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 la fluidez e incluso afecta la calidad de los productos de aceite . La tradicional "placa de aislamiento de lana de roca + Sistema de protección de la capa protectora galvanizada" enfrenta múltiples cuellos de botella técnicos: la conductividad térmica de la lana de roca aumenta significativamente después de absorber el agua, y el efecto de aislamiento se reduce hasta en un 40%; La contaminación del polvo se genera fácilmente durante el proceso de construcción, y el uso a largo plazo causará corrosión bajo la capa de aislamiento y óxido en la capa protectora .
Contenido
1. antecedentes técnicos y significado de la investigación
2. Proceso de preparación de recubrimiento y diseño de fórmula
3. Prueba de rendimiento y sistema de protección de soporte
4. escenarios de aplicación industrial y análisis de beneficios
5. desafíos técnicos y rutas de desarrollo futuras
6. Conclusión
1. antecedentes técnicos y significado de la investigación
Airgel es un material poroso compuesto por agujeros de nano escala . Su estructura de malla espacial especial le da un excelente rendimiento de aislamiento térmico: la conductividad térmica es tan baja como 0.01-0.02 w/(m ・ k), que es solo 1/3 de la superficie tradicional de la roca tradicional {6} En los poros se une de manera efectiva, mientras que se bloquea la ruta de conducción de calor sólido, lo que alcanza un efecto de "aislamiento térmico tridimensional" . La investigación del equipo de Yuan Xuesong muestra que el compuesto de la protección de la protección ambiental de los aerogel nano-siio₂ y el agua puede preparar un nuevo tipo de coincidencia con tanto la alianza de las timas de la eficiencia de alta eficiencia y las características de la protección ambiental ambiental, las características de la protección ambiental,, para proporcionar un nuevo sistema de protección de la protección ambiental, para que las características de la protección ambiental de la ruptura, para que se sientan una nueva reducción de una nueva reducción de una nueva capacidad de protección ambiental, proporcionen una nueva reducción de las características de la protección ambiental, para que las características de la protección ambiental de la altura de la eficiencia de alta eficiencia como la sólida, las características de la protección ambiental. Petróleo, petroquímicos y construcción de conservación de energía .
2. Proceso de preparación de recubrimiento y diseño 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 como sigue:
Primero, agregue el agente de acoplamiento de silano y el dispersante de humectación al agua desionizada, agregue lentamente el polvo de airgel bajo revocación de baja velocidad a 500r/min, y luego se disperse a una alta velocidad de 3000r/min para 30-50 minutos para formar una soda uniforme de las partículas de aerogel en el agua {}}} Asegúrese de dispersión a nivel nano .
Luego, agregue la emulsión acrílica y el agua desionizada a la lechada en proporción, revuelva a 800-1000 r/min para 10-15 minutos para formar un sistema coloidal estable . Finalmente, microesferas de vidrio hueco, microesferas cerámicas y otros rellenos funcionales se agreguen, y la mezcla está disuasada a una velocidad de baja velocidad de {3} 15-20 minutos para evitar que los rellenos se rompan y afecten el rendimiento del aislamiento térmico .
Parámetros clave para la optimización de fórmulas
En la optimización de la fórmula de recubrimiento de airgel, el contenido de Airgel tiene un efecto crítico obvio . Los experimentos muestran que cuando la fracción de masa de Airgel es del 5%, la conductividad térmica puede reducirse a 0 . 042W/(m · k), y la diferencia de temperatura de la temperatura de auxilio térmico de 5 mm en 80 grados es el mejor grado, lo que es el mejor efecto, lo que es el mejor efecto, lo que es el mejor efecto, es el mejor efecto {}}}}}}}}}}}}}}. Sin embargo, cuando el contenido excede el 7%, causará grietas por contracción, y cuando supera el 10%, la estructura colapsará debido a un recubrimiento insuficiente de partículas de aerogel, y la conductividad térmica aumentará en su lugar.
En términos de rellenos funcionales, el compuesto 1: 1 de las microesferas de vidrio y las microesferas de cerámica tiene un excelente efecto, con una conductividad térmica de 0 . 045W/(m · k) y una adhesión de 1 . 56MPA . Las microteres de vidrio proporcionan el aislamiento térmico a través de la estructura de los microjeres internos de los cerámicos. poros para mejorar la tensión de la estructura. Si la caolina se usa para reemplazar las microesferas cerámicas, la adhesión se incrementa a 1.76MPa, pero debido a su fuerte conductividad térmica, la conductividad térmica aumenta a 0.050W/(M · K), lo que no conduce al rendimiento del aislamiento térmico.
La regulación de la relación pigmenta a la base tiene un impacto significativo en la calidad de la película del recubrimiento . Cuando la relación pigmentaria a base es 0 . 64, el recubrimiento tiene la conductividad térmica más baja y una buena adhesión (1. 58MPA) .} Sin embargo, cuando se aumenta a 0.90, el contenido de la tarde. El relleno no está completamente cubierto, y se forman microcracks, lo que aumenta la conductividad térmica a 0.049W/(m · k) y la adhesión también cae a 0.93MPa. Por lo tanto, un equilibrio razonable de la relación de relleno y látex es la clave para lograr el aislamiento térmico y la estabilidad estructural.
3. Prueba de rendimiento y sistema de protección de soporte
Análisis de índice de rendimiento multidimensional
Aislamiento térmico y propiedades mecánicas:
- La prueba de conductividad térmica adopta el estándar HG/T 5182 . Los resultados muestran que la conductividad térmica del recubrimiento con fórmula optimizada es 0 . 042W/(m ・ k), que es mejor que el estándar de la industria (menos o igual a 0.05W/(m ・ k))).
- En la prueba de rendimiento mecánico, la prueba de flexión de recubrimiento puede alcanzar 1 mm (GB/T 6742), resistencia al impacto de 40 kg ・ CM (GB/T 1732) y adhesión de extracción 1 . 58MPA (GB/T 5210), todos los cuales exceden los indicadores de coacción de insultos térmicos convencionales.
El sistema de recubrimiento coincidente (imprimación epoxi a base de agua + capa de aislamiento de aerogel + capa acrílica a base de agua) se ha probado rigurosamente:
- La resistencia al ácido (GB/T 9274 Método A) no es anormalidad durante 240 horas, y la resistencia álcali no es ampollas ni desprendimiento durante 168 horas;
- Resistencia a la pulverización de sal (GB/T 1771) Después de 240 horas, no hay óxido en la superficie de recubrimiento;
- Resistencia al envejecimiento acelerado artificial (GB/T 1865) durante 500 horas, y el rendimiento sigue siendo estable .
Diseño colaborativo del sistema de soporte anticorrosión
El sistema de soporte adopta "Lógica de protección de tres capas":
- La capa inferior de imprimación epoxi a base de agua contiene grupos epoxi activos, que pueden formar enlaces químicos con el sustrato metálico, con una adhesión de más de 5MPa, mientras que aislan la penetración de electrolitos;
- La capa de aislamiento del aire del aire medio logra la barrera térmica a través de la estructura nanoporosa, y sus características porosas también pueden absorber una pequeña cantidad de medios corrosivos infiltrados;
- La capa superficial de la capa superior acrílica a base de agua tiene grupos hidrofóbicos, que pueden bloquear fuentes de corrosión externas, como la lluvia y el aerosol de sal, y tiene una reflectividad de luz de más del 80%, reduciendo el envejecimiento de recubrimiento .
4. escenarios de aplicación industrial y análisis de beneficios
Después de que el recubrimiento se aplicó a una tubería de aceite en un campo de aceite, la temperatura de la superficie de la tubería se mantuvo por encima de 25 grados a una temperatura ambiente de -10} grado, que fue 15 grados más alta que la capa tradicional de aislamiento de lana de roca, la viscosidad del petróleo crudo se redujo en 30%, y el consumo de energía de bombeo se redujo por 22%{} basado en una producción de petróleo anual de la producción de petróleo de 500,}000 Toneladas, 3.200 toneladas de combustible se pueden ahorrar cada año, equivalente a un costo de ahorro de energía de aproximadamente 1 . 8 millones de yuanes.
En un tanque de almacenamiento de petróleo crudo de 50, {{1 1}} medidor cúbico, la aplicación de recubrimiento de aerogel resuelve dos problemas técnicos principales: primero, la fluctuación de temperatura del aceite en el tanque se controla a ± 2 grados a un aislamiento eficiente para evitar que el aceite crudo se solidifique debido a la baja temperatura; En segundo lugar, el sistema de recubrimiento de soporte reduce la tasa de corrosión de la pared interna del tanque de almacenamiento de 0 . 12 mm/año a 0.03 mm/año, extendiendo el ciclo de mantenimiento a más de 5 años y reduciendo el costo de un solo mantenimiento en un 60%.
Análisis de las dos dimensiones de los beneficios ambientales y económicos
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 in la industria de recubrimiento "(GB 37824-2019), reflejando un buen amilismo 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, con una relación de entrada-salida de 1: 1 . 67, que es mejor que los costos de reemplazo y mantenimiento de los sistemas tradicionales de lana de roca.
5. desafíos técnicos y caminos de desarrollo futuros
La industrialización de los recubrimientos de aerogel enfrenta dos cuellos de botella principales: uno es el alto costo, que se debe principalmente a la gran inversión en equipos de secado supercrítico y la dependencia de las materias primas de fuentes de silicio importadas; El otro es la mala adaptabilidad de la construcción . La pulverización tradicional puede dañar fácilmente la estructura del aerogel, y hay un problema de grosor desigual en la construcción de piezas de forma especial .
La dirección de desarrollo futura se centra en los avances tecnológicos y la innovación de aplicaciones . Por un lado, se espera que la promoción de la tecnología de secado de presión atmosférica y la sustitución de la fuente de silicio de base biológica reduzcan los costos en más del 70%; Por otro lado, la expansión funcional se convierte en la clave, como los polímeros termosensibles injerto para construir recubrimientos de control de temperatura inteligente, que pueden ajustar la porosidad de acuerdo con los cambios de temperatura y mejorar la eficiencia de la disipación de calor; Al mismo tiempo, el recubrimiento de autocuración libera a los agentes de reparación a través de las microcápsulas para lograr la reparación automática de grietas y mejorar la vida del servicio y la confiabilidad . Estas rutas innovadoras proporcionan soluciones factibles para la promoción a gran escala de los recubrimientos de aerogel .}
6. Conclusión
Los recubrimientos de aislamiento térmico a base de agua de airgel han roto los límites de rendimiento de los materiales de aislamiento térmico tradicionales a través de la combinación innovadora de nanomateriales y polímeros a base de agua . su conductividad térmica de 0 . 042W/(m ・ k) y adhesión de 1 . 58MPA alcanzan el synergy de alto rendimiento de la altitud de la altitud de la altura de la altitud de "". Aislamiento: combinación fuerte y dura ", y el sistema de protección de soporte resuelve el problema de corrosión en el campo industrial . impulsado por el objetivo de" dual carbono ", esta tecnología no solo proporciona una solución práctica para el ahorro de energía y la reducción de costos para la industria petroquímica, sino que también promueve el desarrollo de los materiales de la presión de la presión térmica hacia los materiales de aislamiento verdes y las direcciones inteligentes {{}}} con la industria de la presión de la presión de los términos de la presión de la presión térmica. Se espera que la modificación funcional, los recubrimientos de aerogel abran un espacio de aplicación más amplio en los campos de la conservación de la energía de la construcción, nuevos equipos de energía, etc., y se conviertan en uno de los materiales clave que respalda la revolución energética.