大电机有害气味的来源与对策

张 宏

(哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江 哈尔滨 150040)

0 引言

在大电机运行的初期，比如安装、投运后的初期或是停机以后重新启动期间，常常会散发出来一种对人体刺激性很强的有害气味。这些毒气来源于大电机定子铁心硅钢片之间清漆含有的甲醛。在出厂以前，定子铁心已经实施加热、固化，硅钢片之间清漆中的溶剂已经挥发。然而甲醛是一种具有可逆“键合”功能的交联剂，在大电机运行的初期由于吸收热量，其中“键合”程度较差的甲醛就会释放、挥发出来。甲醛是一种有毒气体，它的挥发量与受热时间、温度、固化条件有关。根据模拟试验研究结果，提出了应对措施。

1 毒气的限值

基于三聚氰胺或酚醛树脂的甲醛交联剂，是一种活性物质，具有可逆“键合”功能，作为交联剂，在同类价格的商品中，它的优点是:固化速度快、弹性好、耐腐蚀性好、黏附性能好，因而被广泛应用于大电机定子铁心硅钢片绝缘清漆成分中。由于它们是凝结树脂，在交联反应过程中，分裂产生挥发性单体。对于三聚氰胺或酚醛树脂来说，分裂出来的单体是水、酒精及甲醛。然而，甲醛是一种具有强烈刺激性气味的无色气体，会导致人体皮肤的过敏反应，并对咽喉等呼吸系统和眼睛等产生刺激、损伤。

在工作环境中释放出来的甲醛浓度，其气味阈值通常在0.5～1.0 p.u之间。具体的限值，取决于各个国家的职业安全与卫生管理局所做出的不完全相同的规定。多数国家(如中国、日本、法国、德国、挪威、奥地利等)规定的浓度(p.u)最大限值是0.5;加拿大和美国的规定为0.75;澳大利亚、荷兰的规定为1.0;只有英国的规定较宽，为2;美国有的部门则建议规定更加严厉的限值——0.1～0.016 p.u。按照上述规定当周围环境空气中的甲醛浓度达到该值时，工作人员的正常工作时间不得超过8h。有的国家规定:只是允许在很短的时间段(15 min)内可以接触规定的这种浓度限值的甲醛，但是同时规定:在8 h的工作时间内，不允许出现4次这样的时间段，而且这样的时间段之间的间隔不得少于1 h。

2 时间的影响

由于甲醛在水中具有不稳定性，进行甲醛浓度的测定，必须首先分离和检测所形成的衍生物。如果检测周围空气中甲醛的浓度，可以采用光谱和电化学氧化的方法，但是事先必须排除其它干扰物质。在监测大电机定子铁心硅钢片涂漆中甲醛的释放量与时间的关系时，采用了基于红外光声检测方法的气体分析仪器。当加热叠片铁心的温度升高到80℃时的持续过程中，时间大约在20 min时，甲醛的释放量(mg/m2)从0开始达到最大峰值(0.35)，而且呈现“抛物线”状态，然后开始缓慢减少，直到60 min时，释放量降低到0.05。甲醛的释放过程又呈现“衰变”状态。在经历4 000 min以后，其释放量接近于0。

3 温度的影响

对清漆的化学成分进行模拟动力学研究的结果表明，酚醛树脂和三聚氰胺树脂基清漆的甲醛释放量最高，然而，聚酯清漆却无释放。对甲醛释放也进行了模拟试验研究，结果表明，在某一温度下，大部分甲醛能够在短时间内释放完成，而在后续的加热过程中，剩余甲醛的释放量几乎接近于0。研究发现:甲醛的释放量并不与加热温度呈线性关系:在30℃时甲醛释放量较少;但在60℃时，却出现第一个释放最大高峰值;在100℃时，又出现第二个最大高峰值。其释放总量与其原材料本身性能并无关系。但却说明:用来分解甲醛的化学反应是需要一定的活化能量，其能源便来自于固化过程中的加热，而不是仅仅取决于温度。

随着加热温度的增加，甲醛的释放量也在增加。但是，两者不呈现线性关系。当定子铁心从20℃开始加热，每个小时提高10℃时，在10 h时间内加热到100℃时的过程中，当温度达到30℃时，甲醛开始释放(0.02)，在2.5～6 h期间，其释放量在0.05上下波动。6 h以后又开始增加，直到8 h后增加达到0.12。试验研究表明，在部分甲基化三聚氰胺甲醛树脂的反应中，有的与温度、加热(活化能量)有关。亚甲醚转化为亚甲基就释放出来甲醛，即:亚甲基乙醚桥的化学反应，转化为亚甲基桥，从而释放出来甲醛(其化学反应式如下:-NCH2OCH2N-→-NCH2N-+H2C=0)。然而，尚未反应的羟甲基群也可能会释放出来甲醛(其化学反应式如下:-NCH2OCH3-+-NH→ -NCH2N-+CH3OH)。在部分甲基化三聚氰胺甲醛树脂的缩合交联化学反应式中，会分裂出来更多的甲醛。在三聚氰胺树脂的缩合交联化学反应式中，共有12种，其中就有4种可以导致甲醛的释放(H2C=0)。甲醛的释放总量，取决于三聚氰胺或酚醛树脂的类型、固化条件。由此可见，甲醛的分裂、分解、释放、挥发是有多么复杂。

4 固化的影响

在定子叠片铁心加热烘焙过程中，固化速度对冲片清漆中甲醛的释放量有很大影响。在这里将固化速度定义为:烘焙铁心硅钢片之间清漆、使定子铁心固化为整体的过程中，施加全部热量所需要的时间长短:时间长——意味着固化速度慢:时间短——意味着固化速度快。现在将固化速度分为4种类型:前3种为分别选择铁心加热烘焙工艺所需总热量的85%、75%、65%的3种情况下进行，第4种类型则是在第3种(65%)情况的基础上再进行二次烘焙(在230℃下烘焙0.5 h)。模拟试验研究结果表明，第3种类型由于加热热量不足，清漆的固化没有达到要求。而前2种类型的固化速度却达到了清漆化学反应的交联标准。上述结果足以证明:加热热量、固化速度对于甲醛的释放量有很大影响。经过烘焙后的定子铁心再没有发现较大的甲醛释放。

试验研究结果证明:固化过程中加热时间增加、固化速度减慢和进行二次烘焙，可以大幅度(高达80%以上)减少以后甲醛的释放量。定子铁心固化过程中加热热量和时间对甲醛释放量(mg/m2)的影响见表1(采用气体监测仪测试的结果)。

表1 定子铁心固化过程中不同的加热热量和时间时的甲醛释放量/(mg·m-2)

在加热固化过程中，即使达到力学(截面强度大小等)、化学(酒精反应程度等)、电学(表面电阻大小等)等性能方面的要求，在固化以后，在三聚氰胺或酚醛树脂中还可能包含有可逆“键合”形式的甲醛，如果继续加热(比如二次烘焙)，仍然可以进一步使甲醛释放出来。甲醛释放过程的持续时间，通常为几个星期、几个月、甚至更长的时间，这取决于发电机机型、运行环境、工作条件等。

5 结语

(1)优化工艺——对大电机定子铁心硅钢片清漆的加热固化工艺进行优化，合理选择温度、时间、固化条件等因素，可以最大限度地把清漆中的甲醛排除，减少后患。

(2)二次烘焙——降低固化速度和实施二次烘焙，可使清漆中的甲醛释放80%以上。

(3)新型清漆——硅钢片涂漆中甲醛等有毒成分的根本消除途径。

水溶性硅钢片新型漆，性能达到美国GE公司的标准。已在空冷汽轮发电机和交流电机上使用，效果良好。