热电厂电力系统用防凝露环保涂料的制备与性能研究*

窦 震，左 磊，宋 杨

（国能长源武汉青山热电有限公司，湖北武汉 430082）

热电厂不仅负责电力生产，还负责为用户供热，因此热电厂的正常运转对人们生产、生活起到了重要作用。热电厂中包含了各种各样的电力系统，如控制柜、环网柜、锅炉本体、送风机、分离器等[1]。这些设备的运转维持了热电厂的运营，因此保证各个设备正常运行至关重要。热电厂电力系统部分设备布设在室外，受到室外温差以及电力系统本身运行散发的热量的影响，空气中的水分接触这些系统的金属表面会发生液化，在金属表面形成凝露。凝露即是水珠[2]，这些水珠覆盖在金属表面，若是不能及时处理，会直接锈蚀电力系统的金属表面，结垢严重，进而引发电力系统元件故障，甚至引起漏电、闪络等事故，缩短了电力系统使用寿命，增加了热电厂设备维护成本。

针对上述问题，对电力系统进行除湿防凝露至关重要。目前，关于防凝露方法研究有很多。刘强等提出了一种基于加热的除湿方法，该方法主要原理是提升电力系统自身温度，让其温度一直高于周围空气中水分的凝结温度，来防止凝露出现。该方法效果好，但是该方法需要对于电力系统进行加热，会给设备造成一定的损伤，还比较耗电[3]。徐文露等研究一种密封材料，该材料除湿原理是通过对设备缝隙进行密封，以达到隔绝外部水气进入到内部[4]。这方法成本低、操作简单，但是随着长时间的使用密封胶条、橡胶垫的密封能力逐渐退化，导致防凝露效果也逐渐降低。Aleem 等提出一种干燥剂法，该方法原理是在设备内放置具有吸湿能力的材料，吸附水汽，以达到吸湿防潮的目的[5]。这种方法操作简单无须耗能，成本低廉，但是干燥剂使用时间有限，需要定期更换。

上述三种方法各有优缺点，结合前人研究经验，本研究制备热电厂电力系统的防凝露环保涂料，并针对其性能进行分析。通过本研究以期为电力设备防凝露研究提供参考和借鉴。

防凝露是热电厂电力系统保护中的一项重要措施。目前主要有三种方法，但是各有缺点[6-7]。为此，本研究提出一种表面涂层法。该方法首先进行防凝露环保涂料的制备。

1.1 原材料

热电厂电力系统的防凝露环保涂料制备所需材料见表1。

表1 防凝露环保涂料制备所需材料Table 1 Raw materials for anti condensation environmental protection coating preparation

1.2 设备

防凝露环保涂料制备所需要的设备见表2。

表2 防凝露环保涂料制备所需设备Table 2 Equipments for coating preparation

1.3 制备过程

本研究防凝露环保涂料的制备过程[8-10]如下：

(1) 利用电子天平准确称取一定量的B型硅胶，放入500mL烧杯中；

(2) 利用电子天平准确称取一定量的MQ乙烯基硅树脂；

(3) 按照1：1.5比例将B型硅胶与MQ乙烯基硅树脂混合；

(4) 利用数显恒速搅拌器，将B型硅胶与MQ乙烯基硅树脂混合搅拌5min。需要注意的是，在搅拌过程中需要4次加入20mL的蒸馏水；

(5) 利用聚苯乙烯磺酸钠、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠配制一定浓度的聚合物溶液；

(6) 在每100mL聚合物溶液中加入3g的B型硅胶与MQ乙烯基硅树脂混合物；

(7) 将上述装有混合物的烧杯放入恒温水浴锅中，20℃温度下利用磁力加热搅拌器搅拌3h；

(8) 搅拌后，在室温下沉淀，过滤1h；

(9) 将最后所得物质置于真空干燥箱中，进行干燥5min，即得到所需要的防凝露环保涂料；

(10) 利用密度测试仪对制备的涂料进行密度测试，验证涂料是否合格。

2.1 试验设备

对防凝露环保涂料进行性能测试，所需试验设备有：高低温湿热试验箱，型号为RGD-250型，苏瑞设备有限公司；
电热恒温鼓风干燥箱，型号为ZKF035型，上海申贤恒温设备厂；
液体喷涂机，型号为COLO-G100型，杭州卡罗弗喷涂设备有限公司；
超声波振动仪，型号为GF14S型，邯郸市美顺机械设备有限公司；
显微镜，型号为3E-H20053D型，深圳易顺宏达实业有限公司。

2.2 试件制作

为了对比不同条件下涂料的防凝露效果，首先制作防凝露环保涂料样片[11]。热电厂电力系统表面多为金属结构，因此选择一块 301不锈钢金属板作为基础材料，裁剪为若干个10cm×10cm的尺寸较小的金属片[12]，以此作为基底，如图1所示。

图1 金属片基底Fig. 1 Metal sheet substrate

试件具体制作过程如下：

(1) 在超声波振动仪中倒入去离子水。将图2金属片放入去离子水中，启动超声波振动仪振动10min，去除金属片表面的杂质[13]。

(2) 取出清洗好的金属片放入电热恒温鼓风干燥箱进行干燥处理。然后待金属片温度降至室温。

(3) 将制备的防凝露涂料灌入到液体喷涂机中[14]。利用液体喷涂机在金属片基底表面喷涂防凝露涂料。设计喷涂方案，见表3。

表3 喷涂方案Table 3 Spraying scheme

不同的喷涂方案，涂层厚度不同，主要用于分析涂层厚度的不同对防凝露效果的影响[15]。

(4) 每完成一次喷涂，需要将其放入电热恒温鼓风干燥箱当中，150℃固化 20min。

(5) 将固化好的试件，整体放入硅溶胶中浸泡1min，作用是增大金属样片单位面涂料质量。

(6) 取出后进行第二次的喷涂，再进行固化，重复上述过程，依次制作表3所需测试样本[16-17]。

2.3 性能测试

(1) 通过高低温湿热试验箱模拟凝露形成环境，让试件在高低温湿热试验箱中放置10min，然后取出通过显微镜观察试件表面水珠凝结情况。

(2) 通过图2防凝露测试实验台测试样本的吸附性能，判断不同样本的吸湿量。

图2 防凝露测试实验台Fig. 2 Anti condensation test bench

2.4 性能测试分析

2.4.1 凝露显微结果

通过显微镜观察到的不同样本的水珠凝结结果，如图3所示。从图3中可以看出，未涂防凝露环保涂料的样本1凝露最大，说明防凝露效果并不好，之后随着涂层质量的增大，显示出试件表面的凝露越来越小，密度越来越小，说明涂层厚度越高，防凝露效果越好。

图3 凝露显微镜观察结果Fig. 3 Microscopic results of condensation

2.4.2 吸附性能

利用图2防凝露测试实验台，进行吸湿量试验，结果见表4。从表4中可以看出，样本1的吸湿量一直都趋于0，说明没有涂防凝露环保涂料的金属试件本身并不具备防凝露效果。除此之外，其余四个样本从开始到10min，其吸湿量差别不大，但是在随后的时间里，这四个样本开始出现差异，从样本2~样本5，吸湿量呈现递增的趋势，这说明涂料质量越高，吸湿效果越好。此外，还可以看出，涂料的吸湿量是有限的，当达到其饱和限值，吸湿量将不再增长，这时涂层也就失去了防凝露的效果。

表4 吸湿量测试结果(单位：g)Table 4 Moisture absorption test results

热电厂电力系统起到了重要发电和供热作用，一旦其中某个设备发生故障，将直接影响正常运营。凝露是导致热电厂电力系统损害的一大原因，凝露若不进行及时处理，会锈蚀系统组成元件、造成漏电等问题，影响使用寿命。通过本研究以期明确涂料的防凝露特点，为电力系统防凝露方案制定提供参考和借鉴。然而，本研究还存在一些不足之处，即未充分考虑环境湿度、环境温度对涂料的影响，因此针对此还需要开展更深入的研究。