大型風(fēng)力發(fā)電設(shè)備防腐技術(shù)及質(zhì)量控制

１　概述
　　以水能、風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能、地?zé)崮芎秃Ｑ竽転橹鞯目稍偕�能源是國家能源體系的重要組成部分，可再生能源具有資源分布廣、開發(fā)潛力大、環(huán)境影響小、可持續(xù)利用的特點，它是有利于人與自然和諧發(fā)展的重要能源資源。當(dāng)前，隨著水能的成熟應(yīng)用和風(fēng)能、太陽能的興起，開發(fā)利用可再生能源已成為世界各國保障能源安全、加強環(huán)境保護(hù)、應(yīng)對氣候變化的重要措施。隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，我國能源需求將持續(xù)增長，能源資源和環(huán)境問題也日益突出，加快開發(fā)利用風(fēng)能、太陽能等可再生能源已成為我國應(yīng)對日益嚴(yán)峻的能源和環(huán)境問題的必由之路。
2　應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的防腐技術(shù)
　　大型風(fēng)力發(fā)電設(shè)備是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，再將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，輸送和并入電網(wǎng)。風(fēng)力發(fā)電設(shè)備在風(fēng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能再轉(zhuǎn)換成電能的過程中，一套風(fēng)力發(fā)電設(shè)備為了實現(xiàn)其功能的轉(zhuǎn)換而由若干個系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)和零部件組成。而組成其零部件大多數(shù)采用碳鋼、鑄鐵等金屬材料，還有電氣設(shè)備的電氣元器件等，因此解決風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的防腐蝕問題也要從其結(jié)構(gòu)和所使用的材料特性以及其安裝運行環(huán)境的腐蝕介質(zhì)入手進(jìn)行剖析。雖然大型風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但是其結(jié)構(gòu)大體上由風(fēng)輪（葉片、輪轂）、風(fēng)輪軸、調(diào)速裝置、發(fā)電機(jī)、制動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、機(jī)艙、偏航系統(tǒng)、塔架、支撐結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、控制系統(tǒng)等部分組成。應(yīng)用于大型風(fēng)力發(fā)電設(shè)備零部件的主要防腐蝕技術(shù)及方法包括：防腐涂層技術(shù)、熱浸鍍鋅及滲鋅、電鍍鋅、達(dá)克羅和交美特技術(shù)以及噴鋅（鋁）涂層，還有采用耐候鋼等耐腐蝕性金屬材料、涂抹防銹油脂以及采用陰極保護(hù)技術(shù)等防腐技術(shù)及方法，用來提高風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的防腐蝕及防護(hù)能力。下面分別就風(fēng)力發(fā)電設(shè)備所采用的不同防腐蝕技術(shù)方法進(jìn)行論述和探討。
2.1 防腐蝕涂層技術(shù)
　　防腐蝕涂層技術(shù)是風(fēng)力發(fā)電設(shè)備應(yīng)用最普遍的防腐方法，隨著風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的大型化，以及大批風(fēng)電場的開發(fā)和興建，從而對風(fēng)力發(fā)電設(shè)備承受各種各樣的環(huán)境腐蝕能力和使用壽命提出了更高的要求，因此迫切需要與之相配套的防腐涂料。而常用的涂料已不能滿足這些需要。人們提出的"重防腐涂料(Heavy Coating)"的概念，它一般指在苛刻的腐蝕環(huán)境使用，簡單地說：重防腐涂料就是使用壽命更長，可適應(yīng)更苛刻的使用環(huán)境的涂料。而重防腐復(fù)合涂層包括底漆、中間漆和面漆相互配套的多層復(fù)合防腐結(jié)構(gòu)。這種復(fù)合防腐涂層結(jié)構(gòu)目前普遍在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的防腐蝕領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，如風(fēng)電塔筒、風(fēng)電葉片、輪轂、齒輪箱、發(fā)電機(jī)以及機(jī)架鋼結(jié)構(gòu)等一大批零部件表面都采用復(fù)合防腐涂層進(jìn)行防護(hù)。這不僅因為防腐涂料性能好、易施工和修復(fù)，而且其防護(hù)年限長，因此只要科學(xué)的設(shè)計復(fù)合防腐涂層、工藝施工和質(zhì)量控制到位，基本上能夠達(dá)到與風(fēng)力發(fā)電設(shè)備相同的20年以上防護(hù)年限要求，在海上風(fēng)電場甚至于可以滿足25年以上的防護(hù)年限要求，下面簡述了防腐涂層技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備零部件上的實際應(yīng)用情況。
2.1.1　塔架筒體內(nèi)、外壁及外露的鋼結(jié)構(gòu)零部件
　　塔筒外壁通常采用：環(huán)氧（或無機(jī)）富鋅底漆+環(huán)氧云鐵中間漆+聚氨酯面漆的涂層結(jié)構(gòu)，這種防腐涂層結(jié)構(gòu)的底漆由于高金屬含量鋅粉提供很好的陰極保護(hù)，厚漿型環(huán)氧云鐵中間漆的片狀云母氧化鐵所形成的"迷宮"效應(yīng)，能夠隔絕水分子、鹽霧分子向金屬零件表面滲透和腐蝕，改性聚氨酯面漆不僅具有防太陽光及紫外線老化的能力，而且能夠耐風(fēng)沙、雨雪和鹽霧的侵蝕。對于海上風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的塔筒外壁的底層可采用電弧噴鋅或鋅/鋁合金，面層可采用耐候性優(yōu)良的氟碳面漆，從而提高風(fēng)電零部件應(yīng)對惡劣海洋環(huán)境的腐蝕能力。
塔筒內(nèi)壁由于不接觸到外界的陽光直射，耐光老化性相對外壁要弱，可以采用：環(huán)氧富鋅底漆+環(huán)氧面漆的二層防腐涂層結(jié)構(gòu)。當(dāng)腐蝕環(huán)境惡劣時，塔筒內(nèi)壁可按照塔筒外壁一樣采用：環(huán)氧富鋅底漆 +環(huán)氧云鐵漆+聚氨酯面漆的三層結(jié)構(gòu)，但其涂層厚度比塔筒外壁要薄。
2.1.2　塔筒、機(jī)艙和輪轂內(nèi)部的鋼結(jié)構(gòu)零部件
　　對于塔筒、機(jī)艙和輪轂內(nèi)部的裸露金屬零部件的防腐防護(hù)，除了注重在材質(zhì)選擇上的特殊要求外，還根據(jù)鋼鐵及鑄件零部件的材料性質(zhì)、所處的部位和結(jié)構(gòu)特點同樣采用涂裝環(huán)氧富鋅底漆、環(huán)氧云鐵中間漆和聚氨酯面漆的復(fù)合涂層結(jié)構(gòu)，能夠很好地保護(hù)零部件免受腐蝕介質(zhì)的侵蝕。
2.1.3　塔架及機(jī)艙和輪轂內(nèi)部電氣控制元器件
　　針對塔筒內(nèi)部、機(jī)艙罩和整流罩內(nèi)部電氣控制設(shè)備，如控制柜、變頻器等箱體的薄形鋼板材料，內(nèi)外表面腐蝕防護(hù)采用噴塑（粉未涂料）處理，并采取通風(fēng)降溫、干燥吸潮等特殊處理措施，能更好地滿足電氣設(shè)備的防潮、防鹽霧等防腐蝕要求�？紤]到絕緣性、防靜電性等電氣設(shè)備的性能要求，柜體的內(nèi)、外表面按照噴塑（粉末涂料）工藝進(jìn)行，厚度為50-100μm。柜體內(nèi)的電氣控制元（器）件要滿足"防鹽霧、防濕熱、防霉菌"三防要求。
2.1.4　風(fēng)機(jī)葉片的表面防護(hù)涂層
　　風(fēng)機(jī)葉片直接關(guān)系到風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的發(fā)電效率及使用壽命，對于安裝于陸上及沙漠地區(qū)的風(fēng)機(jī)葉片遭受到沙塵的磨蝕；對于海上風(fēng)機(jī)葉片需要承受海洋氣候環(huán)境下的高鹽霧、高溫?zé)�、風(fēng)雨的侵蝕，使用葉片防護(hù)涂層技術(shù)不僅能滿足風(fēng)電葉片的防磨蝕和防老化、提高使用壽命的要求，更能實現(xiàn)少維護(hù)、延長維護(hù)周期、提高風(fēng)機(jī)葉片的可靠性。
對于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的防腐涂料品種的選擇，由于目前市場上防腐涂料品種繁多，其性能和用途各有不同，正確地采用防腐涂料，對于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的防腐蝕效果和使用壽命至關(guān)重要。選用時應(yīng)從以下方面進(jìn)行綜合分析和考慮：
　　1）被涂物材料的性質(zhì)。如結(jié)構(gòu)鋼、鑄鐵、不銹鋼等不同材質(zhì)的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備零部件，其涂層結(jié)構(gòu)、涂層厚度也應(yīng)不同。根據(jù)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的金屬零部件所處不同部位、不同材質(zhì)、工作環(huán)境和耐候性要求，分別提出相應(yīng)的涂層系統(tǒng)。
　　2）被涂物的使用環(huán)境。防腐蝕涂料對環(huán)境針對性很強，要根據(jù)具體使用環(huán)境，如腐蝕介質(zhì)的類型、濃度、溫度，風(fēng)電場運行環(huán)境條件等因素來選用最適宜的防腐涂料品種。如高原型風(fēng)機(jī)、潮間帶風(fēng)機(jī)、海上型風(fēng)機(jī)，由于風(fēng)機(jī)所處的環(huán)境氣候條件不同，其防腐涂料的品種、涂層厚度也有所不同。
　　3）施工條件。根據(jù)施工現(xiàn)場實際狀況選擇適宜的涂料品種。如在通風(fēng)條件差的現(xiàn)場施工宜采用無溶劑或高固體份或水性防腐蝕涂料。在不具備烘烤干燥的現(xiàn)場只能選用自干型涂料。
　　4）性價比。不僅要考慮防腐蝕涂料的技術(shù)性能，還要考慮涂料產(chǎn)品的成本、風(fēng)電場的投資以及經(jīng)濟(jì)的合理性。經(jīng)濟(jì)核算時要將材料費用、表面處理費用、施工費用、涂層性能及使用壽命年限、維修費用等綜合考慮。
2.2　熱浸鍍鋅及滲鋅技術(shù)
　　對于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的整流罩和機(jī)艙罩的鋼結(jié)構(gòu)支架、塔筒內(nèi)的電纜橋架、鋼結(jié)構(gòu)梯子、扶欄以及其他結(jié)構(gòu)和形狀比較復(fù)雜的管件和鋼構(gòu)件等可采用熱浸鍍鋅技術(shù)進(jìn)行保護(hù)，熱浸鍍鋅技術(shù)一般被用于受大氣腐蝕較嚴(yán)重且不需維修的風(fēng)電機(jī)組零部件的防腐蝕防護(hù)中。熱浸鍍鋅是熔融金屬鋅與鐵基體結(jié)合而形成合金層，從而使基體和鍍層二者相結(jié)合。熱鍍鋅是先將鋼鐵基材進(jìn)行酸洗，為了去除鋼鐵基材表面的氧化鐵，酸洗后，通過氯化銨或氯化鋅水溶液或氯化銨和氯化鋅混合水溶液槽中進(jìn)行清洗，然后送入熱浸鍍槽中。
2.3　電鍍鋅技術(shù)
　　在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的一些非高強度連接（一般在8.8級以下）的螺栓、螺母墊圈、電氣連接及金屬結(jié)構(gòu)件等通常采用電鍍鋅技術(shù)進(jìn)行防腐防護(hù)。電鍍鋅相對于熱浸鍍鋅而言，它是一種冷鍍鋅（或合金）技術(shù)。電鍍鋅是對金屬制件表面進(jìn)行防護(hù)、裝飾或根據(jù)需要而獲得某種新的表面性能的一種工藝方法，其鍍層厚度一般為3—20μm，在整個電鍍工藝過程中其溫度一般在100℃以下。電鍍鋅就是用電解方法沉積具有所需金屬形態(tài)的鍍層過程，也是一種氧化-還原過程，一般是改變表面的特性，以提供改善外觀、耐介質(zhì)腐蝕、抗磨損以及其它性能，但是有時也是僅用來改變零件尺寸。
2.4　鋅鉻涂層及鋅鋁涂層技術(shù)
　　對于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的高強度連接螺栓（一般針對8.8級以上螺栓螺母墊片），如基礎(chǔ)錨固螺栓、葉片與輪轂的連接螺栓、塔筒每節(jié)的連接螺栓等通常采用達(dá)羅克技術(shù)（或無鉻鋅鋁涂層技術(shù)）來進(jìn)行防腐蝕處理。達(dá)克羅（鋅鉻涂層）技術(shù)是目前應(yīng)用比較普遍的一種金屬表面防腐處理技術(shù)。與電鍍鋅、熱浸鍍鋅等工藝技術(shù)相比，鋅鉻涂層具有防腐性能優(yōu)良、不產(chǎn)生氫脆等特點。
2.5　噴鋅（或鋅/鋁合金）涂層
　　風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的軸承、塔筒的連接法蘭等采用熱噴鋅（鋅/鋁合金）涂層，這是一種長效的防腐蝕方法。具體工藝是先對零部件（軸承、法蘭）表面進(jìn)行噴砂除銹，表面噴砂處理要求達(dá)到Sa3級，粗糙度一般為50-100μm，使基材表面完全露出金屬光澤。
2.6　陰極保護(hù)技術(shù)
　　在海上（潮間帶）風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的導(dǎo)管架鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的防腐蝕保護(hù)時利用陰極保護(hù)技術(shù)，這種方法屬于電化學(xué)防腐保護(hù)，它分為犧牲陽極的陰極保護(hù)和外加電流的陰極保護(hù)。犧牲陽極的陰極保護(hù)技術(shù)是將鋅、鋁等活性比鐵高的活潑金屬鑄造成陽極材料焊接在被保護(hù)的結(jié)構(gòu)物上，當(dāng)發(fā)生電化學(xué)腐蝕時，這種活潑金屬作為負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)而主動消耗，因而減小或防止被保護(hù)金屬的腐蝕。
2.7　采用耐蝕性材料
　　采用耐蝕性材料通常是在普通鋼鐵的冶煉中加入一定的鉻、錳、礬等稀有金屬元素，以提高其抗腐蝕能力，不銹鋼是應(yīng)用最普遍的耐蝕性材料。不銹鋼在空氣中或化學(xué)腐蝕介質(zhì)中能夠抵抗腐蝕的一種高合金鋼，它具有美觀的表面和耐腐蝕性能好，不必經(jīng)過鍍色等表面處理，而發(fā)揮不銹鋼所固有的表面性能，通常，人們把含鉻量大于12%或含鎳量大于8%的合金鋼叫不銹鋼。
2.8　涂抹防銹油脂
　　涂抹防銹油脂是保護(hù)金屬零件的一種短期防護(hù)方法，它是在金屬表面涂抹耐蝕性油脂以及貼粘防銹薄膜或防銹紙進(jìn)行臨時保護(hù)。防銹油脂是在石油類基本組分中加入一種或多種防銹添加劑（又稱油溶性緩蝕劑）及其輔助添加劑組成，它使用方便，成本低廉，操作簡單，效果好。它主要用于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的零部件在運輸、加工及裝配安裝過程中的短期防銹處理措施，也在零部件精加工面的臨時防腐方面得到了應(yīng)用。
3　質(zhì)量控制
　　防腐施工完成后，必須對零部件表面的防腐涂層進(jìn)行檢查驗收，驗收的內(nèi)容如下：
　　1）涂層干膜厚度(磁感應(yīng)法)
　　一點的讀數(shù)應(yīng)是距該點20mm范圍內(nèi)其他三點的平均值，按照ISO2808（色漆和清漆-漆膜厚度測定法）標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，并做好檢測記錄。膜厚的分布符合"80-20"原則，即：80%測量點數(shù)膜厚應(yīng)當(dāng)?shù)扔诨虼笥谝?guī)定膜厚，剩余的20%測量點數(shù)的膜厚應(yīng)不低于規(guī)定膜厚的80%。某一點的****涂層厚度不大于漆膜規(guī)定總干膜厚度的2倍。
　　2）外觀檢查
　　在自然散射光下，用肉眼或矯正視力目測整個涂層的外觀，經(jīng)協(xié)商也可采用放大鏡（5-10倍）進(jìn)行觀察。漆膜固化后要求顏色符合要求，表面平整、色澤一致、厚度均勻，沒有氣孔、開裂、流掛、發(fā)白等異常現(xiàn)象。
　　3）附著力檢驗
　　涂層厚度小于250µm，按照ISO2409標(biāo)準(zhǔn)的劃格法（或者采用拉開法）進(jìn)行，每種類型的涂層表面應(yīng)當(dāng)在試件上進(jìn)行試驗；若涂層厚度大于或等于250µm，則按照ISO4624標(biāo)準(zhǔn)的拉開法，用拉拔測試儀在試件（零件）上進(jìn)行試驗。對于低于250μm的涂層厚度，劃格法在0－5的比例上合格等級為"0"或者"1"；對于超過250μm的涂層厚度，拉撥法所取點的試驗拉力不低于5MPa。
　　防腐涂層驗收時還需至少提供以下文件：（a）各種涂料產(chǎn)品的出廠合格證或質(zhì)量檢驗文件；（b）原設(shè)計文件或設(shè)計變更文件；（c） 現(xiàn)場涂裝施工作業(yè)記錄。