подвергается динамическим переменным нагрузкам при волнении, покрытие должно оставаться без трещин при многократном изгибе и усталости; биообрастание (прилипание балянусов, водорослей) у ватерлинии разрушает плёнку краски и ускоряет локальную коррозию, что вынуждает к интеграции «антикоррозия + противообрастание» с двойной функцией. Рамные опоры и одиночные сваи в более глубоких водах сталкиваются с более сильным течением, предъявляя более жёсткие требования к стойкости к эрозии и катодному отслаиванию.
Это также меняет логику комплектации: глубоководье труднодоступно, окна погоды короткие, одно нанесение должно быть «сделано правильно сразу», резко возрастают требования к надёжности покрытия и допускам монтажа. Со стороны материалов поэтому больше внимания уделяется высокой доле твёрдых веществ, толстослойности и длительному периоду нанесения; со стороны проектирования «25 лет без обслуживания» берётся за базовую линию, а не бонус. Тот, кто сможет удержать адгезию и целостность при динамических условиях плавучего корпуса, тот и получит билет в следующий этап морской ветроэнергетики.
Стоит отметить, что укрупнение ветрогенераторов привело к тому, что диаметр одиночной сваи превышает 10 метров, а длина — 100 метров; заводское нанесение и защита от повреждений при транспортировке сверхкрупных конструкций становятся новым инженерным узким местом, ограничивающим реализацию 25-летнего срока службы, требуя междисциплинарной совместной работы покрытий и окрасочного оборудования.
Дополнительное чтение: Технология нанопокрытий: принципы, получение и применение в различных областях · Невидимая броня аккумуляторных батарей и накопителей новой энергии · Центр продукции промышленных красок