水电站论文第四篇：探索环氧玻璃鳞片漆在5号机组蜗壳防腐中的应用
摘要：针对小浪底水电站蜗壳防腐涂层出现的鼓包、翘皮、脱落等情况,于2018年首次探索将环氧玻璃鳞片漆应用到5号机组蜗壳防腐中。机组经过一年运行后检查,未发现局部脱漆情况,涂层完好,而其余采用环氧沥青漆防腐的机组均出现不同程度的漆面脱落情况,说明环氧玻璃鳞片起到了良好的防护作用,取得了较好的抗磨蚀效果。
关键词:环氧玻璃鳞片;蜗壳;多泥沙;小浪底水电站;
蜗壳是水轮机重要部件,以最小的水力损失把水流引向转轮前的导水机构,并使水流均匀而轴对称地进入导水机构。同时,形成一定的速度环量,以提高水能利用率及转轮的运行稳定性。由于多泥沙河流上的水轮机受到高含沙水流的磨损、空蚀破坏以及相互耦合作用,蜗壳易磨蚀破坏,造成母材损失,严重时会破坏正常水流流态,出现蜗壳透水现象,影响机组安全稳定运行,因此需对蜗壳进行耐磨防护[1,2,3,4,5]。目前国内水电站多采用重防腐漆进行防护,以提高其使用寿命,减少蜗壳维修养护工作量,提高机组的安全运行效率。
1 蜗壳防腐现状
小浪底水电站[6]位于黄河干流上,安装有6台30万kW混流式水轮发电机组,水头变化范围为67.91～141.67 m,水头变化幅度大。根据黄河水质条件,汛期机组过机含沙量较高,据统计,2018年机组最大过机含沙量达72.85 kg/m3。水轮机蜗壳为金属蜗壳,包角345o,进口直径7 m,采用高强钢焊接结构,分25节,总质量230 t。材质为美国进口VY-2000低碳高强度钢板,钢板厚度19～44 mm,采用美国E10018焊条焊接,焊后不需进行热处理。考虑到黄河泥沙磨蚀影响,原设计钢板厚均留有3 mm磨蚀余量,且采用环氧沥青漆防腐。
随着机组运行年限增长,环氧沥青漆尤其是蜗壳鼻端开始出现鼓包、翘皮、脱落情况,蜗壳母材存在局部磨蚀现象。为提高蜗壳耐磨耐腐能力,小浪底在机组大修期间对蜗壳防腐漆面进行整体修复。2015年之前采用环氧沥青漆进行防腐,但因施工环境、温度、基材处理等与机组安装阶段存在较大差异,故导致底漆与基材的结合力以及漆面平整度不足,机组未到大修周期即出现大面积脱落现象。经多方调研咨询,2015年小浪底水电站2号机组大修时首次改用氟碳漆进行防腐,但机组运行不到一年,防腐涂层出现局部脱落情况,防腐效果不佳。
2 环氧玻璃鳞片的应用探索
2.1 环氧玻璃鳞片简介
鳞片[7]是指金属及其某些无机化合物经物理或化学方法处理后,成为一定粒径和厚度的薄片。由于鳞片涂料是多层片状结构,因此可以形成平行叠加的错层厚膜[8](见图1)。
图1 鳞片防腐示意
鉴于其特殊的结构形式,不仅涂层被分割成许多小空间,降低了涂层的收缩应力和膨胀系数,而且使介质迂回渗入,从而延缓了腐蚀介质扩散和侵入基体的途径和时间,因而具有极佳的抗渗透性、抗冲击性、耐磨性和耐腐蚀性,涂层使用寿命可达15 a。目前鳞片漆主要包括玻璃鳞片、云母氧化铁鳞片、云母鳞片、石墨鳞片、玄武岩鳞片、不锈钢鳞片、锌铝及合金鳞片等,其中玻璃鳞片开发最早、应用最广泛,加入合适配比的环氧树脂后,即形成环氧玻璃鳞片。因其具有憎水和玻璃鳞片的双重优良性能[9](见表1),故在重防腐领域得到广泛应用,但还未发现应用在水电站金属蜗壳的案例。
表1 环氧玻璃鳞片性能
2.2 环氧玻璃鳞片的施工
结合小浪底水电站蜗壳防腐以往经验,工作人员经过认真研究,制定了周密的施工方案,并在5号机进行了首次应用探索,主要工艺流程见图2。
图2 蜗壳防腐施工工艺流程
2.2.1 表面预处理
在喷砂前,表面处理应达到以下要求:①没有毛刺、凸起和锯齿等缺陷,如果有的话,应该打磨去除;②没有任何飞溅、焊剂、焊渣和凸起夹片,如果存在,要打磨或铲除掉,使表面良好;③没有灰尘、污物和油脂,当这些污染物存在时,应在喷砂前根据SSPC SP1要求,采用可生物降解水溶性清洁剂进行溶剂清洗;④没有任何涂画,要清除加工装配等标记;⑤在喷砂和涂漆前,锐边和所有粗糙的切割边缘要打磨到半径至少为2 mm的圆角。
2.2.2 表面去油
喷砂前,所有油脂残留物或无损探伤所产生的湿润剂要根据美国SSPC SP1标准“溶剂清洗”进行清除。通常,表面是否存在油脂污染可选择以下检测方法进行确定:①用水喷在待涂表面上,若25 s内在表面形成水珠,则有油脂等污染物存在;②用粉笔以稳定的压力通过测试区域,粉笔在有油的区域痕迹很淡。
针对小面积油脂,可先用铲刀清除重油污,然后用蘸有稀释剂的棉布或钢丝刷擦拭污染表面使油脂充分溶解,最后用干净的棉布擦干;针对大面积油脂,可先用铲刀清除重油污,再将金属清洁剂喷淋到被污染的表面,待清洁剂与油脂反应5 min后,用硬毛刷或拖布刷洗油污染的表面,使油脂充分溶解,最后使用清洁淡水将表面冲洗干净。
2.2.3 去除可溶性盐
可溶性盐对涂层配套性能有负面影响,特别在浸没环境中。推荐的表面可溶性盐最大含量(据ISO 8502-6和ISO 8502-9标准取样和测试)为80 mg/m2。可溶性盐测试应在表面处理之后进行。
2.2.4 表面处理
预处理完成后,需进行喷砂处理。喷砂用磨料要干燥、无油污、清洁无杂物,不能对涂料的性能有影响。磨料的大小要能够产生规定涂料系统要求的粗糙度。当选用钢丸和钢砂进行表面处理时,颗粒直径一般推荐为0.6～1.0 mm;当选用非金属磨料时,磨料的颗粒直径一般推荐为0.8～1.2 mm。磨料的硬度要大于莫氏六级,所含可溶性盐污染物通常应低于250 μs/cm。
喷砂时,空压机必须安装油水分离器,防止压缩空气混入油、水,使得喷砂后钢材表面造成二次污染。喷枪采用内径8～10 mm文丘里喷嘴,与被喷砂构件表面成80°～90°角,空气输送管内径为30～40 mm。
喷砂后,表面需要用打磨工具清理至Sa2.5(ISO 8501-1),粗糙度为40～70 μm。喷砂表面应呈现均匀的灰白色金属颜色,任何痕迹仅是点状或条纹状。当打磨完成后,处理过的表面要清除残余的腐蚀物质和磨料,并检查表面微粒污染物,在涂漆前保持清洁干燥,需在4 h内完成底涂施工。
2.2.5 预 涂
在进行涂装前,应对局部喷涂难以严密遮盖部位先进行预涂装,即对焊缝、边缘、各种孔以及结构复杂、较难喷涂到的部位用涂刷刷漆,特别注意刷涂预涂不要留下气孔或漏涂。特别应注意对凹陷处涂严油漆,即漆膜下不能留有任何空气或其他杂质的空穴,必须注意不能有漏涂的地方。
2.2.6 涂漆防腐
涂漆工序依次为:油漆调配→喷涂底漆→表面干燥后检查合格→喷涂中间漆→表面干燥后检查合格→喷涂面漆。
2.2.7 涂层检验
(1)外观检查。
涂层应光滑平整,颜色一致,无针孔、气泡、剥落等缺陷。用5～10倍放大镜检查,无微孔者为合格。
(2)涂层厚度检查。
采用涂层侧厚仪进行侧厚,涂层干膜总厚度600 μm,偏差±5%。
(3)涂层附着力检查。
按照ISO4624—2016标准进行拉拔试验,要求试验结果等级为0～1级。现场选取3个位置进行了拉拔试验,试验结果见表2。
表2 拉拔试验结果
所选位置均为施工难度较大的位置,结合力可能较其他位置小,位置1和3出现粘头拉断、面漆完好的情况,考虑到拉拔试验为破坏性试验,未往下进行,但从试验过程基本可判断位置1和位置3处的真实结合力应大于5 MPa,满足试验要求。
3 结 语
小浪底水电站于2018年首次探索将环氧玻璃鳞片漆应用到5号机组蜗壳防腐中,机组经过一年运行后检查(期间历经一次“低水位、高含沙、长历时、大流量”泄洪排沙运行),未发现局部脱漆情况,涂层完好,而其余采用环氧沥青漆防腐的机组均出现不同程度的漆面脱落情况,说明环氧玻璃鳞片起到了良好的防护作用,取得了较好的抗磨蚀效果,且于2019年底成功推广至1号机组,为小浪底乃至多泥沙河流水电站蜗壳防腐提供了借鉴。
参考文献
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