东海海上风电基础及支撑结构涂层勘验评估研究

2026-07-01 14:53:02 作者：涂料工业来源：涂料工业分享至：

东海海上风电基础及支撑结构涂层勘验评估研究

Investigation and Evaluation of Coatings on Foundation and Support Structure of an Offshore Wind Farms in the East China Sea

许楠¹，江学志*²，曾登峰²，王博³，华薇¹，陈翔峰²，江水旺²

（1.中国三峡新能源（集团）股份有限公司，北京101199；2.中国船舶集团有限公司第七二五研究所海洋腐蚀与防护全国重点实验室，福建厦门361100；3.三峡新能源海上风电运维江苏有限公司，江苏盐城224000）

摘要：

【目的】针对东海某已服役7~8年的海上风场，开展基础及支撑结构腐蚀防护勘验评估，为后续腐蚀维护计划制定提供科学、可靠的技术依据。【方法】依据《海洋平台腐蚀勘验指南（OCAT）》，选取该风场 3 台风机与 1 台升压站为研究对象，对其大气区、飞溅区、潮差区的涂层腐蚀状态开展现场勘验与防护性能综合评估。【结果】评估结果表明，结构各区域涂层整体防护性能优异，防腐效果良好；腐蚀问题主要集中于甲板、焊缝、螺栓连接部位及顶桩等特殊结构区域，为典型薄弱环节。为提升海上风电设施防腐性能与服役寿命，在涂装质量把控上需严格管控基材表面处理质量与涂层施工厚度；在涂层体系选型方面，甲板区推荐采用“防滑环氧砂浆涂料+环氧漆+耐候面漆”涂层配套体系，飞溅区涂层除满足基础防腐要求外，还应具备优异的耐冲击性。【结论】本次研究成果可为同类型海上风电结构的腐蚀防护设计、运维及长效防腐优化提供参考。

关键词：

海上风电；腐蚀；涂层；勘验；评估

DOI号

10.12020/j.issn.0253-4312.2025-245

基金项目

中国长江三峡集团公司科研项目“海上风电基础及支撑结构防护涂层体系环境适应性研究（NBWL202400005）”（合同编号：三峡能源合字[2024]266号）

通信作者

E-mail：512631878@qq.com

涂层防腐作为海上风电钢结构最基础且最关键的防护手段之一，其性能直接决定了结构的安全稳定性与服役寿命。当前行业普遍将海上风电钢结构涂层的设计防护年限设定为25年，这一标准既匹配了海上风电项目全生命周期的投资回报周期，也对涂层体系的耐候性、附着力及长效阻隔性提出了极致要求。然而，涂层的实际防护效果并非“一涂永逸”：在施工阶段，表面预处理不到位、涂装工艺参数偏差、现场环境干扰等因素，可能导致涂层存在针孔、漏涂等隐性缺陷；在服役过程中，海洋极端环境的持续侵蚀会逐步引发涂层粉化、剥落、开裂等老化问题。若这些隐患未能被及时识别与处置，腐蚀介质将快速侵入钢结构基体，引发锈蚀、强度衰减甚至结构失效，不仅会使25年防护目标沦为空谈，更可能造成风机停机、设备损毁等重大安全事故，给项目带来难以挽回的经济损失与安全风险。因此，海上风电钢结构涂层的现场勘验，是保障涂层25年设计防护年限落地、维系海上风电项目全生命周期可靠运行的关键手段。通过系统的现场勘验，既能核验涂层施工质量与设计标准的一致性，从源头规避施工缺陷；也能动态追踪涂层在服役过程中的性能衰减规律，提前识别早期老化与破损风险；更能为涂层维护、补涂方案的制定提供精准数据支撑，实现“隐患早发现、缺陷早修复”的主动防护模式。因此，深入研究海上风电钢结构涂层的现场勘验技术与应用体系，是应对海洋极端腐蚀环境挑战的必然选择，也是保障海上风电项目结构安全、降低全生命周期运维成本、推动行业高质量可持续发展的关键实践路径。

本文以东海某处海上风电场为研究对象，对其风电钢结构不同区域的涂层腐蚀状态进行了现场勘验和评估，旨在为海上风电基础及支撑结构后续腐蚀维护计划提供可靠依据。

1 东海某海上风电场现场情况

该风场地处福建福清，2016年开工建设，共计59台风机，涵盖11种机型，包含单柱、高桩承台基础、导管架及漂浮式等结构。场区为南亚热带海洋性季风气候，年均气温19.4 ℃，年降水量1 200 mm，年均风速6.5~8.5 m/s，每年7—9‍月易受热带风暴侵袭，台风季风浪条件恶劣。截至现场勘查，风机涂层已投入使用7~8年。本次选取升压站及Y1、Y3、Y5风机进行勘验，重点核查大气区、飞溅区+潮差区防腐涂层实际服役状态。

2 涂层勘验评估方法

2.1 勘验设备

Positest AT-A液压附着力测试仪：Defelsko；Elcometer 456漆膜测厚仪：Elcometer；NHG268光泽仪：三恩时；SX275HS数码相机：佳能。

2.2 标准依据

按照ISO 4628-1：2016、ISO 4628-2：2016、ISO 4628-3：2024、ISO 4628-4：2016和ISO 4628-5：2022，采用目视评价方法评定涂层起泡、生锈、开裂以及脱落等问题。按照ISO 2808：2019测试涂层厚度。按照ISO 4624：2023测试涂层附着力。

2.3 腐蚀等级评定

目前国内外尚未制定专门针对海上风电涂层的勘验方法及标准。鉴于海上风电和海洋平台腐蚀工况相似，因此借鉴美国腐蚀工程师协会（NACE）《海洋平台腐蚀勘验指南（OCAT）》对海上风电机组基础及支撑结构腐蚀状态进行等级评定。根据该指南定义，腐蚀状态可划分为A、B、C、D、E共5‍个等级，如表1所示。

表1　腐蚀状态等级划分

Table 1 Classification of corrosion level

2.4 勘验方法

本次勘验工作是由NACE CIP2级检验工程师带队，以《海洋平台腐蚀勘验指南（OCAT）》为涂层勘验腐蚀等级评定标准，对该风场风电机组基础及支撑结构的大气区、飞溅区+潮差区防腐涂层的起泡、生锈、粉化、开裂及剥落等失效情况进行了等级评定，对典型部位的涂层厚度、涂层附着力等状况进行了测试。

3 结果与讨论

3.1 大气区涂层勘验情况分析

经查阅，该风场大气区的涂层配套、涂装厚度和初始附着力如表2所示。现场勘验结果如表3和图1所示。

表2　大气区涂层配套等信息

Table 2 Coating information in the atmospheric area

由表3可知，Y1、Y3、Y5风机塔筒及升压站大气区第二、三层涂层实测平均膜厚为311~361 μm，远低于初始干膜厚度526 μm，膜厚偏差主要源于施工涂布不均与涂层严重粉化。升压站甲板涂层实测平均膜厚650 μm，相较初始682 μm小幅下降，主要为长期服役中轻微机械磨损与光照老化造成的自然损耗所致。

各风机涂层附着力均值为11~13 MPa，与初始12 MPa基本持平。且涂层均为100%内聚破坏，说明涂层附着性能稳定可靠，可为大气区钢结构的防护提供有效保障。

Y1、Y3风机塔筒涂层整体状态良好，无明显锈蚀，涂层完好面积达100%，评定为A级，正常服役工况下未来3年内无需开展维护作业。升压站大气区第二、三层涂层整体完好，仅局部存在少量锈点、开裂与脱落，98.5%以上的涂层面积评定为A级，防护性能优异。各部位涂层粉化程度差异明显：Y1风机塔筒粉化程度较轻，等级2~3级，老化程度适中，处于可接受范围；Y3、Y5风机塔筒粉化情况严重，等级达4~5 级，涂层树脂基体已出现明显老化降解。升压站整体涂层粉化等级为2~3级，但其向阳面受强紫外线及热氧老化长期作用，粉化程度极高，达到5级，该区域涂层防护能力大幅衰减。此外，现场所有涂层表面光泽普遍偏低，实测光泽1.5~7.2 GU。

表3　各风机大气区涂层勘验结果

Table 3 Inspection results of each fan coatings in atmospheric area

图1　大气区钢结构腐蚀照片

Fig.1　Photos of steel structure corrosion in the atmospheric zone

升压站甲板为绿色涂层，现场出现大面积锈蚀[见图1（f）]，锈蚀等级Ri5（S5），涂层失效占比50%。综合评级中A级、C级面积各占50%，整体防护状态较差。甲板涂层大面积失效，究其原因主要有三点：（1）涂层配套选型不合理。甲板属高频作业区域，需兼顾防腐、耐磨、防滑及耐冲击性。该升压站甲板采用环氧重防腐底漆+耐磨环氧中间漆+脂肪族聚氨酯面漆配套体系，该体系仅具备基础防腐能力，不具备防滑骨料与厚质耐磨结构，缺乏优异的防滑、高耐磨及耐冲击性，难以抵御人员行走、设备荷载及机械碰撞等作用。加之东海海域高盐雾、高湿、干湿交替的恶劣环境，涂层极易出现磨耗露底、冲击开裂、界面起泡及锈蚀，因此无法为甲板结构提供长效可靠的防护。（2）基材表面处理不到位。施工时钢材表面氧化皮、锈蚀、油污、盐分等杂质清理不彻底，海洋环境下易引发电化学腐蚀，腐蚀逐步渗透至涂层内部，造成鼓泡、锈蚀、脱落。（3）破损维护修补不及时。甲板日常作业频繁，涂层易出现划伤破损，破损处未及时修复，致使局部锈蚀持续扩散，最终演变为大面积涂层失效。

3.2 飞溅区和潮差区涂层勘验情况分析

该风场飞溅区和潮差区的涂层配套、涂装厚度和附着力如表4所示。现场勘验结果如表5和图2所示。

由表5可知，Y1、Y3、Y5 风机及升压站飞溅区、潮差区涂层实测厚度为943~1 063 μm，略低于初始设计干膜厚度（1 100 μm）；厚度减薄主要由长期海水冲击、泥沙磨损及紫外老化所致。

表4　飞溅区和潮差区涂层配套等信息

Table 4 Coating information of splash zone and tidal range zone

表5　各风机飞溅区和潮差区涂层勘验结果

Table 4 Inspection results of each fan coatings in splash zone and tidal range zone

图2　飞溅区和潮差区钢结构腐蚀照片

Fig.2 Photos of steel structure corrosion in the splash zone and tidal range zone

各风机涂层附着力平均值在11~12 MPa之间，与初始11 MPa相比无衰减，显著高于风电标准≥5 MPa的要求；且破坏形式均为环氧玻璃鳞片漆内聚破坏，说明涂层附着性能稳定可靠，可为飞溅区、潮差区钢结构的防护提供有效保障。

Y1、Y3、Y5风机塔筒以下、支架以上部分区域采用黄色面漆进行了修补重涂。当前涂层整体状况良好，无大面积明显锈蚀，光泽在10.2~19.8之间；3台风机均在桩基部位出现不同程度锈蚀与脱落，其中Y5风机锈蚀最为严重，锈蚀面积占10%；升压站部分区域用底漆进行了修补，局部修补区域出现大块锈斑，未修补区域存在密集锈点。从整体防护等级评定来看，飞溅区和潮差区涂层以A级为主，B级区域占比在1%~10%之间，依据涂层防护等级判定标准，90%以上面积涂层对应结构在3年内无需维护，表明该海上风电基础及支撑结构飞溅区和潮差区涂层整体防护性能优异，长效防护能力能满足海洋极端环境服役要求。

进一步分析涂层腐蚀的集中分布特征，飞溅区和潮差区涂层腐蚀问题主要聚焦在焊缝、螺栓连接处、楼梯等特殊结构部位。此类部位的腐蚀诱因多与施工阶段表面处理不达标相关。同时，所有勘验的风机顶桩部位均出现严重锈蚀，部分区域存在涂层大面积脱落现象，核心原因在于顶桩涂层长期受运维船撞击作用，机械损伤导致涂层从基材上剥离，进而失去防护屏蔽作用，加速锈蚀蔓延。

3.3 建议

3.3.1 涂装质量控制

（1）涂层厚度。

现场勘验发现，除升压站甲板区外，大气区涂层实测平均厚度与初始干膜厚度偏差明显，主要源于施工厚度均匀性管控不足，呈现局部达标、局部偏薄的不均匀状态。涂层厚度不足会大幅降低屏蔽防护能力，腐蚀介质易渗透至基材引发锈蚀；同时涂层抗摩擦、海水冲击等外力能力变差，易破损失效，大幅缩短防护使用寿命。建议后续严格按设计厚度施工，严控涂层厚度均匀性。同时完善质量管控体系，实施涂装过程厚度实时检测留存，设置关键质控点，逐道工序严格验收；发现厚度不达标及时返工整改，提升涂层整体质量与长效防护性能。

（2）表面处理。

经勘验，风机大面涂层防护整体良好，但焊缝、螺栓连接等特殊结构部位锈蚀、开裂、脱落问题突出，主要原因有三：一是表面处理不达标，此类部位结构复杂、空间狭小，易残留油污、锈迹、灰尘，表面粗糙度难以满足要求；且常规喷砂处理不便作业，仅能人工打磨，无法达到NORSOK M-501对于清洁度、粗糙度、盐分控制等的要求，造成涂层附着力不足、易脱落。二是施工存在局限，焊缝凹凸、螺栓缝隙等特殊形貌导致涂料流平性差，易出现局部膜厚不足、覆盖不均，增大腐蚀介质渗入风险。三是海洋环境叠加侵蚀，海上高盐雾、高湿度环境易使缝隙凹陷积聚腐蚀介质，加速涂层渗透失效。综上，特殊部位涂层失效是表面处理缺陷、施工局限性与海洋环境共同作用所致。建议针对性优化表面处理工艺，采用便携喷砂等方式严格执行NORSOK M-501标准，强化涂装全过程质量管控，提升特殊部位防腐可靠性及整体结构防护寿命。

3.3.2 涂层选型

（1）甲板涂层。

现场勘验发现，升压站甲板涂层大面积失效，根本原因是原有涂层体系选型不当。结合海上风电甲板工况及NORSOK M-501标准，推荐采用防滑环氧砂浆底漆+环氧中间漆+耐候面漆配套体系。该体系兼顾防腐、耐磨与防滑性能：防滑环氧砂浆底层耐磨耐冲击、干湿防滑，可抵御人员走动、设备拖拽摩擦冲击，兼具基础防腐作用；环氧中间漆封闭孔隙，提升层间附着力，强化密封防腐效果；耐候面漆抵御紫外线与海洋大气老化，防止底层粉化失效。三者配套可满足海上风电甲板严苛环境下长效防腐、安全使用及长寿命服役要求。

（2）顶桩涂层。

海上风电设施风机顶桩腐蚀问题突出，现场勘验显示其涂层普遍大面积脱落。顶桩涂层易脱落、腐蚀严重，主要源于特殊海洋环境与外力作用：长期受海水冲刷、海风侵蚀及盐雾附着，持续破坏涂层；加之运维船频繁靠泊撞击，既直接损伤涂层表面，又产生内部应力，降低涂层与基材附着力，最终引发涂层脱落，加速金属基材腐蚀。因此顶桩涂层需从三方面综合选型：（1）基础防腐，满足ISO 12944-9：2018 CX+IM4 腐蚀等级，耐循环老化、耐阴极剥离性能均≥ 4 200 h；（2）力学防护，耐冲击能量≥5.6 J（ASTM G14），拉开法附着力≥5 MPa，抵御物理撞击损伤；（3）施工适配，流平性、厚涂性良好，适配复杂狭窄结构，可形成≥1 000 μm均匀干膜。

通过环境模拟、力学测试及施工工艺验证，筛选适配顶桩工况的涂层体系，可为顶桩及同类易受冲击部位提供长效可靠防护，提升海上风电结构耐久性与运行安全性。

4 结语

恶劣的海洋环境下，海洋风电面临严峻的腐蚀挑战，防腐涂层是核心防护手段之一。为了保障安全，要定期加强对平台防腐涂层的勘验，通过现场评估涂层的老化、破损等失效状态，精准评估涂层剩余服役寿命，提前规划针对性的腐蚀防护与维护方案，从而为海上风电的安全生产筑牢防护屏障。

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