王自強 / 王強科技有限公司
離岸風機下部基礎結構巨大、幾何尺寸及節點複雜，所涵蓋的腐蝕環境及類別廣泛，受到高溫、高濕、高鹽及高低潮位的反覆作用，鋼材遭受著電化學腐蝕、海生物腐蝕以及機械磨耗腐蝕等傷害，如不事先預防及保護，風機下部結構將因腐蝕降低其機械強度，使得風機在服役期間的安全性堪慮(颱風、地震等因素甚為關鍵)。本文蒐羅國內外的設計及運維經驗，運用腐蝕裕度、防蝕保護塗裝、陰極保護系統、腐蝕抑制劑等腐蝕控制和防護工法，因地制宜單獨(Solo)或共同(Multi)交互運用，綜整出最優化設計及檢監測運維規劃。
【內文精選】
腐蝕環境分類
1. 大氣區及飛濺/潮差區
材料腐蝕與環境息息相關，設計前須對當地的腐蝕環境分類有所了解，才能因地制宜選用適當的材料或防蝕手段。大氣區的環境分類一般採用ISO 9223測試方法及ISO 12944-2的分類標準法。其中腐蝕速率測定的一種作法是參照ISO 9226將四種不同材質的金屬(鐵、鋅、銅、鋁)，製作成平板狀或螺旋狀(如圖二)大氣暴露試片，自然暴露於測試環境中一段時間後，將暴露後的重量損失除以暴露面積及暴露時間，可換算得到每年單位面積的重量損失，再對照ISO 12944-2的分類標準，即可得到當地的大氣腐蝕分級。
圖二、符合ISO 9226規範之螺旋狀大氣暴露試片
2. 浸沒區及海泥區
離岸風機下部基礎的浸沒區泛指會浸沒在海水中的潮差帶、海水、海床泥線及淘刷區，海泥區則是指埋入於海床下的區域。在不同的溫度、海水鹽度、溶氧量、流速、潮汐、浪擊、海生物等因素影響下，海水中的腐蝕現象、腐蝕程度及種類亦有極大的差異。實際工程建構時，暴露在此區的金屬結構至少會採用陰極保護作為最基本的防蝕手段，此時海氣象調查報告尤為重要。設計陰極保護系統時，需要了解海水中的溶氧量、鹽度、溫度、海流、導電度、海洋附生物及細菌等，另外還要考慮非自然因素(如：漂流物衝擊、非預期的海水汙染)影響。
防蝕保護設計
2. 防蝕塗裝
塗裝系統能有效隔絕底材與腐蝕環境的直接接觸，進而成為抗腐蝕的第一道防線。塗層系統之設計參考ISO 12944系列及ISO 24656規範，材料應取得符合NORSOK M-501規範、檢驗機構所出示的產品證書(Type Approval Certificate)。一般而言，塗裝的最小設計年限至少為20年，少數案例將延長設計年限至30年。
3. 陰極保護系統建置
離岸風機下部基礎的陰極保護系統可採用鋁合金犧牲陽極法或強制外加電流法來規劃設計。以鋁合金犧牲陽極法為例，設計參數參考ISO 24656及行政院公共工程委員會「公共工程施工綱要規範」(第02392章碼頭)之流電陽極塊標準。
運轉維護及遠端監測
現今標檢局正戮力推行「離岸風電運轉及維護技術規範」，提供國內業者在離岸風機運行間能有一個基本的運轉維護技術參考，期使風機在服役期間的安全無慮。該規範中要求業者應定期檢驗與維護支撐結構之腐蝕防護系統，包含塗裝系統或陰極保護系統等項目，位於飛濺區及以上位置之塗裝系統，每三年應至少進行一次詳細檢驗，位於飛濺區以下之腐蝕防護系統或組件至少每五年進行一次詳細檢驗。
3. 遠端數據監測
「數據是22世紀的石油」，這話一點不假，不僅在民眾的消費端，工程設計及應用亦然。傳感器的物美價廉及物聯網的無所不在，可以將數據以IoT的方式來建立數據庫，精準有效地達到最優化的工程運維。一個完整的IoT系統除了感測器元件，還包含資料獲取單元、資料轉換單元、遠端通訊單元及電源。如圖六所示，其中腐蝕監測感測元件，將陰極保護電位及腐蝕速率轉變為電信訊號；資料轉換單元將電信訊號做數位化轉換，根據接收機指令進行喚醒和資料獲取；遠端通訊網路通常採用GPRS無線網路進行資料傳輸，將現場資料上傳到伺服器監控中心；監控中心可基於遠端伺服器對所有遠端腐蝕監測單元進行自動巡檢、指令操控、資料儲存和即時顯示；網路化監控軟體，不但實現多點監測的動態資料庫管理，集成統計分析模組，累積歷史資料對未來發展趨勢進行預測，評估腐蝕風險，更進一步地，當異常情況出現時，監控中心可透過Web Service自動發送簡訊或Email警示不同階層的管理人員---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖六、遠端監測系統運作示意圖
★本文節錄自《工業材料雜誌》427期，更多資料請見下方附檔。