風(fēng)電涂料的技術(shù)要求及發(fā)展現(xiàn)狀研究
時(shí)間:2011-11-11 08:05來(lái)源: 作者: 點(diǎn)擊:次
并已躍居世界第三.關(guān)鍵詞：風(fēng)電涂料 富鋅底漆 環(huán)氧防銹漆 聚氨酯面漆 玻璃鱗片涂料.但建立風(fēng)能發(fā)電場(chǎng)必須正視并加以考慮的突出問(wèn)題是其防腐蝕問(wèn)題.在2008年就從風(fēng)能裝機(jī)排名第四位
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趙金榜
上海市涂料研究所
摘要：作為清潔能源之一的風(fēng)能，現(xiàn)已成為世界各國(guó)競(jìng)相開(kāi)發(fā)的目標(biāo)之一，我國(guó)也正以空前的速度開(kāi)發(fā)風(fēng)能能源，并已躍居世界第三，隨之風(fēng)電涂料也紅火起來(lái)。文章簡(jiǎn)述了風(fēng)電涂料的品種和其技術(shù)要求，以及目前我國(guó)風(fēng)電涂料的現(xiàn)狀及今后開(kāi)發(fā)重點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：風(fēng)電涂料 富鋅底漆 環(huán)氧防銹漆 聚氨酯面漆 玻璃鱗片涂料
1前言
能源是現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)的生命，在我國(guó)目前的能源結(jié)構(gòu)中，煤碳占69％，石油占20％，水電、風(fēng)電、核電等新能源一共只占7％左右。清潔能源比重很低，這與低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展格格不入，為此必須改變我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)。
在這些能源中，是清潔的可再生能源，發(fā)展風(fēng)力發(fā)電對(duì)調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、減少二氧化碳等有害氣體和粉塵的排放，減輕環(huán)境污染等方面有著非常重要的意義。風(fēng)電作為清潔能源具有很多優(yōu)勢(shì)：它比水電更具開(kāi)發(fā)潛力，與核電相比，建設(shè)周期短、安全性高；與太陽(yáng)能相比，成本更接近傳統(tǒng)能源。
目前我國(guó)的風(fēng)電主要集中在北部地區(qū)，預(yù)計(jì)再花十多年時(shí)間，在甘肅、內(nèi)蒙、河北、江蘇等地形成幾個(gè)上千萬(wàn)千瓦級(jí)的風(fēng)電基地，實(shí)現(xiàn)2020年裝機(jī)規(guī)模l億千瓦。而我國(guó)還擁有十分豐富的近海風(fēng)能資源，其量值是陸上風(fēng)能的3倍，它可開(kāi)發(fā)裝機(jī)達(dá)10億千瓦，現(xiàn)在世界各國(guó)都緊盯著這些海洋能源，國(guó)為陸上資源已逐漸匱乏，所以他們準(zhǔn)備先下手為強(qiáng)。我國(guó)的風(fēng)能潛力世界第一，與太陽(yáng)能相比更具有現(xiàn)實(shí)可行性，大力發(fā)展風(fēng)能符合國(guó)際大趨勢(shì)。但建立風(fēng)能發(fā)電場(chǎng)必須正視并加以考慮的突出問(wèn)題是其防腐蝕問(wèn)題，由于我國(guó)風(fēng)能裝機(jī)增長(zhǎng)率很快，2008年為106．5％，是世界上增長(zhǎng)速率最快的國(guó)家，在2008年就從風(fēng)能裝機(jī)排名第四位躍井到第三位，因此對(duì)解決其防腐蝕問(wèn)題要求十分迫切，于是風(fēng)電涂料隨之紅火起來(lái)。
2對(duì)風(fēng)電涂料的要求及其品種
風(fēng)力發(fā)電設(shè)備主要由槳葉、風(fēng)機(jī)及塔架組成。其中塔架是需要涂裝的主要部位，風(fēng)力發(fā)電站所處的風(fēng)場(chǎng)是自然條件惡劣的戶外環(huán)境，常年風(fēng)力在4級(jí)以上，并伴有風(fēng)砂，塔架在這里受到日光的強(qiáng)烈曝曬，經(jīng)受風(fēng)雨、冰雪的侵襲，并受到寒流與高溫變化的影響。對(duì)于地處海邊的塔架，還會(huì)受到水汽、鹽霧的侵蝕及海水浪花的潑濺，因此極易受到腐蝕。風(fēng)力發(fā)電站所處風(fēng)場(chǎng)的環(huán)境特點(diǎn)，要求所用的涂料應(yīng)具有良好的耐候性、耐水性、附著力及防腐性能，且漆膜堅(jiān)硬、耐外力沖擊等優(yōu)點(diǎn)。風(fēng)機(jī)塔架設(shè)備大量采用鋼結(jié)構(gòu)，因此會(huì)造成金屬腐蝕。而對(duì)于塔筒內(nèi)外所處的腐蝕環(huán)境，對(duì)塔筒內(nèi)外壁應(yīng)分別采用不同的防腐涂裝體系。根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)is012944—2《腐蝕環(huán)境分類》的規(guī)定，塔筒外壁應(yīng)處于c4(高大氣腐蝕環(huán)境)至c5一m[很高(海洋)腐蝕環(huán)境，包括c5一i很高(工業(yè))腐蝕環(huán)境]；而塔筒內(nèi)壁由于不直接與外部大氣自然環(huán)境接觸，則應(yīng)屬于c3腐蝕環(huán)境(中等)。又據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)一l，塔桶的防腐保護(hù)等級(jí)為“長(zhǎng)期”，即其防腐壽命一般要求在20年以上。這樣，就需要此防腐蝕涂層整體涂膜較厚，又鑒于塔筒為圓形，故要求涂層的延展性優(yōu)良。
風(fēng)機(jī)所外的環(huán)境基本上分為陸上和海上二類，因此所用防腐蝕涂料體系也有所不同。
陸上風(fēng)機(jī)的塔架鋼結(jié)構(gòu)基本上要受到溫度、濕度、高海拔、鹽霧和結(jié)冰等腐蝕作用，其中南方風(fēng)機(jī)的鋼結(jié)構(gòu)必須耐高溫高濕的海洋氣候腐蝕，而北方風(fēng)機(jī)的鋼結(jié)構(gòu)必須耐高海拔所帶來(lái)的紫外線、風(fēng)沙、低溫結(jié)冰等的腐蝕作用，故在塔筒內(nèi)外壁上及其連結(jié)處的法蘭都要涂上大量的防腐蝕涂料。而此風(fēng)機(jī)塔架還需在各種較為惡劣的自然或工業(yè)環(huán)境里運(yùn)行數(shù)十年，且其塔架的高度一般在30米以上(現(xiàn)大型兆瓦級(jí)風(fēng)機(jī)塔架高度在100米以上)，這樣維修比較困難，故需一次防腐蝕涂裝能有較長(zhǎng)的使用壽命。
陸上風(fēng)機(jī)塔筒所用涂料體系以環(huán)氧富鋅底漆(提供電化學(xué)保護(hù))+環(huán)氧厚漿漆(或環(huán)氧云佚漆，提供屏蔽保護(hù))+聚氨酯面漆(或氟碳面漆，或聚硅氧烷涂料，提供防腐和裝飾效果)三道涂料體系為主，其中塔筒外壁為以上三道涂料體系，總膜厚(底40～70pm+中140～2009in+面50～800zn)為230～3509m，其內(nèi)壁僅為環(huán)氧富鋅底漆(40"--70pm)+環(huán)氧厚漿漆(或環(huán)氧中間漆140～2009m)，總膜厚180～2009m，塔筒法蘭僅為環(huán)氧富鋅底漆(或無(wú)機(jī)富鋅底漆)759m。塔筒涂裝前須進(jìn)行表面處理，并達(dá)到sa2．5級(jí)，表面粗糙度為40～759m，表面可溶性氯化物含量在5pg／cm2以下，這樣方可涂漆。
海上風(fēng)機(jī)塔架防腐比較復(fù)雜，僅據(jù)其所處部位環(huán)境不同可分為水上部位及水下部位，將其腐蝕細(xì)分為海洋大氣腐蝕、飛濺區(qū)腐蝕、潮差區(qū)腐蝕、全浸區(qū)腐蝕和海泥區(qū)腐蝕多種。各腐蝕區(qū)的特點(diǎn)簡(jiǎn)略如下：
(1)海洋大氣區(qū)腐蝕
特點(diǎn)是海洋大氣濕度大，其大氣含鹽份多，是電化學(xué)腐蝕的有利條件，其腐蝕比內(nèi)陸大氣的腐蝕高4．-．-5倍，海上風(fēng)機(jī)塔筒大部分處于這一腐蝕區(qū)。
(2)飛濺區(qū)腐蝕
除有海鹽、濕度和溫度等大氣環(huán)境腐蝕因素外，還受到海浪的飛濺、飛濺區(qū)的下部又經(jīng)常受到海水長(zhǎng)時(shí)間的浸泡，干濕交替頻繁，該部位海鹽含量遠(yuǎn)高于大氣區(qū)，氧在飛濺區(qū)含量較高，其更促進(jìn)了鋼樁的腐蝕。還有海浪的沖擊更使腐蝕加速，這樣，飛濺區(qū)的腐蝕速度遠(yuǎn)大于其它部位。
(3)潮差區(qū)的腐蝕
在高潮位與低潮位之間的區(qū)域，此部位表面經(jīng)常與飽和空氣的海水接觸，使鋼鐵腐蝕加速，冬季有流冰的海域會(huì)遭受浮冰的撞擊，它與飛濺區(qū)一樣是海上風(fēng)機(jī)塔架防腐的重點(diǎn)。
(4)全浸區(qū)的腐蝕
風(fēng)機(jī)導(dǎo)管架平臺(tái)的中下部位及鋼樁等長(zhǎng)期浸泡在海水中，溶解氧、海流、鹽度、污染和海洋污損生物等因素對(duì)鋼鐵會(huì)造成多方面的腐蝕作用。
(5)海泥區(qū)的腐蝕
海泥區(qū)主要由海底沉積物以及飽和了的海水土壤所構(gòu)成，是一種比較復(fù)雜的腐蝕環(huán)境，是土壤和海水雙重腐蝕的環(huán)境，其含鹽度高，電阻率低，而其氧濃度極低，故其腐蝕速度低于全浸區(qū)。 綜上所述，海上風(fēng)機(jī)塔架所用防腐涂料體系如下：
海上風(fēng)機(jī)塔架所用防腐涂料體系
風(fēng)機(jī)葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的關(guān)鍵核心部件之一，約占總成本的20％左右，其制造成本直接關(guān)系到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組總造價(jià)。由于風(fēng)機(jī)葉片的工作環(huán)境常是海邊或風(fēng)沙大的沙漠、高原山區(qū)地帶，平均每年要運(yùn)行約7000h，葉片邊緣運(yùn)轉(zhuǎn)速度約為70～80km／h。因此其受空氣摩擦量竟達(dá)一般汽車的5～lo倍，而葉片在高空、全天候條件下常受到空氣介質(zhì)，大氣射線、沙塵、雷電、暴雨、冰雪的侵襲，其運(yùn)行條件和環(huán)境極其嚴(yán)酷，且大型葉片的吊裝費(fèi)用昂貴費(fèi)時(shí)(2mw以上的大型風(fēng)機(jī)葉片長(zhǎng)度在45m以上)，一般運(yùn)轉(zhuǎn)在10年以上方可一次修繕維護(hù)，而制造葉片的材料(環(huán)氧玻璃鋼、竹木等)本身很難在這樣惡劣的環(huán)境下保持完好，極需涂裝涂料進(jìn)行保護(hù)。而風(fēng)機(jī)葉片涂料需要滿足葉片防腐蝕、提高其使用奉命，而且要重點(diǎn)考慮抗石擊性能，防霜和防冰等功能，并能為風(fēng)機(jī)葉片提供光滑的空氣動(dòng)力學(xué)表面，從而增大風(fēng)能的轉(zhuǎn)化率。其具體要求是：
附著力在8mpa以上，良好的柔韌性，具有一定的伸長(zhǎng)模量，防開(kāi)裂、脫落；良好的耐磨性和抗石擊性以及有十年以上無(wú)粉化、剝落、霉變以及明顯光澤變化；良好的耐鹽霧性；漆膜平滑；耐化學(xué)品性；耐高低溫性(．20--一50℃)；耐冷凍性，低吸水率，另外要求施工作業(yè)性佳，常溫快干，一次成膜厚度120～1501an等。目前應(yīng)用最普遍及技術(shù)最為成熟的風(fēng)機(jī)葉片涂料是溶劑型聚氨酯底漆+面漆，而水性丙烯酸面漆和氟碳樹(shù)脂面漆近年來(lái)也有應(yīng)用。
3我國(guó)風(fēng)電涂料現(xiàn)狀
由于風(fēng)電裝備制造業(yè)是新興產(chǎn)業(yè)，主要依靠國(guó)外技術(shù)，其中包括涂料，因此目前風(fēng)電涂料主要由國(guó)外品牌供應(yīng)，特別是葉片涂料，幾乎全部依賴進(jìn)口，國(guó)內(nèi)企業(yè)參與風(fēng)電涂料市場(chǎng)很少。
在這些國(guó)外品牌涂料企業(yè)中，丹麥的hempel的塔架涂料市場(chǎng)占有率最高，其他參與的企業(yè)是挪威的jotun，荷蘭akzo-nobel的國(guó)際涂料ip以及美國(guó)ppg的式瑪卡龍sigmakalon。去年akzo-nobel在中國(guó)的風(fēng)電涂料銷售就獲得80％以上的增長(zhǎng)。葉片涂料中，德國(guó)的mankiewiez、美國(guó)的ppg,德國(guó)basf的relius和德國(guó)的bergolin等企業(yè)占優(yōu)勢(shì)。其中ppg推出了“薄膜型”風(fēng)機(jī)葉片涂層防護(hù)系統(tǒng)，此可使涂料用量減少達(dá)60％，但性能不變，且其附著柔韌性還有所提升，又快干，耐腐蝕性能和耐候性極強(qiáng)，涂層表面光滑，系由聚氨酯底漆和聚氨酯面漆所組成。mankiewicz和relius的涂料系典型的進(jìn)口產(chǎn)品。
在2008年涂料市場(chǎng)出現(xiàn)變化之后，許多企業(yè)在尋找市場(chǎng)的突破點(diǎn)，紛紛把關(guān)注的重點(diǎn)和發(fā)展方向放在了風(fēng)電涂料上，中遠(yuǎn)關(guān)西涂料公司自2008年起生產(chǎn)的風(fēng)電電機(jī)涂料和風(fēng)電塔筒涂料相繼在湘電集團(tuán)和保定天成威等風(fēng)電企業(yè)得到成功應(yīng)用，從而向風(fēng)電涂料市場(chǎng)進(jìn)軍，該公司的研發(fā)中心不久前研制出一種風(fēng)機(jī)葉片用環(huán)保型水性聚氨酯面漆，該產(chǎn)品以丙烯酸分散體作羥基組份，以聚醚親水改性hdi三聚體中拼用部分聚酯改性hdi三聚體作為固化劑組份，制備出的水性聚氨酯面漆具有高彈性、高耐磨性和高耐候性以及良好的力學(xué)性能等，能滿足我國(guó)內(nèi)陸風(fēng)場(chǎng)風(fēng)沙侵蝕以及沿海風(fēng)場(chǎng)鹽霧和海水腐蝕的特殊環(huán)境要求。bayer公司這家涂料原材料制造商也在高度關(guān)注我國(guó)風(fēng)電涂料市場(chǎng)，該公司將用于聚氨酯涂料所應(yīng)用的新型原材料以聚天門冬氨酸酯技術(shù)為基礎(chǔ)，使得雙層涂料系統(tǒng)實(shí)用化成為可能，其獨(dú)特性在于干燥更快，因而可減少制造過(guò)程中的固化時(shí)間，且在炎熱或寒冷的環(huán)境中能展現(xiàn)其良好的固化性能，這就意味著它在制造過(guò)
程中無(wú)需使用任何重金屬催化劑，它的固化速度和使用靈活性能使整個(gè)生產(chǎn)周期中大大縮短時(shí)間，并減少揮發(fā)性有機(jī)化合物(voc)的排放，降低制造成本且更環(huán)保，有優(yōu)異的耐磨性、抗沖擊性、低溫柔韌性、耐水性和耐候性等，這樣可滿足通常在惡劣環(huán)境下工作的風(fēng)力發(fā)電機(jī)對(duì)葉片運(yùn)行和塔機(jī)的要求，其中風(fēng)機(jī)葉片涂料新體系對(duì)環(huán)氧玻璃鋼基材有更優(yōu)異的附著力，其涂裝方案最大的亮點(diǎn)在于大大提高生產(chǎn)效率，在實(shí)現(xiàn)相同性能的前提下，使用聚天門冬氨酸酯找平層和面漆可以在6--一8h內(nèi)完成整個(gè)工序，而傳統(tǒng)的3--．4涂層工藝需要約12---24h完成。當(dāng)然已經(jīng)占用風(fēng)電涂料市場(chǎng)的外國(guó)公司或國(guó)際化公司也在繼續(xù)加強(qiáng)自己的市場(chǎng)防護(hù)。
在2009年之前，國(guó)內(nèi)有關(guān)風(fēng)電涂料的研究公開(kāi)消息較少，目前對(duì)風(fēng)電涂料的研究和交流比較活躍，此包括以塔架涂料和葉片涂料為主的風(fēng)電涂料，其實(shí)早在2006"--,2007年西北永新涂料公司就已經(jīng)把風(fēng)電涂料列為重點(diǎn)項(xiàng)目來(lái)發(fā)展。該公司生產(chǎn)的風(fēng)電塔架涂料已能針對(duì)三北寒旱地區(qū)、海洋氣候條件下的要求，并形成系列配套產(chǎn)品，此已在西北一些分廠開(kāi)始使用，整體性能達(dá)到目前國(guó)內(nèi)使用的主流進(jìn)口品牌型，其產(chǎn)品具有良好的抗風(fēng)蝕性，耐紫外線照射，并且有一定的防結(jié)冰性能，該公司在葉片涂料的研發(fā)上也有重大突破，并力爭(zhēng)在年內(nèi)實(shí)現(xiàn)中試。最近，由西北師大與西北永新集團(tuán)合作研發(fā)的新型風(fēng)電涂料已通過(guò)有關(guān)專家和部門的鑒定，自此打破了國(guó)外風(fēng)電涂料產(chǎn)品“一統(tǒng)天下”的局面，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)涂料領(lǐng)域的一項(xiàng)空白，這種新型風(fēng)電涂料在耐磨性、彈性伸長(zhǎng)率、附著力、耐沖擊性、耐風(fēng)沙性等防護(hù)性能方面均達(dá)到或優(yōu)于國(guó)外風(fēng)電涂料產(chǎn)品，其在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造工藝上都有創(chuàng)新，對(duì)風(fēng)電設(shè)備能夠形成有效的防護(hù)。
去年起，對(duì)風(fēng)電涂料的關(guān)注已成為涂料行業(yè)的一個(gè)重點(diǎn)和熱點(diǎn)。中國(guó)涂料工業(yè)協(xié)會(huì)及專家委員會(huì)、常州涂料化工研究院、北方涂料化工研究設(shè)計(jì)院等行業(yè)機(jī)構(gòu)及科研單位，第三屆特種涂料與涂裝研討會(huì)和2009年防腐蝕年會(huì)等行業(yè)會(huì)議，永新、金魚、湘江、普蘭納等涂料企業(yè)都在不同程度上關(guān)注、參與和推進(jìn)風(fēng)電涂料研究與市場(chǎng)工作。
在科技部發(fā)布的國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)新材料技術(shù)領(lǐng)域“mw級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪葉片原材料國(guó)產(chǎn)化”重點(diǎn)項(xiàng)目中，風(fēng)電葉片表面保護(hù)涂料規(guī)?；苽浼夹g(shù)研究作為研究?jī)?nèi)容列入，要求突破關(guān)鍵技術(shù)，推動(dòng)國(guó)產(chǎn)化，研究提出并形成相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范，保障我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的健康、穩(wěn)定和快速發(fā)展。
4我國(guó)今后風(fēng)電涂料開(kāi)發(fā)重點(diǎn)
(1)開(kāi)發(fā)高性能環(huán)氧通用型底漆和聚氨酯面漆配套體系；
(2)開(kāi)發(fā)高性能的聚硅氧烷面漆和氟碳面漆，開(kāi)發(fā)高疏水性葉片涂料；
(3)開(kāi)發(fā)高性能水性涂料配套體系；
(4)涂料配套體系應(yīng)符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)iso12944和／或相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)[如norsokm．501(表面處理和防護(hù)涂料)等]的要求； (5)積累工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，尤其是離岸工程。 |
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