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1、新型隔热、保温涂料技术及节能降耗分析摘要：介绍两类高效绝热水溶性涂料的绝热机理、应用实例和应用效果。实践表明：石化装置外表面应用阻隔太阳辐射热的“NH1”涂料，在炎热夏季可使装置外表面温度降低1520，内部温度降低510，气温越高，温差越大；石化装置外表面用性能优异的保温涂料“NH2”，可减少散热损失，节约能源消耗。绝热涂料特别适用于需考虑承载力限制、尺寸限制或特殊形状设备的节能降耗。该绝热涂料还具有防腐、防潮、无毒、无味、对环境无害、使用寿命长等优点。关健词：太阳辐射、散热损失、隔热保温、涂料、 节能降耗深圳市华创化工有限公司是专门从事特种隔热、保温、防腐涂料的研究与生产的高科技企业，注册商
2、标为“华创太空”。 “华创太空NH1”特种隔热涂料（简称“NH1”）为“阻隔太阳热” 类涂料，可阻隔90%以上的太阳辐射热，从而极大减少热量传入设备（罐、管线等）或建筑物内。“华创太空NH2”特种保温涂料（简称“NH2”） 为“保温”类涂料，其综合导热系数小于常规保温材料的极限值，从而可有效阻止设备或建筑物内部环境与大气之间的传热。“太空特种隔热涂料”应用历史已近十年，其产品性能优异，已广泛用于石化企业的罐区、加热炉、管线等设备，取得了明显的节能效果。图1太阳辐射1 阻隔太阳热涂料-“NH1”1.1 太阳辐射强度太阳是一个巨大炽热球体，太阳温度 5762K。太阳辐射的能量很大，太阳常数 135
3、7 wm2。在晴朗天气，地表上获得956 w/m2的太阳正向辐射能。照射到具体地表的太阳辐射强度，取决于所处的纬度、季节、昼夜时间、天气及表面的方位角、倾角等因素。我国大部分地区，夏季白天太阳辐射强度 500 wm2。 1.2 阻隔太阳热涂料的技术进展涂料隔热是减少储罐设备和建筑物受太阳辐射热的重要措施。随着对太阳辐射隔热的认识、研究的不断深化，我国石化企业罐区和建筑屋顶使用隔热涂料已有了更新换代的变化。 传统涂料为银粉漆。 九十年代初，出现上海大通研究所开发的“凉凉胶”，其隔热效果好于银粉漆。 九十年代末，“太空绝热涂料” 进入我国，之后国内许多单位也开发出了类似的隔热涂料。 作为地面民用的
4、太阳辐射隔热涂料,其应用条件和传热过程，与太空有所不同。但“太空”类涂料，隔热原理有新的概念，采用新技术、新材料，隔热效果明显好于凉凉胶，成为新一代的高效太阳辐射隔热涂料，其主要技术特点为：表1 太阳辐射能分布紫外区8.7%可见光区43%红外区48.3%（1） 对全日光的反射率很高表1为太阳辐射能分布。凉凉胶主要反射红外光。现高效太阳热隔热涂料，不仅对红外光反射率很高，而且对可见光的反射率也相当高，对全太阳光反射率80。（2） 根据涂料层表面、涂料层内部传热机理，采用更全面、更新的技术和材料，进一步提高隔热效果1.3 “NH1”涂料的隔热机理图2为无加热、取热设施的容器表面受太阳辐射的能量收支
5、平衡关系,也是高效太阳辐射隔热涂料“NH1”的隔热机理。图2 容器表面受太辐射的能量收支平衡关系1.3.1涂层表面对太阳辐射的反射能力非常高，从而可大幅度减少表面吸收的辐射能 从图2可看出：当太阳辐射能入射到涂料层表面时，一部分被反射回大气中。涂层表面的反射率R越高，则表面吸收的太阳辐射能JA就越小。高反射率是高效太阳辐射隔热涂料的主要特征和主要隔热手段，故又称的太阳热反射涂料。“NH1”对全太阳光反射率为82 85。1.3.2 涂层表面的热辐射能力高,有利于增加表面的辐射散热如图2，进入涂料层太阳辐射能中的一部分就在涂层内被吸收，增加涂层蓄热，使表面温度t表上升。当t表超过环境温度t环后，涂
6、料层就成为一个“沉积热源”，产生“热岛”效应，向大气和罐内双向传热。一部分热能就以对流和辐射方式，从表面向大气散热。提高涂层表面的黑度值（即长波辐射能力），可增加辐射热量，有利于降低t表。“NH1” 的大于0.70。在太空，因无对流散热，对表面温度影响非常大。对地面，由于物体表面还存在对流散热及表面温度不是很高，提高降低t表的作用,远不如提高R。太阳辐射主要波长范围为0.154m。地面和大气热辐射（又称温度辐射）主要波长范围为3-20m。因此，一般可把前者称为短波辐射，后者称为长波辐射。“NH1” 的表面热力性能不仅对短波辐射的反射率R很高，而且具有高的热辐射率(或半球发射率高)，因此能高效隔
7、除太阳热。133 涂料层形成隔热屏障把涂料层构筑成隔热屏障可减少向容器内的传热量，主要措施有：(1)减少涂料层蓄热能力涂料层蓄热能力小，t表升温快、温度高，增加表面向大气散热的传热温差。比重小、比热小的涂料，其蓄热能力小。“NH1”采取中空技术降低容重。(2) 减少涂层的太阳辐射能穿透能力减少太阳辐射能直接进入金属罐壁和建筑物外墙，有利于降低罐壁内表面和墙体内表面温度，可减少向内的传热量。涂层材料的折射率大，不仅对太阳辐射的反射率大，且可降低太阳辐射的穿透率。“NH1”选用折射率大的TiO2作颜填料。(3) 减小涂层的综合导热系数k减小k，有利于增大涂层的传热阻力，可减少向设备内的传热量。“N
8、H1”的综合导热系数为0.050.08w/m2，优于一般保温材料。（4）采用复合涂层结构当对太阳隔热要求特别高时，可采用高效复合涂层结构：面料,用太阳热反射涂料“NH1”；底料,用高性能保温涂料“NH2”。试验结果：采用该种复合结构，在相同厚度下，表面温度又下降34，其原因是“NH2”的综合导热系数k比“NH1”更小。实际应用的复合涂层结构, 涂层厚度大幅度增加,因而可大幅度增加了涂层热阻。1.4 提高“NH1”涂料隔热性能的主要技术措施 根据涂料层表面、涂料层内部传热机理，采取如下主要技术措施使“NH1”具有优异的隔除太阳热性能。1.4.1选用高反射率、高折射率的颜填料 “NH1”选用TiO
9、2作颜填料。如图3所示，金红石型和锐钛型TiO2对太阳辐射的反射率为：对红外光 , 绝大部分反射；对可见光 , 大部分反射；对紫外光, 部分反射。同样为白色颜料折射率不同，如图3所示，金红石型和锐钛型TiO2对的折射率高于其他颜料。从图3、4可看出,TiO2不仅反射率R高,而且折射率也高如图5、6所示，高折射率颜料光线穿透少，低折射率穿透多。图3 TiO2对不同波长光线的反射率 图4不同白色颜料的折射率图5 不同折射率离子引起的光线折射 图6不同折射率的光线穿透率1.4.2采用中空真空特种陶瓷微粒技术图7用中空粒子增加反射采用中空技术(1)增加涂层内部界面，通过反射、散射和吸收，降低热辐射；(
10、2)降低比重，减少涂层蓄热能力。“NH1”比重较小，为1.081.12。(3)增加涂层内部反射、辐射面积。 采用真空技术好处减少对流、传导传热。采用特种陶瓷微粒的目的从基质材料的热力性能降低涂层导热系数。瓷粒的成分和制造工艺不同，隔热效果不同。从图8试验数据可看出，用特种瓷粒的表面温度比用普通瓷粒低约20。中空或真空特种陶瓷微粒技术是“NH1” 、“NH2” 涂料的核心技术。表2 不同乳胶的吸收率乳胶名称吸收率有机硅-丙烯酸树脂0.19有机硅-醇酸树脂0.22丙烯酸树脂 0.24环氧树脂0.25聚氨酯树脂0.26颜料均为21.4.3 选用高反射率乳胶该太空涂料采用有机硅-丙烯酸树脂作乳胶,表2
11、中该种树脂吸收率最小（反射率最大）。1.4.4 优化粒径从图9可看出,瓷粒的粒度越小隔热效果越好，但成本越高，“NH1”涂料中瓷粒的粒度选择200250目。 图8不同瓷粒隔热效果试验 图9 不同粒径隔热效果试验图10不同涂层厚度隔热效果试验1.4.5 优化涂层厚度涂层厚度愈大,隔热效果愈好,但成本越大,厚度1的成本为厚度0.3的三倍。图10表明，随厚度增加，效果增加变小，厚度在0.30.5之间，其隔热效果基本接近。 实践亦表明，喷涂厚度控制在0.3左右为佳，能达到工艺要求和满足防腐要求。 1.5 “NH1”涂料的使用性能 (1)高效隔除太阳热 对全阳光的反射率 R 为 8285。对太阳热的隔除
12、率90%以上。(2)抗压性、延展性好(3)防腐 、防潮性好(4)不易粉化,使用寿命长 (5)水溶性涂料,无毒、无味、阻燃，储存、运输、应用时无危险性，对环境无害。1. 6 球罐应用”NH1”的实际应用效果受太阳辐射，物体表面温度会升高，超过环境温度。涂银粉漆时，球罐顶温度往往达到60以上，容易使球罐超压。用“NH1”，可把球罐控制在50以下，降低球罐压力，可取消夏季淋水降温而安全操作。“NH1”防腐性好、使用寿命长，有利于减少维修费和罐区美观。1.6.1九江分公司应用情况1992年前,该厂液化气球罐全用银粉漆。1992年起该厂液化气球罐用凉凉胶，出现的主要问题是仍需喷水、易粉化。2001年开始
13、应用“NH1”，也是国内石化企业首次应用“NH1”太空涂料，应用结果表明，其隔热效果不仅好于凉凉胶，而且好于进口“太空绝热涂料”。现已在所有液化气、丙烯球罐上应用“NH1”涂料，不用淋水降温。从表3可看出其应用效果为：表3 不同涂料液化气球罐测试数据项目NH1进口涂料凉凉胶银粉漆日期01.9.701.9.794.8.1000.7.11罐号828罐827罐806罐825罐容积/m3200020004001000液位/m1.1541.46662.2391.117环境温度/323234.238.8风速/m.s-11.51.51.5向光处表面温度/34424562日照超温/21010.823.2为江西
14、省经委节能中心测试数据。（1）表面温度比银粉漆降低约20 表面受太阳热，会使表面温度高于环境温度，即“热岛效应”，产生“日照超温”。当测试对比的环境温度不同时，用“日照超温”量可以简便评价涂料的应用效果。“日照超温”表面温度环境温度表3中“日照超温” 为： “NH1”2 ；凉凉胶10.8；银粉漆23.2。由此可见,“NH1”涂料”性能好于凉凉胶，与银粉漆相比,表面温度可降低约20。（2）球罐压力降低，满足生产要求 2004年7月27日午后，气温37,测得811号400m3丙烯球罐顶向阳面最高温度为45.8,其时液位6.9m、压力1.32Mpa （相当于34的饱和蒸气压）。 该厂以400m3丙烷
15、罐为例作了计算: 当罐内清晨介质温度为40 ，用“NH1”涂料，炎热夏季，液相界面局部区域的白天温升 5 ，即罐内介质温度45 。罐容越大、罐液位越低，温升越小。 液化石油气球罐按其50时饱和蒸气压力设计。计算和实践表明，用“NH1”后，球罐不用淋水降温能安全操作。 （3）取消喷淋水降温，节约水电费维修费 该厂原在夏季 6月9月需喷淋降温 ,使用“NH1”涂料后可取消冷却水喷淋降温。因而节约水电费。 2002年，该厂球罐数量还不多。当时统计计算：按供水时间 100天 ,每天 8h,水泵电机功率 132kw ,供水总量为 4653/h,新鲜水补充量按 30%计算，每年节水量 11.16万,节约水费 4.91万元(水价按 0.44元/)；节电量 10.6万度,节约电费
