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风机叶片用耐磨钢板 詹耀可再生能源已成为我国应对日益严峻的能源和环境问题的必由之路
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风机叶片用耐磨钢板 詹耀可再生能源已成为我国应对日益严峻的能源和环境问题的必由之路

作者:耐磨板/托辊厂家    发布时间:2022-08-28 06:00:32     浏览次数 :


大型风力发电设备防腐技术与质量控制

占瑶

(韶欣,广东中山)

0 简介

可再生能源,主要是水电、风能、太阳能、生物质能、地热能和海洋能,是国家能源体系的重要组成部分。可再生能源具有资源分布广、发展潜力大、环境影响小等优点。是有利于人与自然和谐发展的重要能源。目前,随着水电的成熟应用和风能、太阳能的兴起,开发利用可再生能源已成为世界各国保障能源安全、加强环境保护、应对气候变化的重要举措。随着经济社会的发展,我国能源需求将持续增长,能源资源和环境问题将日益突出。加快风能、太阳能等可再生能源的开发利用,成为我国应对日益严峻的能源和环境问题的必由之路。为实现2015年和2020年非化石能源占一次能源消费比重分别达到11.4%和15%的目标,加快能源结构调整,培育建设战略性新兴产业,促进可再生能源产业持续健康发展。开发。 2012年7月9日,国务院印发了《国家战略性新兴产业发展“十二五”规划》。其中,制定的风能产业规划为:加强风电装备研发,提升大型风机及控制系统设计能力,提升发电机、齿轮箱、叶片、轴承、变流器等重点研发能力。组件,并控制风力发电的运行。大规模并网和储能技术取得重大突破。在东北、西北、华北北部和沿海地区建设8个千万千瓦级风电基地。在内陆山区、河谷、湖泊等风能资源较为丰富的地区,利用靠近电力负荷中心、接入电网的优势,发展中小型风电项目因地制宜,积极推进海上风电项目建设。

目前,我国大型风电场建设已从“三北”(东北、西北、华北)地区拓展到沿海和内陆地区,并开始进入海上。然而,在各种气候环境条件下,风电设备无论是从风机的基本结构到塔筒,从叶片到机舱,从风电设备的各种机械部件到电气部件,都必须面临考验。在各种气候条件和腐蚀环境中,一些腐蚀因素甚至是致命的隐患,极大地影响了风电设备的安全运行和使用寿命。因此,无论是建设陆上风电场还是海上风电场,都对风力发电设备的防腐技术提出了更高的要求。本文针对大型风电设备金属零部件和电气元件的环境特点,提出了相应的防腐技术和实施方案,阐述了风电设备防腐技术的实施和质量控制。目的是为了促进风力发电设备防腐关键技术的应用和突破,更好地促进风能资源的开发利用。

1 应用于风电设备的防腐技术

大型风电设备将风能转化为机械能,再将机械能转化为电能,传输并并入电网。在将风能转化为机械能再转化为电能的过程中,一套风力发电设备由若干系统、结构和部件组成,以实现其功能的转换。其部件大多采用碳钢、铸铁等金属材料,以及电气设备的电气元件。因此,风力发电设备的防腐问题还应从其结构和使用的材料特性,以及安装和运行等方面来解决。分析环境的腐蚀性介质。大型风力发电设备虽然结构比较复杂,但其结构一般由风力转子(叶片、轮毂)、风力转子轴、调速装置、发电机、制动系统、液压系统、机舱、偏航系统、塔,由支撑结构基础、控制系统等部分组成。应用于大型风电设备部件的主要防腐技术和方法包括:防腐涂层技术、热镀锌渗锌、电镀锌、达克罗和焦玛特技术、喷锌(铝)涂层等。还有采用耐候钢等耐腐蚀金属材料、应用防锈油脂、采用阴极保护技术提高风电防腐保护能力等防腐技术和方法。发电设备。下面就风力发电设备所采用的不同防腐技术和方法进行讨论和探讨。

1.1 防腐涂层技术

防腐涂层技术是风电设备最常见的防腐方法。随着风电设备的大型化和大量风电场的开发建设,风电设备对各种环境的腐蚀能力和使用寿命提出了更高的要求,因此对防腐的需求也很迫切与之匹配的涂料。常用的涂料已不能满足这些需求。人们提出了“重防腐涂料(Heavy)”的概念,一般指在恶劣的腐蚀环境中使用。简单地说:重防腐涂层是使用寿命更长,能适应更恶劣环境的涂层。重防腐复合涂料包括底漆、中间漆和面漆相互匹配的多层复合防腐结构。这种复合防腐涂层结构目前广泛应用于风电塔、风电叶片、轮毂、齿轮箱、发电机和框架钢结构等风电设备的防腐领域并大量使用。组件表面用 复合 防腐涂层保护。这不仅是因为防腐涂料性能好,施工维修方便,而且防护寿命长。因此,只要科学设计复合防腐涂层、工艺施工和质量控制到位,基本可以达到与风力发电设备相同的性能。要求20年以上的保护期,海上风电场甚至可以满足25年以上的保护期。下面简要介绍防腐涂层技术在风电设备部件上的实际应用。

1.1.1 塔筒内、外壁及外露钢结构件

塔外壁通常采用环氧(或无机)富锌底漆+环氧云铁中间漆+聚氨酯面漆的涂层结构。这种防腐涂层结构的底漆由于锌粉的高金属含量提供了良好的阴极保护。厚涂环氧云铁中间漆的片状云母氧化铁形成的“迷宫”效应,可以隔离水分子和盐雾分子对金属件表面的渗透和腐蚀,对聚氨酯表面进行改性。该涂料不仅具有防止阳光和紫外线老化的能力,还可以抵抗沙、雨、雪和盐雾的侵蚀。海上风电设备塔筒外壁底层可采用电弧喷锌或锌铝合金,表层可采用耐候性优良的氟碳面漆,提高耐腐蚀性风电组件应对恶劣海洋环境的能力。

由于塔内壁不受外界阳光直射,耐光老化性弱于外壁。可采用:环氧富锌底漆+环氧面漆的两层防腐涂层结构。腐蚀环境恶劣时,塔内壁可作为塔外壁:环氧富锌底漆+环氧云铁漆+聚氨酯面漆的三层结构,但涂层厚度较薄比塔的外墙。

1.1.2 塔架、机舱和轮毂内的钢结构件

对于塔架、机舱和轮毂内部外露金属部件的防腐保护,除了要注意选材上的特殊要求外,还要视钢材的材料特性、位置和结构特点而定。铸件。 复合涂层结构,采用环氧富锌底漆、环氧云铁中间漆和聚氨酯面漆涂覆,可以很好地保护零件免受腐蚀介质的影响。

1.1.3 塔架和机舱以及轮毂内部电气控制部件

对于塔内、舱盖和整流罩内的电气控制设备,如控制柜、变频器等用薄钢板制成的箱体,内外表面防腐处理采用喷塑(粉末涂层)处理,并采用通风。冷却、干燥、吸湿等特殊处理措施,能更好地满足电气设备防潮、防盐雾等防腐要求。考虑到电气设备绝缘、抗静电等性能要求,柜体内外表面均按喷涂(粉末喷涂)工艺进行,厚度为50-100μm。柜内电气控制元件(器件)必须满足“盐雾、湿热、防霉”的要求。

1.1.4 扇叶表面保护涂层

风机叶片直接关系到风力发电设备的发电效率和使用寿命。对于安装在陆地和沙漠地区的风力涡轮机叶片,它们会受到沙尘的磨损;对于海上风力涡轮机叶片,它们需要承受海洋气候环境中的高盐雾。 、高温高温、风雨侵蚀,采用叶片保护涂层技术,既能满足抗磨损、抗老化的要求,提高风机叶片的使用寿命,又能做到少维护、延长维护循环,提高风机叶片的可靠性。风机叶片保护涂层适用于辊涂、空气喷涂和高压无气喷涂设备的施工。快速固化成膜,实现底面一体化,减少操作时间,提高喷涂施工效率。其防护涂层体系设计见表1。

对于风力发电设备防腐涂料的选择,由于市场上防腐涂料品种繁多,其性能和用途各不相同。正确使用防腐涂料对风电设备的防腐效果和使用寿命至关重要。重要的。选择应从以下几个方面综合分析考虑:

1)被涂层材料的属性。如结构钢、铸铁、不锈钢等风电设备零件材质不同,其涂层结构和涂层厚度也应不同。根据风电设备金属部件的不同部位、不同的材料、工作环境和耐候性要求,分别提出了相应的涂层体系。

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2)被涂物的使用环境。防腐涂料对环境的针对性强,应根据具体的使用环境,如腐蚀介质的种类、浓度、温度、使用环境条件等,选择最合适的防腐涂料品种。风电场。如高原扇、潮间带扇、海上扇等,由于风机所处的环境和气候条件不同,防腐涂层的种类和厚度也不同。

3)施工条件。根据施工现场的实际情况,选择合适的涂料品种。通风不良的现场施工应使用无溶剂或高固含量或水性防腐涂料。没有烘干设备的场地只能使用自干涂料。

4)物有所值。不仅要考虑防腐涂料的技术性能风机叶片用耐磨钢板,还要考虑涂料产品的成本、风电场的投资和经济合理性。在经济核算中要综合考虑材料成本、表面处理成本、施工成本、涂层性能和使用寿命、维护成本等。

1.2 热镀锌渗锌技术

热镀锌可用于风电设备的整流罩和机舱罩、塔内电缆桥架、钢结构梯、扶手等管件和结构形状复杂的钢构件。热镀锌技术一般用于受大气腐蚀严重、不需要维护的风机部件的防腐保护。热镀锌是将熔融金属锌与铁基体结合形成合金层,使基体与镀层结合在一起。热镀锌是先对钢基材进行酸洗。为了去除钢基材表面的氧化铁,酸洗后,在氯化铵或氯化锌水溶液或氯化铵和氯化锌的混合水溶液的槽中清洗,然后送入热浸涂料罐。对于厚度小于5mm的金属件,热镀锌层的厚度一般不小于65μm;对于厚度大于5mm的金属件,热镀锌层的厚度一般不小于85μm。热镀锌的优点是:镀层均匀、附着力强、使用寿命长、生产过程工业化程度高、镀层质量稳定、环境污染比电镀小。原因很容易造成零件氢脆,在恶劣的环境气候条件下,零件处理后的保护期有限,特别是在海洋环境气候条件下,热镀锌一段时间后也会产生镀锌层氧化。现象。因此,为了提高热镀锌在海洋等恶劣环境下的防腐能力,镀锌件表面一般涂上复合防腐涂层,可以大大提高抗腐蚀能力。 - 零件在海洋环境中的腐蚀防护能力。当没有防腐涂层的热镀锌件暴露在海洋环境的飞溅区和全浸区时,锌层牺牲自己作为阳极,会导致镀锌件快速腐蚀而破坏或失效。因此,在海洋环境中,这些区域的金属结构不应进行热镀锌。

与金属结构件的热镀锌相比,风电设备的金属件也采用了粉末渗锌技术。当加热到400℃左右时,活性锌原子从钢件表面渗透到结构内部,而铁原子从内部向外部扩散,在钢件表面形成均匀的锌/铁化合物。部分,即锌放牧层。粉末镀锌的特点:①抗腐蚀性强; ②优异的耐磨和耐刮擦性; ③ 基本无污染; ④ 与热镀锌相比,具有锌耗低的特点; ⑤渗渗层也可与涂层结合形成复合保护层; ⑥经过渗锌处理的钢铁件的力学性能不会发生很大变化。但该方法受限于加工设备尺寸和风电场待加工部件的大小,需要在风电场的防腐处理中进一步推广。

1.3 电镀锌技术

风力发电设备中一些非高强度连接件(一般为8.8级以下)的螺栓、螺母垫圈、电气连接件和金属结构件通常采用电镀锌技术进行保护。与热镀锌相比,电镀锌是一种冷镀锌(或合金化)技术。电镀锌是根据需要在金属零件表面进行保护、装饰或获得一些新的表面性能的工艺方法。以下。电镀锌是电解沉积具有所需金属形态的涂层的过程。它也是一种氧化还原过程,一般改变表面的特性以提供改进的外观、耐介质腐蚀、耐磨性和其他性能,但有时仅用于改变零件尺寸。电镀的基本工艺是将零件浸入电解液中作为阴极,以一定纯度的活性金属作为阳极。接通直流电源后,金属涂层会沉积在零件上。由于静电屏蔽作用,很难对待镀工件的深孔、狭缝和内壁进行镀锌。并且由于在电镀锌过程中使用氰化物和六价铬对环境造成污染,对环境和工人造成污染和危害,使用正逐渐受到限制。但由于电镀金属有30多种,除镀锌、铬、铜等十多种外,还可以电镀各种合金镀层。虽然这种方法正在逐渐被淘汰,但电镀技术仍在风电设备的一些电气和金属结构小部件上使用。

1.4锌铬涂层和锌铝涂层技术

用于风电设备的高强度连接螺栓(一般为8.8级及以上螺栓、螺母和垫圈),如地脚地脚螺栓、叶片与轮毂之间的连接螺栓、各节段的连接螺栓塔等的防腐处理采用技术(或无铬锌铝涂层技术)。达克罗(锌铬涂层)技术是一种常用的金属表面防腐处理技术。与电镀锌、热镀锌等工艺技术相比,锌铬镀层具有优良的防腐性能、无氢脆等特点。涂层厚度一般为2-12μm。达克罗处理技术的防腐性能是镀层的整体铬钝化,构成镀层的每个颗粒级锌铝磷片都被铬钝化,所以主要的防腐作用是整体镀层钝化功能,但锌铬涂层技术(达克罗)在环保方面仍然存在铬(三价和六价铬的形式)的问题。一般来说,锌铬镀层技术(达克罗)是绿色环保的,仅与传统的电镀锌、热镀锌等相比。锌铬镀层的残液在加工过程中必须经过特殊处理,以确保无有害物质排放到环境中。焦美特),如韶欣等单位起草的标准——锌铬涂层技术条件(GB/-2010)。

无铬锌铝涂层(zinc- )是将无铬锌铝涂层浸涂、刷涂或喷涂在钢制零部件表面,然后烘烤形成片状锌的涂层。主要成分。无机防腐涂料,外观为银灰色,是由超细锌片和铝片叠加并包裹在特殊粘合剂中而成的无机涂层。无铬锌铝涂层完全保留了达克罗技术耐腐蚀、涂层薄、无氢脆的优点,有效解决了有害的Cr6+问题,真正实现了清洁生产。无铬锌铝涂层()由于不使用有毒金属(如镍、铅、钡等)和六价铬或三价铬,符合环保标准的要求。因此,在风电螺栓、螺母垫圈等一些紧固件的防腐方面逐渐得到推广应用。

1.5喷锌(或锌/铝合金)涂层

风电设备的轴承和塔架的连接法兰采用热喷锌(锌/铝合金)涂层,是一种长效防腐方法。具体工艺是先对零件(轴承、法兰)表面进行喷砂除锈。表面喷砂处理要求达到Sa3级,粗糙度一般为50-100μm,使基材表面能完全露出金属光泽。然后在乙炔-氧火焰加热或电加热的条件下,将连续送出的锌(铝)丝熔化,熔融的锌(铝)颗粒用压缩空气吹到零件表面,形成一层蜂窝锌(铝)。铝)喷涂(一次厚度可达50μm-100μm),喷涂锌(铝)层表面应涂上小于30μm左右的有机封闭剂,以保证封闭剂渗入被喷涂的金属层并关闭毛孔。这种工艺的优点是对构件尺寸的适应性强,但这种方法不能用于小直径风电管状构件的内壁施工。如果风力发电机的管状部件经过热喷锌处理,则管状部件的两端必须进行气密密封,以保证管状内壁不会被腐蚀。此外,该过程的热影响是局部的和受约束的,因此不会发生热变形。与热镀锌相比,该方法工业自动化程度较低,喷砂、喷锌(铝)的劳动强度大,喷涂质量也容易受操作者操作水平的影响。

1.6 阴极保护技术

防护技术用于海上(潮间带)风力发电设备导管架钢结构基础的防腐防护。这种方法属于电化学防腐保护,分为牺牲阳极阴极保护和外加电流保护。阴极保护。牺牲阳极的阴极保护技术是将锌、铝等比铁活性更高的活性金属浇铸到阳极材料中,并焊接在被保护结构上。当发生电化学腐蚀时,这种活性金属作为负极进行氧化并积极反应。消耗,从而减少或防止被保护金属的腐蚀。这种方法常用于在水中保护海上(潮间带)风力涡轮机的基础钢桩,通常是通过在装配线下方的钢桩外壁焊接锌块来防止腐蚀。富锌涂层的防腐机理就是利用这种阴极保护技术,而这种防腐涂层也广泛用于风力发电机的防腐保护。外加电流阴极保护技术是将被保护的贱金属连接到电源的负极,然后用导电惰性材料连接电源的正极。通电后,被保护的金属表面会产生负电荷(电子)。积累,从而抑制被保护金属失去电子而被保护。这两种阴极保护技术适用于海洋(潮间带)环境中水下和泥泞地区钢结构构件的腐蚀保护。

1.7 使用耐腐蚀材料

耐腐蚀材料的使用通常是在普通钢的冶炼中加入某些稀有金属元素,如铬、锰、钒等,以提高其耐腐蚀性。不锈钢是最常用的耐腐蚀材料。不锈钢是一种在空气或化学腐蚀介质中能抵抗腐蚀的高合金钢。它具有美观的表面和良好的耐腐蚀性。无需进行彩镀等表面处理,可发挥不锈钢固有的表面性能。通常,人们把铬含量超过12%或镍含量超过8%的合金钢称为不锈钢。当钢中铬含量达到12%以上时,在与氧化性介质接触中,由于电化学作用,在表面迅速形成一层富铬钝化膜,保护金属内部不受腐蚀。这种钢在大气或腐蚀性介质中具有一定的耐蚀性,在较高温度(>450℃)下具有较高的强度,其低温冲击韧性也优于普通结构钢。对于不锈钢件,按耐点蚀值(PRE)计算:PRE=Cr%+3.3×Mo%,对于PRE值低于20的不锈钢件,必须涂防锈处理。腐蚀涂层。为了保护,在海洋大气环境中,对缝隙腐蚀和开裂腐蚀敏感的不锈钢应涂上防腐涂层;对于PRE值大于20的不锈钢件,如果经验证在大气环境中不腐蚀生锈风机叶片用耐磨钢板,则无需进行防腐涂层。涂层。在风力发电机的防腐方面,也使用不易腐蚀的金属材料,如不锈钢、铜或合金等耐腐蚀材料。但是这种方法会导致材料成本的大幅增加,所以只有在满足技术和经济要求时才选用。

1.8 涂抹防锈油脂

涂抹防锈油脂是保护金属零件的一种短期保护方法。就是在金属表面涂上防腐油脂,贴上防锈膜或防锈纸,进行临时保护。防锈脂是由一种或多种防锈添加剂(又称油溶性缓蚀剂)和添加到石油基本成分中的辅助添加剂组成。使用方便、成本低、操作简单、效果好。主要用于风电设备零部件在运输、加工、装配、安装过程中的短期防锈处理,也用于零部件精加工表面的临时防锈处理。

2质量控制

防腐施工完成后,必须对零件表面的防腐涂层进行验收。验收内容如下:

1)涂层干膜厚度(磁感应法)

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一个点的读数应为距该点20mm范围内的其他三个点的平均值,按(油漆和清漆-漆膜厚度测量方法)标准,并做测试记录。膜厚分布符合“80-20”原则,即80%的测量点的膜厚应等于或大于规定的膜厚,其余20%的膜厚​​测量点的数量不应小于规定膜厚的 80%。某一点的最大涂层厚度不得大于规定漆膜总干膜厚度的2倍。

2)外观检查

在自然散射光下,用肉眼或矫正视力,或咨询后用放大镜(5-10倍)目测整个涂层的外观。 After the paint film is cured, the color is to meet the , the is , the color is , the is , and there are no such as pores, , , and .

3) Test

The is less than 250µm, to the cross-cut (or the pull-off ), each type of be on the test piece; if the is than or equal to 250µm, to The pull-off is to use a pull-out to the test on the test piece (part). For less than 250μm, the cross-cut is rated as “0” or “1” on a scale of 0-5; for 250μm, the test pull force at the taken by the is not less than 5MPa.

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3 结论

For the anti- of wind power , not only the anti- and anti- , but more , the anti- and are made great . We be aware that: for wind power , if the anti- and are not well , on the one hand, the of wind due to of will the power and of the unit, and on the other hand, even Large-scale of wind have in large-scale and even . There are many and in this , and we the same . , while and wind , the and of key such as anti- of wind power also be and , so as to the and of wind power.

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