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鄂尔多斯保温辐射型填料主要包括SiC

2020-09-23 16:39:02

鄂尔多斯保温堇青石(主要成分为Mg2Al4Si5O18;可含有Na、K、Ca、Fe、Mn等元素)、过渡金属氧化物(如MnO2、Cr2O3、CoO、CuO)等材料,它们吸收热量后,通过分子振动、转动的能量,不断地使晶格、键团产生碰撞,将吸收的热量重新发射回环境中。与反射型隔热保温涂料相比,辐射型隔热保温涂料具有“主动式降温”的特点。即,在热传递过程中,反射型隔热保温涂料仅能减缓热量传递速度,当热量缓慢地通过涂层后,内部空间温度升高;此时,即使涂层外部温度降低,热能也只能困陷其中。而辐射型隔热保温涂层却能够将热量以热辐射的形式发射掉,从而促使室内与室外有同样的降温速率。而且该类填料的热稳定性较好,因此辐射型隔热保温涂料对温度适应性较强。它不仅能在常温环境用于建筑、石化储罐的隔热保温;还可以在高温环境对高温石化管道、锅炉等进行隔热保温。但根据影响材料辐射出射度相关的斯蒂芬-玻尔兹曼定律(Ste-fan-Boltzmann law),辐射型填料的总辐射功率与温度的四次方成正比。在常温环境中,填料的辐射功率较低,但在高温环境中,温度只要有较小的变化,就会引起物体的辐射功率发生较大变化。而且根据普朗克辐射定律(Planck's radiation law),在涂层热稳定性允许的前提下,温度越高,该涂层热发射率越高,隔热保温效果越好。因此目前,辐射型隔热保温涂料在高温环境中有更广泛的应用。特别是,用于高温石化管道、锅炉等隔热保温时,由于涂层能将热量辐射回设施内部,因此它发挥隔热保温作用的同时,还对设施有“二次加热”的效果,进一步提高了能量的利用率。目前,大量的辐射型隔热保温涂料在高温中的辐射发射率已经达到了85%以上,部分过渡金属氧化物体系涂层(如Fe2O3-MnO2-CoO-CuO体系、NiO-Cr2O3-SiC体系)的辐射发射率甚至可达95%,隔热保温效果优异。而且涂层能有效提高高温设施的能源利用率,一般可达5%~10%,大大缩短了加热时间,减少了设施内温差,提高了产品的质量及生产效益。

此外,鄂尔多斯保温辐射型隔热保温涂层优异的隔热保温效果还能对基材起到很好的防护效果。高温设施经过辐射型隔热保温涂层的防护后,设施的服役温度大幅降低,其使用寿命可延长1~4倍;对于电热元件,其使用寿命可延长50%~70%,明显减少了维修周期,降低了维修费用。特别是,随着辐射型隔热保温涂层的完善,涂层耐久性能大幅提高,进一步提高涂层的防护效果,延长设施的使用寿命。如通过烧结包覆技术,将稀土硅酸盐包覆于SiC表面,能有效克服传统的SiC系涂层在高温下容易被氧化而导致红外发射率下降的问题。通过辐射型材料的成分复合化、稀土元素的掺杂或降低辐射型材料粒径至纳米级,涂层能形成更致密的结晶结构,涂层的抗热震性能得到明显提高,从而使得辐射型隔热保温涂层能够有效承受高强度的高温热冲击,防止涂层在服役过程因热膨胀系数不匹配而引致的开裂、脱落问题。目前,辐射型隔热保温涂料主要以陶瓷涂料为主,涂料需要烧结成型,施工工艺复杂;而且陶瓷涂层是一种脆性材料,它的断裂功一般只有300 J/m2左右,因涂层脆性而引致涂层失效是其主要失效方式。更重要的是,温度对涂层有明显影响,在常温至400 ℃的环境,涂层辐射效率不足,隔热保温效果不佳;但当服役温度在1000℃以上时,涂层耐热性不足,结晶结构受影响,涂层辐射效率也大幅下降。因此,它在应用过程中依然具有一定的局限性。

1.3阻隔型隔热保温涂料:阻隔型隔热保温涂料是一种以减少涂层内部热传导为主要目的的涂料,它是依据热量在空气中的传导速率远小于固体材料中的传导速率的原理,通过将密度小、气孔率高、导热系数低的功能填料(如空心玻璃微珠、膨胀珍珠粉、硅气凝胶等)掺加入涂层体系中,从而降低涂层的导热系数,达到隔热保温的目的的涂料(图3)。

当环境中的热量通过传导、辐射、对流的方式传递至基材表面后,基材表面至内部的热传递主要通过热传导实现。阻隔型隔热保温涂料通过在涂层体系中加入高气孔率的填料,迫使热量通过涂层气孔中的空气传导,从而大幅降低涂层的导热系数。如果阻隔型填料的气孔直径足够小(小至纳米级别),其内部的空气分子不能对流,也不能像一般静止空气中那样进行热运动,这样的气孔实际上相当于真空状态,这种情况下的阻隔型填料的导热系数甚至能小于普通空气的导热系数(如硅气凝胶、纤维气凝胶等)。涂层体系中加入上述颜填料,涂层将具有优异的隔热保温性能。显然,阻隔型隔热保温涂料的隔热机理适用于任何需隔热的环境。目前,它在常温至高温环境都有相应的应用。在石化行业,根据涂层服役环境温度的不同,一般可分为“低温”工况(常温至200℃)鄂尔多斯保温及高温工况(200~500℃)的隔热保温涂料。

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