风电场和潮汐电站等近海设施,利用创新技术,抵御海上极端气候条件,以及海水的腐蚀性和冲击力

碳钢具有结实、灵活及成本效益等优势,是近海构造物的常用建设材料。然而,碳钢并非坚不可摧。当用于近海设施时,碳钢暴露在海水环境中,随着时间的推移,可能被海水腐蚀和弱化。G2MT实验室估计,2016年仅在美国,海水腐蚀造成的损失高达0.94万亿美元。

风电场等近海设施处于极端气候条件下,它们依靠钢铁具备的独特性质,抵御强风和巨浪带来的物理压力。为了这些设施的长期运行,保持钢铁核心的完整性至关重要。

 

等待装运的风电场桩
码头上等待装运的风电场桩

 

为尽量减少海水对碳钢的腐蚀,工程人员采取多种办法。其中最常用的一种方法被称为“阴极防锈法”。阴极防锈法又分为两种形式:电防锈和外加电流防锈,这两种形式都能保证钢构状态。第一种防锈形式——电防锈,将单独的金属片连接到钢结构上。这片金属被称为替代性金属,可以代替钢材接受腐蚀。

“做一个最恰当的比喻,这就好比在学校进行的铜锌实验,将铜片和锌片放到盐水槽里,然后用导线连接做成一个电池,”防锈工程解决方案公司首席工程师Chris Wozencroft说道。“在热动力上,锌的稳定性低于铜。锌片变成阳极并且优先发生腐蚀,而铜片变成阴极并且获得保护,因此被称为‘阴极防锈法’。”

阴极防锈法通过操控相关金属的电化学反应,将腐蚀性引导到其他金属,确保钢材不受腐蚀

阴极防锈法能够直接用于钢结构。将锌等稳定性低于钢的金属片连接到钢结构上,使稳定性低的金属变成阳极,钢材变成阴极。因此,连接的金属片发生腐蚀,而钢结构继续保持完好。这就是电防锈法或替代性阴极防锈法。

替代性阴极防锈法有一个缺点:替代金属在腐蚀殆尽时,需要进行更换,对于关键性基础设施或可达性较低的构造物,这种方法可能不够方便。在这些情况下,外加电流防锈法是更为适合的解决方案。

“我们没有使用在热动力学上不稳定的金属片,而是使用完全惰性金属,”Chris Wozencroft解释说。“由于是惰性金属,所以如果仅仅只是将这种金属连接到钢结构,将起不到任何作用。但是,如果给这片金属上连上直流电源,并且涂上一层活化剂,就能够操控电子流,让这片金属变得像阳极一样。”

虽然金属片不需要更换,但所需的直流电源可能体积较大。这使得外加电流防锈法的维护成本较高,因此这种办法的使用需要权衡。电防锈法虽然简便,但需要定期更换。外加电流防锈法虽然周期长,但也有成本较高等自身需要考量的因素。

这两种办法都能为近海碳钢构造物提供有效的防锈能力。阴极防锈法通过操控相关金属的电化学反应,将腐蚀性引导到其他金属,确保钢材不受腐蚀。高强度钢材建设高强度构造物,潮汐电站和风电场等将能在未来,继续生产清洁能源。

 

图片:Alamy

世界钢铁协会或任何签约代表世界钢铁协会写作的第三方,对本网站上发布的内容不承担任何责任,这些写作内容严格基于公司提供的信息。本网站中包含的信息并不代表世界钢铁协会或世界钢铁协会签约的任何第三方表示认可或同意,它仅反映了提供信息的公司的观点。世界钢铁协会不对因访问或使用本网站上发布的内容而造成的任何损害或损失承担责任。