风电设备的粉末涂装和技术方面的要求

  风能与水能、太阳能、生物能、地热能和海洋能一样属于可再次生产的能源。具有资源分布广，开发潜力大、环境影响小、可持续利用等特点。近年来，随着风电技术水平的逐步的提升，风电设备的建设成本越来越低，世界各国风电装机容量迅速增长，截止2018 年底，全球风电累计装机容量已达590.8 GW，我国累计风电装机容量已达209.5 GW。

  要想实现风电设备安全运作15甚至25年以上，一定要重视其钢结构件的防腐，根据其运行环境腐蚀等级的高低，需要用不同的防腐结构和不一样的种类的涂料体系。粉末涂料是一种环保绿色涂料，涂装时可以很容易获得较厚的涂层，涂覆后的设备在运输及应用中涂层不易被破坏，对基材的保护具有长效性。另外粉末涂料还有利用率高，综合成本低等特点，应用于风电设备钢结构件有其天生优势。

  本文依据ISO 9223~9226、ISO12944-2018、Qualisteelcoat 4.1-2019中大气腐蚀等级的划分及测试方法，提出了风电设备地上部分的钢结构件在不同大气腐蚀等级下的防腐技术、涂装体系和粉末涂装的解决方案。

  风电设备的运行环境多种多样，从平原到山区，从内陆到沿海和海上，不同环境对设备的侵蚀的能力要求差别很大，因此就需要的防护体系也不同。目前我国风电行业发展迅速，大型风力发电场建设已经从“三北地区”向沿海、内陆地区发展，并逐步开始进军海上，这对风电设备的防腐提出了更高的要求。

  国际标准化组织颁布的ISO 9223~9226 标准，根据金属标准试件在环境中自然暴露试验获得的腐蚀速率及综合环境中大气污染物浓度和金属表面润湿时间，对大气腐蚀性进行了分类，具有广泛的适用性。ISO9223-2012将大气腐蚀性分为6类，C1：腐蚀性很低；C2：低；C3：中；C4：高；C5：很高；CX：极高。标准根据暴露了一年的低碳钢或锌标准样板的质量或厚度损失数据来评估定义腐蚀性类别，具体见表1。ISO 12944直接引用了此表数据。此表的数据具体标本及其在暴露前后的处理参考ISO 9226。

  表1 ISO9223-2012基于标准样板暴露实验定义的大气环境腐蚀性分类和典型环境案例

  ISO12944是目前钢结构的涂层防腐蚀领域公认的参考标准之一，目前国内外风电设备的防腐蚀保护也主要参考次标准。该标准论述了采用防护涂料体系对钢结构进行防腐蚀保护的内容，其应用领域由以下条件界定：钢结构类型、表面类型和表面处理类型、环境类型、防护涂料体系的类型、工作类型和防护涂料体系的耐久性。钢结构类型定义了被保护钢结构基材的范围；表面类型和表面处理定义了钢结构的表面类型和它们的表面处理；环境类型定义了6种大气环境腐蚀性级别C1，C2，C3，C4，C5，CX和4种结构浸水或埋地腐蚀性级别Im1，Im2，Im3和Im4；防护涂料体系类型定义了不同的腐蚀性环境级别和耐久性要求下所适用的涂料体系，标准仅限于涂覆在环境条件下干燥或硬化的物质，精确指出了不适用于粉末涂料、烤漆和热固化涂料；工作类型指出了标准适用于新建涂装和维修涂装；防护涂料体系的耐久性定义了4种不同的耐久性范围，分别为低（L）、中等（M）、高（H）和很高（VH），其实验室测试程序要求见表2。

  表2 ISO12944-6 C2至C5腐蚀性级别下,应用于碳钢、热浸镀锌钢和热喷涂金属的涂料体系的测试程序

  根据ISO12944标准的规定，只有通过相关腐蚀等级的实验室检测，该防护体系才能应用在对应的腐蚀环境中。

  上文提到ISO12944标准明确说明是仅针对液体涂料，将粉末涂料以及其他涂料体系排除在标准应用场景范围之外，Qualisteelcoat则弥补了这方面的缺口。Qualisteelcoat是一种用于有机涂层钢结构喷涂的国际质量认证标志。Qualisteelcoat定义了涂料企业内部一定要达到的质量水平和要求，以便能够作为Qualisteelcoat许可的公司在市场上提供其产品。它包括了对涂料公司的质量发展要求的定义，涂料系统和涂料的批准，以及持有Qualisteelcoat质量标签的涂料公司的定期外部质量控制。由于ISO12944-2中的大气腐蚀等级被很多规范广泛地认同和参考，Qualisteelcoat把大气腐蚀等级运用融合在所有类型的有机涂层中。ISO 12944-2定义了C1到C5和CX 6个大气腐蚀等级，这些腐蚀等级和预期常规使用的寿命H（15-25年）一起组成了Qualisteelcoat的涂装系统和喷涂厂认证的基础。

  另外，ISO 12944较为注重的是防止腐烂的性能，即关注点在钢结构能否安全的达到预期使用年数的限制上，而Qualisteelcoat不仅仅是要求防止腐烂的性能，它还包括了工件达到了预期的使用的时间后，涂膜表面还能保持一定的装饰性能，即包含了涂膜耐候性的内容。

  为实现风电设备的长效运行，各结构件的涂装防护必须合理设计，并严格按照设计材料和工艺参数执行。涂装体系是涂装过程中所涉及到的整一个流程，从原材料到最终的成品。Qualisteelcoat根据基材，前处理，有机涂料的类型定义涂装系统（见图1）。完整的涂装体系应包括：

  图1 Qualisteelcoat根据基材，前处理，有机涂料的类型定义涂装系统

  对于风电设备来说，基材包括各种钢材，包括各种表面含有金属涂层的钢材，也包括电泳后的钢材。当然，钢材进行金属喷涂、浸涂或电泳等之前也有必要进行物理或化学的前处理，以保证金属涂层或电泳层与钢材之间的结合力。

  前处理是指在涂料或金属喷涂前对基材进行的表面处理，可以是单一的化学或物理前处理，也可以两者兼有。前处理的目的是除去基材表面油污、增加基材表面粗糙度、或者形成一层较薄的保护膜增加与有涂层的结合力，进而提升防腐蚀效果。

  包括各种粉末涂料或者液体涂料喷涂之后形成的有机涂层，可以是单层喷涂，也可以是多层喷涂。

  Qualisteelcoat根据不同的基材开发了下面的表格，定义粉末涂料体系和电泳在不同的涂装系统中能达到的腐蚀等级。即Qualisteelcoat认为，每一种基材都有它所能达到的最高防腐等级（见表3），当然这是以合理的前处理和防护涂层为前提的。

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