关于波浪能发电装置的防腐措施讨论

叶世锋 禹鹏 冯乃华 陈益华

摘  要：波浪能发电装置是利用波浪能转换为电能的主要海洋工程装备。经多次实海况试验证明，波浪能发电装置主体结构极易发生腐蚀，影响其稳定可靠运行，对其安全性造成威胁。文章中结合当下波浪能装置的腐蚀特点、海洋防腐技术等进行了分析，旨在为波浪能开发利用技术的推广应用提供一定的参考。

关键词：波浪能装置;腐蚀;防腐

中图分类号：TK79      文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）07-0119-02

Abstract： Wave energy power generation device is the main marine engineering equipment which uses wave energy to convert electric energy. It has been proved by many real sea tests that the main structure of wave energy power generation device is easy to corrode， which affects its stable and reliable operation and poses a threat to its safety. In this paper， the corrosion characteristics of wave energy devices and marine anticorrosion technology are analyzed in order to provide a certain reference for the popularization and application of wave energy development and utilization technology.

Keywords： wave energy device; corrosion; anticorrosion

引言

隨着环境污染日益严重，能源战争愈演愈烈，国家对发展蓝色海洋经济，开发海洋能源越来越重视。海洋发展是国家经济发展的一部分，已将海洋科技列入到国家战略规划中。在我国出台的发展规划与发展战略等文件中进行全面部署，促进海洋能源的全方位开发利用。近年来，波浪能作为海洋能的一种，也在国家有利政策的支持下得到了迅速发展。

由于海洋环境的特殊性，使得波浪能利用技术的发展比陆地上可再生能源技术的发展要困难的多。例如海洋环境中海水和海风中都含有大量盐类物质，对以钢材为主要结构材料的波浪能装置有着严重的腐蚀作用[1]，不仅影响波浪能装置的安全性和稳定性，而且影响其运动幅度及灵活性。海洋环境的腐蚀作用具有持续性和长期性等特点，波浪能装置从投入使用开始，其钢结构持续不断受到海洋环境的腐蚀作用，因此防腐是波浪能装置的关键[2]。探索波浪能装置防腐的实际情况和完善措施，对于推进波浪能开发利用技术的意义特别重大。

1 波浪能装置腐蚀因素

根据长期在海洋环境下运行的波浪能装置腐蚀的情况进行分析，波浪能装置受腐蚀的因素一般分为以下三个方面：

（1）化学因素：化学因素主要通过海水中的溶解氧含量、含盐量及电导率等方面起作用。一方面低溶解氧含量容易导致腐蚀。另一方面，含盐量的高低影响了电导率和含氧量的高低，进而对腐蚀速率产生影响。最后，海水的电导率增高将加速波浪能装置结构的腐蚀。

（2）物理因素：海洋环境的物理因素包括海水流速、波浪、潮汐、温度等方面，这些因素最终会导致溶解氧含量。例如：当海水流速达到一定高速对波浪能装置的钢结构产生冲击磨蚀等一类的多种腐蚀现象，使波浪能装置的腐蚀速度加快。飞溅的浪花在波浪能装置的钢结构表面产生冲击磨损，破坏其保护膜和涂层，导致其腐蚀加重。潮汐的涨落导致的水分和盐分变化加剧了金属的腐蚀。海水水温的升高对腐蚀起着加速的作用。

（3）生物因素：生物因素主要是指波浪能装置的钢结构表面上附着的海洋生物，由于生长繁殖过程中产生腐蚀性物质会促进电化学腐蚀。

2 波浪能装置腐蚀特点

波浪能装置的各个部位位于海洋的不同区域，而不同的海洋区域的腐蚀程度与相对的防腐措施也相对不同，所以了解不同海洋区域的腐蚀情况十分重要。波浪能装置腐蚀区域主要包括：海洋大气区，海洋浪花飞溅区，海洋潮差区，海洋全浸区四个区域。以浮漂浮式波浪能装置中的鹰式波浪能装置为例，这四个区域进行分布如图1所示。

（1）海水全浸区：主要是指波浪能装置完全浸没在海水中的部分。这个区域中，由于海水的化学因素使波浪能装置的钢结构的腐蚀速率比海洋大气中更为迅速，尤其是保护涂层在此区腐蚀最为严重。在海水全浸层，在海水越深处，波浪能流密度越小，腐蚀越小。

（2）海洋大气区：主要包含了波浪能装置在海面以上的结构部分。这个区域由于空气湿度较高，易在装置表面产生电化学腐蚀。在海洋大气区能流密度几乎为零，腐蚀较小。

（3）海洋浪花飞溅区：主要是指波浪能装置水线以上，在半波高度以下的区域。这个区域为干湿交替存在，供氧充足，外加浪花冲刷作用，造成物理与电化学的严重腐蚀。该区域能流密度最大，腐蚀情况最严重[3]。

（4）海浪潮差区：主要是指潮位变化导致波浪能装置主体结构处于干湿变化的区域。该区域的结构除经受海水腐蚀外还要承受海浪、风暴等力学因素的作用，极易造成腐蚀疲劳，促进腐蚀进程。该区域水位变化影响较大，能流密度影响其次，因此腐蚀情况没有浪溅区严重。

3 防腐涂料

波浪能装置防腐技术主要包括耐腐蚀材料、制造工艺、防腐涂料[4]。防腐涂料是最关键的一道防腐措施，也是目前发展最完善的一项技术。

海洋防腐涂料是指在海洋环境中，能对海洋工程装备基体起到防腐蚀保护作用的一类功能涂料，是长期以来海洋工程涂料中最重要的研究对象之一[5]。

海洋防腐涂料的要求[6]：（1）具有良好的物理性能。对腐蚀介质抗渗性好，对钢材表面附着力好;（2）具有良好的力学性能。耐海水冲刷、耐海冰碰撞、耐船舶停靠的磨损;（3）具有优异的化学性能。耐海水、耐盐雾、耐油、耐化学品、耐紫外线等的侵蚀;（4）与电化学保护系统相容性好。飞溅区和全浸区涂料要具有耐阴极剥离性;（5）具有良好

施工性能。可在各种环境条件下对不同结构进行高质量涂装施工;（6）符合健康、环保、安全的要求。要求涂料固含量高，挥发性有机化合物（VOC）含量符合国家或国际标准要求。

当下热门的防腐材料有七大类：（1）有机硅树脂涂料;（2）环氧类防腐涂料：（3）聚氨酯防腐涂料;（4）ZS-711无机防腐涂料;（5）氟碳重防腐涂料;（6）聚脲涂料;（7）石墨烯重防腐涂料。

4 结束语

波浪能装置在建造时基本上使用的是金属材料，在海洋环境中极容易受到腐蚀。对波浪能装置进行腐蚀原因的分析，并采取对应的防腐措施是非常有必要性的。一方面可以节省波浪能装置的运行成本，另一方面可加強波浪能装置的安全性和可靠性。要全面发挥波浪能利用技术，就需要不断发展完善海洋防腐技术，特别加大针对波浪能利用的防腐涂料和技术的开发、研究力度，为海洋资源开发提供全面、持续的保障。

参考文献：

[1]陈长明.石油管道及设备用水性防腐涂料的研究[J].全面腐蚀控制，2018，32（12）：108-109.

[2]韩恩厚，陈建敏，宿彦京，等.海洋工程结构与船舶的腐蚀防护——现状与趋势[J].中国材料进展，2014，33（02）：65-76+113.

[3]侯保荣.海洋钢结构浪花飞溅区腐蚀防护技术[J].中国材料进展，2014，33（01）：26-31.

[4]侯欣妍.关于石化空冷器防腐措施的探讨[J].科技创新与应用，2019（01）：113-114.

[5]许君男.海洋工程结构与船舶防腐蚀技术措施研究[J].现代商贸工业，2015，36（17）：221-222.

[6]慧聪涂料网.无机防腐涂料对钢铁在海水中的防腐性能分析

[EB/OL].http：//info.coatings.hc360.com/2017/03/221339714230.shtml，2017-03-22.