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, försämrar fluiditet och påverkar till och med kvaliteten på oljeprodukter . Det traditionella "Rock Wool Insulation Board + Galvanized Protective Layer" -skyddssystemet står inför flera tekniska flaskhalsar: Rockullens termiska konduktivitet ökar avsevärt efter absorbering av vatten och isoleringseffekten minskas med upp till 40%; Dammföroreningar genereras lätt under byggprocessen, och långvarig användning kommer att orsaka korrosion under isoleringsskiktet och rost på det skyddande lagret .
Innehåll
1. Teknisk bakgrund och forskningens betydelse
2. Beläggningsprocess och formeldesign
3. Prestandatestning och stöd för skyddssystem
4. Industriella applikationsscenarier och förmånsanalys
5. Tekniska utmaningar och framtida utvecklingsvägar
6. Slutsats
1. Teknisk bakgrund och forskningens betydelse
Aerogel is a porous material composed of nano-scale holes. Its special spatial mesh structure gives it excellent thermal insulation performance - the thermal conductivity is as low as 0.01-0.02W/(m・K), which is only 1/3 of traditional rock wool. In this structure, countless pore walls form a reflective surface for thermal radiation, and the air in the 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 petroleum, petrokemikalier och byggande av energibesparing .
2. Beläggningsprocess och formeldesign
Beläggningen framställs med hjälp av "graderad dispersion-synergistisk förening" -process . Kärnan råvaror inkluderar: Wanhua Chemical's Water-baserade akrosylemulsion A, Shenzhen Zhongning Technology's Sio₂ Airgel Powder, 3M's Hollow Glass Microspheres, och Shanghai Huijingya's Ceramica's Sio₂ Airgel Powder, 3M's Hollow Glass Microspheres, och Shanghai Huijingya's Ceramica's Sio₂ Airgel Powder, 3M Hollow Glass Microspheres, and Shanghai Huijingya's Ceramica's Sio₂ Airgel Powder, Stegen är som följer:
First, add silane coupling agent and wetting dispersant to deionized water, slowly add aerogel powder under low-speed stirring at 500r/min, and then disperse at a high speed of 3000r/min for 30-50 minutes to form a uniform slurry of aerogel particles in water. The key to this step is to use high-speed shear force to break the agglomeration of aerogels and ensure nano-nivå spridning .
Tillsätt sedan akrylemulsion och avjoniserat vatten till uppslamningen i proportion, rör om 800-1000 r/min för 10-15 minuter för att bilda ett stabilt kolloidalt system .} Slutligen, ihåliga glasmikrosfärer, keramiska mikrosfärer och andra funktioner är tillagda, och mixturen är den låga hastigheten) 15-20 minuter för att förhindra att fyllmedel bryter och påverkar den termiska isoleringsprestanda .
Viktiga parametrar för formeloptimering
In the optimization of aerogel coating formula, aerogel content has an obvious critical effect. Experiments show that when the mass fraction of aerogel is 5%, the thermal conductivity can be reduced to 0.042W/(m·K), and the thermal insulation temperature difference of 5mm coating at 80℃is 30℃, which is the best effect. However, when Innehållet överstiger 7%, det kommer att orsaka krympning, och när det överstiger 10%kommer strukturen att kollapsa på grund av otillräcklig beläggning av luftgelpartiklar, och värmeledningsförmågan kommer att öka istället.
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 pores to Förbättra strukturens täthet. Om kaolin används för att ersätta keramiska mikrosfärer ökar vidhäftningen till 1,76MPa, men på grund av dess starka värmeledningsförmåga ökar värmeledningsförmågan till 0,050W/(m · k), vilket inte är gynnsamt för den termiska isoleringsprestanda.
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 Filler är inte helt täckt, och mikrokrackor bildas, vilket ökar värmeledningsförmågan till 0,049W/(m · k) och vidhäftningen sjunker också till 0,93MPa. Därför är en rimlig balans mellan fyllmedlets och latexförhållandet nyckeln till att uppnå värmeisolering och strukturell stabilitet.
3. Prestandatestning och stöd för skyddssystem
Multidimensionell prestandaindexanalys
Termisk isolering och mekaniska egenskaper:
- Värmeledningsförmågan testar Hg/T 5182 Standard . Resultaten visar att beläggningens termiska konduktivitet med optimerad formel är 0 . 042W/(m ・ k), vilket är bättre än industristandarden (mindre än eller lika med 0,05W/(m ・ k)).
- I det mekaniska prestandatestet kan beläggningsböjningstestet nå 1 mm (GB/T 6742), slagmotstånd 40 kg ・ CM (GB/T 1732) och avhäftningsadhesion 1 . 58MPA (GB/T 5210), som alla överstiger konventionell termisk inriktning.
Det matchande beläggningssystemet (vattenbaserad epoxi-primer + airgel-isoleringsskikt + vattenbaserad akryl topprock) har testats noggrant:
- Syremotstånd (GB/T 9274 Metod a) är ingen abnormitet i 240 timmar, och alkali -resistens är ingen blåsande eller tappning i 168 timmar;
- Salt spraymotstånd (GB/T 1771) Efter 240 timmar finns det ingen rost på beläggningsytan;
- Motstånd mot konstgjord accelererad åldrande (GB/T 1865) i 500 timmar, och prestandan förblir stabil .
Samarbetsdesign av antikorrosionsstödssystem
Det stödjande systemet antar "tre-lagers skyddslogik":
- Det nedre skiktet av vattenbaserad epoxi-primer innehåller aktiva epoxigrupper, som kan bilda kemiska bindningar med metallsubstratet, med en vidhäftning av mer än 5MPa, medan isolering av elektrolytpenetration;
- Det mellersta luftgelisoleringsskiktet uppnår termisk barriär genom nanoporös struktur, och dess porösa egenskaper kan också absorbera en liten mängd infiltrerade frätande media;
- Ytskiktet av vattenbaserad akryltoppbeläggning har hydrofoba grupper, som kan blockera externa korrosionskällor såsom regn och saltspray, och har en lätt reflektivitet på mer än 80%, vilket minskar beläggningens åldrande .}
4. Industriella applikationsscenarier och förmånsanalys
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 ton, 3 200 ton bränsle kan sparas varje år, vilket motsvarar en energibesparande kostnad på cirka 1 . 8 miljoner yuan.
I en 50, 000 kubikmätare råoljelagringstank, löser appliceringen av Airgel -beläggningen två huvudsakliga tekniska problem: för det första kontrolleras oljetemperaturfluktuationen i tanken vid ± 2 grader genom effektiv isolering för att förhindra att råoljan stelnar på grund av låg temperatur; För det andra minskar det stödjande beläggningssystemet korrosionshastigheten för den inre väggen i lagringstanken från 0 . 12mm/år till 0,03 mm/år, vilket förlänger underhållscykeln till mer än 5 år och minskar kostnaden för ett enda underhåll med 60%.
Analys av de två dimensionerna av miljö- och ekonomiska fördelar
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 Pollutants inom beläggningsindustrin "(GB 37824-2019), vilket återspeglar god miljövänlighet .
Ur ett ekonomiskt perspektiv visar Airgel -beläggningar starka kostnadsfördelar under hela deras livscykel . Även om den initiala investeringen är något högre (180 yuan/㎡), på grund av dess starka hållbarhet och endast en konstruktion, plus årliga energibesparingar på cirka 25 yuan/㎡ och underhållskostnader på 15 yuan/㎡, en nettovinst på 1200 yuan/㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡ ㎡. Cykel, med ett ingångsutgångsförhållande på 1: 1 . 67, vilket är bättre än ersättnings- och underhållskostnaderna för traditionella rockullsystem.
5. Tekniska utmaningar och framtida utvecklingsvägar
Industrialiseringen av Airgel -beläggningar står inför två stora flaskhalsar: en är den höga kostnaden, vilket främst beror på den stora investeringen i superkritisk torkutrustning och beroende av importerade kiselkälla råvaror; Den andra är den dåliga konstruktionsanpassningsförmågan . Traditionell sprutning kan lätt skada Airgel-strukturen, och det finns ett problem med ojämn tjocklek i konstruktionen av specialformade delar .
Den framtida utvecklingsriktningen fokuserar på tekniska genombrott och applikationsinnovation . Å ena sidan förväntas främjandet av torkningsteknik för atmosfärstryck och biobaserad kiselkällsubstitution minska kostnaderna med mer än 70%; Å andra sidan blir funktionell expansion nyckeln, såsom ympning av termosensitiva polymerer för att konstruera intelligenta temperaturkontrollbeläggningar, som kan justera porositet beroende på temperaturförändringar och förbättra värmeavledningseffektiviteten; Samtidigt släpper den självhelande beläggningen reparationsmedel genom mikrokapslar för att uppnå automatisk sprickreparation och förbättra livslängden och tillförlitligheten . Dessa innovativa vägar ger genomförbara lösningar för storskalig marknadsföring av flygbeläggningar .
6. Slutsats
Airgel-vattenbaserade termiska isoleringsbeläggningar har brutit igenom prestationsgränserna för traditionella termiska isoleringsmaterial genom den innovativa kombinationen av nanomaterial och vattenbaserade polymerer . dess termiska konduktivitet av 0 . 042W/(M ・ k) och Adhesion of 1 . 58mpa-performance av "high-effiation-high-effiation-efficenicy-Efficenicy-efficenicy-efficenicy-efficeny-efficeny-efficy-efficy 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, Airgel -beläggningar förväntas öppna upp ett bredare applikationsutrymme inom områdena byggande av energibesparing, ny energiutrustning etc. och bli ett av de viktigaste materialen som stöder energirevolutionen.