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 徐燕平 1 , 潛偉清 2 

(1 . 中國石化股份有限公司九江分公司 , 江西九江 332004 ;2 . 江西萍鄉通宇工貿有限公司 , 江西萍鄉 337000)
 
 
    摘　要 : 新研制的太空隔熱特種涂料是新一代屬環保型隔熱特種涂料。主要由特種陶瓷微粒與惰性乳膠構成 , 具有防腐、耐酸堿及優良的熱反射性能。該特種涂料在中石化九江分公司液化氣、丙烯球罐及汽油內浮頂罐上進行了工業應用試驗。結果表明 : 該涂料有良好的隔熱性能 , 在夏季 , 與銀粉涂料相比 , 向光處輕油內浮頂罐頂表面溫度可下降 28 ℃ 。取消用于液化氣、丙烯球罐夏季噴淋降溫的冷卻水 , 降低輕油油氣損耗 , 節能降耗效果顯著 , 在工業上具有廣泛的推廣應用前景。

關鍵詞 : 油罐 ; 特種涂料 ; 隔熱 ; 防腐 ; 環保 ; 節能

1 　前言

    石化煉油廠用于儲存液化驗氣、丙烯的球罐及用于 儲存輕質油品的立式金屬油罐外壁普遍采用銀粉防腐 涂料 , 因其反射陽光 , 減輕油罐的吸熱程度效果較差 , 夏季油罐表面向光處的溫度高達 60 ℃ 以上。為確保球罐區夏季安全 , 在大氣環境溫度大于 30 ℃ 時 , 需對球罐采取噴淋冷卻措施 , 不僅消耗大量的水、電 , 而且噴淋水極易破壞涂層漆膜 , 產生嚴重腐蝕 , 進而縮短防護壽命 ; 同時 , 輕質油罐表面溫度高 , 加大了油品的蒸發損耗 , 造成油品損 失和大氣污染。為此 , 江西萍鄉通宇工貿有限公司與中石化九江分公司合作 , 通過對熱反射機理的研究 , 開發 出了一種具有良好防腐、優良熱反射性能及環保型的水 性太空隔熱特種涂料 , 并在中石化九江分公司液化氣、 丙烯球罐及汽油內浮頂罐上進行了工業應用試驗。

2 　太空隔熱特種涂料研制及開發

2 . 1 　研制開發構思

   研制開發的隔熱特種涂料應具有以下功能 :

   針對石化煉油廠設備防腐涂料性能的要求 , 具有耐酸堿、耐候性、對設備具有良好的防腐功能 , 取代銀粉防腐涂料。

   研制、開發和應用在材料制備、加工和使用過程中對環境無污染的水性環保型涂料。

   隔熱涂料熱反射率高 , 與銀粉涂料對比 : 夏季向光處設備表面溫度降低 18 ℃ 以上 , 達到降低輕油損耗 , 節約油氣 , 取消液化氣、丙烯球罐夏季冷卻噴淋降溫目的。  

2 . 2 　研制

    油品蒸發損耗與油罐溫度有關 , 溫度越高 , 蒸發損耗就越大。因此 , 降低油罐的溫度 , 可降低蒸發損耗。油罐的熱負荷主要由五部分組成 : 溫差滲入熱、太陽輻射滲入熱、油品自身熱、換氣熱、操作熱。其中太陽輻射滲入熱和油罐壁外表面的吸收率 α 有關 :

油罐罐頂 ( 壁 ) 吸收太陽輻射熱而增加的滲入熱量用 Q 表示 :

Q = ∑ K · F △ t 3 = ∑ K · F · J α / α h

式中 K — 外壁傳熱系數 ( 外壁面到空氣的傳熱系數 ), W/ m 2 ·℃ ;

F — 外壁傳熱面積 , m 2 ;

△ t 3 — 油罐罐頂 ( 壁 ) 吸收太陽輻射熱而引起的附加溫升量 , ℃ ; J — 太陽輻射強度 , W/ m 2 ; α — 吸收率 ; α h — 外壁的放熱系數 , W/ m 2 ·℃ 。由上式可知 , 當 K 、 F 及 α h 不變的情況下 ,Q 與 α 成 正比 , 即表面吸收率 α 越大 , 太陽輻射滲入熱 Q 越大 , 而減少吸收率 α 值 , 可以有效降低太陽輻射熱的滲入。研究發現 , 瓷粒具有良好的熱反射性能 , 以瓷粒為主要原料開發的太空特種隔熱涂料 , 其表面吸收率僅為 0 . 15 , 只有銀灰色油漆的 1 / 4 , 對太陽輻射熱的吸收量也只有銀灰色油漆的 1 / 4 , 可有效地降低設備表面的溫度。由于它是一種取自于天然的化合物 , 所以無論是產品本身或在使用過程中的廢棄物 , 都不會對環境造成污染 , 屬于水性環保型涂料。

   太空隔熱特種涂料由特種陶瓷微粒與惰性乳膠等成份組成。

( 1 ) 乳膠

    它是特種涂料的主體之一 , 乳膠的選擇應考慮既有較好的耐堿性又有一定的耐酸性 , 并且要具有良好的粘接性。

( 2 ) 瓷粒

    它是特種涂料的主體之一 , 主要起隔熱作用 , 同時具有抗老化性、耐磨性。

2 . 3 　原理

    太空隔熱特種涂料基本原理是涂料表面的太陽光 ( 紅外輻射為主要熱量來源 ) 通過涂料中的顏填料的粒子形成反射 , 同時涂料表面吸收的少量熱量 , 因溫差對外產生熱輻射 , 大大降低油罐吸收太陽輻射熱而引起的罐體溫升 , 從而降低設備表面的溫度。

2 . 4 　幾種因素對隔熱特種涂料性能的影響

2 . 4 . 1 瓷粒的成份對隔熱性能的影響

  研制太空隔熱特種涂料的關鍵在于含百分比較大的特種瓷粒 , 與普通瓷粒的結構、成份不同。該特種瓷粒的制造主要是其成分的配比 , 即采用高度精選的原料和精確控制其化學成份 , 并按其結構設計及控制制造方法進行加工。

    以下為特種瓷粒與普通瓷粒按同樣的比例配制成兩種涂料 , 并在同一條件下所進行的實驗。

    實驗設備及方法 : 250W 紅外線燈源 ; 100 × 100 × 0 . 5mm 鋼板二塊 , 分別噴涂特種瓷配制的涂料與普通瓷配制的涂料 ; 燈源距被照物距均為 150mm , 采用直接接 從圖 1 可以看出 , 涂料中的瓷體因其成份的含量不同 , 涂料的隔熱效果有顯著區別 , 含有特種瓷粒的涂料隔熱效果明顯優于含有普通瓷粒的涂料 , 溫差為 14 ℃ , 說明涂料中的瓷體是影響涂料隔熱效果的主要因素之一。

圖 1 噴涂特種瓷配制的涂料與普通瓷配制的涂料隔熱效果

2 . 4 . 2 瓷粒的細度對隔熱性能的影響

    涂料中瓷粒細度對熱輻射性能有影響 , 瓷粒的細度不同 , 其光反射方向不一樣 , 表面吸收熱能的多少也就不同 , 瓷粒的粒度過大 , 會造成光在瓷粒之間循環反射 , 使表面因吸收熱能而導致溫度升高 , 同時其表面粗糙、不耐污 , 若涂刷達不到一定厚度 , 還將影響被保護的表面。

    將不同粒度的瓷粒按相同配方配比制成涂料 , 并噴涂在同樣大小的數塊測試板上進行測試比較 ( 實驗設備及方法同圖 1 ), 其對比結果見圖 2 。

   從圖 2 可以看出 , 瓷粒的粒度越大 , 表面溫度越高 , 理論上 , 瓷粒的粒度越小隔熱效果越好 , 但由于粒度越小 , 加工成本越高 , 且粒度 250 目與粒度 200 目表面溫度僅相差 2 ℃ 。其粒度以 200 目效果為佳。

圖 2 　不同粒度的瓷粒對隔熱效果的影響

2 . 4 . 3 涂料厚度對隔熱性能的影響

   由于涂料的瓷?；蝾伭蠠釋屎艿?, 但因它施工厚度相對較薄 ( 0 . 3mm ), 隨熱輻射的時間增加 , 仍有部分熱量向內 ( 基體 ) 傳熱。理論上 , 噴涂的厚度愈大 , 在單位時間內傳輸到基體的熱量就愈少 , 隔熱效果愈好 , 但其成本卻成倍增加 , 由于該涂料主要通過遏制熱輻射 , 即通過反射熱輻射實現對熱傳遞控制。因此 , 若以高成本投入來控制少量的熱傳遞 , 其功能價格比就很低 , 同時造成資源的浪費。圖 3 為噴涂不同厚度的涂料樣板測試比較結果 ( 實驗設備及方法同圖 1 ) 。

從圖 3 可知 , 厚度愈大 , 隔熱效果愈好 , 但厚度在 0 . 3 ～ 0 . 5mm 之間其隔熱效果基本接近 ,(D) 隔熱效果最好 , 但其成本是 (B) 的三倍 , 可同一時間的溫度僅相差 5 ℃ 。因此 , 從技術經濟分析 , 油罐噴涂的施工厚度控制在 0 . 3mm 左右為佳。實踐亦表明 , 噴涂厚度控制在 0. 3mm 左右 , 完全能達到要求。

2 . 4 . 4 涂料厚度對防腐蝕效果的影響

圖 3不同厚度的涂料對隔熱效果的影響

   控制設備腐蝕的有效方法是對設備防腐。涂裝的厚不同厚度的涂料對隔熱效果的影響度影響防腐蝕效果 , 涂料厚度越薄 ( 小于 0 . 1mm ), 防腐效果差 , 防腐壽命短 ( 小于 2 年 ); 涂料厚度越厚 , 但其成本卻成倍增加。實驗表明 : 油罐噴涂的施工厚度控制在 0 . 3mm , 完全能達到防腐要求 , 防腐壽命 10 年。