太阳热反射涂料在新疆储油罐上的隔热性能探讨

data-full-width-responsive="true"> 0 前 言从20世纪70年代以来，国外对太阳反射隔热涂料开展了大量的研究工作，并在军事和民用的许多领域得到了广泛应用，取得了较好效果。但是由于价格昂贵，限制了其在国内的使用，国内也有多家单位对反射隔热涂料进行了一定的研究。航天材料及工艺研究所表面工程技术中心在卫星用热控涂层的基础上开发的太阳热反射涂料可以使物体表面温度和内质温度大幅度降低，且外环境温度越高，降温效果越明显。随着经济的快速发展，工业化和城镇化进程加快，人们对主要用于工业生产、化工原料以及交通工具燃料的石油化工产品的需求也越来越高，导致储油库的数量大幅增加。储油库贮存及销售的原油和汽油等轻质油品中含有大量的轻烃组分，具有很强的挥发性，因此不可避免地会有一部分液态烃组分气化，以油气的形式进入大气环境，不仅浪费能源，而且造成环境污染，影响人体健康。将太阳热反射涂料应用在石油石化行业可以很好地发挥涂料的作用。1 太阳热反射涂料应用在储罐上的隔热机理11 太阳热反射涂料作用机理太阳热反射涂料的基本原理是：通过涂膜的反射作用将日光中的红外辐射反射到外部空间，从而避免物体自身因吸收辐射导致的温度升高。太阳热反射涂料的反射隔热作用原理如图1所示。当太阳光照射到涂料表面后，太阳能量分为3种途径进行传播：反射、吸收、透射。太阳热反射涂料具有超高的反射率，可以将太阳光的85%以上的能量反射到空气中去，使得只有15%左右的能量进入到涂料层，涂料层吸收太阳能量后，使得涂料层温度升高，同时涂料具有很高的红外反射率，将吸收的能量再以85%以上的比例向双方向辐射，最后只有少量的太阳能量透过涂层进行传播。12 储罐表面受太阳辐射的传热过程以无加热和取热设施的常温储罐(容器)表面为例进行讨论。太阳辐射为电磁波，参见图2，当其入射到涂料层(涂层)表面上时，一部分就被反射回大气中，另一部分则进入涂层。进入涂层中的一部分辐射能就在涂层内被吸收，衰变为热能，使涂层蓄热增加、表面温度T表上升。T表升高并超过环境温度T环后，出现日照超温T=(T表－T环)，涂层便成为一个沉积热源，产生热岛效应，向大气和罐壁双向传热。向大气散热方式为对流和辐射传热。部分太阳辐射能穿透涂层进入罐壁后就被罐壁吸收，所产生的热能和涂层传递来的热能使罐壁蓄热增加、温度升高，将热能传给罐内介质。2 太阳热反射涂料在新疆吐鲁番机场油库储罐上的应用情况新疆远离海洋，深居内陆，呈明显的温带大陆性气候，日照充足(年日照时间达2 500～3 500 h)，降水量少，气候干燥且风沙大。9月份白天地表最高温度可达78 ℃，夜间最低温度为18 ℃，昼夜温差大，太阳辐射强，油库储罐油气挥发严重。新疆吐鲁番机场油库储罐应用京能恒基ASRC1101太阳热反射涂料，除能起到隔热保温作用外，防腐性能好、使用寿命长，可减少维修费，有利于降低呼吸损耗，且安全、环保。储罐采用手工除锈的方法将原有涂料表面已经粉化的涂料打掉，然后采用无气喷涂的施工方法施工底漆和面漆。因为本储罐为旧罐改造，因此采用环氧铁红作为中间漆增强附着力，使用太阳热反射涂料作为面漆使用，这样既保证了涂料配套的层间附着力，又保障了整体的防腐能力，使太阳热反射涂料最长时间发挥功效。21 底漆施工底漆采用环氧铁红防锈底漆施工。将环氧铁红防锈涂料A组分充分搅拌至均匀；按照喷涂效率结合环氧铁红防锈涂料的适用期进行物料核算；根据核算结果，精准称量环氧铁红防锈涂料A、B组分，在不停搅拌的情况下，将称量好的B组分缓缓加入A组分中，加入适量稀释剂；静置30 min；在此期间在施工场地铺设塑料布(报纸)进行防护；用刷子对难以辊涂到的位置进行预涂刷；采用喷涂涂装方式，按先上后下的涂刷原则，对罐体进行涂装，要求涂布均匀，无漏涂点；扶梯管线等面积较小难以辊涂部分应用刷涂方式进行涂装；做好涂膜养护准备(主要是防水)；清洗施工工具。22 面漆施工面漆采用太阳热反射涂料施工。在底涂涂装完毕24 h后，检验底涂的干性，具体方法为：手指甲按压、400目砂纸打磨，观察砂纸上打磨下来的底涂是粉末状还是条状，如是粉末，则可执行此工序；根据施工面积、施工效率、材料适用期计算太阳反射涂料配制的合适的材料质量；检查确认材料无误后将材料各组分充分震荡搅拌至均匀；根据计算结果进行材料的配制，在不停搅拌的情况下将适量的B组分加入到A组分中，加入适量专用稀释剂，搅拌至均匀；将混合好的材料静置5～10 min至无泡；做好施工现场地面的防护工作；以先上后下、先难后易的原则，采用辊涂的方式进行涂装，厚度控制在湿膜300 m左右即可；做好涂膜的养护工作，养护期为24 h；清理施工场地，做到活完场地清。23 太阳热反射涂层的修补在太阳热反射涂层涂装完毕24 h后进行涂层验收；要求无明显气泡、流痕，如存在气泡、流痕需用800目水砂纸进行磨块水打磨，对于有重大缺陷的位置需用400目砂纸打磨后再用刷子刷涂进行修补。24 太阳热反射涂料的应用效果施工完毕后，清理施工现场，涂料完全干燥后测量太阳热反射涂料的应用效果。表1为新疆吐鲁番机场油库8月份某天的储罐使用京能恒基ASRC1101太阳热反射涂料后的罐内及罐表面温度的测试结果。从表1可得出应用京能恒基ASRC1101太阳热反射涂料的效果为：(1)使用太阳热反射涂料后，可以控制油品温度的波动；(2)可进一步降低油品呼吸损耗。3 油气挥发的节省量计算对于储罐大、小呼吸挥发的主要污染物烃类(NMHC)的排放量计算，国内外已进行了许多研究工作，主要计算公式有美国国家环保局(EPA)推荐的经验公式、美国石油学会(API)的经验公式和我国原中国石化(CPCC)系统编制的经验计算公式。EPA公式的主要影响因素为储罐形式、储罐规格和油品种类，API公式的主要影响因素有液体的真实蒸气压、储罐的温度变化、储罐的留空高度、规格、收发作业周期及安排、储罐状况等，CPCC公式的影响因素与API公式大致相同。由于工艺水平和气象条件等因素的差异，EPA推荐的方法在美国以外地区直接应用的估算结果精度较差。考虑到我国国情和储油库贮存的实际情况，采用CPCC公式计算储罐油气损耗，具体公式如下：式中：LDS拱顶罐的年小呼吸损耗量，kg/a ；贮存油品的平均密度，t/m3 ；KE油品系数，汽油取24，原油取14 ；Pa当地大气压，mmHg；Py油品本体温度下的真实蒸气压；D储罐直径，m；H储罐内气相空间的高度，包括灌顶部分的相当高度，m ；T每日大气温度变化的年平均值，℃ ；KP涂层因子或涂料系数；C小罐修正系数。计算结果如表2所示。从计算结果可以看出，每天可以节约13 kg左右的航空煤油，约156元。4 结 语太阳热反射涂料在新疆吐鲁番机场油库的使用情况表明，其热反射性能优良，能很好地降低物料的贮存温度，减少物料的呼吸损耗，综合性能优于银粉漆。同时该涂料具有优秀的防腐蚀性能，可以防止设备腐蚀，保障设备安全。该涂料无毒无害，是环保型涂料，对环境无污染，保障了施工人员的身体健康。另外其施工简便，可喷涂、刷涂，降低了物料损耗，节约了公用工程消耗，节省施工时间，因而在各行各业特别是石化工业领域具有广阔的应用前景。