宁德浮鹰岛海水抽蓄项目水工建筑物及金属结构防附着

宁德浮鹰岛海水抽蓄项目水工建筑物及金属结构防附着

技术研究

郑思捷

华电宁德电力开发有限公司 352200

摘要：海水条件下可能造成海洋生物在上水库、输水系统等各个部位大量繁殖，导致海水抽蓄上水库库容降低、输水系统断面减小，进而影响发电效益；海洋生物附着在防渗体系上，可能导致防渗体系破坏，进而影响工程安全、效益，并恶化地下水、土壤环境等；需要结合电站运行方式对结构的防附着措施（包括结构设置、材料选项等）进行研究。因此，研究海水条件下水工建筑物及金属结构的防海洋生物附着等关键技术是海水抽水蓄能电站成功与否的关键技术问题。

关键词：水工建筑物、金属结构防附着；硬质材料

1.前言

海水抽水蓄能电站虽然具有诸多优点，但由于海洋环境的特殊性，存在海水的腐蚀、生物污损、环境等问题。其中，生物污损问题在淡水抽水蓄能电站中也存在，但与淡水环境不同的是，海洋中具有更加丰富的海洋生物，其中大部分都可以成为污损生物，海洋生物污损问题将更严重。近年来抽水蓄能电站中爆发的生物污损问题已经引起了广泛关注。

2.研究背景

生物污损是一个快速、动态且复杂的海洋问题，其通常指污损生物对水下船舶、设备、仪器等材料表面造成的不良危害。海洋污损生物种类复杂繁多，已报道的污损生物约有4000 余种，包括微生物、藻类、植物和小型动物等。污损生物在不同地理位置和环境条件下（海水盐度、温度、pH 值、流速、太阳辐射强度等）有着较大差异。污损生物长期附着于水下基体表面，对船舶和水下设备设施的正常运行造成严重影响，同时也给经济效益带来重大损失。据统计，受污损生物污染严重的船只动力消耗和燃料消耗将分别增加86%和40%。由于燃油消耗量的不断增多，NOx、CO2、SOx 等有害气体的排放量也会随之上升。有学者预估，从2012 年到2050 年，船舶CO2排放量将增加50% - 250%。如不进一步采取有效措施，直至2050 年，国际航运业CO2 排放量将占全球CO2总排放量的17%。有害气体的过量排放还将造成每年约2000 亿欧元的经济损失。除此以外，附着在船体表面的污损生物随船舶航行进入新的海洋环境后，可能因适宜的生存条件和缺少天敌等因素大量生长繁殖，并形成生物入侵，破坏当地海洋领域的生态平衡，这对全球海洋生态系统都是致命的影响。

3.研究内容

本研究主要针对硬质材料（如钢结构、管道、支架、叶轮叶片等）进行防腐防附着技术研究，主要研究基材表面的处理工艺、涂料的配比、腐蚀及海生物附着的机理、涂料的喷涂工艺，通过海域的挂片试验，找到适合该海域的涂料配比，以达到最优的防腐防附着效果。

3.1硬质材料防腐防海生物附着涂料的研究

对硬质材料的防腐防海生物附着涂料的研究，通过对表面的涂料涂敷或内衬防海生物附着薄膜来达到防腐防生物附着效果，具体研究内容主要有如下几个方面：

1.底材和结构筛选：

金属类型（耐蚀合金AA-HH）等材质的选择及腐蚀性能研究对比；

2.防腐蚀工艺

不同表面处理方式对材料腐蚀性能的影响；

探究涂层工艺和阴极保护方案（外加电或牺牲阳极）对防腐性能的影响；

3.防腐涂料设计与筛选：

探究防腐蚀涂料体系的高阻抗、高附着力、耐盐雾、耐海水、耐阴极剥离、耐高压海水渗透等性能；

4.防污涂料设计与筛选：

防污涂料（含氧化亚铜）；

静态防污、静态自抛光；

防污涂料（有机硅）；

生物污损易剥离、清除；

防污寿命、维护间隔；

4.研究方案

通过对拟建的浮鹰岛海水抽水蓄能电站各种设备设施的基体材料（混泥土、低碳钢、低合金钢、不锈钢）采取适当的防腐蚀防污损技术，并通过实验室试验、海港挂板试验获取第一手试验资料，为浮鹰岛海水抽水蓄能电站各种设备设施进行防腐防污处理提供技术支撑。

本研究中拟采用以”伪装误导”为原理多种防污（简称FW）技术方案。针对金属材质及混凝土采用防腐防污涂料，先进行防腐涂层设计再进行防污涂层设计，保障样板具有优异的防腐蚀性能和防海洋生物污损性能。

从进行了6个月现场水下防污实验验证，验证的结果如表1所示。

表 1 防污实验测试结果

表1中防污配方3种，FWA、FWB，每种材质的样板，先经过表面处理，达到涂料涂装的要求，然后经过防腐涂层处理，最后分别在不同的基材上涂刷不同的防污涂料，验证其在浮鹰岛现场的防腐防污性能。挂板的边框采用一般船舶使用的防污涂料。

从表1中看出，随着挂板时间延长，FWA、FWB每个样板在1月、3月、6月观察的时候，样板的表面无锈蚀斑点，涂层也是完好无损、无脱落现象出现，所以防腐技术经过验证在6个月内没有出现任何损坏现象，针对于不同的金属和水泥混凝土样板具有较好防腐蚀效果，可以保证在抽水蓄能项目中接触海水的金属及水泥材质的抗腐蚀特性。

在表1中，FWA防污配方样板在1月份观察发现，样板表面干净，无任何藻类或硬壳生物附着，和金属样框上的涂料即一般的防污涂料相比，1月份的防污效果基本一致。3月的结果观察发现，样板的表面无泥污也无生物附着，但是金属挂板框上开始不仅附着少量的泥污，也开始附着部分生物。而最后一列未做防污涂层处理的样板3个月已经被生物完全附着，只有少量的无附着可以看到样板。6个月的实验结果，金属挂板框上已经长满了海洋生物，但是防污样板上依然非常干净，无生物附着，防污效果较好。

在表1中，FWB防污配方样板在1月份观察发现，样板表面有一层很薄的泥污附着，但是无任何藻类或硬壳生物附着，和金属样框上的涂料即一般的防污涂料相比，1月份的防污效果基本一致。3月的结果观察发现，样板的表面有小量泥污也无生物附着但是相比于1月，泥污的负载量减少，现场观察是海水冲刷的原因导致。而表1中最后一列未做防污涂层处理的样板3个月已经被生物完全附着，只有少量样板无生物附着可以看到样板颜色，所以FWB防污效果要比未做防污涂层以及一般防污涂层（金属挂板框）的相比，效果较好。6个月的实验结果，金属挂板框上已经长满了海洋生物，但是FWB防污样板上依然非常干净，无生物附着，防污效果较好。和最后一列未做防污涂层处理的样板以及一般防污涂层的金属挂板框相比，FWB防污效果较好。

5.结论

两种种防污涂层和未涂装防污涂层的样板及一般的防污涂层相比，两种防污涂层在不同基材上都表现出较好的防污效果，样板6个月的试验周期内无生物附着和涂层脱落破坏的现象。而未经防污涂层的样板，在3个月内已经被生物长满，无防污效果。一般的防污涂料（金属挂板框）从3个月开始生长生物，6个月已经完全被生物覆盖，防污期限短，防污效果差。相比于FWB方案，FWA方案6个月的试验验证后，样板表面最干净，无泥污和生物附着，观察效果最好，还要继续延长试验验证周期。因由于季节性变化，每年11-4月处于海水温度低温时期，海洋生物生长周期拉长，因此后面6个月基本不会生长太多的生物。