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 徐燕平 1 , 潛偉清 2 

(1 . 中國(guó)石化股份有限公司九江分公司 , 江西九江 332004 ;2 . 江西萍鄉(xiāng)通宇工貿(mào)有限公司 , 江西萍鄉(xiāng) 337000)
 
 
    摘　要 : 新研制的太空隔熱特種涂料是新一代屬環(huán)保型隔熱特種涂料。主要由特種陶瓷微粒與惰性乳膠構(gòu)成 , 具有防腐、耐酸堿及優(yōu)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(nèi)浮頂罐上進(jìn)行了工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)。結(jié)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(nèi)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(jié)能降耗效果顯著 , 在工業(yè)上具有廣泛的推廣應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞 : 油罐 ; 特種涂料 ; 隔熱 ; 防腐 ; 環(huán)保 ; 節(jié)能

1 　前言

    石化煉油廠用于儲(chǔ)存液化驗(yàn)氣、丙烯的球罐及用于 儲(chǔ)存輕質(zhì)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(yáng)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(dá) 60 ℃ 以上。為確保球罐區(qū)夏季安全 , 在大氣環(huán)境溫度大于 30 ℃ 時(shí) , 需對(duì)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(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕 , 進(jìn)而縮短防護(hù)壽命 ; 同時(shí) , 輕質(zhì)油罐表面溫度高 , 加大了油品的蒸發(fā)損耗 , 造成油品損 失和大氣污染。為此 , 江西萍鄉(xiāng)通宇工貿(mào)有限公司與中石化九江分公司合作 , 通過(guò)對(duì)熱反射機(jī)理的研究 , 開(kāi)發(fā) 出了一種具有良好防腐、優(yōu)良熱反射性能及環(huán)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(nèi)浮頂罐上進(jìn)行了工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)。

2 　太空隔熱特種涂料研制及開(kāi)發(fā)

2 . 1 　研制開(kāi)發(fā)構(gòu)思

   研制開(kāi)發(fā)的隔熱特種涂料應(yīng)具有以下功能 :

   針對(duì)石化煉油廠設(shè)備防腐涂料性能的要求 , 具有耐酸堿、耐候性、對(duì)設(shè)備具有良好的防腐功能 , 取代銀粉防腐涂料。

   研制、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用在材料制備、加工和使用過(guò)程中對(duì)環(huán)境無(wú)污染的水性環(huán)保型涂料。

   隔熱涂料熱反射率高 , 與銀粉涂料對(duì)比 : 夏季向光處設(shè)備表面溫度降低 18 ℃ 以上 , 達(dá)到降低輕油損耗 , 節(jié)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(fā)損耗與油罐溫度有關(guān) , 溫度越高 , 蒸發(fā)損耗就越大。因此 , 降低油罐的溫度 , 可降低蒸發(fā)損耗。油罐的熱負(fù)荷主要由五部分組成 : 溫差滲入熱、太陽(yáng)輻射滲入熱、油品自身熱、換氣熱、操作熱。其中太陽(yáng)輻射滲入熱和油罐壁外表面的吸收率 α 有關(guān) :

油罐罐頂 ( 壁 ) 吸收太陽(yáng)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(shù) ( 外壁面到空氣的傳熱系數(shù) ), W/ m 2 ·℃ ;

F — 外壁傳熱面積 , m 2 ;

△ t 3 — 油罐罐頂 ( 壁 ) 吸收太陽(yáng)輻射熱而引起的附加溫升量 , ℃ ; J — 太陽(yáng)輻射強(qiáng)度 , W/ m 2 ; α — 吸收率 ; α h — 外壁的放熱系數(shù) , W/ m 2 ·℃ 。由上式可知 , 當(dāng) 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(yáng)輻射滲入熱 Q 越大 , 而減少吸收率 α 值 , 可以有效降低太陽(yáng)輻射熱的滲入。研究發(fā)現(xiàn) , 瓷粒具有良好的熱反射性能 , 以瓷粒為主要原料開(kāi)發(fā)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(duì)太陽(yáng)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(shè)備表面的溫度。由于它是一種取自于天然的化合物 , 所以無(wú)論是產(chǎn)品本身或在使用過(guò)程中的廢棄物 , 都不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染 , 屬于水性環(huán)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(yīng)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(shí)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(yáng)光 ( 紅外輻射為主要熱量來(lái)源 ) 通過(guò)涂料中的顏填料的粒子形成反射 , 同時(shí)涂料表面吸收的少量熱量 , 因溫差對(duì)外產(chǎn)生熱輻射 , 大大降低油罐吸收太陽(yáng)輻射熱而引起的罐體溫升 , 從而降低設(shè)備表面的溫度。

2 . 4 　幾種因素對(duì)隔熱特種涂料性能的影響

2 . 4 . 1 瓷粒的成份對(duì)隔熱性能的影響

  研制太空隔熱特種涂料的關(guān)鍵在于含百分比較大的特種瓷粒 , 與普通瓷粒的結(jié)構(gòu)、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(xué)成份 , 并按其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制制造方法進(jìn)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(jìn)行的實(shí)驗(yàn)。

    實(shí)驗(yàn)設(shè)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(qū)別 , 含有特種瓷粒的涂料隔熱效果明顯優(yōu)于含有普通瓷粒的涂料 , 溫差為 14 ℃ , 說(shuō)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(xì)度對(duì)隔熱性能的影響

    涂料中瓷粒細(xì)度對(duì)熱輻射性能有影響 , 瓷粒的細(xì)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(guò)大 , 會(huì)造成光在瓷粒之間循環(huán)反射 , 使表面因吸收熱能而導(dǎo)致溫度升高 , 同時(shí)其表面粗糙、不耐污 , 若涂刷達(dá)不到一定厚度 , 還將影響被保護(hù)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(shù)塊測(cè)試板上進(jìn)行測(cè)試比較 ( 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及方法同圖 1 ), 其對(duì)比結(jié)果見(jiàn)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(duì)隔熱效果的影響

2 . 4 . 3 涂料厚度對(duì)隔熱性能的影響

   由于涂料的瓷?；蝾伭蠠釋?dǎo)率很低 , 但因它施工厚度相對(duì)較薄 ( 0 . 3mm ), 隨熱輻射的時(shí)間增加 , 仍有部分熱量向內(nèi) ( 基體 ) 傳熱。理論上 , 噴涂的厚度愈大 , 在單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)交w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(guò)遏制熱輻射 , 即通過(guò)反射熱輻射實(shí)現(xiàn)對(duì)熱傳遞控制。因此 , 若以高成本投入來(lái)控制少量的熱傳遞 , 其功能價(jià)格比就很低 , 同時(shí)造成資源的浪費(fèi)。圖 3 為噴涂不同厚度的涂料樣板測(cè)試比較結(jié)果 ( 實(shí)驗(yàn)設(shè)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(shí)間的溫度僅相差 5 ℃ 。因此 , 從技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 , 油罐噴涂的施工厚度控制在 0 . 3mm 左右為佳。實(shí)踐亦表明 , 噴涂厚度控制在 0. 3mm 左右 , 完全能達(dá)到要求。

2 . 4 . 4 涂料厚度對(duì)防腐蝕效果的影響

圖 3不同厚度的涂料對(duì)隔熱效果的影響

   控制設(shè)備腐蝕的有效方法是對(duì)設(shè)備防腐。涂裝的厚不同厚度的涂料對(duì)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(shí)驗(yàn)表明 : 油罐噴涂的施工厚度控制在 0 . 3mm , 完全能達(dá)到防腐要求 , 防腐壽命 10 年。