熱電廠電力系統用防凝露環保涂料的制備與性能研究*

竇 震，左 磊，宋 楊

（國能長源武漢青山熱電有限公司，湖北武漢 430082）

熱電廠不僅負責電力生產，還負責為用戶供熱，因此熱電廠的正常運轉對人們生產、生活起到了重要作用。熱電廠中包含了各種各樣的電力系統，如控制柜、環網柜、鍋爐本體、送風機、分離器等[1]。這些設備的運轉維持了熱電廠的運營，因此保證各個設備正常運行至關重要。熱電廠電力系統部分設備布設在室外，受到室外溫差以及電力系統本身運行散發的熱量的影響，空氣中的水分接觸這些系統的金屬表面會發生液化，在金屬表面形成凝露。凝露即是水珠[2]，這些水珠覆蓋在金屬表面，若是不能及時處理，會直接銹蝕電力系統的金屬表面，結垢嚴重，進而引發電力系統元件故障，甚至引起漏電、閃絡等事故，縮短了電力系統使用壽命，增加了熱電廠設備維護成本。

針對上述問題，對電力系統進行除濕防凝露至關重要。目前，關于防凝露方法研究有很多。劉強等提出了一種基于加熱的除濕方法，該方法主要原理是提升電力系統自身溫度，讓其溫度一直高于周圍空氣中水分的凝結溫度，來防止凝露出現。該方法效果好，但是該方法需要對于電力系統進行加熱，會給設備造成一定的損傷，還比較耗電[3]。徐文露等研究一種密封材料，該材料除濕原理是通過對設備縫隙進行密封，以達到隔絕外部水氣進入到內部[4]。這方法成本低、操作簡單，但是隨著長時間的使用密封膠條、橡膠墊的密封能力逐漸退化，導致防凝露效果也逐漸降低。Aleem 等提出一種干燥劑法，該方法原理是在設備內放置具有吸濕能力的材料，吸附水汽，以達到吸濕防潮的目的[5]。這種方法操作簡單無須耗能，成本低廉，但是干燥劑使用時間有限，需要定期更換。

上述三種方法各有優缺點，結合前人研究經驗，本研究制備熱電廠電力系統的防凝露環保涂料，并針對其性能進行分析。通過本研究以期為電力設備防凝露研究提供參考和借鑒。

1 防凝露環保涂料制備

防凝露是熱電廠電力系統保護中的一項重要措施。目前主要有三種方法，但是各有缺點[6-7]。為此，本研究提出一種表面涂層法。該方法首先進行防凝露環保涂料的制備。

1.1 原材料

熱電廠電力系統的防凝露環保涂料制備所需材料見表1。

表1 防凝露環保涂料制備所需材料Table 1 Raw materials for anti condensation environmental protection coating preparation

1.2 設備

防凝露環保涂料制備所需要的設備見表2。

表2 防凝露環保涂料制備所需設備Table 2 Equipments for coating preparation

1.3 制備過程

本研究防凝露環保涂料的制備過程[8-10]如下：

(1) 利用電子天平準確稱取一定量的B型硅膠，放入500mL燒杯中；

(2) 利用電子天平準確稱取一定量的MQ乙烯基硅樹脂；

(3) 按照1：1.5比例將B型硅膠與MQ乙烯基硅樹脂混合；

(4) 利用數顯恒速攪拌器，將B型硅膠與MQ乙烯基硅樹脂混合攪拌5min。需要注意的是，在攪拌過程中需要4次加入20mL的蒸餾水；

(5) 利用聚苯乙烯磺酸鈉、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚丙烯酸鈉配制一定濃度的聚合物溶液；

(6) 在每100mL聚合物溶液中加入3g的B型硅膠與MQ乙烯基硅樹脂混合物；

(7) 將上述裝有混合物的燒杯放入恒溫水浴鍋中，20℃溫度下利用磁力加熱攪拌器攪拌3h；

(8) 攪拌后，在室溫下沉淀，過濾1h；

(9) 將最后所得物質置于真空干燥箱中，進行干燥5min，即得到所需要的防凝露環保涂料；

(10) 利用密度測試儀對制備的涂料進行密度測試，驗證涂料是否合格。

2 防凝露環保涂料的性能分析

2.1 試驗設備

對防凝露環保涂料進行性能測試，所需試驗設備有：高低溫濕熱試驗箱，型號為RGD-250型，蘇瑞設備有限公司；電熱恒溫鼓風干燥箱，型號為ZKF035型，上海申賢恒溫設備廠；液體噴涂機，型號為COLO-G100型，杭州卡羅弗噴涂設備有限公司；超聲波振動儀，型號為GF14S型，邯鄲市美順機械設備有限公司；顯微鏡，型號為3E-H20053D型，深圳易順宏達實業有限公司。

2.2 試件制作

為了對比不同條件下涂料的防凝露效果，首先制作防凝露環保涂料樣片[11]。熱電廠電力系統表面多為金屬結構，因此選擇一塊 301不銹鋼金屬板作為基礎材料，裁剪為若干個10cm×10cm的尺寸較小的金屬片[12]，以此作為基底，如圖1所示。

圖1 金屬片基底Fig. 1 Metal sheet substrate

試件具體制作過程如下：

(1) 在超聲波振動儀中倒入去離子水。將圖2金屬片放入去離子水中，啟動超聲波振動儀振動10min，去除金屬片表面的雜質[13]。

(2) 取出清洗好的金屬片放入電熱恒溫鼓風干燥箱進行干燥處理。然后待金屬片溫度降至室溫。

(3) 將制備的防凝露涂料灌入到液體噴涂機中[14]。利用液體噴涂機在金屬片基底表面噴涂防凝露涂料。設計噴涂方案，見表3。

表3 噴涂方案Table 3 Spraying scheme

不同的噴涂方案，涂層厚度不同，主要用于分析涂層厚度的不同對防凝露效果的影響[15]。

(4) 每完成一次噴涂，需要將其放入電熱恒溫鼓風干燥箱當中，150℃固化 20min。

(5) 將固化好的試件，整體放入硅溶膠中浸泡1min，作用是增大金屬樣片單位面涂料質量。

(6) 取出后進行第二次的噴涂，再進行固化，重復上述過程，依次制作表3所需測試樣本[16-17]。

2.3 性能測試

(1) 通過高低溫濕熱試驗箱模擬凝露形成環境，讓試件在高低溫濕熱試驗箱中放置10min，然后取出通過顯微鏡觀察試件表面水珠凝結情況。

(2) 通過圖2防凝露測試實驗臺測試樣本的吸附性能，判斷不同樣本的吸濕量。

圖2 防凝露測試實驗臺Fig. 2 Anti condensation test bench

2.4 性能測試分析

2.4.1 凝露顯微結果

通過顯微鏡觀察到的不同樣本的水珠凝結結果，如圖3所示。從圖3中可以看出，未涂防凝露環保涂料的樣本1凝露最大，說明防凝露效果并不好，之后隨著涂層質量的增大，顯示出試件表面的凝露越來越小，密度越來越小，說明涂層厚度越高，防凝露效果越好。

圖3 凝露顯微鏡觀察結果Fig. 3 Microscopic results of condensation

2.4.2 吸附性能

利用圖2防凝露測試實驗臺，進行吸濕量試驗，結果見表4。從表4中可以看出，樣本1的吸濕量一直都趨于0，說明沒有涂防凝露環保涂料的金屬試件本身并不具備防凝露效果。除此之外，其余四個樣本從開始到10min，其吸濕量差別不大，但是在隨后的時間里，這四個樣本開始出現差異，從樣本2~樣本5，吸濕量呈現遞增的趨勢，這說明涂料質量越高，吸濕效果越好。此外，還可以看出，涂料的吸濕量是有限的，當達到其飽和限值，吸濕量將不再增長，這時涂層也就失去了防凝露的效果。

表4 吸濕量測試結果(單位：g)Table 4 Moisture absorption test results

3 結語

熱電廠電力系統起到了重要發電和供熱作用，一旦其中某個設備發生故障，將直接影響正常運營。凝露是導致熱電廠電力系統損害的一大原因，凝露若不進行及時處理，會銹蝕系統組成元件、造成漏電等問題，影響使用壽命。通過本研究以期明確涂料的防凝露特點，為電力系統防凝露方案制定提供參考和借鑒。然而，本研究還存在一些不足之處，即未充分考慮環境濕度、環境溫度對涂料的影響，因此針對此還需要開展更深入的研究。