苗旺

摘 要：文章分析了防生物污損涂料的類型和作用原理，對(duì)其發(fā)展方向進(jìn)行了論述，并結(jié)合我國(guó)潮汐能源開(kāi)發(fā)的現(xiàn)狀和前景，對(duì)防生物污損涂料技術(shù)在潮汐發(fā)電機(jī)組上的應(yīng)用工藝進(jìn)行了介紹。

關(guān)鍵詞：防生物污損；涂料；潮汐電站

中圖分類號(hào)：TV744 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）23-0172-02

1 概述

1.1 潮汐電站簡(jiǎn)介

潮汐電站是利用潮汐過(guò)程的水位變化進(jìn)行發(fā)電的裝置、設(shè)備及設(shè)施的總稱。其原理是在海灣或河口筑壩形成水庫(kù)，海水漲潮時(shí)水庫(kù)蓄水，落潮后海水水位降低，水庫(kù)水位與海水水位形成水位差，水庫(kù)泄水后，水的重力勢(shì)能可轉(zhuǎn)化為動(dòng)能形成水頭，推動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行發(fā)電，將海洋潮汐能轉(zhuǎn)變成可利用的電能。潮汐電站機(jī)組的特點(diǎn)是水頭低、流量大，主要有單庫(kù)單向型（一個(gè)水庫(kù)，落潮時(shí)放水發(fā)電）、單庫(kù)雙向型（一個(gè)水庫(kù)，漲潮、落潮時(shí)都能發(fā)電）、雙庫(kù)單向型（利用兩個(gè)始終保持不同水位的水庫(kù)發(fā)電）三種類型。浙江省的江廈潮汐電站是我國(guó)目前裝機(jī)規(guī)模最大的潮汐電站，設(shè)計(jì)安裝6臺(tái)500～700kW機(jī)組，總裝機(jī)容量3900kW，年發(fā)電量可達(dá)1100萬(wàn)kW·h，建設(shè)規(guī)模居亞洲第一位，世界第三位。

1.2 潮汐電站開(kāi)發(fā)的優(yōu)勢(shì)

我國(guó)有長(zhǎng)達(dá)18000公里的海岸線，擁有300萬(wàn)平方公里的海域面積，其中蘊(yùn)藏著豐富的海洋能源，據(jù)中國(guó)潮汐能資源普查，全國(guó)可開(kāi)發(fā)潮汐電站191處，可裝機(jī)容量21580MW，年發(fā)電量619億kW·h，僅浙江省可以建造10MW級(jí)潮汐電站的理想站址就有10余處。但目前我國(guó)已建潮汐電站不到10處，潮汐能源的開(kāi)發(fā)，可以有效緩解沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)省份能源短缺的現(xiàn)狀，減小火電站的發(fā)電壓力，降低煤炭消耗量，減少石化能源燃燒造成的排放污染。

1.3 海洋生物污染對(duì)發(fā)電機(jī)組的影響

潮汐過(guò)程中的海水含有大量的藻類植物、貝殼類生物，這些海生物容易吸附在發(fā)電機(jī)組部件表面。其中，藻類植物通過(guò)光合作用產(chǎn)生氧氣，使附近水體含氧量增加，貝殼類生物呼吸作用產(chǎn)生的二氧化碳及動(dòng)植物腐化后的分解產(chǎn)物會(huì)增加附近水體的酸性，有些海生物甚至?xí)茐脑O(shè)備表面的保護(hù)涂層，這些情況都會(huì)引起金屬部件發(fā)生腐蝕，縮短發(fā)電機(jī)組的使用壽命。此外，海生物的大量吸附還會(huì)影響水體流量和機(jī)組散熱，降低發(fā)電設(shè)備的運(yùn)行性能和穩(wěn)定性。

2 防生物污損涂料技術(shù)

防止海生物污損的方法較多，常用的有涂覆防生物污損涂料、施加液態(tài)氯、電解海水制氯防污、電解重金屬防污、銅合金覆膜、電解氯-銅聯(lián)合防污等，在某些局部的特定環(huán)境下，還可以使用過(guò)濾法、灼熱法、超聲波法、紫外線法等方式防止生物污染。

2.1 防生物污損涂料

涂覆防污涂料是最方便有效、應(yīng)用范圍最廣的防止生物附著污染的方法，防污涂料由基料、防污劑、填料和溶劑組成，其作用原理是：將防污涂料涂覆于發(fā)電機(jī)部件金屬表面，依靠涂膜中防污劑的逐步溶解、滲出，在漆膜表面形成有毒溶液薄層，用以抑制或殺死停留在設(shè)備表面的污損生物，防止海洋生物的吸附、破壞。

2.2 防污涂料的分類

根據(jù)涂料組成和滲出機(jī)理，傳統(tǒng)防污涂料通?？煞譃槿N類型：

2.2.1 溶解型防污涂料

溶解型防污涂料的防污原理是：涂層中的基料（主要為松香、油基樹(shù)脂等）和防污劑（主要為氧化亞銅、有機(jī)氯類化合物等）可以在海水中溶解，其中的防污劑成分發(fā)生水解反應(yīng)生成氯化物，隨著基料的逐漸溶解，涂層內(nèi)含有的防污成分不斷暴露、水解，使發(fā)電機(jī)組金屬表面維持具有氯化物的溶液薄層保護(hù)，防止海洋生物附著污損。

2.2.2 接觸型防污涂料

接觸型防污涂料的基料（主要為氯化橡膠、乙烯共聚物等）不易溶解，此類涂料中的防污劑（主要為氧化亞銅和銅粉）的含量較高，以顆粒狀存在，當(dāng)漆膜表面的防污顆粒從涂料中析出后，漆膜表面就形成空洞或溝穴，海水可以滲入并與內(nèi)部的防污劑表面接觸，使其繼續(xù)析出，與海水發(fā)生水解反應(yīng)生成氯化銅，起到保護(hù)機(jī)組的目的。

2.2.3自拋光型防污涂料

自拋光型防污涂料的基料是丙烯酸有機(jī)錫酯共聚物，聚合物的本身是疏水性的，它在海水中會(huì)發(fā)生水解，酯鍵斷裂，并釋放出有機(jī)錫，留下羧酸鹽進(jìn)而提高聚合物的親水性。此類涂層的基料水解后的產(chǎn)物成分具有水溶性，在釋放出有機(jī)錫防止海生物附著的同時(shí)，還能有效降低涂層表面的原始粗糙度，起到拋光漆膜的作用。

3 影響涂料防污效果的因素

防生物污染涂料的防污效果主要體現(xiàn)在可預(yù)防的對(duì)象種類范圍和使用壽命兩個(gè)方面，即在具有明顯防止海洋生物附著污染能力的同時(shí)，還應(yīng)具有較理想的有效時(shí)間。大多數(shù)海洋防污涂料的理論有效時(shí)間為2到3年，根據(jù)防污涂料的成分和作用機(jī)理，影響防污效果的條件主要有：

（1）防污劑的含量：通常，涂料中的防污成分含量越大，其使用時(shí)間也越久。

（2）防污涂層的表面自由能：表面自由能低的涂層不容易被海洋生物附著，即使被生物附著后也較容易將附著物從涂層表面清除。

（3）涂層的彈性模量：將附著在部件表面的生物剝離所需的功（W）為表面張力（γ）和彈性模量（E）乘積的1/2次方，即W=（γ·E）1/2。對(duì)于彈性模量低的涂層，在較小的外力下就可以將海洋生物剝離。

（4）涂層的粗糙度：涂層表面粗糙度越小，越不易被海洋生物附著。同時(shí)，涂料表面的粗糙程度也會(huì)影響涂層的使用壽命和清潔周期。

（5）涂層的疏水性：防污涂料的疏水性越強(qiáng)，對(duì)海生物的防污效果越好，目前已有將表面與水的接觸角大于150°的超疏水性防污材料應(yīng)用于海洋中金屬設(shè)備的防污。

（6）涂層對(duì)氫離子濃度的影響：漆膜表層水體與當(dāng)前海域海水的氫離子濃度相差越大，海洋生物越不易附著。

（7）涂層的顏色：選擇當(dāng)前海域中主要海生物排斥的顏色作為設(shè)備涂層的顏色。通常情況下，與深色系的涂層相比，淺色系顏色的涂層不易被海洋生物附著。endprint

4 防生物污損涂料技術(shù)在潮汐發(fā)電機(jī)組上的應(yīng)用

防污涂層主要應(yīng)用于潮汐電站水輪機(jī)部件與水接觸的表面，對(duì)表面涂層有較高的涂裝質(zhì)量要求，防生物污損涂料通?？膳c常規(guī)防腐油漆配套按如下工藝要求涂覆于發(fā)電機(jī)組的金屬部件表面，對(duì)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行防腐防污。

4.1 表面預(yù)處理

4.1.1 涂裝前部件表面狀態(tài)要求：金屬表面應(yīng)平順，不允許有毛刺、尖角、焊豆、凸瘤、砂孔，無(wú)探傷殘留物。

4.1.2 溶劑清理：對(duì)有油污及其他污染物的表面，用有機(jī)溶劑（如200#汽油）清理，目視檢查清理后的表面，應(yīng)無(wú)油脂、污物、切削化合物。

4.1.3 噴砂清理：按照美國(guó)防護(hù)涂料協(xié)會(huì)SSPC-SP5標(biāo)準(zhǔn)要求，使用棕剛玉磨料對(duì)發(fā)電機(jī)部件表面進(jìn)行噴砂預(yù)處理，噴砂清理后的表面清潔度需達(dá)到ISO8501-1 Sa3標(biāo)準(zhǔn)要求，表面應(yīng)無(wú)可見(jiàn)的油污、氧化皮、鐵銹和其他異物，具有均勻的金屬色澤，表面粗糙度Rz在70～100微米。噴砂預(yù)處理后的金屬表面，應(yīng)盡快噴涂油漆，當(dāng)環(huán)境相對(duì)濕度≤60%時(shí)，應(yīng)在噴砂后8小時(shí)內(nèi)進(jìn)行噴涂；當(dāng)60%≤環(huán)境相對(duì)濕度≤80%時(shí)，應(yīng)在噴砂后4小時(shí)內(nèi)進(jìn)行噴涂；當(dāng)環(huán)境相對(duì)濕度≥80%時(shí)，不允許噴涂。

4.2 噴涂防污防腐涂料

4.2.1 涂裝場(chǎng)地要求：應(yīng)在具有排風(fēng)系統(tǒng)的噴漆室進(jìn)行施工，要求室內(nèi)平均照度≥400Lux，空氣中無(wú)肉眼可視灰塵分散。

4.2.2 涂裝溫度和濕度條件：涂裝場(chǎng)地的溫度應(yīng)在控制在15℃至45℃，環(huán)境濕度在20%至80%，涂裝前產(chǎn)品表面的溫度應(yīng)比露點(diǎn)值高3℃以上。

4.2.3 噴涂前對(duì)使用的壓縮氣體應(yīng)經(jīng)除油、除水裝置處理。

4.2.4 涂料檢查：核對(duì)涂料的牌號(hào)、顏色，確認(rèn)是否在質(zhì)保期內(nèi)。

4.2.5 涂料配制：按照涂料的指導(dǎo)說(shuō)明書(shū)調(diào)制油漆，用稀釋劑調(diào)整涂料粘度、用攪拌器使混合均勻，并用濾網(wǎng)過(guò)濾后在活化期內(nèi)使用。

4.2.6 涂漆方法：使用高壓無(wú)氣噴涂方式，噴漆噴孔：0.5mm，工作壓力：250kg/cm2。施工時(shí)保持噴漆方向與被涂漆表面呈直角，噴槍距離被涂漆表面距離控制在0.2至0.3m之間，并以0.3至0.5m/s的速度勻速平行移動(dòng)。

4.2.7 按施工工藝要求依次涂覆下列種類油漆：

（1）高固態(tài)環(huán)氧富鋅底漆75？滋m；（2）耐水環(huán)氧漆300？滋m；（3）防生物污損涂料75？滋m。

4.3 漆膜質(zhì)量檢查

4.3.1 漆膜涂覆均勻，不得有流掛、分層、漏涂現(xiàn)象。

4.3.2 漆膜附著力按美國(guó)材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)ASTM D3359標(biāo)準(zhǔn)中的劃×法進(jìn)行檢查，測(cè)試結(jié)果等級(jí)需達(dá)到5A標(biāo)準(zhǔn)。

5 防污涂料的研究方向

含銅、錫元素的防污涂料主要是通過(guò)釋放對(duì)海洋生物具有毒性的元素抑制和防止海洋生物的附著，因此也會(huì)污染海洋的水體環(huán)境。所以，無(wú)污染、環(huán)保類的海洋防污涂料成為了當(dāng)前研究方向：

5.1 低表面能防污涂料

當(dāng)涂層表面張力小于22dyn·cm-1時(shí)，就可認(rèn)為海洋生物難于附著，日本關(guān)西涂料公司的防污硅氧烷涂料采用含有硅氧烷等單體的復(fù)雜共聚物，并加入硅油和硅膠溶劑，此材料涂層臨界表面張力為20.5dyn·cm-1，海灣掛片試驗(yàn)12個(gè)月后無(wú)污損。

5.2 導(dǎo)電防污涂料

應(yīng)用此類涂料進(jìn)行防生物污染的原理與電解海水防污相似，電解海水技術(shù)的關(guān)鍵是設(shè)置一個(gè)壽命長(zhǎng)、性能穩(wěn)定、可在海水中浸潤(rùn)的電解電極。若在發(fā)電機(jī)表面涂覆絕緣涂料后再涂覆導(dǎo)電防污涂料，并對(duì)其表面施加微弱電壓，此時(shí)的導(dǎo)電涂層可作為電解電極，將海水電解生成次氯酸，進(jìn)而防止海洋生物附著。

5.3 仿生防污涂料

海洋中的魚(yú)類、哺乳類動(dòng)物表皮不易被生物附著，這是因?yàn)榇祟悇?dòng)物的表皮可分泌活性物質(zhì)或具有特殊結(jié)構(gòu)，目前研究的原理有：

5.3.1 從海洋魚(yú)類生物中提取出具有抑制海洋生物及幼蟲(chóng)附著的天然活性物質(zhì)，在培養(yǎng)衍生后作為防污成分加入涂料中，發(fā)揮防生物污染的作用。

5.3.2 模擬大型海洋動(dòng)物的表皮結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)防生物附著。如使用塑料和橡膠材料仿制具有鯊魚(yú)皮表面紋理的防污涂層，防止海底生物附著。

6 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)沿海蘊(yùn)藏豐富的海洋能資源，利用海洋能發(fā)電既經(jīng)濟(jì)，又不占用土地，無(wú)需移民，不受氣候影響，不污染環(huán)境，開(kāi)發(fā)利用價(jià)值極高，而且這些海洋能源主要集中在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、能源需求量大的東南沿海地區(qū)。但目前我國(guó)沿海地區(qū)對(duì)潮汐電站的開(kāi)發(fā)率還較低，充分利用海洋能源，將有效緩解沿海地區(qū)能源緊缺的現(xiàn)狀，減少化石能源燃燒造成的環(huán)境污染，因此，潮汐電站在我國(guó)具有很大的開(kāi)發(fā)前景。同時(shí)，海洋性環(huán)境對(duì)機(jī)組的防腐防污要求較高，機(jī)組長(zhǎng)期置于環(huán)境惡劣、復(fù)雜的海水中，面臨著嚴(yán)重的海水侵蝕和生物污染，對(duì)機(jī)組進(jìn)行合理有效的防生物污損涂料技術(shù)保護(hù)，有助于發(fā)電設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性，延長(zhǎng)機(jī)組的使用壽命，是潮汐電站發(fā)電機(jī)組設(shè)備生產(chǎn)中的一項(xiàng)重要的工作。

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