In een tijd waarin wereldwijde energietekorten en milieuvervuiling blijven intensiveren, is de vraag naar zeer efficiënte thermische isolatiematerialen in het industriële veld de kernrichting geworden van technologische innovatie . Uit gegevens blijkt dat in de ruwe oliepijpleiding transport alleen maar verhoogt door warmte-dissipatierekeningen voor ongeveer 1/3 van het totale energieverbruik, maar ook de viscosities van het croute, maar ook de viscosities van het croute, maar ook de viscosities van het croute, maar ook de viscosities van het croute, maar ook de viscosities van het cruis, maar ook de viscositeitsverlichting, maar ook de viscositeitsverlichting, maar ook de viscositeit van de viscositeit van de viscositeit, maar ook de viscositeitsverlichting, maar ook de viscositeitsverlichting, maar ook de viscositeitsverlies, maar ook de viscositeitsverlies, maar ook de viscositeitsverlies, maar ook verhoogt. verslechteert de vloeibaarheid en beïnvloedt zelfs de kwaliteit van olieproducten . Het traditionele "Rock Wool Insulation Board + Gegalvanized Protective Layer" Protection System wordt geconfronteerd met meerdere technische knelpunten: de thermische geleidbaarheid van steenwol neemt aanzienlijk toe na het absorberen van water en het isolatie -effect is teruggebracht met tot 40%; Stofvervuiling wordt gemakkelijk gegenereerd tijdens het bouwproces en langdurig gebruik zal corrosie veroorzaken onder de isolatielaag en roest op de beschermende laag .
Inhoud
1. Technische achtergrond en onderzoeksinstelling
2. coating voorbereidingsproces en formuleontwerp
3. prestatietests en ondersteunend beveiligingssysteem
4. Industriële toepassingsscenario's en batenanalyse
5. Technische uitdagingen en toekomstige ontwikkelingspaden
6. conclusie
1. Technische achtergrond en onderzoeksinstelling
Airgel is een poreus materiaal dat bestaat uit nano -schaalgaten . De speciale ruimtelijke mesh -structuur geeft het uitstekende thermische isolatieprestaties - de thermische geleidbaarheid is zo laag als 0.01-0.02 W/(m ・ k), die slechts 1/3 van traditionele rotswol is {{{{}}} in deze structuur. Pores is effectief gebonden, terwijl het blokkeren van het vaste warmtegeleidingspad, waardoor een "driedimensionale thermische isolatie" -effect wordt bereikt . Het onderzoek van het team van Yuan Xuesong laat zien dat de composiet van nano-sio₂ airgel en water-gebaseerde acrylzuursysteem een nieuw type van de field-e-efficeerde isolatie en groene milieubeschermingskarakteristieken kan voorbereiden en een breakthhpthThing-kenmerken voor de field-siodetische beveiligingskarakteristieken kunnen voorbereiden en een breakthethpthpthet-kenmerken kunnen voorbereiden en een breakthethpthpthet-eigendomssysteem kunnen voorbereiden. Petroleum, petrochemicaliën en het bouwen van energiebesparing .
2. coating voorbereidingsproces en formuleontwerp
De coating wordt voorbereid met behulp van de "Graded Dispersion-Syergistic Compound" -proces . De kerngroene materialen omvatten: Wanhua Chemical's op water gebaseerde acrylemulsie A, Shenzhen Zhongning Technology's Sio₂ Airgel Powder, 3M's Hollow Glass Microskheres en Shanghai Huijingya's Ceramic Microspheres {} De specifieke voorbereiding en het specifieke voorbereiding Stappen zijn als volgt:
Voeg eerst silaankoppelingsmiddel toe en bevochtiging dispersant aan gedeïoniseerd water, voeg langzaam airgelpoeder toe onder roeren met een lage snelheid bij 500R/min en verspreid vervolgens een hoge snelheid van 3000R/min voor 30-50 minuten om een uniforme slurry van luchtgeeltjes te vormen in water . De sleutel naar deze stap is te gebruiken. nano-level dispersie .
Voeg vervolgens acryl -emulsie toe en gedeïoniseerd water aan de slurry in verhouding, roer bij 800-1000 r/min voor 10-15 minuten om een stabiel colloïdaal systeem te vormen . Eindelijk, Hollow Glass Microsferen, Ceramische microsferen en andere functionele vullings worden toegevoegd en het mengsel wordt gedisperseerd in een lage snelheid van {{{{3} 15-20 minuten om te voorkomen dat de vulstoffen de thermische isolatieprestaties breekt en beïnvloeden .
Belangrijkste parameters voor formule -optimalisatie
In de optimalisatie van de airgelcoatingformule heeft het airgelgehalte een duidelijk kritisch effect . Experimenten tonen aan dat wanneer de massafractie van airgel 5%is, de thermische geleidbaarheid kan worden gereduceerd tot 0 . 042W/(m · k), en het thermische isolatietemperatuur van 5mm -coating bij 80 graden is echter 30 graden. Het gehalte is groter dan 7%, het zal krimpende scheuren veroorzaken en wanneer het 10%overschrijdt, zal de structuur instorten als gevolg van onvoldoende coating van airgele deeltjes, en de thermische geleidbaarheid zal in plaats daarvan toenemen.
In terms of functional fillers, the 1:1 compounding of glass microspheres and ceramic microspheres has excellent effect, with a thermal conductivity of 0.045W/(m·K) and an adhesion of 1.56MPa. Glass microspheres provide thermal insulation through the internal hollow structure, while ceramic microspheres fill the poriën om de strakheid van de structuur te verbeteren. Als kaoline wordt gebruikt om keramische microsferen te vervangen, wordt de hechting verhoogd tot 1,76 MPa, maar vanwege de sterke thermische geleidbaarheid neemt de thermische geleidbaarheid toe tot 0,050 W/(m · K), wat niet bevorderlijk is voor thermische isolatieprestaties.
The regulation of the pigment-to-base ratio has a significant impact on the film quality of the coating. When the pigment-to-base ratio is 0.64, the coating has the lowest thermal conductivity and good adhesion (1.58MPa). However, when it is increased to 0.90, the latex content decreases, the De vulstof is niet volledig bedekt en microscheuren worden gevormd, wat de thermische geleidbaarheid verhoogt tot 0,049 W/(m · k) en de hechting daalt ook tot 0,93 mpa. Daarom is een redelijk evenwicht van de vulstof- en latex -verhouding de sleutel tot het bereiken van thermische isolatie en structurele stabiliteit.
3. prestatietests en ondersteunend beveiligingssysteem
Multidimensionale prestatie-indexanalyse
Thermische isolatie en mechanische eigenschappen:
- De thermische geleidbaarheidstest neemt Hg/T 5182 Standard . aan.
- In de mechanische prestatietest kan de coatingbuigtest 1 mm (GB/T 6742), impactweerstand 40kg ・ cm (GB/T 1732) bereiken en pull-off adhesie 1 . 58MPa (GB/T 5210), die allemaal de conventionele thermische thermische coating-indicatoren overschrijden.
Het bijpassende coatingsysteem (op water gebaseerde epoxy-primer + airgelisolatielaag + acryl-topcoat op waterbasis) is rigoureus getest:
- Zure resistentie (GB/T 9274 -methode A) is 240 uur geen afwijking en alkali -weerstand is 168 uur niet blaren of afwerpen;
- Zoutsprayweerstand (GB/T 1771) Na 240 uur is er geen roest op het coatingoppervlak;
- Weerstand tegen kunstmatige versneld veroudering (GB/T 1865) gedurende 500 uur, en de uitvoering blijft stabiel .
Collaboratief ontwerp van anti-corrosie ondersteunend systeem
Het ondersteunende systeem hanteert "drielaagse beschermingslogica":
- De onderste laag van op water gebaseerde epoxyprimer bevat actieve epoxygroepen, die chemische bindingen kunnen vormen met het metalen substraat, met een hechting van meer dan 5MPa, terwijl de penetratie van elektrolyten isoleert;
- De middelste airgelisolatielaag bereikt een thermische barrière door nanoporeuze structuur, en de poreuze kenmerken ervan kunnen ook een kleine hoeveelheid geïnfiltreerde corrosieve media absorberen;
- De oppervlaktelaag van acryl-topcoat op waterbasis heeft hydrofobe groepen, die externe corrosiebronnen kunnen blokkeren, zoals regen- en zoutspray, en een lichte reflectiviteit van meer dan 80%heeft, waardoor coating veroudering wordt verminderd .
4. Industriële toepassingsscenario's en batenanalyse
Nadat de coating op een oliepijpleiding in een olieveld was aangebracht, werd de oppervlaktetemperatuur van de pijpleiding boven 25 graden gehouden bij een omgevingstemperatuur van -10 graad, die 15 graden hoger was dan de traditionele rotswol -isolatielaag, werd de ruwe olie -viscositeit verlaagd met 30%, en het pompergie -energieverbruik werd verminderd door 22%.}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {7} Ton, 3200 ton brandstof kunnen elk jaar worden opgeslagen, gelijk aan een energiebesparende kosten van ongeveer 1 . 8 miljoen yuan.
In een 50, 000 kubieke meter ruwe olie -opslagtank, lost de toepassing van airgelcoating twee belangrijke technische problemen op: ten eerste wordt de olietemperatuurschommelingen in de tank geregeld op ± 2 graden door efficiënte isolatie om te voorkomen dat de ruwe olie stolling door lage temperatuur; Ten tweede vermindert het ondersteunende coatingsysteem de corrosiesnelheid van de binnenwand van de opslagtank van 0 . 12 mm/jaar tot 0,03 mm/jaar, waardoor de onderhoudscyclus wordt verlengd tot meer dan 5 jaar en de kosten van een enkel onderhoud met 60%verlaagt.
Analyse van de twee dimensies van milieu- en economische voordelen
Coatings op basis van airgel op water hebben aanzienlijke groene en milieuvriendelijke kenmerken . In vergelijking met traditionele op oplosmiddelen gebaseerde coatings, bevatten ze geen schadelijke stoffen zoals benzeen en formaldehyde, en VOC-emissies zijn bijna nul . in een petrochemische basistoepassing, het constructieproces van de airkwaliteit in het nationale " in de coating -industrie "(gb 37824-2019), weerspiegeling van goede milieuvriendelijkheid .
Vanuit economisch perspectief tonen Airgel -coatings sterke kostenvoordelen gedurende hun levenscyclus . Hoewel de initiële investering iets hoger is (180 yuan/㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ {en onderhoudskosten en onderhoudskosten van 15 yuan/㎡ kunnen zijn, kan een netto -winst van 120 yuan/㎡ kunnen zijn binnen het jaar en een netto -winst van 120 yuan/㎡. met een invoer-output-verhouding van 1: 1 . 67, wat beter is dan de vervangings- en onderhoudskosten van traditionele rockwolsystemen.
5. Technische uitdagingen en toekomstige ontwikkelingspaden
De industrialisatie van airgelcoatings wordt geconfronteerd met twee belangrijke knelpunten: één is de hoge kosten, die voornamelijk te wijten zijn aan de grote investering in superkritische droogapparatuur en de afhankelijkheid van geïmporteerde grondstoffen voor siliciumbron; De andere is het slechte aanpassingsvermogen van de constructie . Traditioneel spuiten kan de airgelstructuur gemakkelijk beschadigen, en er is een probleem van ongelijke dikte bij de constructie van speciaal gevormde onderdelen .
De toekomstige ontwikkelingsrichting richt zich op technologische doorbraken en applicatie-innovatie . enerzijds wordt verwacht dat de promotie van atmosferische drukdroogtechnologie en bio-gebaseerde siliciumbronvervanging de kosten met meer dan 70%zal verlagen; Anderzijds wordt functionele expansie de sleutel, zoals het enten van thermosensitieve polymeren om intelligente temperatuurregelingscoatings te construeren, die de porositeit kunnen aanpassen aan de temperatuurveranderingen en de efficiëntie van warmte -dissipatie kunnen verbeteren; Tegelijkertijd brengt de zelfherstel coating reparatieagenten vrij via microcapsules om automatische crackherstel te bereiken en de levensduur en betrouwbaarheid van de services te verbeteren . Deze innovatieve paden bieden haalbare oplossingen voor de grootschalige promotie van airgelcoatings .
6. conclusie
Aerogel water-based thermal insulation coatings have broken through the performance boundaries of traditional thermal insulation materials through the innovative combination of nanomaterials and water-based polymers. Its thermal conductivity of 0.042W/(m・K) and adhesion of 1.58MPa achieve the performance synergy of "high-efficiency thermal insulation - strong and tough combination", and the supporting protection system solves the corrosion problem in the industrial field. Driven by the "dual carbon" goal, this technology not only provides a practical solution for energy saving and cost reduction for the petrochemical industry, but also promotes the development of thermal insulation materials towards green and intelligent directions. With the in-depth research on atmospheric pressure preparation technology and functional modification, Van airgelcoatings wordt verwacht dat ze een bredere applicatieruimte openen in de velden van het bouwen van energiebesparing, nieuwe energieapparatuur, enz., En een van de belangrijkste materialen wordt die de energierevolutie ondersteunt.