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, влошава плавността и дори влияе върху качеството на нефтените продукти . традиционната система за защита от изолация на "скална вълна + поцинкована защитна слой" е изправена пред множество технически тесни места: термичната проводимост на скалната вълна се увеличава значително след поглъщане на вода, а ефектът на изолацията се намалява до 40%; Замърсяването на праха се генерира лесно по време на строителния процес и дългосрочната употреба ще доведе до корозия под изолационния слой и ръжда върху защитния слой .
Съдържание
1. Техническа подготовка и значимост на научните изследвания
2. Процес на приготвяне на покритие и дизайн на формулата
3. Тестване на производителността и поддържаща система за защита
4. сценарии за индустриални приложения и анализ на ползите
5. Технически предизвикателства и бъдещи пътища за развитие
6. Заключение
1. Техническа подготовка и значимост на научните изследвания
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 е ефективно обвързан, като блокира пътя на твърдата топлинна проводимост, като по този начин постига "триизмерна топлинна изолация" ефект . Проучването на екипа на Yuan Xuesong показва, че композитът на нано-сио-акрилна система може да подготви нов тип покритие с акрилна киселинна система на Fiel, както и акрилна киселина на Fiel, както с високоефективност, така и с акрилна киселина с висока ефективност както с акрилна киселина, акрилна акрилна киселина, която да подготви нов тип с акрилна акрилна киселинна система, както с високоефективна, и да подготви нов тип с акрилна акрилна киселина, акрилна система на FIEL, както с акрилна акрилна акрилна система на петрол, нефтохимикали и изграждане на енергия за изграждане .
2. Процес на приготвяне на покритие и дизайн на формулата
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 са както следва:
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 Нано-ниво дисперсия .
След това добавете акрилна емулсия и дейонизирана вода към суспензията пропорционално, разбъркайте на 800-1000 r/min за 10-15 минути, за да образувате стабилна колоидна система . Накрая, изпускането на стъклени микросфери, серамичните микросфери и други функционални пълнежи се добавят, а смесицата се добавя, и се добавят, и се добавят, и се добавят, и се добавят, и се добавят, и се добавят, и се добавят, и се добавят, и се добавят, и се добавят, и се добавят, и се добавят, и се добавят, и се добавят, и се добавят, и се добавят, и се добавят смесени/микс/мин 15-20 минути, за да се предотврати разрушаването на пълнителите и влияе върху производителността на топлинната изолация .
Основни параметри за оптимизация на формулата
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, Когато съдържанието надвишава 7%, това ще доведе до напукване на свиване и когато надвишава 10%, структурата ще се срути поради недостатъчното покритие на частиците на аерогела и вместо това топлинната проводимост ще се увеличи.
По отношение на функционалните пълнители, съединението от 1: 1 на стъклените микросфери и керамичните микросфери има отличен ефект, с топлинна проводимост 0 . 045W/(m · k) и адхезия от 1 . 56mpa .}}}}}} стъклени микросфери - стъклени микросфери осигуряват термична инсулация чрез интернала Hollow, докато сте CERAMCERES MICROSPHERS MICROSHERE порите за подобряване на стегнатостта на конструкцията. Ако каолинът се използва за заместване на керамичните микросфери, адхезията се увеличава до 1,76MPa, но поради силната си топлинна проводимост, топлинната проводимост се увеличава до 0,050W/(M · K), което не е благоприятно за характеристиката на топлинната изолация.
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 Пълнителят не е напълно покрит и се образуват микропукнатини, което увеличава топлинната проводимост до 0,049W/(M · K), а адхезията също пада до 0,93MPa. Следователно, разумен баланс на съотношението пълнител и латекс е ключът към постигането на топлоизолация и структурната стабилност.
3. Тестване на производителността и поддържаща система за защита
Анализ на многоизмерен индекс на ефективността
Термична изолация и механични свойства:
- Тестът за термична проводимост приема Hg/T 5182 стандарт . Резултатите показват, че топлинната проводимост на покритието с оптимизирана формула е 0 . 042w/(m ・ k), което е по -добре от индустриалния стандарт (по -малко или равен на 0,05W/(m ・ k)).
- При теста за механична ефективност тестът за огъване на покритието може да достигне 1 мм (GB/T 6742), устойчивост на удара 40 кг ・ cm (GB/T 1732) и привличане на адхезия 1 . 58MPA (GB/T 5210), всички от които надвишават конвенционалните показатели за кокошка за термична изолация.
Съответстващата система за покритие (изолационен слой на епоксидна основа на водна основа + акрилен слой на водна основа на водна основа) е строго тествана:
- Киселинната резистентност (GB/T 9274 Метод А) не е аномалия за 240 часа, а алкалната резистентност не е мехури или проливане в продължение на 168 часа;
- Устойчивост на солен спрей (GB/T 1771) След 240 часа няма ръжда по повърхността на покритието;
- Устойчивост на изкуствено ускорено стареене (GB/T 1865) в продължение на 500 часа, а производителността остава стабилна .
Съвместно проектиране на система за поддържане на корозия
Поддържащата система приема „логика на трислойната защита“:
- Долният слой от епоксиден грунд на основата на водна основа съдържа активни епоксидни групи, които могат да образуват химични връзки с металния субстрат, с адхезия над 5MPa, като същевременно изолират проникването на електролити;
- Средният изолационен слой на въздуха постига топлинна бариера чрез нанопористи структура, а порестите му характеристики също могат да абсорбират малко количество инфилтрирана корозивна среда;
- Повърхностният слой на акрилна топка на водна основа има хидрофобни групи, които могат да блокират външни източници на корозия като дъжд и солен спрей и има светлинна отразяваща способност над 80%, намалявайки стареенето на покритието .
4. сценарии за индустриални приложения и анализ на ползите
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 Тона, 3200 тона гориво могат да се спестяват всяка година, еквивалентни на разходите за икономия на енергия от приблизително 1 . 8 милиона юана.
В 50, 000 кубичен метър резервоар за съхранение на сурово масло, прилагането на покритие на авиола решава два основни технически проблема: Първо, колебанието на температурата на маслото в резервоара се контролира на ± 2 градуса чрез ефективна изолация, за да се предотврати втвърдяването на суровото масло поради ниска температура; Второ, поддържащата система за покритие намалява скоростта на корозия на вътрешната стена на резервоара за съхранение от 0 . 12 мм/година до 0,03 мм/година, удължавайки цикъла на поддръжка до повече от 5 години и намалява разходите за една поддръжка с 60%.
Анализ на двете измерения на екологичните и икономическите ползи
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 Замърсители в индустрията на покритието "(GB 37824-2019), отразявайки добрата екологична благоприятност .
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 Коефициент на вход-изход от 1: 1 . 67, което е по-добро от разходите за подмяна и поддръжка на традиционните системи за скално вълнение.
5. Технически предизвикателства и бъдещи пътища за развитие
Индустриализацията на аерогеловите покрития е изправена пред две основни затруднения: Едната е високата цена, която се дължи главно на големите инвестиции в свръхкритично оборудване за сушене и разчитане на вносни суровини от силиконов източник; Другото е лошата адаптивност на конструкцията . традиционното пръскане може лесно да повреди конструкцията на въздуха и има проблем с неравномерната дебелина в изграждането на части с форма на специална форма .
Посоката на бъдещето се фокусира върху технологичните пробиви и иновациите на приложенията ., от една страна, се очаква насърчаването на технологията за сушене на атмосферно налягане и заместване на биологичния източник на биологично основание да намали разходите с повече от 70%; От друга страна, функционалното разширяване става ключът, като присаждане на термочувствителни полимери за конструиране на интелигентни покрития за контрол на температурата, които могат да регулират порьозността според температурните промени и да подобрят ефективността на разсейване на топлината; В същото време, самолечещото покритие освобождава агентите за ремонт чрез микрокапсули за постигане на автоматичен ремонт на пукнатини и подобряване на експлоатационния живот и надеждност . Тези иновативни пътеки осигуряват осъществими решения за мащабното насърчаване на авилайните покрития .
6. Заключение
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 Модификация, Airgel покритията се очаква да отворят по -широко пространство за приложения в областта на сградата на енергийното опазване, новото енергийно оборудване и т.н., и да се превърнат в един от ключовите материали, поддържащи енергийната революция.