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而涂料配套单一的矛盾日益突 出admin 发布日期:2019-08-30 12:39 浏览量:

  专论与综述“碧海舟杯”优秀论文评选 我国风场对风机叶片涂料的性能要求和涂料标准化 刘会成(中远关西涂料化工有限公司,天津300457) 摘要: 简要介绍风电市场现状及前景.重点阐明我国风场特殊的地理环境和气象特征及目前使用进口涂料存在 的问题.积极倡导叶片涂料的标准化。 关键词:叶片涂料;863计划:标准 O引言 风能作为一种可再生、无污染的绿色能源,储量 丰富,取之不尽、用之不竭。随着人们对气候变化关 注程度的加深、环保呼声的不断升级以及不可再生化 石能源的大量消耗,风电在全球范围内获得了广泛认 可和较快发展。风能的大规模开发利用,将会有效减 少化石能源的使用、减少温室气体排放、保护环境, 大力发展风能已经成为世界各国政府的重要选择。 我国风电产业的发展尤其引人注目。据中国可 再生能源学会风能专业委员会公布的数据显示,2009 年,我国风电新增装机容量1 380.375KW,增长率连 续6年超过1 oo%,居世界第一,成为增长速度最快的 国家;累计装机容量达到2 580万KW,超过德国,位 列全球第二。我国目前已经在6省区规划了7个千万千 瓦级风电场,5112020年的装机规模累计将达1.26亿 KW。 风电产业的蓬勃发展势必会带动相关配套产业 的发展,其中也包括防护性涂料,虽然所占的份额最 小,但是作用却最重要。而叶片涂料成为其中最重要 的一部分。 1风机叶片及我国风场环境 风机叶片是风能技术进步的关键核心风力机部 件,其良好的设计、可靠的质量和优越的性能是保证 机组正常稳定运行的决定因素。我国风机叶片行业伴 随着风电产业及风电设备行业的发展而迅速发展壮 目前,叶片大多采用环氧玻璃钢或不饱和聚酯玻璃钢作为主要成膜材料,而随着对大型叶片需求的逐 渐增加,环氧玻璃钢叶片成为当前市场的主流。这些 有机玻璃钢都具有极佳的机械性能。各厂家积累的实 验数据表明,在没有外界因素破坏的情况下,叶片使 用寿命完全可以达至920a。因此,如何最大程度的减少 外界侵蚀将是决定叶片实际使用寿命的关键因素。而 使用能够最直接有效保护叶片本身的涂料(胶衣)成 为目前的唯一选择。 我国风场一般位于风沙较大的“三北”地区或者 是近海及海上,这是两种完全不同环境,对叶片涂料 性能的要求差异极大,从目前的发展情况来看,第一 种使用环境在我国目前占主导地位。 实际上,我国风场所处的地理环境与国外还是有 很大的差异,其特殊性具体体现在如下几方面。 (1)温差大。我国国土幅员辽阔,南方和北方气候 差异悬殊,夏季和冬季气温变化明显,尤其是在新疆 地区,冬季长、寒冷,夏季短、炎热,春、秋两季气 候多变,大部分地区春夏和秋冬之交日温差大,部分 地区温差最高可达70~80,因此对涂膜对温差变化 的适应性和基本的物理机械性能方面要求较高。 (2)日照时间长。我国的新疆地区,由于地理纬度 较高,日照时间长,尤其是在夏季,因此对耐候性的 要求更高。 (3)风沙大。我国是一个多风沙的国家,尤其是在 甘肃、内蒙古等西北部地区环境更为恶劣,这对涂膜 的耐砂蚀性、弹性伸长率等提出了更高的要求。 综合上述几方面,我国内陆风场叶片正常运转过 程中通常可能受到以下几种外界侵蚀:第一种是来自 紫外光对树脂的侵害;第二种是风砂、浮尘以及雨雾 等对基材的侵蚀。就第一种而言,是属于化学性的侵 蚀;第二种侵蚀是属于机械性的,对于涂料行业来说 防护难度较第一种要大的多。叶片正常运转过程中叶 尖的线m/s,这个速度相当于F1赛车的最 高时速,平均每年要运行约7 000h,接受空气摩擦的 量可达一般汽车的5N 10倍。风中含有的砂粒或水滴会 对叶片表面产生强烈的冲击。如果叶片涂料耐砂蚀或 雨蚀性能不佳,防护涂层将在几年内发生明显损耗, 根本坚持不了20a。而叶片的吊装维修成本又是极其昂 贵,因此,对用于我国内陆风场的叶片涂料的性能提 出了更高的要求。 2010防腐蚀涂料年会暨第27次全国涂料工业信息年会 并7.嚣o,tm艨渫呵我国风场对风机叶片涂料的性能要求和涂料标准化2我国风场叶片涂料使用现状及存在的问题 可以肯定的是,在目前风机叶片供应商中,国 外品牌占有绝对性的市场,运行中的风机叶片上的涂 料几乎全部为进口或国外品牌,也均在设计期限内, 但防护效果存在缺陷,在中国特殊环境条件下出现了 水土不服。如某国外著名主机厂2006年安装在内蒙风 场的叶片大部分已出现涂层磨损严重而必须修补的情 况。之所以会出现这种情况,是因为采用的涂料防护 没有考虑风砂的侵蚀。 众所周知,现代化大型风力叶片主要起源于中 北欧波罗的海和北海附近的低地国家,那里深受北大 西洋暖流影晌,以温暖潮湿的温带海洋性季风气候为 主,其风源特点是含水量高,含砂量和浮尘量都极 低。它们的叶片涂料自然而然地将耐雨蚀作为叶片涂 料的主要检测标准,主要代表就是西门子的耐雨蚀检 测企业标准。检测原理如下:将涂料施工在螺旋桨 上,然后高速运转,同时人工垂直降雨,检验涂层的 被击穿时间。 耐砂蚀和耐雨蚀在机理上有共同之处,但也有所 区别。其共同点在于涂层都必须经受长时间的高速粒 子撞击,涂层必须具有一定的弹性。不同点在于砂子 表面粗糙,硬度高,更容易划伤涂层,因此耐砂蚀的 涂层不但需要弹性,还要具有高机械强度。弹性和机 械强度可分别用拉伸率和抗拉强度来量化。只要涂层 能随时保证这两个特性,再具备足够的厚度,就可以 有效抵御风砂雨雾在叶片运行过程中的展害。不过涂 层的弹性通常会随温度变化而变化剧烈,很多常温下 弹性很好的涂料在低温时就会变成冈U'I'JE,从而极大降 低了耐;中击性能。涂膜的这些性能可以通过一些仪器 设备进行测试,例如粘弹性测定仪、引张力测定仪等 进行模拟测试。就中国西北部风场而言,风砂最强烈 的季节恰恰在冬季,这也是内蒙某风场叶片涂层损耗 严重的原因之一。 必须指出的是,耐砂蚀或雨蚀性能和耐磨性能 是完全两个不相关的概念。前者主要考验垂直方向, 兼顾水平方向的损耗,而后者则只考虑水平方向。事 实上涂层破坏主要是由垂直方向的冲击引起。很多刚 性涂料具备很完美的耐磨数据,但其耐风砂性能却极 前已述及,目前风力发电场分为海上和陆地两种。中国幅员辽阔,从南到北,从东到西,气候和自 然环境千差万别,尤其是一些地区日照强烈,风沙不 断,自然条件比欧洲要恶劣,但是我国目前使用的风 28 2010年10月宁波 电涂料却没有因地而调整,照葫芦画瓢的现象严重。 外部条件差异巨大,而涂料配套单一的矛盾日益突 出,这势必给风电产业带来隐患。而且风电风场一旦 建成,维修保养的难度很大,成本也很高,这就要求 涂料的各项性能要十分优异,否则后患无穷。 3叶片涂料标准化 目前,从国际到国内市场上并未对风电涂料产品 有明确的标准。 2000年1 10194—2O:风力发电机组一风轮叶片中指出,叶 片在一定程度上暴露在腐蚀性环境条件下并且不容易 接近,在许多情况下不可能重做防腐层,因此重视设 计、材料选择和防腐保护措施特别重要,复合材料叶 片应采用胶衣保护层,但没有相应的指标规定。标准 认定的环境条件包括温度一30~50、湿度95%, 盐雾、雷电和沙尘对叶片表面的长期冲蚀及平衡'l"JE、 太阳辐射强度以及紫外线老化等。 在科技部发布的国家高技术研究发展计划(863计 划)新材料技术领域“M W级风力发电机组风轮叶片原 材料国产化”重点项目中,风电叶片表面保护涂料规 模化制备技术研究作为研究内容列入,要求突破关键 技术,推动国产化,研究提出并形成相关行业标准和 技术规范,保障我国风电产业的健康、稳定和快速发 其中,对高性能的叶片涂料提出了一个课题的考核指标:即研发高性能多用途聚氨酯叶片表面保护涂 料体系,提高叶片耐紫外老化、耐风沙侵蚀以及耐湿 热、盐雾腐蚀能力,适应我国南北方不同极端气候条 件下风电场使用需求,保证风轮叶片20a的设计使用寿 具体指标要求见表1。表1(863计21.1)叶片涂料具体指标要求 可能是行业不同的原因,从实际作用看,胶衣和 涂料应当是名称、应用方法的区别, ‘863’计划中已 经明确为叶片涂料。目前对企业的研发而言,863计划 中的指标要求可以作为一个比较具体的参照标准。 此外,由中海油常州涂料化工研究院牵头制定的 国家标准《风电设施防腐涂装技术规范》草案目前正 在社会中征集意见,具体涉及到涂膜外观、光泽、附 着力、耐湿热性、耐各种介质性、吸水率、耐候性、 涂膜伸长率、丽盐雾性、VOC等10项,但其中并未提 及耐雨滴试验和耐砂蚀性试验。 据了解,鉴于目前风砂危害严重的现状,GL、中 国科学技术部以及一些主机厂已着手进行一些探索性 工作,这些工作有的已经应用于涂料材料的选择中: 如2009年的国家项目中就提出来了要满足G B2423.37 砂尘试验方法;Simens的耐雨蚀检测企业标准; 某国 内著名整机厂在去年就开始使用喷砂实验的方法进行 测试,作为材料选择时的参考;某国外涂料公司在国 内进行测试时参考了GB2423.37和某整机厂的方法, 结合叶片运行的情况制定了相对明确的实验方法:在 耐浮尘实验国家标准的基础上进行的加速实验,加速 的条件是根据风电叶片在实际使用环境下的剪切速 度,提高了国家标准的浮尘与被测物体的撞击速度及 浮尘的颗粒,规定了砂尘的粒径及其它测试条件,也 专论与综述 “碧海舟杯”优秀论文评选 给出了较为清晰的评价方法。 通过对国外涂料行业的技术标准的制定过程及所 制定的方法,我们不难看出:他们的方法的得出是用 户在充分考虑了各种运行环境的情况下,由用户和涂 料企业共同研究探讨,所以他们的方法给人的感觉更 能体现出应用的需求。如果我们中国的主流主机厂商 能够以前瞻性的眼光去学习人家的管理方法,我们的 风电行业可能要少走很多的弯路。 4结语 风电行业作为我国的新兴产业,目前仍在蓬勃 的发展中,但从目前整个行业的发展情况看,尚显混 乱,尤其是在涂料这一领域,盲目照搬国外已有的设 计规范,而不考虑我国特殊的地理环境和气象特征, 目前已经出现了水土不服的问题,希望有关部门能否 采取积极有效的措施尽早建立标准,从而规范我国的 叶片涂料市场,使我国的风电行业向着健康稳定的方 向发展。 201 o防腐蚀涂料年会暨第27次全国涂科工业信息年会 29

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