В то время, когда глобальная нехватка энергии и загрязнение окружающей среды продолжают усиливаться, спрос на высокоэффективные теплоизоляционные материалы в промышленной области стал основным направлением технологических инноваций. Данные показывают, что только в транспортном канале трубопровода сырой нефти на потерю энергии, вызванная рассеянностью тепла, составляет около 1/3 общего потребления энергии каждый год, что не только вызывает огромные энергетические отходы, но также увеличивает вязкость сырой нефти, ухудшает текучесть и даже влияет на качество нефтяных продуктов. Традиционная система защиты «защиты от изоляции в камках + оцинкованного защитного слоя» сталкивается с несколькими техническими узкими местами: теплопроводность шерсти в породе значительно увеличивается после поглощения воды, а эффект изоляции уменьшается до 40%; Загрязнение пыли легко генерируется во время строительного процесса, а долгосрочное использование приведет к коррозии под изоляционным слоем и ржавчиной на защитном слое.
Содержание
1. Техническое образование и значение исследования
2. Процесс подготовки покрытия и конструкция формулы
3. Система тестирования производительности и поддержки защиты
4. Сценарии промышленного применения и анализа выгод
5. Технические проблемы и будущие пути развития
6. Заключение
1. Техническое образование и значение исследования
Airgel-это пористый материал, состоящий из наномасштабных отверстий. Его специальная пространственная сетчатая структура дает ей превосходную теплоизоляцию - теплопроводность на такую же низкую, как 0. В этой структуре бесчисленные стены пор образуют отражающуюся поверхность для термического излучения, и воздух в полях эффективно связан, при этом блокируя прочную термопроводную путь, тем самым достигая «трехмерной теплоизоляции». Исследование команды Юаня Xuesong показывает, что совокупность системы аэрогелей-аэрогелей нано-сио-аэрогеров и акриловой кислоты на водной основе может подготовить новый тип покрытия как с высокоэффективной теплоизоляцией, так и с зелеными характеристиками защиты окружающей среды, обеспечивая прорывное решение для полей нефти, петрохимики и оборудования для построения энергосбережения.
2. Процесс подготовки покрытия и конструкция формулы
Покрытие готовится с использованием процесса «рассеянного дисперсионного соединения». Основное сырье включает в себя: акриловую эмульсию на водной основе Wanhua Chemical A, порошок аэрогеров Sio₂ Sio₂ Шэньчжэнь Чжуннинга, полые стеклянные микросферы 3M и керамические микросферы Шанхай Хуйджингья. Конкретные этапы подготовки следующие:
Во-первых, добавьте велосированную муфту и смачивающий диспергатор в деионизированную воду, медленно добавьте порошок аэрогеля при низкоскоростной перемешивании при 500R/мин, а затем диспергируйте на высокой скорости 3000R/мин для 30-50 минут, чтобы сформировать однородную борьбу частиц воздушного воздуха в воде. Ключом к этому шагу является использование высокоскоростной силы сдвига, чтобы сломать агломерацию аэрогелей и обеспечить дисперсию нано-уровня.
Затем добавьте акриловую эмульсию и деионизированную воду в суспензию пропорциональными, перемешайте 800-1000 r/min для 10-15 минут, чтобы сформировать стабильную коллоидную систему. Наконец, добавляются полые стеклянные микросферы, керамические микросферы и другие функциональные наполнители, и смесь диспергируется на низкой скорости 700-900 r/min для 15-20 минут, чтобы предотвратить разрыв наполнителей и влиять на производительность термической изоляции.
Ключевые параметры для оптимизации формул
При оптимизации формулы покрытия Airgel содержание Airgel оказывает очевидный критический эффект. Эксперименты показывают, что когда массовая фракция аэрогеля составляет 5%, теплопроводность может быть снижена до 0. 042W/(M · K), а разница температур теплоизоляции 5 мм на 80 градусов составляет 30 градусов, что является лучшим эффектом. Однако, когда содержание превышает 7%, оно вызовет усадку растрескивания, и когда оно превышает 10%, структура будет разрушаться из -за недостаточного покрытия частиц аэрогеля, и вместо этого будет увеличиваться теплопроводность.
С точки зрения функциональных наполнителей, составление 1: 1 стеклянных микросфер и керамических микросфер имеет превосходный эффект с теплопроводностью 0. 0 45W/(M · K) и адгезией 1,56 мПа. Стеклянные микросферы обеспечивают термическую изоляцию через внутреннюю полой структуру, в то время как керамические микросферы заполняют поры, чтобы повысить плотность структуры. Если каолин используется для замены керамических микросфер, адгезия увеличивается до 1,76 МПа, но из -за ее сильной теплопроводности теплопроводность увеличивается до 0,050 Вт/(M · K), что не способствует производительности теплоизоляции.
Регуляция соотношения пигмента к базе оказывает значительное влияние на качество пленки покрытия. Когда соотношение пигмента к базе составляет 0. 64, покрытие имеет самую низкую теплопроводность и хорошую адгезию (1,58 МПа). Однако, когда он увеличивается до 0. 9 {{1 0}}, содержание латекса уменьшается, наполнитель не полностью покрывается, и формируется микротрещины, что увеличивает термическую проводимость до 0,049 Вт/(M · K), а адгезия также падает до 0,93MPA. Следовательно, разумный баланс соотношения наполнителя и латекса является ключом к достижению теплоизоляции и структурной стабильности.
3. Система тестирования производительности и поддержки защиты
Многомерный анализ индекса производительности
Теплоизоляция и механические свойства:
- Тест теплопроводности принимает стандарт HG/T 5182. Результаты показывают, что теплопроводность покрытия с оптимизированной формулой составляет 0. 0 42W/(M ・ K), что лучше отраслевого стандарта (меньше или равна 0,05 Вт/(M ・ K)).
- В тесте на механическую производительность тест изгиба покрытия может достигать 1 мм (GB/T 6742), воздействия 40 кг ・ CM (GB/T 1732) и отрыва адгезии 1,58 МПа (GB/T 5210), все из которых превышают традиционные индикаторы термической изоляции.
Соответствующая система покрытия (эпоксидный праймер на водной основе + изоляционный слой Airgel + акриловый верхний крыло на водной основе) была тщательно протестирована:
- Кислотная устойчивость (метод GB/T 9274 A) не является аномалия в течение 240 часов, а устойчивость к щелочи не является пузырящей или проливанием в течение 168 часов;
- Устойчивость к солевым распылителям (GB/T 1771) Через 240 часов на поверхности покрытия нет ржавчины;
- Сопротивление искусственному ускоренному старению (GB/T 1865) в течение 500 часов, и производительность остается стабильной.
Совместный дизайн системы поддержки против коррозии
Вспомогательная система принимает «трехслойную логику защиты»:
- Нижний слой эпоксидного праймера на водной основе содержит активные эпоксидные группы, которые могут образовывать химические связи с металлическим субстратом, с адгезией более 5 МПа, одновременно выделяя проникновение электролита;
- Изоляционный слой среднего воздуха достигает теплового барьера через нанопористую структуру, и его пористые характеристики также могут поглощать небольшое количество инфильтрированных коррозийных сред;
- Поверхностный слой акрилового верхнего покрытия на водной основе имеет гидрофобные группы, которые могут блокировать внешние источники коррозии, такие как дождь и соляный спрей, и обладает легкой отражательной способностью более 80%, что снижает старение покрытия.
4. Сценарии промышленного применения и анализа выгод
После того, как покрытие было применено к нефтяному трубопроводу на нефтяном поле, температура поверхности трубопровода поддерживалась выше 25 градусов при температуре окружающей среды -10 градуса, которая была на 15 градусов выше традиционного изоляционного слоя шерсти в горных породах, вязкость сырой нефти была уменьшена на 30%, а потребление энергии насос было уменьшено на 22%. На основе годовой выработки нефти в 500, 000 тонн, 3200 тонн топлива можно сохранять каждый год, что эквивалентно стоимости экономии энергии составляет приблизительно 1,8 миллиона юаней.
В 5 0, 000 кубического метра резервуара для хранения сырой нефти применение покрытия аэрогеля решает две основные технические проблемы: во -первых, колебания температуры масла в резервуаре контролируются при ± 2 градусе через эффективную изоляцию, чтобы предотвратить нефть нефть из -за низкой температуры; Во -вторых, поддерживающая система покрытия снижает скорость коррозии внутренней стенки резервуара с 0. 12 мм в год до 0,03 мм в год, увеличивая цикл обслуживания до более чем 5 лет и снижая стоимость одного обслуживания на 60%.
Анализ двух измерений экологических и экономических выгод
Покрытия на водной основе аэрогеля имеют значительные зеленые и экологически чистые характеристики. По сравнению с традиционными покрытиями на основе растворителей они не содержат вредных веществ, таких как бензол и формальдегид, а выбросы ЛОС почти равен нулю. В нефтехимической базовой приложении его процесс строительства увеличил уровень соответствия качества воздуха в рабочей зоне на 92%, что отвечает требованиям национальных «стандартов выбросов для загрязнителей воздуха в отрасли покрытия» (GB 37824-2019), отражая хорошее экологическое дружелюбие.
С экономической точки зрения покрытия Airgel демонстрируют сильные преимущества затрат на протяжении всего жизненного цикла. Хотя первоначальные инвестиции немного выше (180 юаней/㎡), из-за его сильной долговечности и только одной конструкции, а также годовой экономии энергии около 25 юаней/㎡ и затрат на обслуживание 15 юаней/㎡, чистая прибыль 120 юаней/㎡ может быть достигнута в рамках {4}} годовой цикл, с уровнем входного уровня 1: 1,67, который является повышенным, чем занос, и значительную, а также значительную, а также значительную, а также значительную, а также значительную-инициативу, а также значительный-значительный-значительный-значительный-значительный-значительный-значительный-значительный-значительный-значительный-значительный-значительный-значительный-значительный и значительный цикл.
5. Технические проблемы и будущие пути развития
Индустриализация Airgel Coatings сталкивается с двумя основными узкими местами: одним из них является высокая стоимость, которая в основном обусловлена большими инвестициями в суперкритическое сушильное оборудование и зависимость от импортированного сырья из кремния; Другой - плохая адаптивность строительства. Традиционное распыление может легко повредить конструкцию аэрогеля, и в конструкции частей специальной формы возникает проблема неровной толщины.
Будущее направление разработки фокусируется на технологических прорывах и инновациях применения. С одной стороны, ожидается, что продвижение технологии сушки в атмосферном давлении и замены источника кремния на основе биония снижает затраты более чем на 70%; С другой стороны, функциональное расширение становится ключевым, таким как прививка термочувствительных полимеров для создания интеллектуальных покрытий по контролю температуры, которые могут регулировать пористость в соответствии с изменениями температуры и повысить эффективность рассеяния тепла; В то же время, самовосстанавливающиеся покрытия выпускают восстановительные агенты через микрокапсулы для достижения автоматического ремонта трещин и повышения срока службы и надежности обслуживания. Эти инновационные пути обеспечивают возможные решения для крупномасштабного продвижения авиационных покрытий.
6. Заключение
Теплоизоляционные покрытия на водной основе аэрогеля пробили границы производительности традиционных теплоизоляционных материалов посредством инновационной комбинации наноматериалов и полимеров на водной основе. Его теплопроводность 0. 042w/(m ・ k) и адгезии 1,58 МПа достигает синергии производительности «высокоэффективной теплоизоляции - сильной и жесткой комбинации», а система опорной защиты решает проблему коррозии в промышленном поле. Эта технология, обусловленная «двойной углеродной». С учетом углубленных исследований по технологии подготовки атмосферного давления и функциональной модификации, ожидается, что Airgel Coatings откроют более широкое пространство для применения в областях энергосбережения здания, нового энергетического оборудования и т. Д., И станут одним из ключевых материалов, поддерживающих энергетическую революцию.