聊城(山东)金恒防腐工程有限公司
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3 海上风电为防腐涂料带来更高挑战
继 2010 年我国首轮 100 万 kW 共 4 个海上风电特许权项目完成招标后,2011 年 6 月 22 日,国家能源局在全国海上风电工作座谈会上又宣布将启动第二批海上风电特许权项目的招标准备工作,预计 2012 年上半年完成招标,总建设规模将达 150~200 万 kW。2011 年 7 月 15 日,国家能源局和国家海洋局联合印发了《海上风电开发建设管理暂行办法实施细则》,要求海上风电场建设要向深水离岸布局,这无疑将对海上风电装备的防腐涂料保护技术提出更高的挑战。
涂层保护目前已在风电机组的防腐蚀方面得到广泛应用,如风电塔筒、风机叶片、轮毂、齿轮箱、发电机以及机架钢结构等零部件的表面。广东明阳风电产业集团公司研究院海上风电技术研究室主任詹耀高工指出,应当加强对风力发电机组的防腐技术,特别是海上风力发电机组防腐技术和应用的研究。风电项目开发商、风电机组设计制造商、涂料生产商、涂装施工方、相关科研院所等机构在推动风电行业快速发展同时,也要着重研究和提高风电机组的防腐蚀与防护技术,努力将风电机组的防腐蚀技术提高到一个新的水平。在设计风电机组的防腐涂层结构时,既要考虑风电机组所处的大气环境、零部件材质、使用部位和装配要求等,又要考虑涂料供应商的产品配套性和系列化,同时应尽量在风电机组的同一项目、同一类型、相同部件和部位采用同一涂料生产厂家的防腐涂料产品,从而确保风电机组的防腐技术和质量。如涂层厚度,针对不同地区和不同部件,所设计和施工的防腐涂层厚度应各不相等,“三北”地区的风电机组防腐涂层厚度一般为150~250 μm,而在海洋(或潮间带)的强腐蚀环境中,防腐涂层厚度可加大到 400 μm 左右,甚至可达到 500 μm以上,对于海上风电基础钢结构的防腐涂层厚度会更大。
中国水电顾问集团华东勘测设计研究院在我国海上风电场设计领域占有近 80%的市场份额,并承担了 2010年首轮 4 个海上风电特许权项目的前期测风、地形测量、地质勘察、海洋水文观测及项目预可行性研究报告编制等工作。据该研究院李炜博士介绍,海上风电场所处环境恶劣,尤其是深水离岸环境,因此对腐蚀保护的需求非常迫切,希望涂料行业能针对这一领域开展专项研究。水利部、交通运输部、国家能源局南京水利科学研究院腐蚀与防护研究室主任朱锡昶高工也认为,海上风电场腐蚀环境严酷,其钢结构相比沿海建筑物的腐蚀速度更快,严重影响设备使用寿命,而且还存在维修不便、维护费用高等特点,因此应采取有效的防腐措施。由朱锡昶高工主持制定的国家能源标准 NB/T 31006—2011《海上风电场钢结构防腐蚀技术标准》于 2011 年 11 月 1 日起实施,该标准规定了海上风电场钢结构(主要包括风力发电机组及变电站的固定式钢质支撑结构)表面预处理及涂料保护、热喷涂金属保护、阴极保护常用防腐蚀方法和相关技术要求,适用于海上风电场钢结构的防腐蚀设计、施工、验收和运行维护。标准将海上风电场钢结构腐蚀环境分为大气区、浪溅区、全浸区和内部区等部位,各部位要求但不限于增加腐蚀裕量、表面处理、涂料保护、热喷涂金属保护以及阴极保护等防腐蚀措施,且防腐蚀系统设计寿命一般不小于 15 a。
海上风电为防腐涂料带来了更高的挑战,传统的涂层体系已不适用,为此需要开发新的体系以适应这一挑战。据大金氟涂料(上海)有限公司的王宏德先生介绍,传统的海上风机塔筒外表面一般采用 60 μm 环氧富锌底漆+200μm 环氧厚浆中涂+60 μm 聚氨酯面漆,在实际使用中会出现一定问题,如耐候性不足,5~8 a 涂膜即出现失光、粉化、老化等不同程度破坏,另外维护成本昂贵。该公司推荐采用耐候性和耐腐蚀性更好的氟碳面漆替代聚氨酯面漆,新体系能以较少的膜厚达到更优秀的性能(底漆和中涂的膜厚可降低一半),同时由于减少了涂料的用量,能降低溶剂的排放,有利于环境保护。而 3M 中国有限公司的朱平先生则结合在龙源电力位于福建莆田南日岛风场的实际应用经验,提出了一种新的风电叶片保护方案[5],采用叶片保护膜配合涂层保护,有效增强了风机叶片前缘复合材料及其表面涂层的磨蚀。
4 海洋涂料向“绿色”方向进军
“绿色船舶”的概念最早出现于 20 世纪 90 年代中期,核心内容是在其全寿命周期中(包括设计、制造、营运、报废拆解),通过采用先进技术,能经济地满足用户功能和使用性能的要求,并节省资源和能源,减少或消除环境污染,且对劳动者(生产者和使用者)具有良好保护的船舶。据中国船级社高级验船师、中国船舶涂层检查员资格认证委员会副秘书长龚晅威先生介绍,“绿色船舶”在制造中应采用绿色制造工艺,即从技术入手,尽量采用物料和能源消耗少、废弃物少、对环境污染小的工艺方案和工艺路线,其中就包括绿色涂装工艺,即通过合理选择涂料,减少涂料品种,简化工序,提高工时效率,采用移动式涂装系统和环保型分段涂装房,实现环保型涂装作业的目标,船舶涂料生产企业应向着“绿色船舶”的要求看齐,尽快调整产品体系和施工工艺,以适应这一发展趋势。
水性涂料体系已在集装箱生产领域获得成功应用。据中国集装箱行业协会副理事长、赫普(中国)有限公司集装箱漆总经理杨剑平先生介绍,赫普公司研制的水性锌粉底漆+水性双组分环氧涂料+水性丙烯酸面漆产品体系已用于近 10 家集装箱客户的约 3 600 个集装箱全自动喷涂流水线施工,每个工位停留时间仅为 3~4 min。水性集装箱涂料体系能提供约 15 a 的防腐蚀能力,具有稳定的内、外面漆的保色性和一定的光泽度,而柔韧性和耐化学侵蚀性等与溶剂型类似甚至更好,能降低 VOC 排放,减少涂料的毒性和气味,避免火灾和爆炸等施工风险,改善工作环境。此外,由于喷涂设备可用水清洗,节约溶剂使用,从而能降低成本和更有利于环境。