納米孔絕熱材料在工業(yè)絕熱中的應(yīng)用

欒玉成 徐文亮 張長偉.上海市能源研究會(huì) 上海宥納新材料科技有限公司.上海宥納新材料科技有限公司

納米孔絕熱材料在工業(yè)絕熱中的應(yīng)用

欒玉成1徐文亮1張長偉2
1.上海市能源研究會(huì) 上海宥納新材料科技有限公司2.上海宥納新材料科技有限公司

納米孔氣凝膠復(fù)合絕熱材料作為一種新型的保溫節(jié)能材料，具有很低的導(dǎo)熱系數(shù)、高憎水性率、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，是一種優(yōu)良的管道和設(shè)備的絕熱材料。同時(shí)該材料制備工藝簡(jiǎn)單、安全可靠、可工業(yè)化生產(chǎn)、屬于綠色無機(jī)工藝、施工方便。與傳統(tǒng)保溫材料相比具有很大的優(yōu)勢(shì)，可廣泛應(yīng)用在核工業(yè)、電力儲(chǔ)能、石油化工、航空航天、建筑節(jié)能、窯爐冶金、交通運(yùn)輸、冷鏈冷藏等，其節(jié)能降耗能力可帶來巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

納米孔絕熱氈；保溫；節(jié)能

傳統(tǒng)工業(yè)一向是能源消耗的大戶。據(jù)統(tǒng)計(jì)：中國“十五”期間，工業(yè)能源消費(fèi)量在能源消耗總消費(fèi)量中的比例高達(dá)70%[1]。而在能源消耗中，熱力管網(wǎng)的能源消耗又占很大比例。對(duì)熱力管網(wǎng)進(jìn)行保溫是減少能源消耗的重要方法。但是目前使用的巖棉，硅酸鋁纖維，玻璃棉雖然燃燒等級(jí)高，但是導(dǎo)熱系數(shù)高，吸水率大等缺點(diǎn)已經(jīng)成為行業(yè)一大痛點(diǎn)[2-5]。

1 納米孔絕熱氈性能特點(diǎn)

納米孔絕熱材料的出現(xiàn)標(biāo)志著新一代保溫技術(shù)的崛起和發(fā)展。目前市場(chǎng)上常見的氣凝膠氈也屬于這一類型材料，導(dǎo)熱系數(shù)僅有玻璃棉50%，受到了市場(chǎng)的熱捧。但是氣凝膠氈由于成本高，生產(chǎn)過程三廢大，長期工作溫度低于500℃等缺點(diǎn)，制約了該材料的進(jìn)一步發(fā)展[6]。上海宥納新材料科技有限公司針對(duì)氣凝膠氈的上述缺點(diǎn)，推出了納米孔絕熱氈。該產(chǎn)品擁有20～50 nm孔徑的微孔結(jié)構(gòu)，低于空氣分子平均自由程，大大降低了導(dǎo)熱系數(shù)。而且由于采用了常溫常壓的生產(chǎn)工藝，使得生產(chǎn)成本大幅降低。且置換溶劑為水性，大大減小了對(duì)環(huán)境的危害。該產(chǎn)品還具有氣凝膠氈類所不具備的高溫穩(wěn)定性，在某集團(tuán)下屬電廠628℃超超臨界汽輪機(jī)熱力管道保溫工程中已應(yīng)用，并得到業(yè)主好評(píng)。

1.1 納米孔絕熱材料的特點(diǎn)

納米孔絕熱氈和氣凝膠氈類的差異見表1。

相比較于傳統(tǒng)的巖棉，玻璃棉，硅酸鋁，聚氨酯等材料，納米孔絕熱材料擁有最低的導(dǎo)熱系數(shù)≤0.020W/m.k，最高的防火等級(jí)A1，以及高達(dá)99.6%的憎水率。此外，由于用量的減小使得施工更加方便，快捷。納米孔絕熱材料和傳統(tǒng)材料的使用納米孔絕熱材料可以為業(yè)主每年節(jié)省能源費(fèi)用，且使用時(shí)間越長，節(jié)能效益約明顯，以下通過分析架空和地埋管的節(jié)能案例，從投資回收期來分析使用納米孔絕熱氈的綜合經(jīng)濟(jì)性。納米孔絕熱材料和傳統(tǒng)保溫材料的性能對(duì)比見表2。

1.2 性能分析

納米孔絕熱材料是一種目前世界上技術(shù)最領(lǐng)先、隔熱性能最好的超級(jí)絕熱材料，可廣泛應(yīng)用于石化、電力、交通、軍工和建筑等領(lǐng)域的管道、儲(chǔ)罐、設(shè)備的隔熱保溫，上海宥納科技公司納米孔絕熱材料具有以下優(yōu)點(diǎn)。

表1 納米孔絕熱氈和氣凝膠氈的性能和生產(chǎn)工藝的差異

表2 納米孔絕熱材料和傳統(tǒng)保溫材料的性能對(duì)比

（1）使用壽命長達(dá)20 a

納米孔絕熱材料的特殊結(jié)構(gòu)及其防水抗壓特性使其遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)保溫材料，大大減少了管道保溫維修次數(shù)，進(jìn)而大大節(jié)省了運(yùn)行成本，并且在保溫期間保證了本機(jī)、管道蒸汽溫度穩(wěn)定性，進(jìn)而保證工況的穩(wěn)定性，長期維修，運(yùn)行成本可控性得到了堅(jiān)實(shí)的保障。

（2）導(dǎo)熱系數(shù)低

常溫導(dǎo)熱系數(shù)＜0.020 W/m?k，擁有卓絕的隔熱性能，獨(dú)特的納米級(jí)結(jié)構(gòu)及孔洞能夠有效阻止熱量傳遞，減少熱損失，提高能源的利用率。

（3）高溫?zé)岱€(wěn)定性

長期使用溫度達(dá)到650℃，獨(dú)有的納米三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)提供了超凡的隔熱性能恒定持久，避免了其他保溫材料在長期高溫或受到振動(dòng)而產(chǎn)生變形堆積和保溫性能急劇下降的現(xiàn)象。

（4）優(yōu)異的化學(xué)構(gòu)成

含有的鈉離子、氯離子、硫酸根、硝酸根離子含量小于10×10-6，且pH值中性，減少對(duì)管道外壁腐蝕，屬于是無機(jī)、環(huán)保、無毒型材料。

（5）具備優(yōu)異的憎水性能

憎水率高達(dá)99.6%，不會(huì)吸水、受潮引發(fā)保溫失效以及腐蝕管壁，確保隔熱性能長期有效。

（6）具備優(yōu)異的防火性能

屬于A1級(jí)不燃材料，即使高溫下也可保持良好的熱穩(wěn)定性。

（7）施工快捷

有較好的柔性與抗拉、抗壓強(qiáng)度，可抵抗野蠻施工，長期使用不沉降、不變形，即使彎管或閥門也可輕易包覆。

（8）密度小、重量輕、力學(xué)性能好

可大幅降低保溫結(jié)構(gòu)的對(duì)管道的負(fù)荷，同時(shí)亦能降低運(yùn)輸施工中的荷載，輕巧方便，安裝簡(jiǎn)易，節(jié)省運(yùn)輸費(fèi)用。

2 架空管道保溫結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性和節(jié)能分析

2.1 保溫材料與結(jié)構(gòu)的選擇

以超超臨界蒸汽管道保溫為例，管道直徑DN740 mm，蒸汽溫度628℃，管道長度1 000 m。保溫方案：保溫方案一（硅酸鋁毯）、方案二（納米孔復(fù)合絕熱氈）和方案三（復(fù)合方案納米納米孔氈+硅酸鋁毯））為例，其保溫結(jié)構(gòu)如下圖1。

表3 經(jīng)濟(jì)性和節(jié)能效果分析

圖1 保溫結(jié)構(gòu)效果圖

2.2 經(jīng)濟(jì)性和節(jié)能效果分析

經(jīng)濟(jì)性和節(jié)能效果見表3。

綜合可知，新材料保溫結(jié)構(gòu)具有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)。

（1）節(jié)能，保溫厚度減薄

較傳統(tǒng)保溫方案一，納米孔復(fù)合絕熱氈和復(fù)合保溫保溫厚度大幅度減少，方案二僅為方案一保溫厚度的40%，但節(jié)能30.64%；同樣方案三復(fù)合方案較方案一，在保溫厚度減薄35%下，節(jié)能14.30%。

（2）減排效果顯著

較傳統(tǒng)保溫結(jié)構(gòu)，方案二和方案三年均減排CO2達(dá)到3 920.62 t、2 959.22 t，年均減排氮氧/硫化物176.57 t、133.27 t。

圖2 保溫效果分析

表4 經(jīng)濟(jì)性和節(jié)能效果分析

（3）初投資回收期短

納米孔復(fù)合氈保溫方案和復(fù)合保溫方案，其初投資回收期都在3 a內(nèi)，分別為：2.9 a、2.27 a。

3 地埋管道保溫結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性和節(jié)能分析

3.1 保溫材料和結(jié)構(gòu)的選擇

以地埋管道，管徑DN 200 mm，管內(nèi)中壓蒸汽溫度300℃，土壤溫度15℃，管道1 000 m。保溫方案采用方案一120 mm玻璃棉、方案二60mm納米孔復(fù)合絕熱氈和方案三復(fù)合方案20 mm納米孔復(fù)合絕熱氈+60 mm玻璃棉，保溫效果見圖2a）。

3.2 經(jīng)濟(jì)性和節(jié)能效果分析（表 4）

（1）節(jié)能，保溫厚度減薄

較傳統(tǒng)保溫方案一，方案二和方案三厚度減薄50%，33.3%，但節(jié)能率達(dá)到10.61、4.98%。

（2）減排效果顯著

較傳統(tǒng)保溫結(jié)構(gòu)，方案二和方案三年均減排CO2達(dá)到481.99 t/km、226.08 t/km。

（3）初投資回收期短

納米孔復(fù)合氈保溫方案其初投資都在2.01a內(nèi)。

復(fù)合保溫結(jié)構(gòu)即方案三由于減少了外套鋼管費(fèi)用、土方開挖費(fèi)用、防腐層費(fèi)用、焊接費(fèi)用、運(yùn)輸倉儲(chǔ)費(fèi)用等輔料成本，最終綜合成本較傳統(tǒng)保溫方案一不增加。

4 結(jié)語

納米孔復(fù)合絕熱氈作為新型保溫材料，標(biāo)志著新一代保溫技術(shù)的崛起和發(fā)展，上海宥納的納米孔絕熱材料具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和獨(dú)特生產(chǎn)工藝，材料性能處于國際水平、生產(chǎn)工藝的市場(chǎng)化能力突出。

納米孔復(fù)合絕熱氈超低的導(dǎo)熱系數(shù)（常溫≤0.020 W/m·k）、高達(dá)憎水率（99.6%）、A1級(jí)防火、熱穩(wěn)定性好、超長的使用壽命、節(jié)省空間、無機(jī)環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。通過架空、地埋管道的實(shí)際案例的分析表明，保溫節(jié)能、降耗減排效果明顯，初投資回收期大多在3a以內(nèi)。納米孔復(fù)合絕熱氈應(yīng)用在設(shè)備管道保溫以及其他耗能領(lǐng)域，勢(shì)必在節(jié)能、降耗和減排上帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

[1] 王家誠. 中國工業(yè)能耗與節(jié)能途徑.

[2] 欒玉成. 納米保溫涂層及其在建筑方面的應(yīng)用

[3] 朱盈豹. 無機(jī)保溫材料的應(yīng)用和發(fā)展前景.2010

[4] 胡偉良，候國輝. 節(jié)能保溫隔熱材料行業(yè)發(fā)展前景.2010

[5] A. Sharma and S.K. Kar (eds.), Energy Sustainability Through Green Energy, Green Energy and Technology, Springer, France, 2015

節(jié)能信息與動(dòng)態(tài)

黃浦區(qū)開展綠色采購?fù)七M(jìn)節(jié)能減排工作

黃浦區(qū)認(rèn)真做好節(jié)能產(chǎn)品和環(huán)保標(biāo)志產(chǎn)品目錄的采購工作。2017年1-6月份，完成節(jié)能產(chǎn)品類項(xiàng)目采購金額7670.1萬元，實(shí)際采購節(jié)能產(chǎn)品資金6771.97萬元；完成環(huán)保產(chǎn)品類項(xiàng)目采購金額6631.65萬元，實(shí)際采購環(huán)保產(chǎn)品資金6268.64萬元。

（區(qū)發(fā)改委）

Nanoporous Heat Insulation Material Applied in Industrial Heat Insulation

Luan Yucheng, Xu Wenliang, Zhang Changwei
Shanghai Energy Research Institute
Shanghai Uninano Advanced Materials Co.,Ltd

Nanoporous aerogels composite heat insulation material works at one brand new heat preservation energy-saving material and has low coefficient of heat conductivity and high hydrophobicity and long service life, which is advanced pipe and facility heat insulation material. Meanwhile its process is simple, safe and reliable, which can be industrialized produced, in green inorganic process and convenient for construction. Compared with traditional heat insulation material, nanoporous heat insulation materials has huge advantage and its energy saving and consumption reducing ability with obvious economic and social benefit, which can be applied in nuclear power industry, power storage, petrochemical, aerospace, building energy saving, furnace metallurgy, transportation, cold chain refrigeration etc.

Nanoporous Heat Insulation Felt, Heat Preservation, Energy Saving

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2017.08.011