海上風力發電機組機艙設備防腐措施的研究

張健

（北京國電思達科技有限公司，北京 100039）

海上風電機組機艙室內裝有齒輪箱、發電機、制動器、控制柜等關鍵部件，由于水汽、鹽霧、SO2、CO2等成分的進入，可能會造成電路板、電子元器件、設備外殼等被腐蝕、聚氨酯護套的絕緣性能下降等問題，導致高壓擊穿并燒毀關鍵電氣設備，這將給風電機組運行帶來嚴重的安全隱患。因此在高濕高鹽海洋環境中，為了防止外界空氣把鹽分、水汽等帶入機艙內，造成關鍵電氣設備表面凝露和嚴重腐蝕,需要對機艙室內空氣濕度和鹽霧濃度進行控制。本文根據造成腐蝕的幾大要因并結合海上機組的特殊運行工況，提出了一套完整的解決方案。

1 海上風力發電機組機艙設備腐蝕的要因分析

由于機艙罩體制造工藝和安裝工藝的差異或者是一些特定需要，在機艙罩上必然存在一些縫隙或是孔洞。據統計，在海上相當常見的風速條件下：12m/s,通過機艙上一個大約1cm2小洞就有大約6m3/h的空氣進入到機艙內。

然而在海洋氣候環境中，由于風浪的不停作用，海上風力發電機組的空氣濕度通常達到95%~100%，同時空氣中含有腐蝕性很強的鹽分（Nacl），在潮濕的環境中會加快腐蝕的速度；由于機組運行齒輪箱、發電機等部件會產生大量的熱量散發到空氣中，溫度的升高會加快腐蝕的速率。晝夜變化或是機組異常停機造成溫度差異會導致空氣中的水汽變成冷凝水附著于設備表面。

根據《ISO 9223 大氣環境腐蝕性分級標準》規定，防止鹽霧腐蝕主要有兩種方法：減少空氣的相對濕度（圖1中藍色箭頭）；減少含鹽量（圖1中白色箭頭）。這樣設備的相應防腐等級要求就可以降低（圖1中橙色箭頭） 。

圖1 相對濕度、鹽度-腐蝕速率曲線路

因此，海上風電機組機艙空氣相對濕度和鹽霧濃度的控制是解決腐蝕問題的有效措施。

2 方案介紹

本方案首先對機艙密封進行改造及優化，使機艙室形成一個相對密封的環境，然后利用鹽霧濃度控制、空氣濕度控制以及空氣腐蝕等級監測等幾個主要技術措施以達到海上機組機艙防腐的目的。

2.1 機艙密封改造及優化

使用防水性能優異的密封膠泥對機艙罩拼接處、吊裝孔等部位進行添堵密封，然后再用防水膠帶對密封處進行密封包裹。內層膠泥具有良好從形性與粘附性，外層膠帶具有良好抗老化性；通過對機艙罩體縫隙做密封處理可以防止外界空氣把鹽分、水汽帶入機艙內，造成關鍵電氣設備表面凝露和嚴重腐蝕。

圖2 機艙罩密封改造實施效果圖

圖3 微正壓設備原理圖

2.2 機艙鹽霧濃度、空氣濕度控制

由于機艙相對于塔筒的回轉以及葉輪相對于機艙的旋轉，很難保證旋轉部位的絕對密封，在潮濕多鹽霧的海洋環境中，機艙內的零部件非常容易受到鹽霧的侵蝕，為防止外界空氣把鹽分、水汽帶入機艙內，在機艙內安裝一套除鹽除濕微正壓設備，該設備可以過濾掉外界空氣中的水分和鹽分，使進入機艙內的空氣相對干燥不具有腐蝕性，機艙內部維持微正壓狀態。

微正壓設備從機艙室外引入新風，內部進風道上裝有除鹽過濾器，采用轉輪吸附除濕原理對過濾后的空氣除濕。

機艙外部的高濕高鹽霧的空氣通過進風口后，經過空氣過濾器和鹽霧過濾器過濾后被正壓風機送到轉輪的處理區域，其中的水蒸氣被轉輪中的吸濕介質所吸附，水蒸氣同時發生相變變為液態水，并釋放出潛熱；這時，處理空氣因自身的水分減少而變成干的、熱的空氣；處理空氣被分成三部分。一部分直接排到機艙內，對機艙空氣進行除濕和維持微正壓狀態；同時第二部分空氣經過加熱器加熱后反向進入轉輪再生區域，高溫空氣（一般為100~140℃）反向穿過吸濕后的轉輪，使轉輪中已吸附的水分蒸發，從而再生空氣變成濕空氣，并將濕空氣排除到機艙外；第三部分空氣作為回風用來干燥過濾器。

為保證機艙內的微正壓狀態，在機艙控制柜、發電機、齒輪箱等關鍵部件附近安裝數顯型壓差傳感器，壓差傳感器實時監測艙內氣壓值，當機艙室內氣壓低于5pa時，壓差傳感器發送信號給微正壓設備微處理器，作為微正壓設備的啟動信號，從而保證機艙壓力保持在合理范圍內(高于室外5~8pa，最高可大于室外10pa)。

圖4 壓差傳感器示意圖

圖5 空氣腐蝕監測系統

2.3 空氣腐蝕等級監測

空氣腐蝕監測主要包括：溫濕度監測、氣壓監測、空氣腐蝕等級監測。在機組機艙內安裝一個空氣腐蝕檢測儀，對機艙內的空氣環境實時監測，通過現場總線的方式將監測數據實時傳輸到遠端的監控中心（升壓站集控室），并實行遠程測控；空氣腐蝕監測系統自動存儲所有監測數據到數據庫中，并以圖形或者表格形式顯示現場數據，在數據異常時通過本地聲光、短信或者E-mail報警。

利用該套設備可以及早采取預防措施，包括檢查、更換微正壓系統濾料、高壓空氣吹掃水冷系統翅片散熱器以及空氣散熱系統換熱器等，防止關鍵電氣設備表面凝露和嚴重腐蝕。

3 結語

本文通過對造成海上風力發電機組機艙設備腐蝕的因素進行分析，識別出主要原因，并結合海上風力發電機組的特殊運行工況，設計了一套完整的解決方案：首先對機艙密封進行改造及優化，使機艙室形成一個相對密封的環境；然后利用具有除鹽除濕功能的微正壓設備對鹽霧濃度和空氣濕度進行控制；配增一套空氣腐蝕等級監測系統對機組服役環境進行實時監測。該套方案的實施可以達到海上機組機艙防腐的目的，并且改造成本低、實施方便、投入回報率高；減少了腐蝕對設備造成的損壞，提高了機組的運行穩定性。