盐雾腐蚀的基本原理

盐雾是悬浮在空气中含有氯化钠(NaCl)的微小液滴的弥散系统,是海洋性大气运动的显著特点之一。沿海地区及海上空气中含有大量随海水蒸发的盐分,其溶于小水滴中便形成了浓度很高的盐雾。盐雾的出现和分布与气候环境条件及地理位置有密切的关系,离海洋越远的大气运动中含盐量越低。同时盐雾的浓度还受到物体阻隔的影响,阻隔越多,盐雾量越少。

盐雾的主要成分为NaCl,其是以Na 和Cl-的形态存在的,盐雾的沉降率与Cl-的浓度成正比,因此,在含盐浓度高的海边,盐雾的沉降率很大。盐雾沉降量代表了一个区域受到盐雾腐蚀的程度,陆上盐雾沉降量一般小于0.8mg/(m ·天),海上则为陆上的20~80倍,高盐雾浓度下金属腐蚀速率非常高。盐雾腐蚀破坏海上风电机组基础结构,造成螺栓等紧固连接件强度降低,叶片气动性能下降,电气部件触点接触不良,风电机组机械传动系统、叶片、电气控制系统故障率大大增加等不良影响,甚至有可能引起风电机组坍塌等安全事故。

1.盐雾腐蚀原理

盐雾对金属的腐蚀是以电化学的方式进行的,其原理基于原电池腐蚀。盐雾颗粒通常很微小(直径1~5μm),颗粒越小,在空气中悬浮的时间越长。由于盐雾中含有大量的Cl-,当盐雾与金属和防护层接触时,盐雾中的Cl-由于具有较小的离子半径,具有很强的穿透本领,从而很容易穿透金属的保护膜。同时有着保护膜的阴极表面(保护膜中总是存在高电位的阴极部位)很容易吸附水合能不大的Cl-,结果使Cl-排挤并取代氧化物中的氧而在吸附点上形成可溶性的氯化物,导致保护膜上出现小孔,破坏了金属的钝化,加速了金属腐蚀。

盐雾的腐蚀作用受到温度和盐液浓度的影响很大。当温度在35℃、盐液浓度在3%时,盐雾对物体的腐蚀(化学反应)作用最大。盐雾中高浓度(NaCl)迅速分解为Na 和活泼的Cl-,Cl-与很活泼的金属材料发生化学反应生成金属盐,其中的金属离子与氧气接触后又还原生成较稳定的金属氧化物。

盐雾对海上风电设备造成腐蚀破坏的主要原因是其中所含的各种盐分。自然界中的盐雾对海风电设备的腐蚀影响见表6.1。

表6.1 盐雾腐蚀类别

盐雾环境是海上风电设备零部件腐蚀的主要影响因素。任何金属材料在介质中都有自己的腐蚀电位,在同一介质中标准电位越正的金属活泼性就越差,金属就不易腐蚀。而目前用于海上风电机组设备上的主要为铁、铝、铜等活性极强的金属材料,盐雾造成的金属腐蚀会使金属零部件的性能下降,影响海上风电机组的正常运行,甚至造成重大事故,因此在盐雾的环境下,尤为需要对材料进行防腐蚀处理。

2.盐雾产生的危害

盛行的海陆风把含有盐分的水汽吹向风电场,与设备元器件大面积接触,使得设备受盐雾腐蚀的速度大大加快。盐雾给海上风电机组带来的危害主要有以下方面:

(1)在叶片静电的作用下,盐雾与空气中的其他颗粒物在叶片表面形成覆盖层,严重影响叶片气动性能,产生噪声污染。

(2)盐雾与设备电器元件的金属物发生化学反应,使载流面积减小,生成氧化物使电气触点接触不良,从而将导致电气设备故障或损坏,给海上风电场的安全、经济运行造成很大影响。

(3)经过一系列的化学反应后使设备原有的强度遭到破坏,海上风电机组承受最大荷载的能力大大降低,使设备不能达到设计运行要求,给设备安全运行带来严重后果。

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