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, Zhoršuje plynulost a dokonce ovlivňuje kvalitu olejových produktů . Tradiční „deska izolační vlny + galvanizovaná ochranná vrstva“ Ochranná systém čelí více technickým problémům: tepelná vodivost skalní vlny se výrazně zvyšuje po absorpci vody a izolační účinek se sníží o 40%; Znečištění prachu se během procesu výstavby snadno generuje a dlouhodobé použití způsobí korozi pod izolační vrstvou a rez na ochranné vrstvě .
Obsah
1. Význam technického pozadí a výzkumu
2. Proces přípravy povlaku a návrh vzorců
3. Testování výkonu a podpůrné ochrany systému
4. Scénáře průmyslové aplikace a analýza výhod
5. Technické výzvy a budoucí cesty rozvoje
6. Závěr
1. Význam technického pozadí a výzkumu
Airgel je porézní materiál složený z otvorů nano -měřítka . Jeho speciální struktura prostorového síťoviny mu dává vynikající tepelnou izolační výkon - tepelná vodivost je tak nízká jako 0.01-0.02 W/(M ・ K), což je pouze 1/3 tradiční skalní vlny . v této struktuře je z toho, že je to zhoršené, a to, že je to zhoršené, a vydělat a nebo na povrch a vydělat a vydělat a nebo na povrch a vydělat a vydělat se a vydělat se a vydělat a a nebo je to, že je to v rozporu s A nebo v tomto struktuře, a to, že je to pro nití, a to, že je to pro nití, a to, že je to pro nití, a to je z toho, že je to pro bezkonkurenční nástěnné. 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, petrochemikálie a úspora energie budovy .
2. Proces přípravy povlaku a návrh vzorců
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 Kroky přípravy jsou následující:
Nejprve přidejte silanovou spojovací činidlo a dispergaci smáčení do deionizované vody, pomalu přidejte prášek airgel pod nízkou rychlostí míchání při 500 r/min a poté se rozptýlí při vysoké rychlosti 3000r/min pro 30-50 minuty, aby se vytvořila rovnoměrná kaše a airgel částice ve vodě .}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}.}}}...}.}}..}}}}.}}}}}}}}}}} {4}|Disperze nano-úrovně .
Poté přidejte akrylovou emulzi a deionizovanou vodu do kaše v poměru, promíchejte na 800-1000 r/min pro 10-15 minuty za vzniku stabilního koloidního systému . Konečně, duté skleněné mikrosféry, jsou konečně s nízkými rychlostmi a nízká rychlost a nízká rychlost jsou rozptýleny a nízké rychlosti jsou rozptýleny v nízké rychlosti a nízké rychlosti a nízké rychlosti jsou rozptýleny. 700-900 r/min pro 15-20 minuty, aby se zabránilo rozbití výplní a ovlivňování tepelného izolačního výkonu .
Klíčové parametry pro optimalizaci vzorců
Při optimalizaci vzorce povlaku airgel má obsah airgelů zjevný kritický účinek . Experimenty ukazují, že když je hmotnostní zlomek airgel 5%, může být tepelná vodivost snížena na 0. 042W/(M · K) a tepelné izolační rozdíly v 8 mm. Obsah přesahuje 7%, způsobí to praskání smrštění a když překročí 10%, struktura se zhroutí v důsledku nedostatečného povlaku částic airgel a místo toho se zvýší tepelná vodivost.
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 Póry pro zvýšení těsnosti struktury. Pokud se kaolin používá k nahrazení keramických mikrosfér, adheze se zvyšuje na 1,76 MPA, ale díky své silné tepelné vodivosti se tepelná vodivost zvyšuje na 0,050 W/(m · K), což nepřispívá k tepelnému izolačnímu výkonu.
Regulace poměru pigmentu k základně má významný dopad na kvalitu filmu povlaku ., když je poměr pigmentu k základně 0 . 64, povlak však má nejnižší tepelnou vodivost a dobrou adhezi (1 . 58MPA) však, když se zvyšuje na pokrytí, 0,90. Výplně není plně pokryta a vytvářejí se mikrokracty, což zvyšuje tepelnou vodivost na 0,049 W/(m · K) a adheze také klesne na 0,93 MPa. Klíčem k dosažení tepelné izolace a strukturální stability je proto přiměřená rovnováha poměru plniva a latexu.
3. Testování výkonu a podpůrné ochrany systému
Analýza indexu vícerozměrného výkonu
Tepelná izolace a mechanické vlastnosti:
- Test tepelné vodivosti přijímá standard HG/T 5182 . Výsledky ukazují, že tepelná vodivost povlaku pomocí optimalizovaného vzorce je 0 . 042W/(M ・ K), což je lepší než standard průmyslu (menší než 0,05W/(M ・ K)).
- Při testu mechanického výkonu může test ohybu povlaku dosáhnout 1 mm (GB/T 6742), nárazový odpor 40 kg ・ cm (GB/T 1732) a přilnavost 1 . 58MPA (GB/T 5210), z nichž vše překročí konvenční indikátory tepelného izolátoru.
Srovnávací povlakový systém (epoxidový primer na bázi vody + izolační vrstva arylového vrstvy na bázi vody) byl přísně testován:
- Odolnost vůči kyselině (GB/T 9274 Metoda A) není abnormalita po dobu 240 hodin a rezistence na alkalii není puchýř nebo uvolňování po dobu 168 hodin;
- Odolnost proti solnému sprejnu (GB/T 1771) Po 240 hodinách není na povrchu povlaku žádná rez;
- Odolnost vůči umělému zrychlenému stárnutí (GB/T 1865) po dobu 500 hodin a výkon zůstává stabilní .
Kolaborativní návrh systému podpůrného systému proti korozi
Podpůrný systém přijímá „logiku třívrstvé ochrany“:
- Spodní vrstva epoxidového primeru na bázi vody obsahuje aktivní epoxidové skupiny, které mohou tvořit chemické vazby s kovovým substrátem, s adhezí více než 5MPA, zatímco izolační pronikání elektrolytů;
- Izolační vrstva středního airgel dosahuje tepelné bariéry nanoporézní strukturou a její porézní vlastnosti mohou také absorbovat malé množství infiltrovaných korozivních médií;
- Povrchová vrstva akrylového vrchního kabátu na bázi vody má hydrofobní skupiny, které mohou blokovat externí zdroje koroze, jako je déšť a sprej solí, a má světlou odrazivost více než 80%, což snižuje stárnutí povlaku .
4. Scénáře průmyslové aplikace a analýza výhod
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 tons, Každý rok lze ušetřit 3 200 tun paliva, což odpovídá nákladům na úsporu energie přibližně 1 . 8 milionů juanů.
V 50, 000 krychlový měřič surového zásobníku oleje, aplikaci povlaku aerogel řeší dva hlavní technické problémy: zaprvé, kolísání teploty oleje v nádrži je řízeno ± 2 stupňů prostřednictvím účinné izolace, aby se zabránilo ztuhnutí ropy v důsledku nízké teploty; Za druhé, podpůrný povlakový systém snižuje míru koroze vnitřní stěny skladovací nádrže z 0 . 12 mm/rok na 0,03 mm/rok, rozšiřuje cyklus údržby na více než 5 let a snižuje náklady na jednu údržbu o 60%.
Analýza dvou dimenzí environmentálních a ekonomických přínosů
Povlaky na bázi airgelů mají významné zelené a ekologicky šetrné vlastnosti . Ve srovnání s tradičními povlaky na bázi rozpouštědel neobsahují škodlivé látky, jako je benzen a formaldehyd, a emise VOC jsou téměř nulové {. v petrochemickém procesu, který se stavěl o plnění požadavků na národní „emisivní standers, na národní„ emisivní stánku na národní “emisivní, emisivní standers, které jsou plněny na národní“ emisivní, emisní standers, které jsou plněny národním „emisivním stándersem, emisivním standersům, které mají na vnitrostátním“ emisivním základně. V povlakovém průmyslu "(GB 37824-2019), odrážející dobrou environmentální přívětivost .
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 cycle, with Poměr vstup-výstup 1: 1 . 67, což je lepší než náklady na výměnu a údržbu tradičních systémů skalní vlny.
5. Technické výzvy a budoucí cesty rozvoje
Industrializace airgelských povlaků čelí dvěma hlavním úzkým místem: jedním z nich jsou vysoké náklady, což je způsobeno hlavně velkou investicí do superkritického sušicího zařízení a spoléhání se na dovážené suroviny zdroje křemíku; Druhým je špatná přizpůsobivost konstrukce . Tradiční postřik může snadno poškodit strukturu airgelů a při konstrukci zvláštních částí ve tvaru speciálních tvarů . je problém nerovnoměrné tloušťky nerovnoměrné tloušťky .
Budoucí směr vývoje se zaměřuje na technologické průlomy a inovace aplikací . Na jedné straně se očekává, že podpora technologie sušení atmosféry a substituce zdroje křemíku na bázi biologického křemíku sníží náklady o více než 70%; Na druhé straně se funkční expanze stává klíčem, jako jsou roubování termosenzitivních polymerů pro konstrukci inteligentních regulačních povlaků teploty, které mohou upravit porézitu podle změn teploty a zlepšit účinnost rozptylu tepla; Současně uvolňuje angažovanost s opravné látky opravné látky prostřednictvím mikrokapslí, aby se dosáhlo automatické opravy trhlin a zvyšuje životnost a spolehlivost služeb . Tyto inovativní cesty poskytují proveditelná řešení pro rozsáhlé propagaci airgelských povlaků .
6. Závěr
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, Očekává se, že povlaky aerogelů otevřou širší aplikační prostor v polích budovy úspory energie, nového energetického vybavení atd., A stane se jedním z klíčových materiálů podporujících energetickou revoluci.