7区节汽节水应用技术与案例潜伟清讲解Word文档格式.docx
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可见光区
43%
红外区
48.3%
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
江西萍乡市华宇技术发展公司，专门从事特种隔热、防腐涂料的研究与生产。
其产品“通宇太空”T-1型特种涂料（以下简称“T-1型涂料”或“T-1”），主要用于隔除太阳热，对红外反射率93～95%，对全太阳光反射率82～85％。
2001年开始在九江石化应用“T-1”，表明其隔热效果不仅好于凉凉胶，而且好于进口绝热涂料。
1.1.3应用高效太阳辐射隔热涂料可节水节能
受太阳辐射，罐的表面温度会升高，超过环境温度。
涂银粉漆时，罐壁温度往往达到60℃以上，容易使球罐超压、使常压储罐油品损耗增加。
为了降低罐的温度，夏季往往采取喷淋降温办法。
用高效太阳辐射隔热涂料，可替代喷淋降温，因而可以节水节能。
1.2保温隔热—阻隔设备内介质与环境的传热
当罐内介质温度高于环境温度，发生散热损失，为维持生产需要的温度,就需用蒸气来加热。
用保温可减少散热损失，就可节汽。
原油外浮顶罐的罐顶，由于受承载力的限制，难以采用常规保温材料。
江西萍乡华宇技术发展公司开发的通宇太空T-2型特种涂料（以下简称“T-2涂料”或“T-2”）可解决此难题，罐顶涂上薄薄1～2mm，就可以起到较好的保温作用。
对一个5万立方米的浮顶原油罐，如储存温度为50℃、环境温度为20℃，如不保温隔热，则每平方米浮盘散热强度大致为300W，整个浮盘每小时散热量约为850KW.h，其量相当于需用蒸汽量1.2t/h。
如用“T-2”保温隔热，散热损失降低一半，节约蒸汽量约0.6t/h。
所能节约的能量十分可观。
2太阳热反射型特种涂料的隔热和性能
2.1隔热机理
2.1.1涂层表面以很高的短波辐射反射能力大幅度减少表面吸收的辐射能
图1为无加热、取热设施的容器表面受太阳辐射的能量收支平衡关系，从中可看出：
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，则吸收的太阳辐射能JA就越小。
图2容器表面受太辐射的能量收支平衡关系
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。
现高效隔热涂料对全阳光的反射率可达R>
80%以上，故又称的太阳热反射涂料。
“T-1涂料”对全太阳光反射率可达到82～85％。
2.1.2涂层表面以高的长波辐射能力增加表面的辐射散热
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ε（即长波辐射能力），可增加辐射热量，有利于降低t表。
但由于表面还存在对流散热（在太空无对流传热）及表面温度不是很高（远低于太空中航天器的表面温度），提高ε降低t表的作用,远不如提高R。
2.1.3涂料层形成隔热屏障减少向容器内的传热量
把涂料层构筑成隔热屏障可减少向储罐内传热量，主要措施有：
（1）减少涂料层蓄热能力，使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。
（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，有利于降低罐壁内表面温度，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。
同样为白色颜料的折射率相差很大，若以金红石型钛白粉的折射率为100％，则立得粉、白土的折射率仅分别为67.4%、60.44%。
（3）降低涂层的导热系数。
增大涂层的传热阻力，可减少向储罐内的传热量。
“T-1”的导热系数为0.05w/m2左右，优于一般保温材料。
为进一步增大涂层的传热阻力，可采用高效复合结构：
表层用太阳热反射涂料；
底层用高性能保温涂料。
试验结果：
采用该种复合结构，在相同厚度下，表面温度下降3～4℃。
其原因：
底层涂料导热系数更小，比重更小（蓄热小）。
高效太阳热反射涂料的隔热原理可概括为：
高反射、高外散、高热阻。
2.2涂料提高隔热性能的主要技术措施
2.2.1选用高反射率、高折射率的颜填料
选用钛白粉（TiO2）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。
图3TiO2对不同波长光线的反射率图4不同白色颜料的折射率
如图5、图6所示，高折射率颜料光线穿透少，低折射率穿透多。
图5不同折射率离子引起的光线折射图6折射率不同光线穿透不同
2.2.2采用中空真空特种陶瓷微粒技术
中空陶瓷技术的优势：
（1）增加内部界面，通过反射、散射和吸收，降低热辐射；
（2）降低比重，减少涂层蓄热能力。
图7用中空粒子增加反射
（3）减少对流、传导传热。
采用特种陶瓷微粒的目的是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，特种瓷粒的温度比普通瓷粒低约20℃。
中空特种陶瓷微粒技术是绝热涂料的核心技术。
2.2.3优化粒径
从图8试验数据可看出,瓷粒的粒度越小隔热效果越好，但成本越高。
图8不同瓷粒隔热效果试验图9不同粒径隔热效果试验
2.2.4优化涂层厚度
图10不同涂层厚度隔热效果试验
涂层厚度愈大,隔热效果愈好,但成本越大,厚度1ｍｍ的成本为厚度0.3ｍｍ的三倍。
图10表明，随厚度增加，效果增加变小，厚度在0.3～0.5ｍｍ之间，其隔热效果基本接近。
实践亦表明，油罐喷涂厚度控制在0.3ｍｍ左右为佳，能达到工艺要求和满足防腐要求。
2.3.T-1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82～85％。
表面热辐射率>
85%。
（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。
3保温型特种涂料的隔热机理和性能
3.1表面散热和降低散热损失措施
图11表面散热分析
表面散热可分为辐射散热和对流散热。
从
图11可分析出降低散热损失措施。
（1）增加保温材料热阻
选导热系数小的材料，增加保温材料厚度。
这是常规保温（质量型保温）的主要措施。
（2）选用表面热辐射系数小的材料
降低涂层表面的黑度值ε（即长波辐射
能力），可减少辐射热量。
这是反射型保温的
特点。
热水瓶表面涂水银、管线外表面用铝皮，其重要原因就是水银和铝的黑度值ε很小，对热辐射（长波辐射）的反射率很大。
（3）保持保温结构在使用中完好性
这点对保温性能非常重要。
图12保温层内传热方式
3.2.保温型涂料的隔热机理
保温涂料同其它保温材料一样，传热过程十分复杂。
其传热方式可分为：
对流、、传导、辐射。
参见图12，其隔热机理如下：
3.2.1减少对流传热
对流传热主要由保温涂料中的空气来完成，减少措施：
（1）空隙形成封闭结构，限制尺寸
当空隙尺寸小于气体分子自由行程时，对流就被限制。
轻质保温涂料保温的根本原因是气孔率高、体积密度小。
（2）负压或真空
负压下，气体分子自由行程增大，相同空隙尺寸下的气体对流减弱。
真空时彻底消除对流传热。
3.2.2减少传导传热
传导传热为接触产生。
对于保温涂料，主要由保温涂料中的固体部分来完成，部分由气相完成的。
减少措施:
（1）选用主晶相、热物理性能、颗粒大小合适的基质固体材料
（2）增加孔空隙率，减少固体传导
静止的空气在室温下的导热系数只有0.0244w/m·
k。
常规保温材料和保温涂料都为多孔结构、容重小,有利于减少固体热传导，但并不是空隙率越大、容重越小,导热系数越小。
因为导热系数取决于保温材料内部的传导、对流、辐射传热的综合结果。
（3）形成真空封闭结构，减少气体传导传热
3.2.3减少辐射传热
因保温层内有空隙,因此有热辐射。
（1）选用热反射率高的材料—使热量返回热源
但若材料表面涂料的分子波谱（材料的固有频率）与辐射波谱相匹配，热辐射便被吸收，产生二次辐射返回，这就可以保温。
（2）形成反射结构
热水瓶综合应用了减少传导、对流、辐射传热的措施，是保温减少散热损失的典型例子，如用软木，要达到同样保温效果，厚度要达0.5米。
3.3保温涂料的优点
保温涂料综合了涂料及保温材料的双重特点，干燥后形成有一定强度及弹性的保温层。
与传统保温材料相比，其优点在于：
（1）导热系数低
一般保温涂料,其实际使用导热系数优于传统保温材料。
对真空结构保温涂料,可达到或低于空气导热系数。
（2）整体性强
保温涂料可与基层全面黏结，整体性强，特别适用于其它保温材料难以解决的异型设备保温，因而有如下优点：
①可减少“热桥”效应
保温涂料干固后内部呈封闭微孔结构，能天衣无缝地包覆于热力设备的表面，断绝了其它类保温材料接缝和纤维状结构的“热桥”热损失。
②有利于减少湿气对导热系数的影响
图13湿含量对导热系数的影响
水的导热系数为0.582w/m“k，大约为空气导热系数的25倍。
图13是保温材料重量湿度对其导热系数的影响。
保温涂料整体性强，有利于减少湿气进入保温涂料。
研究和实践表明，由于保温涂料整体性强,与常规保温材料相比，即使其导热系数相同，实际保温效果要好。
（3）质轻、层薄，施工相对简单
3.4.一般保温涂料的缺点
保温涂料主要由固体材料和黏结剂组成。
成本较低的复合硅酸盐保温涂料在我国发展很快，是当前应用最广泛的保温涂料，该类保温涂料的主要缺点：
（1）干燥周期长，施工受季节和气候影响大；
（2）抗冲击能力弱；
（3）干燥收缩大，吸湿率大；
（4）对基体的黏结强度偏低，施工不当易造成大面积空鼓现象；
（5）装饰性有待于进一步改善。
3.5.T-2型保温涂料的技术特点和使用性能
“T-2”的技术核心是选用特种中空陶瓷微粒做主填料，粒径约200～250目，大部分微粒内腔为真空。
技术核心与“T-1”相同，但具体配方与“T-1”有所不同，其容重比“T-1”小。
为进一步增加涂层的空隙率，降低容重，施工中可使用发泡剂。
经发泡，涂料层厚度增大。
“T-2”涂料具有一般保温涂料优点外，还具有以下应用性能：
（1）保温效果好其导热系数小于静止空气的导热系数。
（2）延展性好，不易开裂；
防潮性性能好
（3）耐腐蚀具有很高的耐酸碱性。
（4）与物体表面有很好的粘结能力
（5）抗压性较好用于罐顶，涂层1-2mm时，允许上人作业。
（6）产品无毒、无味、阻燃，储运、应用时无危险性，对环境无害
（7）使用寿命长
4太阳热反射型特种涂料的应用实例及效果
4.1压力储罐（球罐）
太阳辐射热主要从球罐的上半部（球冠）表面渗入球罐，一小部分热量用于气相升温,大部分热量进入液相界面。
由于液体的导温系数较小，进入液相界面的热量，向下传递不多，主要用于液相界面浅表层的升温和液体的蒸发。
这种局部升温就引起球罐压力上升。
因此降低表面温度，减少进入球罐的热量就可以降低罐内压力。
夏天，涂银粉漆的液化石油气球罐的表面温度可达60℃以上。
为了安全，往往淋水降温。
按劳动部压力容器安全技术监察规程，对丙烷、丙烯等液化石油气球罐的压力，可按其50℃时饱和蒸气压力设计。
用“T-1”，可将罐外表面温度控制在50℃以下，因而球罐不用淋水降温也能安全操作。
4.1.1九江分公司应用情况
1992年前,液化气球罐全用银粉漆。
1992年起液化气球罐用凉凉胶。
出现的主要问题是仍需喷水、易粉化。
2000年，在液化气球罐上应用进口隔热涂料。
2001年，应用通宇太空T-1涂料。
液化气球罐取消淋水降温。
表3不同涂料液化气球罐测试数据
项目
T-1
进口涂料
凉凉胶
银粉漆
日期
01.9.7
94.8.10
00.7.11
罐号
828罐
827罐
806罐
825罐
容积/m3
2000
400
1000
液位/m
1.154
1.4666
2.239
1.117
环境温度/℃
32
34.2
38.8
风速/m.s-1
1.5
向光处表面温度/℃
34
42
45
62
日照超温/℃
2
10
10.8
23.2
①为江西省经委节能中心测试数据。
实践表明，“T-1”不仅优于凉凉胶，而且好于进口同类涂料。
应用效果：
（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，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
据表3，日照超温为：
“T-1”2℃；
凉凉胶10.8℃；
银粉漆23.2℃。
由此可见,“T-1”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）。
九江分公司以400m3丙烷罐为例作了计算:
当罐内清晨介质温度为40℃，用“T-1”涂料，炎热夏季日温升<
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“T-1”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
九江石化，原在夏季6月～-9月需喷淋降温,使用”T-1”涂料后可取消冷却水喷淋降温。
因而节约水电费。
2002年，九江石化球罐数量还不多。
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465ｍ3/ｈ,新鲜水补充量按30%计算，每年节水量11.16万ｔ,节约水费4.91万元（水价按0.44元/ｔ）；
节电量10.6万ｋＷ·
ｈ,节约电费4.24万元（电价按0.4元/ｋＷ·
ｈ）；
”T-1”涂料使用寿命长达10年,每年节约维修费用11.7万元。
2002年后新建液化气球罐不设喷淋降温设施。
4.1.2扬子分公司应用情况
表4环境温度36℃下的球罐表面温度
G901
G902
G903
G1001
G1002
介质
芳烃液化气
气分丙烯
涂料
容积（m3）
向光面平均温度，（℃）
38.6
56.3
38.1
56.9
56.2
扬子石化2007年9月在G901、G903液化气球罐应用“T-1”
并委托南京金石加热炉节能技
术有限公司进行了测试。
根据
环境温度23.6℃测试数据换
算到环境温度36℃下的球罐
表面温度数据见表4。
用红外
热成像技术对球罐向阳面的表面温度场进行了检测，见图14。
表4和图14表明：
（1）用“T-1”，可比用银粉漆降低表面温度约18℃。
（2）涂“T-1”后，表面温度分布相对均匀。
从热成像图中可看出，涂“T-1”后，表面温度分布相对均匀，不存在局部热点。
涂银粉漆表面局部锈蚀。
图14－1901罐（涂T-1）
图14－2902罐
4.1.3安庆分公司应用情况
安庆分公司储运部十四罐区1402、1403球罐（1000m3）原外表涂凉凉胶，因反射率低，每天需喷淋10小时，每台罐喷淋流量为50吨/小时）。
为此，2007年结合球罐定期检验，改用“T-1”涂料。
用后认为“T-1”涂料均优于凉凉胶，与往年比，每年少开喷淋20余天，两台球罐年节约水20000吨，年增效1万元左右。
4．2常压储罐用“T-1”涂料
太阳辐射热进入常压储罐后的用热量分布情况基本与球罐相同，即进入罐的热量主要用于液相界面浅表层的升温和液体的蒸发。
由于常压储罐气相密度比压力罐小，气相用热比例更少，更易引起液相界面浅表层的升温和液体的蒸发。
因此用“T－1”降低表面温度，减少进入球罐的热量，可起到以下作用：
（1）减少气相昼夜温差，降低小呼吸损耗
（2）降低液体饱和蒸气压，减少大呼吸损耗
（3）减少液体蓄热，降低夜间大呼吸损耗
（4）延迟油气温度、浓度变化，减少蒸发损耗
随油气损耗减少，有利于安全生产，有利于保护环境。
4.2.1九江分公司内浮顶汽油罐应用“T-1”情况
内浮顶罐的油气损耗已较小。
“T-1”防腐性好,使用寿命长,可减少维修费，内浮顶罐用“T-1”涂料，有利于进一步降低蒸发损耗，有利于安全、环保，因此继球罐用“T-1”取得好效果后，九江厂2001年开始在内浮顶汽油罐上（九江厂无拱顶汽油罐）用“T-1”。
表5内浮顶汽油罐用“T-1”的效果
测试
2001.8.20
时间
12:
20
316罐
315罐
容积，m3
5000
5000
环境温度，℃
36
罐内介质
90#汽油
罐内液位，mm
约6000
罐顶表面温度，℃
73
罐顶油气温度，℃
罐壁表面温度①，℃
53
表面日照超温，℃
罐顶
37
9
罐壁（气相）
17
≈0
罐顶辐射热，w/m2
145
23
罐顶辐射热降幅，％
85
注：
①取太阳照射面罐顶下侧
之后，又在航煤、灯煤等油罐上用“T-1”。
使用效果：
（1）降低罐顶温度
表1，在环境温度36℃下，罐顶温度，用“T-1“，比用银粉漆降低28℃。
计算分析进入罐顶热量降低85％。
2）降低罐顶浓度
九江分公司2001年9月19日检测：
涂银粉漆罐的气相油气浓度（体积）为1.56%；
已达汽油爆炸下限（1.5%）,是环保允许标准的几百倍。
另一个用“T－1”涂料的罐，未检出油气。
（3）减少油品损耗
内浮顶罐油品损耗已很小，用“T－1”涂料后，可进一步降低油品“呼吸”损耗。
九江厂对5000m3罐作了计算：
应用“T－1”涂料后，降低油品“呼吸”损耗量207ｋｇ/次。
（4）减少维修费，罐区美观。
九江最早用“T-1”的罐迄今已有7年，至今状况良好。
仅从此点，经济上是可行的。
4．2.2铁道部门在柴油罐上用“T-1”
铁道部门规定，柴油罐油气温度达55℃时喷水。
轻柴油属乙类易燃液体，规格闪点为55℃，铁道部门的规定比炼油企业要严，但从安全角度是合理的。
2002年，南昌铁路局在拱顶柴油罐上首先应用”T-1”涂料，夏季取消了喷淋水。
铁道部先后在上饶、郑卅和徐州召开了推广应用会，并下文通知各路局结合实际推广应用。
目前己有南昌、郑卅、济南、广卅、上海等铁路机务段使用该种涂料。
铁道部各单位应用”T-1”效果有所不同，但共同之处是：
（1）拱顶罐顶温度降低,“日照超温”都降到仅2～3℃；
（2）夏季取消了喷淋水，节约了水电费；
（3）设备腐蚀减少，罐区美观，节约了维修费。
代表性情况：
（1）2003年，江西遇持续41～42℃高温，南昌铁路局的使用“T-1”涂料柴油罐的油气最高温度为46℃。
（2）广州铁路局用“T-1”的1号罐与用银粉漆的2号罐相比，油气温度比银粉漆降低19℃，柴油罐液面下10cm处温度降低约1.1℃。
（3）上饶机务段，有三个500m3的柴油罐，用“T-1”涂料后，年节约喷淋水6100吨、节电7500KW。
4．3用反射涂料与淋水降温的对比分析
用“T-1”降温效果在大热天可能不及淋水降温，但有如下优势：
（1）方便省事淋水降温操作虽简单，但要正确掌握好淋水的起止时间,不能间断淋水。
涂料一经施工完后，就基本上不需要人照料。
（2）节能节约宝贵的水资源。
用水喷淋，也需有相关设施，消耗电。
（3）发挥降低油品蒸发损耗的时间要长大小呼吸一年四季都有。
用“T-1”降温”，有利于全年降低蒸发损耗。
（4）有利于罐体防腐、罐区美观，减少维修费。
（5）适用范围广，例如可用于槽车等移动容器的隔热。
5.保温型特种涂料的应用实例及效果
5．1宝利沥青重油罐顶应用“T-2”保温
宝利沥青公司原建的沥青罐顶的保温为罐顶上加薄钢板、中间填充岩棉结构（见图15－1），主要问题为:
（1）投资较大；
（2）顶部腐蚀大，使用不到二年，就严重腐蚀生锈，且多处锈穿，雨水渗入岩棉层而影响保温效果。
图15－1宝利公司原建沥青原料罐
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