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风电设备静电喷涂以及技术要求

风能与水能、太阳能、生物能、地热能、海洋能是一样的可再生能源。 具有资源分布广、开发潜力大、环境影响小、可持续利用等特点。 近年来,随着风力发电技术水平的提高,风力发电设备的建设成本越来越低,世界各国风力发电设备容量迅速增加,到2018年底,世界风力发电设备累积容量达到590.8 GW,我国风力发电设备累积容量达到209.5 GW。

为实现风电设备的安全运行,必须重视其钢结构的防腐蚀,根据其运行环境腐蚀等级的不同,必须使用不同的防腐蚀结构和不同种类的涂料体系。 粉末涂料是一种环保的绿色涂料,涂装时可以很容易地得到厚涂层,涂装后的设备在运输和应用中涂层不易被破坏,基材的保护具有长期性。 此外,粉末涂料具有利用率高、综合成本低等特点,应用于风力发电设备钢架具有天生的优势。

本文基于ISO 9223~9226、ISO12944-2018、Qualisteelcoat 4.1-2019的大气腐蚀等级划分和测量方法,提出了风力发电设备地面钢结构在不同大气腐蚀等级的防腐技术、涂装体系和粉末涂装解决方案。

1风力发电设备涂装技术要求

1.1风力发电设备的运行环境

风力发电设备运行环境多种多样,从平原到山区、内陆到沿海和海上,不同环境对设备腐蚀能力的要求大不相同,所需的防护系统也不同。 目前,我国风力发电业发展迅速,大型风力发电厂的建设已从“三北地区”向沿海、内陆地区发展,逐渐开始走向海上,对风力发电设备的防腐提出了更高的要求。 国际标准化组织颁布的ISO 9223~9226标准,根据金属标准试样在环境中自然暴露试验得到的腐蚀速度、综合环境中的大气污染物浓度和金属表面的润湿时间,对大气腐蚀性进行分类,具有广泛的适用性。 ISO9223-2012将大气腐蚀性分为6种,C1:腐蚀性低C2:低C3:中C4:高C5:高CX :极高。 标准是根据1年暴露的低碳钢或锌标准模板的质量或厚度损失数据,评价和定义腐蚀性的种类。 具体见表1。 ISO 12944直接引用了此表数据。 该表数据的具体标本及其暴露前后处理参考ISO 9226。

1.2风力发电设备钢结构涂装实验室验收要求

ISO12944是目前钢结构涂层防腐领域公认的参考标准之一,目前国内外风力发电设备防腐保护也主要参考以下标准。 该标准论述了采用防护涂料体系防腐保护钢结构的内容,其应用领域定义如下:钢结构类型、表面类型和表面处理类型、环境类型、防护涂料体系类型、工作类型和防护涂料体系耐久性。 钢结构类型是定义受保护钢结构基材范围的表面类型和表面处理是钢结构的表面类型及定义其表面处理的环境类型是6种大气环境腐蚀级别C1、C2、C3、C4、C5、CX和4种结构浸水或埋设的腐蚀级别Im1、Im2, 定义了Im3和Im4的防护涂料体系类型定义了在不同腐蚀性环境水平和耐久性要求下适用的涂料体系,标准仅限于在环境条件下干燥或固化的物质,粉末涂料、 明确指出不适用于涂装涂料和热固化涂料的工作类型标准适用于新型涂装和维护涂装的防护涂料体系的耐久性定义了低(l )、中(m )、高(h )、高(VH ) 4种耐久性范围根据ISO12944标准的规定,该防护系统只有在相关腐蚀等级的实验室检测后,才能适用于相应的腐蚀环境。 上述ISO12944标准仅对液体涂料,将粉体涂料及其他涂料体系排除在标准适用范围之外,Qualisteelcoat明确说明了填补这一间隙。 Qualisteelcoat是用于有机涂层钢涂装的国际质量认证标志。 Qualistelcoat定义了涂料公司必须达到的质量水平和要求,以便作为Qualistelcoat认可的公司在市场上提供产品。 包括涂料公司质量要求的定义、涂料体系和涂料的批准、具有Qualisteelcoat质量标签的涂料公司的定期外部质量控制。 由于ISO12944-2的大气腐蚀等级被广泛认可和参考,Qualisteelcoat将大气腐蚀等级融合到所有类型的有机涂层中。 ISO 12944-2定义了c1~c5和CX 6的大气腐蚀等级,这些腐蚀等级与预期寿命H(15-25年)一起构成了Qualisteelcoat的涂装系统和涂装工厂认证的基础。 此外,ISO 12944重视防腐性能。 即钢结构能否安全达到使用年限。 Qualisteelcoat不仅要求防腐蚀性能,还包括工件达到使用年限后,涂装表面能保持一定的装饰性能。 双粉末涂装解决方案 2.1涂装防护系统 为了实现风电设备的长期运行,各结构件的涂装防护必须合理设计,严格遵循设计材料和工艺参数。 涂装系统是涂装相关的整个流程,从原材料到最终成品。 Qualisteelcoat根据基材、预处理、有机涂料的类型定义涂装系统(参照图1 )。 完整的涂装系统包括: 如图所示,涂装系统包括从基材到成品的整体流程 基材 风力发电设备中,基材含有各种各样的钢材,也含有在各种各样的表面实施了金属涂层的钢材和电泳的钢材。 当然,钢材在进行金属涂装、浸渍涂布和电泳等之前,为了确保金属涂层和电泳层与钢材的结合力,必须进行物理或化学的预处理。 预处理 前处理是指在涂料或金属涂装之前对基材实施的表面处理,可以是单一的化学或物理前处理,也可以是两者。 预处理的目的是去除基材表面的油污,增加基材表面的粗糙度,形成薄的保护膜,增加与涂层的结合力,提高防腐蚀效果。有机涂层 涂装各种粉末涂料或液体涂料后形成的有机涂层可以是单层涂装,也可以是多层涂装。 Qualisteelcoat按基材开发了下表,定义了粉末涂料系统和电泳不同的涂装系统能达到的腐蚀水平。 Qualisteelcoat认为,任何基材都有最高的防腐等级(参照表3 )。 当然,前提是合理的预处理和保护涂层。 2.2粉末涂装工序 根据客户的要求,可以根据表3的推荐和涂装现场的工艺条件等选择合适的基材、预处理和对应的粉末涂料。 风力发电设备的各部分有材质、厚度、形状等各种各样的不同,因此每个部件的涂装都需要设计不同的工艺流程。 粉末涂装技术应从基材的选择、预处理和涂装等三个方面进行合理的设计。 不同的基材可以达到不同的防腐等级。 单纯的钢基材,能达到的最高级别是C4H,如果想防腐蚀C5H级别的话,需要选择其他的金属涂装和实施了电泳的钢基材。 基材的选择应根据客户要求的防腐等级,选择合适的基材。 具体而言,见上文表3。 前处理是涂装前的第一道工序,直接关系到基材与涂层的密合性和涂层系统的长期防腐蚀性能。 通过预处理可以达到的腐蚀水平也不同,铁系磷酸盐化学预处理和不形成化学被膜的化学预处理最高只能达到C3H。 预处理方式应根据防腐蚀等级的选择采用物理或化学处理,并应严格按工艺文件要求定期检测处理液的相关指标和化学膜质量。 值得注意的是,预处理的产品在处理后立即涂装,需要防止基材再次被氧化或污损,其最长保管时间如表4所示。 贮藏的状态不允许产品表面产生结露水。 所有预处理车间的工人应佩戴清洁棉纺手套以免污染表面。 选择合适的粉末涂料对防护体系至关重要,粉末涂料的防护能力大不相同,设计了不同的防腐结构(涂层种类、层数),得到的防腐效果也完全不同。 粉末涂料系统应在应用前进行相应的腐蚀水平测试,只有通过测试后才能应用于对应腐蚀水平的环境。 在粉末涂装中,根据工件的外形和特性设计不同的悬挂方式、涂装参数、烘烤硬化参数等,为了不泄漏,必须完全固化。 涂料和涂装应主要考虑以下五点: 1 )根据基材种类、预处理预处理方式和防腐等级的要求,选择合适的粉末涂料体系2 )粉末涂装要注意厚度的控制和角部涂层,在实验室检查防腐蚀性能好的涂料体系,角部涂层不好的话,工件尖锐部分会立即产生腐蚀点和线,特别是有无金属涂层的基材。 3 )涂料系统的固化应符合涂料厂家的要求,只有完全固化的涂膜才是致密、结实的防腐蚀保护层,可发挥长期的防腐蚀作用。 4 )如果是多层涂装技术,必须严格控制各层粉末的种类和厚度,不能出错或混合。 一般来说,底层粉末以防腐性能为重点,表面粉末主要以耐候性能为重点。 5 )如果是多层涂装工艺,各层的硬化除了完全的问题之外,还与各涂层层间的层间附着力的问题有关。 一般的多层涂装与“双重涂装双重烘烤”和“三重涂装三重烘烤”有关。 以“双重涂抹双重烘焙”为例,喷洒底粉烘焙预固化喷洒小麦粉完全固化(参照图2 )。 其中,底层预固化是非常重要的一环,过烧使底层涂料完全固化,与底层结合力下降,烧伤不足,二次固化时容易发生底粉浮起的现象。 另外,底粉的预固化后应尽快进行面粉的涂装,如果放置时间过长,表面被破坏或污染,层间附着力也有可能下降。 2.3高腐蚀等级(C4H和C5H )环境用粉体涂料的解决方案 C4H和C5H在目前风力发电设备的实际运行中较多,是一个严峻的环境腐蚀等级。 ISO12944-6 2018中的C4H/C5H测试为初始涂膜附着力2.5 MPa、中性盐雾试验720h/1440h、冷凝试验480h/720h、盐雾和冷凝试验结束后的涂膜附着力2.5 MPa、盐雾试验后的单侧锈蚀宽度-1mm (qualisteelccel ) 对此我们进行了许多实验,比较了不同基材、不同预处理和不同粉末涂层系统在不同腐蚀水平测试项目中的表现。 对于高腐蚀等级的C4H和C5H,参考Qualisteelcoat的相关要求,采用双涂层结构,采用双涂层技术,满足高防腐、高耐气候的要求。 以我们富锌环氧粉末涂料为底粉,耐候性聚酯粉末涂料为小麦粉,可以满足C4H的测试要求。 以我们开发的超高防腐蚀环氧粉末涂料为底粉,高耐候聚酯粉末涂料为小麦粉,可满足C5H的测试要求。 随着社会越来越重视环境问题,绿色能源的开发和利用越来越广泛,风力发电等绿色能源行业也保持着当前的快速发展。 风力发电设备的使用地区不限于内陆地区,在沿海等地也有很多应用,潮湿的高盐的使用环境对风力发电设备防腐的要求也越来越高。 粉末涂料比液体涂料具有更环保的特性,应用于风力发电设备的防腐有很多优点。 粉末涂料应用于风力发电设备防腐作业的研究,近年来有所增加。 只有严格控制基材、预处理、防腐结构设计、涂料选择、涂装技术等方面,风力发电设备才能在C4H和C5H的高腐蚀环境下长期保证安全运行。

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