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储罐浮顶舱内水性隔热保温涂料的制备,研制出一种水性隔热保温涂料,应用于储罐浮顶舱内,中国化工网,okmart.com
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储罐浮顶舱内水性隔热保温涂料的制备,研制出一种水性隔热保温涂料,应用于储罐浮顶舱内
2020年02月21日    阅读量:     新闻来源:中国化工网 okmart.com  |  投稿

0 前言

随着我国石油行业的发展以及石油消耗量的大幅提高,国家大量进口重质原油,同时石油储罐的数量越来越多,储罐体积越来越大。原油由于黏度大,流动性差,在输送、贮存或者在集中处理站进行处理的过程中都需要对原油进行加热,尤其在低温区域的储罐更是需要考虑加热环节。


为顺应国家倡导的节能降耗的政策,隔热保温技术在石油化工行业中有着广泛的应用,同时对企业降低能源消耗,减少成本有着双重的重要意义中国化工网okmart.com。储罐中原油接触的表面由罐壁、罐底和罐顶组成,其中罐壁是最大的散热面,其次是罐底和罐顶,通常罐壁和罐底都设置保温层,而罐顶很少设置保温层,对于浮顶罐本身是由多个空舱室组成,本身具有保温的效果,但是实际保温效果很差,几乎达不到保温要求。


综合考虑多种因素,对一些大型的外浮顶、双浮盘的储罐,已开始设计隔热保温防腐涂料,如大连港罐区、锦州港罐区等。随着大型罐体的相继建立,人们节能降耗的意识不断增强,隔热、保温、防腐于一体的环保型涂料必将得到广泛应用。


本文综合各种因素特开发一种专门用于储罐浮顶舱内的水性隔热保温防腐涂料。涂料具有极低的导热系数和极高的半球发射率,保温效果良好;优异的附着力、抗冲击、柔韧性,重涂性好,涂刷二道无障碍,一道可实现厚膜;具有良好的耐水、盐雾、湿热、曝热和冻融循环性,耐化学品性好,使用寿命持久;以水为分散介质,不含有机溶剂和重金属,无失火隐患,无环境污染,安全、环保。

 

1 试验部分

1.1 主要原材料

弹性乳液、流平剂、增稠剂,陶氏;润湿分散机、消泡剂,圣诺普科;成膜助剂、偶联剂、隔热抗裂纤维、隔热粉、空心微珠、锐钛型钛白粉、325目滑石粉、400目云母粉,国产。

1.2 主要设备

GFJ-30分散机,江阴晨铭机械有限公司;DT501电子天平,常熟市仪欧仪器仪表有限公司;PositestAT拉脱法附着力测试仪,上海玖纵精密仪器有限公司;YWX/Q-250盐水喷雾试验机,无锡苏南试验设备有限公司;DW-39-120超低温箱(-40~-10 ℃),北京市永光明医疗仪器厂;氙灯老化试验箱,东莞市兴科实验仪器有限公司;101-1ES热鼓风干燥箱,北京永光明医疗仪器厂;GDS-100高低温湿热箱,北京北方利辉试验仪器设备公司;Quanta650FEG扫描电子显微镜,FEI香港有限公司。

1.3 涂料配方(见表1)

水性隔热保温涂料的基础配方

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1.4 制备工艺

水性隔热保温涂料为单组分白色流动状黏稠浆体。具体制备工艺为:首先按比例将水、润湿分散剂、消泡剂和偶联剂加入分散罐中,低速(300~500r/min)搅拌5~10 min,其次加入隔热抗裂纤维并高速(1 000~1 500 r/min)分散10~15 min,再依次加入隔热粉、钛白粉、滑石粉、云母粉高速(1 000~1 500r/min)分散20~25 min,然后低速(300~500 r/min)搅拌下按比例添加弹性乳液并分散5~10 min,随后缓慢添加成膜助剂至混合均匀,最后按比例添加各种微珠低速(300~500 r/min)分散10~15 min至均匀状态,添加流平剂和增稠剂调整黏度合格后过滤装桶。

1.5 性能指标(见表2)

水性隔热保温涂料技术指标

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2 结果与讨论

2.1 树脂的选择

弹性乳液是涂料最关键的成膜物,形成的涂膜具有内软外硬、综合防腐性能优异的特点。弹性乳液具有优异的回弹性、柔韧性、黏结性、防水性、耐冷热性和优异的耐化学品性等性能;其中关键的是涂膜具有“即时复原”弹性和优良的伸长率,能适应基材表面上的“运动”裂纹,使基材免于破裂,从而使涂膜足以承受底材的热胀冷缩,这也使涂层实现一道厚膜化具有了可能性。


同时弹性乳液赋予涂膜“呼吸”的能力,可防止潮气积聚导致涂膜的鼓泡和脱落。随着乳液含量的增加,涂膜的拉伸强度和断裂伸长率增大,其防水性能增加,但其隔热性能降低。


因为乳液是主要基料,增加乳液含量对涂膜的防水性能有好处,但是乳液微粒可以密实地填充涂膜孔隙,在空心隔热材料之间形成“冷桥”,因此,乳液含量增加后,涂膜隔热性能就会降低。所以乳液含量的增加不是越多越好,而是有一个最佳的平衡点。综合考虑涂料的防水和保温性能,乳液的最佳添加量控制在38%。



2.2 隔热填料的选择

填料是隔热保温涂料的主要组成部分,选择适当的填料做隔热填料是实现涂料隔热保温性能的主要手段。隔热抗裂纤维是一种白色的高铝型纤维,具有很低的导热系数,易分散,密度极低,具有防止沉淀和抗裂的作用,其中优异的抗裂性实现了涂膜一道厚膜化。隔热粉是一类无毒无味无污染的无机非金属材料,经过包裹处理,具有很好的分散性和亲水性。


主要成分为超细钛基隔热粉,粉体由纳米级钛酸酯与纳米级雷托粉提出物和复合物组成,对红外波段具有很高的辐射率。空心微珠是隔热涂料的最重要的组成部分,添加隔热性良好的内部多孔、表面玻化封闭空心型等微珠,在涂层内形成一道错落有致的中空隔热层,利用其导热系数极低的空气微孔层来阻抗热能传递。低导热系数的隔热涂料能够实现对温度波动的衰减和延迟,通过对热量的吸收屏蔽阻断热传导,达到隔热的目的。


2.2.1 隔热粉对涂层半球发射率的影响

半球发射率是隔热涂料最为关键的技术指标之一,决定着涂料的隔热能力的大小。隔热粉可以提高涂层的辐射性能,使涂层具有高辐射率。宏观上涂层在太阳光下能吸收部分能量,但是最终能以红外辐射方式把吸收的能量辐射出去而起到隔热作用。


微观上,隔热粉吸收了辐射热能而改变和加剧了分子内部的运动,从而使粒子能态级产生从高到低的热发射,从而降低被辐射物的温度。用光谱学分析,物质的分子吸收光子,可使光子的能量完全变为分子的振动、转动的能量,促使了分子的振动、转动能量发生改变,不断使晶格、键团的振动在其相间产生碰撞,使吸收的部分能量以红外辐射的方式返回外部空间。其中,隔热粉的添加量与涂层半球发射率的关系见图1。

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隔热粉的添加量与涂层半球发射率的关系


由图1可知,随着隔热粉添加量控制在5.0%~8.0%时,涂膜的半球发射率逐渐升高,红外辐射的能力快速提高;当添加量达到8.0%时,涂层的半球发射率达到最高;当添加量超过8.0%时,半球发射率开始下降并逐渐趋于平稳。这是由于分子的振动、转动,能量发生改变,不断使晶格、键团的振动在其相间产生碰撞,使吸收的部分能量发射出去,同时也会吸收更多的能量,导致半球发射率稍微下降,温度略微上升,但变化量不大,最后仍趋于稳定。综合考虑涂料的隔热性和防腐性能,隔热粉的添加量控制为8.0%,此时半球发射率最高达到了91%。


2.2.2 空心微珠对涂层导热系数的影响

导热系数也是隔热涂料最为关键的技术指标之一,直接关系着涂料的隔热保温效果。低导热系数的隔热涂料能够实现对温度波动的衰减和延迟,通过对热量的吸收屏蔽阻断热传导,达到隔热的目的。


涂料中通过添加隔热性良好的内部多孔、表面玻化封闭空心型等微珠,在涂层内形成一道错落有致的中空隔热层,利用其导热系数极低的空气微孔层来阻抗热能传递。另外,单一种类的微珠目前很难实现超低的导热系数,通过分析各种微珠的导热系数、添加量、粒径大小、粒径分布、孔隙率、吸水率、径厚比等对导热系数的影响规律,将多种微珠进行级配,实现了超低的导热系数,达到了优异的隔热效果。

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空心玻璃微珠粒度在10~100 μm,壁厚1~2 μm,质量较轻,分散性好,具有较高的机械强度和良好的化学稳定性,其中空的特点使空心微珠热传导系数低,使涂料固化形成的涂膜具有保温隔热性能。通过扫描电镜可以清晰地看到微观结构,如图2。


空心微珠在隔热保温涂料中的扫描电镜

空心微珠是隔热涂料最主要的组成部分,但是,微珠的添加量直接影响导热系数和防腐性能。随着微珠添加量的增大,导热系数会降低,但防腐性能会下降。经大量试验,通过调整PVC总结得出导热系数和防腐性能综合最优的最佳微珠用量。空心微珠的添加量与导热系数的关系见图3。

空心微珠的添加量与导热系数的关系

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同时,隔热保温涂料的耐水性和施工性关系到防腐性能的好坏和产品应用推广的条件,综合兼顾隔热性、耐水性和施工性3种关键性能,具体分析了空心微珠的添加量与导热系数、耐水性和施工性的关系,见表3。

空心微珠的添加量与导热系数、耐水性和施工性的关系

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从表3可以看出:随着空心微珠用量的增加,涂膜的隔热性能在提高,说明空心玻璃微珠具有较好的绝热性能,但其用量太多,会影响涂膜的耐水性能和施工性能。综合考虑涂料的隔热性能、耐水性能和施工性能,空心微珠的添加量控制为19%,导热系数达到0.040 W/(m · K)。

 

3 结语

(1)涂料由弹性乳液、低导热系数微珠、隔热粉、隔热抗裂纤维、片状填料和成膜助溶剂等配制而成。涂膜具有内软外硬,综合性能优异的特点。

(2)综合考虑涂料的防水和保温性能,控制乳液的添加量为38%。

(3)综合考虑涂料的隔热性和防腐性能,隔热粉的添加量控制为8.0%,半球发射率达到91%。

(4)综合考虑涂料的耐水性能和施工性能,空心微珠的添加量控制为19%,导热系数达到0.040 W/(m ·K)。

陈华山1,王学银2,张东亚1,宁小博1,张小磊1

(1.洛阳七维防腐工程材料有限公司,河南洛阳 471039;2.中国石化集团第十建设公司,辽宁锦州 121000)


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