徐燕平 1 , 潜伟清 2 

(1 . 中国石化股份有限公司九江分公司 , 江西九江 332004 ;2 . 江西萍乡通宇工贸有限公司 , 江西萍乡 337000)
 
 
    摘　要 : 新研制的太空隔热特种涂料是新一代属环保型隔热特种涂料。主要由特种陶瓷微粒与惰性乳胶构成 , 具有防腐、耐酸碱及优良的热反射性能。该特种涂料在中石化九江分公司液化气、丙烯球罐及汽油内浮顶罐上进行了工业应用试验。结果表明 : 该涂料有良好的隔热性能 , 在夏季 , 与银粉涂料相比 , 向光处轻油内浮顶罐顶表面温度可下降 28 ℃ 。取消用于液化气、丙烯球罐夏季喷淋降温的冷却水 , 降低轻油油气损耗 , 节能降耗效果显著 , 在工业上具有广泛的推广应用前景。

关键词 : 油罐 ; 特种涂料 ; 隔热 ; 防腐 ; 环保 ; 节能

1 　前言

    石化炼油厂用于储存液化验气、丙烯的球罐及用于 储存轻质油品的立式金属油罐外壁普遍采用银粉防腐 涂料 , 因其反射阳光 , 减轻油罐的吸热程度效果较差 , 夏季油罐表面向光处的温度高达 60 ℃ 以上。为确保球罐区夏季安全 , 在大气环境温度大于 30 ℃ 时 , 需对球罐采取喷淋冷却措施 , 不仅消耗大量的水、电 , 而且喷淋水极易破坏涂层漆膜 , 产生严重腐蚀 , 进而缩短防护寿命 ; 同时 , 轻质油罐表面温度高 , 加大了油品的蒸发损耗 , 造成油品损 失和大气污染。为此 , 江西萍乡通宇工贸有限公司与中石化九江分公司合作 , 通过对热反射机理的研究 , 开发 出了一种具有良好防腐、优良热反射性能及环保型的水 性太空隔热特种涂料 , 并在中石化九江分公司液化气、 丙烯球罐及汽油内浮顶罐上进行了工业应用试验。

2 　太空隔热特种涂料研制及开发

2 . 1 　研制开发构思

   研制开发的隔热特种涂料应具有以下功能 :

   针对石化炼油厂设备防腐涂料性能的要求 , 具有耐酸碱、耐候性、对设备具有良好的防腐功能 , 取代银粉防腐涂料。

   研制、开发和应用在材料制备、加工和使用过程中对环境无污染的水性环保型涂料。

   隔热涂料热反射率高 , 与银粉涂料对比 : 夏季向光处设备表面温度降低 18 ℃ 以上 , 达到降低轻油损耗 , 节约油气 , 取消液化气、丙烯球罐夏季冷却喷淋降温目的。  

2 . 2 　研制

    油品蒸发损耗与油罐温度有关 , 温度越高 , 蒸发损耗就越大。因此 , 降低油罐的温度 , 可降低蒸发损耗。油罐的热负荷主要由五部分组成 : 温差渗入热、太阳辐射渗入热、油品自身热、换气热、操作热。其中太阳辐射渗入热和油罐壁外表面的吸收率 α 有关 :

油罐罐顶 ( 壁 ) 吸收太阳辐射热而增加的渗入热量用 Q 表示 :

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

式中 K — 外壁传热系数 ( 外壁面到空气的传热系数 ), W/ m 2 ·℃ ;

F — 外壁传热面积 , m 2 ;

△ t 3 — 油罐罐顶 ( 壁 ) 吸收太阳辐射热而引起的附加温升量 , ℃ ; J — 太阳辐射强度 , W/ m 2 ; α — 吸收率 ; α h — 外壁的放热系数 , W/ m 2 ·℃ 。由上式可知 , 当 K 、 F 及 α h 不变的情况下 ,Q 与 α 成 正比 , 即表面吸收率 α 越大 , 太阳辐射渗入热 Q 越大 , 而减少吸收率 α 值 , 可以有效降低太阳辐射热的渗入。研究发现 , 瓷粒具有良好的热反射性能 , 以瓷粒为主要原料开发的太空特种隔热涂料 , 其表面吸收率仅为 0 . 15 , 只有银灰色油漆的 1 / 4 , 对太阳辐射热的吸收量也只有银灰色油漆的 1 / 4 , 可有效地降低设备表面的温度。由于它是一种取自于天然的化合物 , 所以无论是产品本身或在使用过程中的废弃物 , 都不会对环境造成污染 , 属于水性环保型涂料。

   太空隔热特种涂料由特种陶瓷微粒与惰性乳胶等成份组成。

( 1 ) 乳胶

    它是特种涂料的主体之一 , 乳胶的选择应考虑既有较好的耐碱性又有一定的耐酸性 , 并且要具有良好的粘接性。

( 2 ) 瓷粒

    它是特种涂料的主体之一 , 主要起隔热作用 , 同时具有抗老化性、耐磨性。

2 . 3 　原理

    太空隔热特种涂料基本原理是涂料表面的太阳光 ( 红外辐射为主要热量来源 ) 通过涂料中的颜填料的粒子形成反射 , 同时涂料表面吸收的少量热量 , 因温差对外产生热辐射 , 大大降低油罐吸收太阳辐射热而引起的罐体温升 , 从而降低设备表面的温度。

2 . 4 　几种因素对隔热特种涂料性能的影响

2 . 4 . 1 瓷粒的成份对隔热性能的影响

  研制太空隔热特种涂料的关键在于含百分比较大的特种瓷粒 , 与普通瓷粒的结构、成份不同。该特种瓷粒的制造主要是其成分的配比 , 即采用高度精选的原料和精确控制其化学成份 , 并按其结构设计及控制制造方法进行加工。

    以下为特种瓷粒与普通瓷粒按同样的比例配制成两种涂料 , 并在同一条件下所进行的实验。

    实验设备及方法 : 250W 红外线灯源 ; 100 × 100 × 0 . 5mm 钢板二块 , 分别喷涂特种瓷配制的涂料与普通瓷配制的涂料 ; 灯源距被照物距均为 150mm , 采用直接接 从图 1 可以看出 , 涂料中的瓷体因其成份的含量不同 , 涂料的隔热效果有显著区别 , 含有特种瓷粒的涂料隔热效果明显优于含有普通瓷粒的涂料 , 温差为 14 ℃ , 说明涂料中的瓷体是影响涂料隔热效果的主要因素之一。

图 1 喷涂特种瓷配制的涂料与普通瓷配制的涂料隔热效果

2 . 4 . 2 瓷粒的细度对隔热性能的影响

    涂料中瓷粒细度对热辐射性能有影响 , 瓷粒的细度不同 , 其光反射方向不一样 , 表面吸收热能的多少也就不同 , 瓷粒的粒度过大 , 会造成光在瓷粒之间循环反射 , 使表面因吸收热能而导致温度升高 , 同时其表面粗糙、不耐污 , 若涂刷达不到一定厚度 , 还将影响被保护的表面。

    将不同粒度的瓷粒按相同配方配比制成涂料 , 并喷涂在同样大小的数块测试板上进行测试比较 ( 实验设备及方法同图 1 ), 其对比结果见图 2 。

   从图 2 可以看出 , 瓷粒的粒度越大 , 表面温度越高 , 理论上 , 瓷粒的粒度越小隔热效果越好 , 但由于粒度越小 , 加工成本越高 , 且粒度 250 目与粒度 200 目表面温度仅相差 2 ℃ 。其粒度以 200 目效果为佳。

图 2 　不同粒度的瓷粒对隔热效果的影响

2 . 4 . 3 涂料厚度对隔热性能的影响

   由于涂料的瓷粒或颜料热导率很低 , 但因它施工厚度相对较薄 ( 0 . 3mm ), 随热辐射的时间增加 , 仍有部分热量向内 ( 基体 ) 传热。理论上 , 喷涂的厚度愈大 , 在单位时间内传输到基体的热量就愈少 , 隔热效果愈好 , 但其成本却成倍增加 , 由于该涂料主要通过遏制热辐射 , 即通过反射热辐射实现对热传递控制。因此 , 若以高成本投入来控制少量的热传递 , 其功能价格比就很低 , 同时造成资源的浪费。图 3 为喷涂不同厚度的涂料样板测试比较结果 ( 实验设备及方法同图 1 ) 。

从图 3 可知 , 厚度愈大 , 隔热效果愈好 , 但厚度在 0 . 3 ～ 0 . 5mm 之间其隔热效果基本接近 ,(D) 隔热效果最好 , 但其成本是 (B) 的三倍 , 可同一时间的温度仅相差 5 ℃ 。因此 , 从技术经济分析 , 油罐喷涂的施工厚度控制在 0 . 3mm 左右为佳。实践亦表明 , 喷涂厚度控制在 0. 3mm 左右 , 完全能达到要求。

2 . 4 . 4 涂料厚度对防腐蚀效果的影响

图 3不同厚度的涂料对隔热效果的影响

   控制设备腐蚀的有效方法是对设备防腐。涂装的厚不同厚度的涂料对隔热效果的影响度影响防腐蚀效果 , 涂料厚度越薄 ( 小于 0 . 1mm ), 防腐效果差 , 防腐寿命短 ( 小于 2 年 ); 涂料厚度越厚 , 但其成本却成倍增加。实验表明 : 油罐喷涂的施工厚度控制在 0 . 3mm , 完全能达到防腐要求 , 防腐寿命 10 年。