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CWPE2018:上海麦加涂料有限公司技术总监刘正伟——《海上风电免维护防腐方案》

2018-11-15 来源:东方风力发电网 浏览数:2291

2018年11月14日上午,由中国电器工业协会风力发电电器设备分会、中国电工技术学会风力发电技术专业委员会、东方风力发电网主办,江苏中车电机有限公司承办的第三届中国海上风电大会暨风电电气装备高峰论坛在北京四川五粮液龙爪树宾馆隆重开幕。上海麦加涂料有限公司技术总监刘正伟在嘉宾演讲环节发表了题为《海上风电免维护防腐方案》的演讲。

   2018年11月14日上午,由中国电器工业协会风力发电电器设备分会、中国电工技术学会风力发电技术专业委员会、东方风力发电网主办,江苏中车电机有限公司承办的第三届中国海上风电大会暨风电电气装备高峰论坛在北京四川五粮液龙爪树宾馆隆重开幕。


 
  上海麦加涂料有限公司技术总监刘正伟在嘉宾演讲环节发表了题为《海上风电免维护防腐方案》的演讲:
 
  今天跟大家共同分享探讨一下我们公司新一代的前缘保护涂层。为什么说新一代呢?因为之前风机的发展从850,1.5,2.0、3.0,陆上的,海上的风机在不断发展,前缘保护漆它的功能也是应该不断提升的。我们公司现在针对的海上风电专门设计了新一代的前缘保护漆,编号叫3650PF。
 
  1.设计背景。
 
  为什么做这一款保护漆,是因为目前已知的我们见到的所有的在收的前缘保护漆它的性能尚且不足,我们都知道海上风电的维修成本非常高昂,所以说从设计角度来讲,我们希望这个产品能做到终身免维护。这个产品我们研发的时间跨度是接近十年,从最后做定型是雨蚀时间累计已经超过3000小时。下面是我们做试验过程中的一些截图。
 
  首先说一下关于前缘的问题,大家都知道现在海上风机,尤其是早期的那些风机目前的前缘损伤已经到达一个非常严重的地步,要想解决这个问题首先要把这个问题发生的原理给搞清楚。最早的时候这个行业当中压根儿就不在乎这个问题,觉得雨水很轻松,不会产生什么危害,但是最近五年发现风机的前缘损伤很严重,所以说后来大家都非常重视涂层的耐雨蚀性能,以前大家都测耐雨蚀的时间,当时前一代的产品单纯看耐雨蚀的时间已经是足够了,无论从理论分析应该都有很多的富余量,但是在实际运行过程当中,发现假设设计能有20年,可能连一年两年都不到就坏了,为什么?首先我们早期测试的雨蚀实验都是单纯的测它的耐雨蚀,这个时候它的数据是很漂亮的,但是我们的风机在实际运行过程中,不仅仅只有雨蚀。
 
  大家请看一下左边这张图是我们随机在4、5月份的一个风场抓取的,表面有大量的蚊虫尸体还有一些类似于柳絮,也可能是菌丝,一些污染物附着在叶片前缘表面。在放大镜或者显微镜下观看的时候,右边那一张大家都会发现这个表面实际上已经发生了轻微的开裂,这个时候单纯的测一个雨蚀的数据已经不足以反映风场的实际工况。请看右边这个小颗粒,这一点点到底会造成多大的危害呢?大家请看这两张图,这是一个做雨蚀试验的样板上面那一张我们写的一小时是线速度是153米每秒,降雨量是80毫米每小时,其中这个图的原始状态是表面只有轻微的一两个点蚀,我们用砂纸轻微打磨,轻微打磨之后测一个小时之后,大家发现打磨区域发生了比较明显的,或者是已经很明显的破坏,把这个试验进行到三个小时的时候,整个基材全部裸露,我们的玻璃钢都已经被打断了,但是表面原始状态没有被打磨的区域是完好无损的。假设我们忽略中间这两个破坏的区域,单纯看旁边的,在同等工况情况下这个耐雨蚀是非常漂亮的,可惜仅仅发生表面一点点破损之后,它的防护性能就会出现一个断崖式的下跌,这个是我们认为目前我们所用的这些材料的一个最大的缺点。
 
  到底什么情况下会发生这种表面破损呢?其实很简单,我们的运输、吊装这个过程当中肯定会对叶片表面会有点损伤的,这个损伤不要太大,哪怕只有一个一毫米左右的损伤,到后期就会导致整个这个涂层失效,用不了两三年损伤区域就可以达到玻璃钢了。还有一点我们也不能忽略的就是如果在陆上风电的话,在山区从山顶上吹下来的粉尘、树叶、草种,甚至甲虫在高速撞击的情况下,都可以把表面给撞击出一个坑来。海上风电比较干净,风比较干净,没有什么杂质,但是海上风电依然有蚊虫这类的出现。还有一条,就是无论任何风场都会出现的,就是冻雨,或者类似于冰雪混合物。在北方再过一个月左右,就会偶尔发生我们说的类似于小米粒大的冰晶会打在脸上很难受,如果说在海上的时候,假设突然哪一天降温,产生了类似于微小冰雹的天气,只需要一分钟或者只需要二十秒,整个叶片防护涂层的寿命就会衰减90%,所以这个是非常可怕的。
 
  刚才说的是一个传统的风场的实际状况跟检测手段之间的一个偏差。还有一个就是目前在售的一些产品它的一些施工的缺陷,三分涂料七分涂料,目前已有的涂料对涂装是比较苛刻的,要么就是操作期不足很快就固化了,要么就是固化特别慢,表面发黏,要么就是黏度很高,要么就是对温湿度很敏感等等,这个缺点很多,很难达到一个简易施工。再者就是最关键的第三条,就是不能进行常规无气喷涂,我们整个海上的防护装置包括塔筒全部采用的是无气喷涂,无气喷涂是已经被公认的最有效的一个涂装方式,可惜在我们叶片最需要保护的区域却不能采用这种涂装方式,这不得不说是一种遗憾。


 
  2.综合性能。
 
  新的保护漆整个设计思路是这样的,首先考虑物理损伤,物理损伤首先首当其冲的是雨蚀,这也是一个必要非充分条件。二是是刮擦撕裂强度,三是玻璃强度,玻璃强度展现的是最终失效模式。如果刮擦撕裂程度较差,表面很容易产生损伤,也会对后期的防护造成很大的不利。还有生化腐蚀,生化腐蚀这一条以前是大家不怎么关注的,大不了都是觉得会长霉菌之类的,实际上虫子的尸体,蚊虫的尸体这些蛋白质最后在叶片上腐烂的过程当中产生的有机酸,对损伤是很大的,这个不能简单的用无机酸,无机碱来检测的。还有自外老化,这个是光化学腐蚀,紫外老化这个很成熟,这边不再复述。最关键的一个交替作用,单一个材料我们能测一百个单位的时间,时间越久越好,但是结合到刮擦玻璃生化腐蚀之后,它极有可能从一百衰减到一,这个跨度非常之大,我们要做的就是尽量减轻刮擦玻璃这些负面影响对主体耐雨蚀影响的一个负面影响。
 
  还有它的施工性能,如果这个产品再好难施工最后也是竹篮打水一场空,施工是所有一切的根本。到目前为止新的产品基本已经把施工做到极限了,直观来说跟常规涂料没有太大的区别。这里面还有一条要说的就是这个单道干膜的厚度可以轻松达到500微米,这一点非常重要,因为现在叶片厂的周转都很快,如果一次只能通过50的话,设计膜厚是500,要涂10次,这是不可能完成的任务。
 
  这个是我们做的图表汇总,先看性能指标,里面是传统保护漆,最差的就是右下角耐刮痧之后的雨蚀,这一点是传统保护涂层最大的弱点。以前我们测试的时候,很多材料单纯的测雨蚀,感觉用50年、10年都没问题,往往实际上一年两年就完蛋。现在这个行业中要谈一个质保的问题,单纯谈一个5年或者6年的质保,如果假设从实验室分析已经达到了一百年的使用寿命,为什么5年、6年不敢签呢?就是位置因素,这个就是因为刮擦之后它的性能会出现断崖式的下跌。新的产品就是把这个短板给补齐了以后,但是大家看到依然没有得到满分,这个可能需要下一代的产品开发,只能说目前这个性能有了一个大幅度的提升。施工性能这边基本上已经没有原则性问题了,我们评估过在目前已知的国内叶片厂各种基地都可以实现而且是可控的,最关注的还是这边的,因为毕竟海上风电的前沿维护几乎是不可承受的,如果一年维护一次这个费用是多少无法计算。
 
  最后简单的把这个产品做一个总结,先说施工,施工就是简单、高效、可控,为什么说可控?是因为我们的叶片本身是玻璃钢的,是不导电的,这个膜厚是很难测量的。大家做塔筒很简单,拿个仪器表一量,要多少都非常清楚,但是叶片本身不导电,所以膜厚的控制很难,如果设计指标是300微米,实际涂了50那肯定也是不行的。我们现在有一套可靠、可控涂装以及监控的一个方式。
 
  最主要的还是第二个,这个产品它的初始耐雨蚀时间是大于30小时的,后来其实我们自己实验室内部检测可以接近80,但是这个没有什么意义了,因为海上风电理论上讲也就需要20小时。其实最关键的是第二条,就是漆面严重损伤之后依然有大于10个小时的时间,这个10个小时什么概念呢?大概来说在江浙沪一带的风场是满足10年是没有什么问题的,在海南降雨量是达到接近2000五年左右,但是这有一个前提,就是当漆面严重损伤,漆面严重损伤的情况不用管刮擦也好,吊装也好,虫蚀也好,冰雹也好,最后的结果,最严重的结果也不外乎严重损伤,也就是在最苛刻的条件下依然有5-10年的保护期。
 
  但是这个数据还有一个问题,就是我们发现它的防护时间是跟膜厚呈一个正比关系的,但非线性环境,但是大概是能加30%左右。现在面临一个问题,就是膜厚太高了是否会影响它的系统性,就是说从设计角度讲,我不知道在座的各位能接受的前缘最多的防护的厚度是多少,这个很重要,如果这个厚度能够提到一千的话,什么都解决了。
 
  (发言整理自现场速记,未经本人审核)

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