1、海洋环境腐蚀与海上风电

    21世纪是海洋开发的新时代，全球已经把经济发展重心转向海洋经济。开发海洋资源，发展海洋经济已经成为国家发展的重要支柱。在海洋经济的开发和建设过程中，大量海洋工程基础设施需要兴建，钢铁和钢筋混凝土是其中最常用的两种材料。与海洋开发相伴而来的就是海洋环境的腐蚀问题。与其他环境的腐蚀相比，海洋腐蚀环境极为苛刻，海洋环境中的金属结构物如不采取有效的防护措施，在短短的几年内就会因腐蚀而造成破坏。海洋腐蚀会造成各种基础设施、设备和构筑物的腐蚀损坏和功能丧失，缩短材料和构筑物的使用寿命，造成资源、材料和能源的巨大浪费，甚至可能导致突发性的灾难事故。而对海洋环境中的金属结构物采取有效的防护措施可以挽回其中25%~40%的损失。因此，做好海洋腐蚀研究和防护工作对海洋工程的发展具有非常重要的意义。

    风能资源是清洁的可再生能源，风力发电是新能源领域中技术成熟、最具规模开发条件和商业化发展前景的发电方式之一。近年来，海上风电发展得到高度重视，成为潜力巨大的风电发展新领域，展现出广阔的发展前景。开发海上风电场，有效的防腐措施是保证风电场运行寿命的关键一环。海上风电场的防腐尽管可以在很大程度上参考海洋平台现有的防腐经验，但是两者之间也有不同。海洋平台长期有人居住，防腐措施更容易进行有计划的检查和维修。海上风电场中风机基础是无人居住的，并且严格限制人员的接近。所以对于海上风电场的防腐蚀措施要求更高，海上风机基础需对防腐蚀效果进行巡视检查和定期检测。
2  海洋腐蚀特征
    海洋腐蚀本质上是一种电化学腐蚀过程。以钢铁腐蚀为例，钢铁中存在着不同的成分和杂质，存在电位差，形成了无数的阴极区和阳极区，在电解质溶液中阳极和阴极之间短路，形成腐蚀微电池。阳极过程是金属进行阳极溶解，以离子形式进入溶液，发生腐蚀，同时将等量的电子留在金属上，阴极过程是溶液中的氧化剂吸收电极上过剩的电子，自身被还原。在海洋工程中，不同腐蚀环境区域的腐蚀程度相差很大，需采用不同的防腐蚀设计。根据国内外海洋腐蚀研究成果分析，不同区域的腐蚀程度见图2，可见腐蚀最严重的部位在钢结构表面的浪溅区和最低潮位线以下1-2m的部位。

    目前，海洋钢结构的防腐蚀方法，主要有涂层防腐、金属覆盖层、包覆防腐蚀，阴极保护四大类。如果根据不同的施工方法以及不同的使用材料细分，防腐蚀技术种类繁多。其中，涂层防腐、金属覆盖层可用于海洋大气区、浪溅区、潮差区、全浸区，包覆防腐蚀主要用于浪溅区和潮差区，阴极保护用于全浸区和海泥区。
2.1  大气区腐蚀
钢铁结构在海洋环境海洋大气与内陆大气有着明显的不同。海洋大气湿度大，易在钢铁表面形成水膜；海洋大气中盐分多，它们积存钢铁表面与水膜一起形成导电良好的液膜电解质，是电化学腐蚀的有利条件，因此海洋大气比内陆大气对钢铁的腐蚀程度要高4～5倍。
2.2  浪溅区腐蚀
海洋浪溅区的腐蚀，除了海盐含量、湿度、温度等大气环境中的腐蚀影响因素外，还受到海浪的飞溅，浪溅区的下部还要受到海水短时间的浸泡。浪溅区的海盐粒子量要远远高于海洋大气区，浸润时间长，干湿交替频繁，碳钢在浪溅区的腐蚀速度要远大于其他区域。在浪溅区，碳钢会出一个腐蚀峰值，在不同的海域，其峰值距平均高潮位的距离有所不同。腐蚀最严重的部位是在平均高潮以上的浪溅区，这是因为氧在这一区域供应最充分，氧的去极化作用促进了钢结构的腐蚀，与此同时，浪花的冲击有力地破坏保护膜，使腐蚀加速。
2.3  潮差区腐蚀
高潮位与低潮位之间的区域称为潮差区。在潮差区的钢铁表面经常和含饱和空气的海水相接触，由于潮流的原因钢铁的腐蚀会加剧。在冬季有流冰的海域，潮差区的钢结构还会受浮冰的撞击。
2.4  全浸区腐蚀
全浸区全浸于海水中，比如风机基础的中下部位，长期浸泡在海水中。钢铁的腐蚀会受到溶解氧、流速、盐度、污染和海生物等因素的影响，由于钢铁在海水中的腐蚀反应受氧的还原反应所控制，所以溶解氧对钢铁腐蚀起着主导作用。然而，钢结构在潮差带出现腐蚀最低值，其值甚至小于海水全浸和海底土壤的腐蚀率。这是因为钢结构在海洋环境中，随着潮位的涨落，水线上方湿润的钢表面供氧总要比浸在海水中的水线下方钢表面充分得多，而且彼此构成一个回路，由此成为一个氧浓度差宏观腐蚀电池。腐蚀电池中，富氧区为阴极，相对缺氧区为阳极，总的效果是整个潮差带中的每一点分别得到了不同程度的保护，而在平均潮位以下则经常作为阳极而出现一个明显的腐蚀峰值。
2.5  海泥区腐蚀
海泥区位于全浸区以下，主要由海底沉积物构成。海底沉积物的物理性质、化学性质和生物性质随海域和海水深度的不同而不同。海泥实际是上是含饱和海水的土壤，是一种比较复杂的腐蚀环境，既有土壤的腐蚀特点，又有海水的腐蚀行为。海泥区含盐度高、电阻率低，但是供氧不足，所以一般的钝性金属的钝化膜是不稳定的。海泥中含有的硫酸盐还原菌，会在缺氧环境下生长繁殖，会对钢材造成比较严重的腐蚀。
2.6  海生物的影响
海生物的污损，如苔藓虫、石灰虫、藤壶和海藻等，对碳钢的腐蚀影响较大。污损海生物能阻碍氧气向腐蚀表面扩散，从而对钢的腐蚀有一定的保护作用。但是由于污损层的不渗透性和外污损层中嗜氧菌的呼吸作用，使钢表面形成缺氧环境，有利于硫酸盐还原菌的生长。