At a time when global energy shortages and environmental pollution continue to intensify, the demand for high-efficiency thermal insulation materials in the industrial field has become the core direction of technological innovation. Data shows that in the crude oil pipeline transportation link alone, the energy loss caused by heat dissipation accounts for about 1/3 of the total energy consumption each year, which not only causes huge energy waste, but also increases the viscosity of crude oil, deteriora -se a fluidez e até afeta a qualidade dos produtos petrolíferos . o sistema de proteção tradicional "Rock Wool Isolle + Galvanized Protective Camyer" de proteção "enfrenta múltiplos gargalos técnicos: a condutividade térmica da lã de rocha aumenta significativamente após a absorção da água e o efeito de isolamento é reduzido em até 40%; A poluição da poeira é facilmente gerada durante o processo de construção, e o uso a longo prazo causará corrosão sob a camada de isolamento e ferrugem na camada protetora .
Contente
1. Antecedentes técnicos e significado da pesquisa
2. Processo de preparação de revestimento e design de fórmula
3. Teste de desempenho e sistema de proteção de suporte
4. cenários de aplicação industrial e análise de benefícios
5. desafios técnicos e caminhos de desenvolvimento futuros
6. Conclusão
1. Antecedentes técnicos e significado da pesquisa
Airgel é um material poroso composto por orifícios em escala nano ., sua estrutura de malha espacial especial oferece excelente desempenho de isolamento térmico - a condutividade térmica é tão baixa quanto 0.01-0.02 w/(m ・ k), que é apenas 1/3 de lã de rocha tradicional .}}}, na estrutura, que é o que é o que é o que é o que é o que é o que é o que é o que é o que é o que é o que é o que é o que é o que é o que é o mais baixo, o que é o que é o que é o que é o que é o que é o que é um excesso de isolamento térmico. pores is effectively bound, while blocking the solid heat conduction path, thereby achieving a "three-dimensional thermal insulation" effect. The research of Yuan Xuesong's team shows that the composite of nano-SiO₂ aerogel and water-based acrylic acid system can prepare a new type of coating with both high-efficiency thermal insulation and green environmental protection characteristics, providing a breakthrough solution for the fields of Petróleo, petroquímicos e Conservação de Energia .
2. Processo de preparação de revestimento e design de fórmula
The coating is prepared using the "graded dispersion-synergistic compound" process. The core raw materials include: Wanhua Chemical's water-based acrylic emulsion A, Shenzhen Zhongning Technology's SiO₂ aerogel powder, 3M's hollow glass microspheres, and Shanghai Huijingya's ceramic microspheres. The specific preparation steps are do seguinte modo:
Primeiro, adicione o agente de acoplamento de silano e o dispersante de água desionizada, adicione lentamente o pó de aerogel sob agitação de baixa velocidade a 500r/min e, em seguida, dispersa a uma alta velocidade de 3000r/min para {30-50} minutos para formar uma pista uniforme de partículas de areato em água .}}} Certifique-se de dispersão de nível nano .
Then, add acrylic emulsion and deionized water to the slurry in proportion, stir at 800-1000r/min for 10-15 minutes to form a stable colloidal system. Finally, hollow glass microspheres, ceramic microspheres and other functional fillers are added, and the mixture is dispersed at a low speed of 700-900r/min for 15-20 minutos para impedir que os enchimentos quebrem e afetam o desempenho do isolamento térmico .
Parâmetros -chave para otimização de fórmula
Na otimização da fórmula de revestimento de airgel, o conteúdo de airgel tem um efeito crítico óbvio ., as experiências mostram que quando a fração de massa do airgel é de 5%, a condutividade térmica pode ser reduzida para 0 . 042w/(M · k) e a diferença de temperatura de isolamento térmica de 5mm de posição de 5mm a 5mm a. a 80.} 042w (M · k) e a melhor diferença de temperatura de isolamento de 5mm a 5mm a 5mm a 5mm a.} 042w (M · k) e a diferença de temperatura térmica de 5mm de posição Quando o conteúdo exceder 7%, causará rachaduras de encolhimento e, quando exceder 10%, a estrutura entrará em colapso devido ao revestimento insuficiente de partículas de ar e a condutividade térmica aumentará.
Em termos de preenchimentos funcionais, a composição 1: 1 de microesferas de vidro e microesferas cerâmicas tem um excelente efeito, com uma condutividade térmica de 0 . 045w/(m · k) e uma adesão de 1 . 5mpA .} Microphers de vidrosas de vidros poros para melhorar o aperto da estrutura. Se a caulina for usada para substituir as microesferas cerâmicas, a adesão é aumentada para 1,76MPa, mas devido à sua forte condutividade térmica, a condutividade térmica aumenta para 0,050w/(M · k), que não é propício ao desempenho de isolamento térmico.
A regulação da proporção pigment-base tem um impacto significativo na qualidade do filme do revestimento . quando a proporção pigment-base é 0 . 64, o revestimento tem a menor condutividade térmica e a boa adesão (1 {1.} 58mpa).}.}}.}.}.}.}.}.}.}.}.}.} {12} {12.} 58mpa) {{12}. O preenchimento não é totalmente coberto e as microcracks são formadas, o que aumenta a condutividade térmica para 0,049W/(M · k) e a adesão também cai para 0,93MPa. Portanto, um equilíbrio razoável da relação de enchimento e látex é a chave para alcançar o isolamento térmico e a estabilidade estrutural.
3. Teste de desempenho e sistema de proteção de suporte
Análise de índice de desempenho multidimensional
Isolamento térmico e propriedades mecânicas:
- O teste de condutividade térmica adota o padrão Hg/T 5182 . Os resultados mostram que a condutividade térmica do revestimento com fórmula otimizada é 0 . 042w/(m ・ k), que é melhor que o padrão da indústria (menor ou igual a 0,05w/(m ・ k).
- No teste de desempenho mecânico, o teste de flexão do revestimento pode atingir 1 mm (GB/T 6742), resistência ao impacto 40kg ・ cm (GB/T 1732) e adesão de pull-off 1 . 58MPa (GB/T 5210), todos os quais excedem o indicador do coato térmico de insulgo térmico convencional.
O sistema de revestimento correspondente (camada de isolamento de epóxi + airgel à base de água + acabamento de acrílico à base de água) foi rigorosamente testado:
- A resistência ao ácido (GB/T 9274 Método a) não é anormalidade por 240 horas, e a resistência a alcalina não é bolhada ou derramamento por 168 horas;
- Resistência ao pulverização de sal (GB/T 1771) Após 240 horas, não há ferrugem na superfície do revestimento;
- Resistência ao envelhecimento acelerado artificial (GB/T 1865) por 500 horas, e o desempenho permanece estável .
Design colaborativo do sistema de suporte à anticorrosão
O sistema de suporte adota "lógica de proteção de três camadas":
- A camada inferior do iniciador epóxi à base de água contém grupos epóxi ativos, que podem formar ligações químicas com o substrato metálico, com uma adesão de mais de 5MPa, enquanto isolou a penetração de eletrólitos;
- A camada de isolamento do aerogel médio atinge a barreira térmica através da estrutura nanoporosa, e suas características porosas também podem absorver uma pequena quantidade de meio corrosivo infiltrado;
- A camada superficial de acabamento acrílico à base de água possui grupos hidrofóbicos, que podem bloquear fontes de corrosão externas, como chuva e spray de sal, e tem uma refletividade leve de mais de 80%, reduzindo o envelhecimento do revestimento .
4. cenários de aplicação industrial e análise de benefícios
After the coating was applied to an oil pipeline in an oil field, the surface temperature of the pipeline was maintained above 25℃at an ambient temperature of -10℃, which was 15℃higher than the traditional rock wool insulation layer, the crude oil viscosity was reduced by 30%, and the pumping energy consumption was reduced by 22%. Based on an annual oil output of 500,000 Toneladas, 3.200 toneladas de combustível podem ser salvas a cada ano, equivalentes a um custo de economia de energia de aproximadamente 1 . 8 milhões de yuan.
Em um tanque de armazenamento de petróleo bruto 50, 000 cúbico, a aplicação do revestimento do aerogel resolve dois principais problemas técnicos: primeiro, a flutuação da temperatura do óleo no tanque é controlada em ± 2 graus através de isolamento eficiente para impedir que o petróleo bruto solidifique devido à baixa temperatura; Segundo, o sistema de revestimento de suporte reduz a taxa de corrosão da parede interna do tanque de armazenamento de 0 . 12mm/ano a 0,03 mm/ano, estendendo o ciclo de manutenção a mais de 5 anos e reduzindo o custo de uma única manutenção em 60%.
Análise das duas dimensões dos benefícios ambientais e econômicos
Aerogel water-based coatings have significant green and environmentally friendly characteristics. Compared with traditional solvent-based coatings, they do not contain harmful substances such as benzene and formaldehyde, and VOC emissions are almost zero. In a petrochemical base application, its construction process increased the air quality compliance rate in the work area by 92%, meeting the requirements of the National "Emission Standards for Air Poluentes na indústria de revestimento "(GB 37824-2019), refletindo uma boa simpatia ambiental .
From an economic perspective, aerogel coatings show strong cost advantages throughout their life cycle. Although the initial investment is slightly higher (180 yuan/㎡), due to its strong durability and only one construction, plus annual energy savings of about 25 yuan/㎡ and maintenance costs of 15 yuan/㎡, a net profit of 120 yuan/㎡ can be achieved within a 10-year Ciclo, com uma taxa de entrada e saída de 1: 1 . 67, que é melhor que os custos de substituição e manutenção dos sistemas tradicionais de lã de rocha.
5. desafios técnicos e caminhos de desenvolvimento futuros
A industrialização dos revestimentos de airgel enfrenta dois grandes gargalos: um é o alto custo, que se deve principalmente ao grande investimento em equipamentos de secagem supercrítica e à dependência de matérias -primas de origem de silício importadas; O outro é a fraca adaptabilidade da construção . A pulverização tradicional pode danificar facilmente a estrutura do airgel, e há um problema de espessura desigual na construção de peças de formato especial .
A direção futura do desenvolvimento se concentra em avanços tecnológicos e inovação de aplicativos ., por um lado, a promoção da tecnologia de secagem de pressão atmosférica e a substituição da fonte de silício baseada em biodomégio deve reduzir custos em mais de 70%; Por outro lado, a expansão funcional se torna a chave, como o enxerto de polímeros termossensíveis para construir revestimentos de controle de temperatura inteligentes, o que pode ajustar a porosidade de acordo com as mudanças de temperatura e melhorar a eficiência da dissipação de calor; Ao mesmo tempo, o revestimento de auto-cicatrizes libera agentes de reparo através de microcápsulas para obter reparo automático de trincas e aprimorar a vida e a confiabilidade do serviço . esses caminhos inovadores fornecem soluções viáveis para a promoção em larga escala dos revestimentos de airgel .}}}}
6. Conclusão
Os revestimentos de isolamento térmico à base de água quebraram os limites de desempenho dos materiais tradicionais de isolamento térmico através da combinação inovadora de nanomateriais e polímeros à base de água . sua condutividade térmica de 0 . 042w/(m ・ k) e adesão de 1 .} Combinação difícil ", e o sistema de proteção de suporte resolve o problema de corrosão no campo industrial . acionado pela meta de" carbono duplo ", essa tecnologia não apenas fornece uma solução prática para economia de energia e redução de custos para a indústria petroquímica, mas também promove o desenvolvimento de materiais de isolamento térmico em direção a instruções verdes e inteligentes {11. Espera -se que os revestimentos do airgel abram um espaço de aplicação mais amplo nos campos da Conservação de Energia, novos equipamentos de energia, etc., e se torne um dos principais materiais que apoiam a revolução energética.