靜電噴涂技術(shù)在電站鍋爐行業(yè)的應(yīng)用
2019-03-08 12:32:56
作者：董猛，汪元奎， 邱佳紅，白青花，邵笑，盧常飛 來源：東方電氣集團東方鍋爐股份有限公司
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0 引言
隨著國內(nèi)經(jīng)濟的快速發(fā)展，電站鍋爐行業(yè)對于鍋爐產(chǎn)品的質(zhì)量要求不斷提高，其中就包括產(chǎn)品的防腐質(zhì)量和外觀。目前，針對鍋爐產(chǎn)品的涂裝主要以手工高壓無氣噴涂和空氣噴涂為主，但是由于鍋爐結(jié)構(gòu)的特殊性，采用上述手段進行涂裝不可避免地存在諸如流掛、漏涂等弊病，且工作強度大，生產(chǎn)效率低。對于受熱面管屏，則必須利用起重設(shè)備懸吊起來進行輔助噴涂。同時，涂裝施工環(huán)境差，VOC（揮發(fā)性有機物）含量高，對涂裝工身體存在傷害，環(huán)保效果不佳。
為解決常規(guī)噴涂存在的問題，提高產(chǎn)品涂裝質(zhì)量和工作效率，加強對涂裝工人的身體保護，我公司引進了液體靜電噴涂技術(shù)應(yīng)用于鍋爐高溫受熱面涂裝線中。靜電噴涂技術(shù)已成為多個行業(yè)涂裝工藝的主流技術(shù)，具有涂層質(zhì)量好且相對穩(wěn)定、上漆效率高、節(jié)省涂料成本、節(jié)能省力、環(huán)保效果好和生產(chǎn)效率高等優(yōu)點，但是應(yīng)用于鍋爐產(chǎn)品的涂裝施工，在國內(nèi)尚屬首次。
1 靜電噴涂原理
液體的靜電噴涂是指在噴嘴和對應(yīng)的接地電極之間加上高電壓時，噴嘴尖端流出的液體因受表面張力、靜電力、電荷之間的排斥力以及重力等作用力，使液滴表面不穩(wěn)定進而分裂后破碎最終將霧化后的液滴均勻地涂覆在被涂物上，見圖1。一般情況下，液滴帶負電荷，工件表面帶正電荷。液滴在靜電力、排斥力及重力等外力作用下，不斷均勻、細化霧滴，且定向沉積于帶正電荷的工件表面，最終形成一層均勻且附著牢固的薄膜。
通常情況下可以認為液體霧化的實質(zhì)是液體表面的動力穩(wěn)定性問題，液體的表面張力和粘滯阻力是霧化過程中存在的兩種主要阻力，而液體荷電會導(dǎo)致液滴表面張力降低和內(nèi)外壓力差增加，從而有利于液體霧化。當霧滴荷電量達到瑞利極限時，表面電荷間的排斥作用使霧滴繼續(xù)分裂。液體的靜電噴涂技術(shù)正是利用靜電對液體作用來提高霧化效果、生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)成本的。
2 靜電噴涂的工藝參數(shù)優(yōu)化
靜電噴涂涂層質(zhì)量優(yōu)劣與不但與靜電噴涂工藝參數(shù)如靜電壓、噴涂距離、噴槍角度及噴嘴型號有關(guān)，同時與所選用涂料特性如黏度、電阻率等息息相關(guān)。
靜電噴槍布置在相對密閉的涂裝室內(nèi)，其相關(guān)布置見圖2。為保證良好的噴涂效果，結(jié)合鍋爐受熱面產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)實際，靜電噴涂的各項工藝參數(shù)必須通過工藝試驗予以慎重選擇。這里靜電壓選擇60 kV左右，靜電噴漆室內(nèi)風速控制在0.25-0.35m/s之間，產(chǎn)品移動速度控制在4-6 m/min。
2.1 涂料參數(shù)——黏度及電阻率
施工時涂料黏度需要嚴格進行控制。靜電稀釋劑雖然能夠起到稀釋的作用，但是其用量必須嚴格控制。用量過少，一方面易造成涂料黏度過大，施工性能不佳，易產(chǎn)生流掛。另一方面，也易造成漆滴帶電量不足，工件表面吸附效率降低。如果用量過多，涂料黏度過小，涂層厚度偏薄，漆滴導(dǎo)電率太高，對設(shè)備的絕緣性和防火方面的要求相應(yīng)提高，靜電噴涂設(shè)備容易漏點，造成危險。這是實際上也要求低導(dǎo)電率稀釋劑與涂料本身具有良好的匹配性，以確保涂料在合理的導(dǎo)電率范圍內(nèi)，涂料黏度也能滿足施工要求。
試驗結(jié)果表明：涂料的電阻率在10-40兆歐·厘米，涂料黏度在18-25 s（涂-4#杯）為佳。
2.2 噴涂距離
靜電場的電場強度是靜電涂裝的主要動力，它的強弱直接影響靜電涂裝的質(zhì)量。參照電場強度與壓力和距離公式（1）所示：
E=U/L （1）
E-靜電場的平均電場強度，V/cm；U-靜電噴槍上所加的直流電壓，V；L-放電極與被涂物之間的距離，cm。
電廠強度與靜電場的電壓成正比，與噴嘴和工件之間的距離成反比。所以在電壓一定的情況下，噴涂距離的選擇十分關(guān)鍵。根據(jù)試驗結(jié)果，噴涂距離以250-350mm為佳。噴涂距離過大，待涂裝表面離漆霧的有效扇形區(qū)較遠，涂層易出現(xiàn)露底現(xiàn)象；噴涂距離過小，漆霧未得到充分的分散，易形成霧化不良，涂層表面易出現(xiàn)橘皮、流掛及涂層厚度不均現(xiàn)象。
2.3 進氣壓力
進氣壓力的大小對于漆霧的分散效果影響很大。進氣壓力過小，漆霧不易分散，涂層表面易出現(xiàn)橘皮現(xiàn)象，呈現(xiàn)較大液滴覆蓋于產(chǎn)品表面。增加進氣壓力，可增加漆霧的霧化效果，加之油漆顆粒帶有負電，互相排斥，使霧化粒徑越小，分散更加均勻，漆膜的平滑性更好。但是壓力也不宜過大，否則會產(chǎn)生干噴現(xiàn)象，涂層的光澤度和附著力均有所下降，且加劇噴嘴的磨損。
試驗結(jié)果表明，靜電噴涂進氣壓力雖然較常規(guī)無氣噴涂較小，但是不宜過小，建議進氣壓力在0.25-0.40 MPa。
相對于上槍，下槍噴射的漆霧承受的力更大（重力、送排風系統(tǒng)施加的向下外力），漆霧到達產(chǎn)品界面的難度更大，所以為保證產(chǎn)品背面的噴涂效果，建議下槍的壓力務(wù)必大于上槍，但是壓力也不可過大，可考慮差值在0.05MPa左右。
2.4 噴嘴選擇
為了保證噴涂效率、油漆上漆率以及獲得良好的噴涂質(zhì)量，合理的選擇噴嘴十分重要。但是噴嘴選擇不能脫離于所使用的涂料，必須以涂料為基礎(chǔ)，平衡好噴涂效率、涂層質(zhì)量之間的關(guān)系。
試驗結(jié)果表明，當噴嘴選擇型號14-18，噴幅相對較寬者為佳，一方面可以降低噴槍堵塞的概率，另一方面也可充分保證涂層外觀質(zhì)量和涂層厚度。
2.5 噴槍夾角
根據(jù)噴涂原理，要求噴槍噴出的漆霧應(yīng)與產(chǎn)品保持垂直狀態(tài)，才能更好的保證涂層的均勻性。但是由于靜電噴涂的特性——存在屏蔽效應(yīng)，尤其鋼管件的腰身區(qū)域（見圖3），無法保證涂層的有效遮蓋（即鋼管腰身區(qū)域可能會出現(xiàn)漏涂現(xiàn)象）。要想改變此種現(xiàn)象，只有通過調(diào)整兩把噴槍之間的夾角（噴槍最初呈平行狀態(tài)），使霧化顆粒改變原有的電場力運行方向，確切的說，應(yīng)該是質(zhì)量慣性、電場力、重力，空氣阻力，送排風阻力的合力的方向。從而達到鋼管的腰身區(qū)域，來盡量減輕其鋼管腰身區(qū)域的由于屏蔽效應(yīng)導(dǎo)致的漏涂現(xiàn)象。
試驗結(jié)果表明：當兩槍的夾角在5-15°時，大部分鍋爐受熱面鋼管的腰身區(qū)域漏涂現(xiàn)象最為輕微。
3 靜電噴涂施工注意事項及存在的問題
3.1 加強過濾
涂料在儲存過程中，由于無法達到絕對密封，涂料表面易出現(xiàn)產(chǎn)生結(jié)皮現(xiàn)象。少量結(jié)皮的存在是一種正常現(xiàn)象。為避免造成噴槍堵塞，施工前，應(yīng)及時將相應(yīng)結(jié)皮取出，同時進行充分的攪拌，減少固體份沉降。有條件時，可進行有效的過濾處理。
3.2 加強洗槍
施工完畢，必須及時對噴涂設(shè)備管路進行清洗，尤其是過濾裝置、噴嘴及氣帽。拆卸噴嘴后，應(yīng)采用專用毛刷認真刷洗，嚴禁使用硬質(zhì)鋼絲進行疏通，以免造成空氣孔變形，即使微小的變形都會影響霧化效果。清洗結(jié)束后，可將相關(guān)過濾裝置、噴嘴等浸泡于干凈的稀釋劑中，避免其他固體顆粒進入零件內(nèi)部，影響噴涂效果。
3.3 及時更換噴嘴
由于采用的涂料中存在較多的硬質(zhì)顆粒，加之日常涂料的使用量較大，對于噴嘴的磨損是非常大的。噴嘴磨損嚴重后，涂層極易出現(xiàn)橘皮及霧化不良的現(xiàn)象。需要及時的更換噴嘴。適當降低進氣壓力，有助于減緩噴嘴的磨損速度。
3.4 加強與工件接觸區(qū)域的涂層清理
噴涂施工過程中，應(yīng)確保行車架（或?qū)к墸┛煽拷拥兀渑c工件應(yīng)呈點或者線接觸，否則影響靜電噴涂效果。同時由于施工時行車架與部件整體進入噴涂室，行車架表面會吸附有大量的油漆涂層。長時情況下，油漆涂層的存在會影響產(chǎn)品的接地和導(dǎo)電性能，故應(yīng)定期予以清理。
3.5 存在的主要問題
法拉第籠效應(yīng)是靜電噴涂固有的特點。針對有深腔的物體不適合噴涂工藝，這是因為涂料被吸引到物體的最外端，導(dǎo)致涂層不均勻，這種不均勻涂層是法拉第籠效應(yīng)的結(jié)果。針對鍋爐受熱面，金屬管子之間是存在間距的，如此會導(dǎo)致相應(yīng)鋼管的腰身部位極易出現(xiàn)漏涂。雖然可以通過調(diào)整噴槍角度可以有效的減少鋼管之間的漏噴區(qū)域，但是并不是每一種類型的產(chǎn)品都可以達到滿意效果。尤其是不同受熱面部件的鋼管間距還存在不一致的情況下。
同時當受熱面部件存在管夾等附件時，相應(yīng)區(qū)域很難避免漏涂現(xiàn)象。所以施工完畢后，針對漏涂區(qū)域的人工補漆非常重要。
4 結(jié)語
鍋爐受熱面使用靜電噴涂后，在保證正確的工藝參數(shù)選擇的情況下，噴涂操作環(huán)境大大改善、降低環(huán)境污染，提高了工作效率。涂裝整體質(zhì)量明顯提升，光滑細膩、厚度相對平整均勻，無橘皮、流掛現(xiàn)象。但是由于屏蔽效應(yīng)導(dǎo)致的漏涂現(xiàn)象，仍然無法完全避免，需要予以重點考慮。
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