风力发电设备防腐涂装李承宇 王会阳（中国矿业大学材料学院，徐州，221008）摘要：概括性地介绍了目前风力发电设备的运行环境与腐蚀情况，并对塔架、叶片等不同结构的防腐涂装进行了阐述，最后指出了我国风电装备涂料与涂装中存在的不足，并针对不足提出了相应的建议。关键词：风电设备；腐蚀环境；涂层Anti-corrosion coating of the wind power equipment LI Cheng-yu WANG Hui-yang (School of materials science and technology CUMT, Xuzhou, 221008)Abstract: The present running environment and the corrosion of wind power equipment are briefly introduced, and described the anti-corrosion coatings of towers, vanes and other different structures. At last, Points out the shortcomings in wind power coatings and the application in China, and gives the advice for the shortcomings.Key words: Wind power equipment; Corrosion environment; Coating 随着社会的发展以及人们对环境保护意识的提高，现在对节约资源、发展循环经济、保护生态环境的呼声越来越高。加快建设资源节约型、环境友好型社会，促进经济发展与人口、资源、环境相协调，已经成为我国的基本国策1。改革开放以来，我国的发展突飞猛进，但随之也带来的是高污染、高能耗等问题，所以我国乃至全世界的国家都在积极研究开发新的、可再生的、无污染的能源，从而发展低碳经济。目前在石化能源快速消耗、气候变化日趋明显的形势下，风能作为一种典型可再生的新能源，逐步被人们所重视，大力发展清洁能源已是世界各国的共识，风电产业已经成为了焦点。我国风电的发展十分迅速，从1986年第一个风电场在山东省荣成建成，到2008年，风电总装机容量已经达到了1221万kW，跃居世界第4位，位列美、德和西班牙之后。新增装机容量仅次于美国而居于世界第二，超过了100%的增长率，增长速度为世界第一2。随之而来的，是对风力发电设备的大量需求，从而也带动了风力发电装备涂装防护技术的发展。许多企业也将风电涂料作为未来发展的重点领域，因此了解风电设备的防腐环境及涂装工艺是很有必要的，本文就这两个方面进行了分析和综述。1 风力发电装备运行环境及腐蚀分析风电设备主要面临的是大气腐蚀环境划分: C1非常低、C2低、C3中等、C4高、C5-I很高(工业)、C5- M很高(海洋)6个等级、水和土壤腐蚀环境（I m1淡水、I m2海水或盐水、I m3土壤），这是目前风电机组金属表面防腐设计的主要依据3。我国的风电场主要集中在北部及西部地区（内蒙古、辽宁、甘肃、新疆等）及少数沿海地区（江苏、山东等）。防腐涂装的方案也因风电设备所处的腐蚀环境不同而有所不同。在北部及西部地区，风电设备主要面临的腐蚀是大气中磨损应力(磨蚀)，因为风挟带的颗粒(例如沙粒)摩擦钢结构、叶片表面而产生破坏，另外是水滴、冰雹、沙尘暴甚至飞鸟等较大物的撞击破坏。这在沙漠戈壁风电场塔架迎风面及底部、风电叶片表面、箱式落地变压器迎风侧面比较常见和明显，特别是叶片的叶尖在许多情况会因磨损造成结构破坏、效率下降和损失。在沿海地区，风电设备主要面临的是海洋大气腐蚀环境以及海水飞溅等引发的不同程度的腐蚀现象，因为一般沿海地区的风力发电设备都海面上、海岸和临海地区，由于环境介质中的氯离子渗入到风电设备的周围,达到一定浓度后破坏钢铁的防腐层，引起风电塔架、风电叶片等锈蚀。氯离子与空气中的其他颗粒物在变压器金属外壳静电的作用下，在变压器表面形成覆盖层， 经过一系列的化学反应后使设备原有的强度遭到破坏，使设备不能达到设计运行要求，给设备安全运行带来严重后果。海洋大气与设备电气元件的金属物发生化学反应后使原有的电气性能下降，生成氧化物使电气触点接触不良，它们将导致电气设备故障或毁坏，给风电场的安全、经济运行造成很大的影响4。2风电设备防腐设计防腐是每个风力发电场所关心的突出问题，长效的涂装防护系统能延长整个风电设备的使用寿命，大大延长涂层的维修周期。针对风力电厂的腐蚀环境特点，塔筒所选用的涂装防护系统应具有良好的防腐性能，同时漆膜要坚硬耐冲击并具有良好的耐候性、耐水性、附着力和装饰等性能。从涂装防护的角度，基础及支撑结构（塔架）、风轮叶片及机舱罩和整流罩、发电机组、控制电气设备、变压器等部件是重点。2.1风电塔架的防腐设计2.1.1国际标准中的防腐设计塔架目前普遍使用的是涂层防护。GB/T19072-2003风力发电机组-塔架规定的涂层防护体是：表1 GB/T19072-2003中规定塔架防腐涂层Table 1 The tower anti-corrosion coating standard in GB/T19072-2003工序塔架外表面塔架内表面预处理Sa3Sa2.5工艺1电弧喷涂锌或锌铝 60m工艺2双组份复合环氧漆 20m环氧富锌 40m工艺3双组份复合厚膜环氧漆 90m环氧厚膜 100m工艺4双组份复合聚氨酯面漆 50m2.1.2戈壁、沙漠等条件下的防腐设计目前国际上普遍采用ISO12944标准对腐蚀环境分类、涂层体系选择及性能评价，而欧洲普遍采用NOSAKM501标准。由于风电场一般远离城市，内陆风电场选择C3中等腐蚀环境，但我国新疆、甘肃、内蒙等风电场大多处于戈壁、沙漠，风沙很大，涂层必须考虑耐风沙撞击和磨损的性能要求。2.1.3海洋环境下的防腐设计在海上或近海风力发电设备中，对与海洋接触的变压器等电气设备金属部件，涂、镀层的选择很重要，需选择耐海洋气氛、附着力强、长效的涂、镀层保护，同时最好避免变压器暴露在含盐水空气流中。海上风电场的腐蚀保护主要是基于其腐蚀环境ISO12944C5-M，对于浸水区域按Im2。推荐的干膜厚度为320500m（大气腐蚀环境C5-M）和4001000m（海水浸泡环境Im2），可以达到15年以上的无需维修使用寿命周期5。对于近海的钢结构还有2003年发布的ISO20340标准色漆和清漆用于近海建筑及相关结构的保护性涂料体系的性能要求，这个标准是通用型的，对不同的腐蚀环境都适用，而实际的腐蚀环境更为复杂，涂装时更要注重微观腐蚀环境和腐蚀因素，海洋环境下的防护可参考表2的配套体系。表2 海洋环境下风电塔架防腐涂层6Table 2 The tower anti-corrosion coating in marine environment序号底漆二道三道四道总厚度m1环氧富锌80m环氧涂料300m环氧涂料300m聚氨酯面漆70m7502环氧富锌80m环氧涂料450m环氧涂料450m-9803电弧喷涂（锌85，铝15）100m带有封孔颜料的环氧底漆20m环氧涂料环氧涂料10204电弧喷涂（锌85，铝15）100m带有封孔颜料的环氧底漆20m粒子增强型环氧涂料粒子增强型环氧涂料10205单层环氧涂料涂装1000m10006电弧喷涂（铝95，镁05）350m带有封孔颜料的环氧底漆40m-3902.1.4国外大公司的防腐设计由于国外此方面的研究较早，所以他们已经根据不同的腐蚀环境、不同的地域建立了不同的有效经济的防腐涂装体系7,8，目前国外富锌底漆使用最多的是环氧富锌底漆，这种漆不仅施工方便而且对底材处理要求相对较低。美国使用水性无机富锌单层底面合一，对涂装工艺要求比较高。欧洲近年推广热喷锌或铝/镁合金，它们对底材处理要求Sa2.53级，而且孔隙率小于5。从难修复性出发，德国近几年正在开发可自修复型风电塔外壁涂层，可自动修复机械划伤和风沙撞伤6。表3 国外大公司风电塔防腐涂装设计 6Table 3 The tower anti-corrosion coating design of the foreign big company 风电塔类型名称部位涂层类型膜厚/mTunoe Knob外部金属镀层80双组分环氧密封剂100双组分环氧中间层100丙烯酸聚氨酯面涂50内部环氧锌粉底漆40双组分高固体分环氧2140Vindeby外部金属喷涂层120双组分环氧密封剂100双组分环氧中间层100丙烯酸聚氨酯面涂50内部环氧底漆/中间层75高固体分环氧150Utgrunden外部环氧富锌底漆75高固体分环氧中间层2110丙烯酸聚氨酯面涂50内部环氧富锌底漆70高固体分环氧150Grunden外部双组分环氧密封剂100双组分环氧中间层120丙烯酸聚氨酯面涂50内部金属喷涂层80双组分环氧密封剂100双组分高固体分环氧100Horns Rev外部金属喷涂层100双组分环氧密封剂100双组分环氧中间层120丙烯酸聚氨酯面涂50内部金属喷涂层80双组分环氧密封剂100双组分高固体分环氧100Samso外部金属喷涂层80高固体分环氧120高固体分环氧100丙烯酸聚氨酯面涂50内部起始10m金属喷涂层60环氧密封剂200然后环氧富锌底漆50高固体分环氧100单桩高固体分环氧（直涂于金属底材）：（外部/冰罩）3300West Alliance 2002水线以上环氧富锌底漆高固体分环氧中间层丙烯酸聚氨酯面涂水线以下高固分环氧（直涂于金属底材）Stena Don水线以上环氧富锌底漆高固体分环氧中间层丙烯酸聚氨酯面涂水线以下双组分高固体分环氧（涂于金属底材）2.2风电设备叶片的防腐设计3JB/T 10194-2000:风力发电机组-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、湿度、盐雾、雷电、沙尘、辐射六项。在“MW级风力发电机组风轮叶片原材料国产化”的“863”计划中，要求叶片表面保护涂料能提高叶片耐紫外线老化、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的使用需求，保证风轮叶片20 a的设计使用寿命。具体指标要求是:(1)附着力5MPa；(2)自然表干/8h，40 烘干/3h；(3)耐磨性500g/500r20mg；(4)耐盐雾2000h，无脱落，附着力保持80%；(5)耐沙尘试验满足GB2423.37-