苯乙烯儲罐保冷涂層研究及應(yīng)用

翟士剛

（中國石化齊魯分公司儲運廠，山東淄博 255411）

中國石化某公司有4臺苯乙烯儲罐，工藝編號為140、141、142、155，容量分別是1 000 m3、1 000 m3、2 000 m3、2 000 m3。141、142苯乙烯儲罐原保冷方式為在儲罐外層粘貼聚氨酯泡沫板，然后外包鍍鋅鐵皮防護層。由于罐體金屬材料與泡沫材料之間膨脹系數(shù)不同，且隨著使用時間的延長和冷熱交替，罐壁與聚氨酯泡沫板之間存在較大的縫隙，環(huán)境中的潮氣進入縫隙之間，遇冷變水，附著在罐壁上，導(dǎo)致保冷材料的絕熱效果大幅度降低，甚至失效。另外也加劇了罐壁的腐蝕，導(dǎo)致設(shè)備使用壽命縮短，苯乙烯制冷頻率大幅度上升，能耗增加，能源浪費，設(shè)備維護經(jīng)費增加[1]。因此需要尋找一種新技術(shù)，來解決苯乙烯儲罐長效保冷和防腐的問題[2]。

1 保冷涂層的研究目的及內(nèi)容

1.1 保冷涂層的研究目的

根據(jù)國內(nèi)外保冷技術(shù)的現(xiàn)狀、存在的問題及某公司苯乙烯儲罐保冷存在腐蝕嚴重的現(xiàn)象，需要研究一種集長效防腐、高熱阻隔、熱反射、裝飾于一體的有機無機雜化結(jié)構(gòu)保冷涂層材料[3]。

1.2 研究內(nèi)容

以高效節(jié)能保冷為目標，以環(huán)保長效為宗旨，以性價比優(yōu)良、具有實際應(yīng)用價值為出發(fā)點，研究出集高熱反射、高熱阻隔、長效防腐和裝飾于一體的涂層材料。主要研發(fā)內(nèi)容如下：

1）保冷結(jié)構(gòu)涂層材料的開發(fā)與性能表征

綜合利用材料科學(xué)、有機化學(xué)、無機化學(xué)、物理化學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)等多門科學(xué)知識，依據(jù)費效比最優(yōu)原理進行研究。由基礎(chǔ)理論研究與應(yīng)用研究相結(jié)合，研究出新型保冷節(jié)能結(jié)構(gòu)涂層材料及與之相匹配的涂裝技術(shù)。

2）涂層結(jié)構(gòu)設(shè)計

防腐底層—噴涂絕熱層—界面過渡層—柔性互穿封閉層—熱反射與裝飾面層。

3）各層成分設(shè)計與組裝，比例構(gòu)成、性能研究、涂裝技術(shù)與層間附著研究。

4）保冷節(jié)能保溫降溫模擬系統(tǒng)的建立

建立化工儲罐模型，考察研究開發(fā)的新型涂層材料的保冷與防腐性能及模擬應(yīng)用效果。

5）新型保冷節(jié)能結(jié)構(gòu)涂層材料在苯乙烯儲罐上的應(yīng)用研究

將開發(fā)的涂層材料應(yīng)用到苯乙烯儲罐，考察保溫和防腐效能，即在141、142苯乙烯儲罐上涂裝新材料，進行保溫、節(jié)能及防腐效果測試與分析。

2 涂層結(jié)構(gòu)

涂層結(jié)構(gòu)包括防腐底層（內(nèi)層）—噴涂絕熱層—網(wǎng)格加強層—柔性互穿封閉層—熱反射與裝飾面層（外層）。

2.1 防腐底層

防腐底層為一種新型腰果殼油改性胺環(huán)氧樹脂固化劑，腰果殼油長碳鏈上的不飽和雙鍵降低了固化劑的黏度，并且提高了分子鏈在低溫下的流動性，從而提高了低溫固化速度。應(yīng)用于底涂的制備，解決了環(huán)氧防腐涂層材料（特別是厚涂時）柔韌性差、附著力低、不能在潮濕表面施工的技術(shù)難題，同時提高了涂層的防腐性能。底層涂料技術(shù)指標見表1。

表1 底層涂料技術(shù)指標

2.2 絕熱層

絕熱層材料主要原料為聚氨酯，并配比一定的交聯(lián)劑、泡沫穩(wěn)定劑、發(fā)泡劑等，基本配方見表2。用現(xiàn)場發(fā)泡的形式替換傳統(tǒng)的聚氨酯泡沫板捆扎在罐壁上的形式，使聚氨酯泡沫與罐壁之間實現(xiàn)無縫結(jié)合，減少水汽的侵蝕。采用聚氨酯噴涂有如下特點：

1）卓越的保溫保冷性能。聚氨酯涂層導(dǎo)熱系數(shù)低于0.024 W/m·k，遠低于其他傳統(tǒng)的保溫材料。

2）優(yōu)異的防水性能。噴涂硬泡聚氨酯保溫材料連續(xù)自結(jié)的表皮和能達到95%以上的高強度互聯(lián)壁閉孔，具有理想的不透水性和良好的水蒸氣滲透阻。

表2 聚氨酯的基本配方

3）良好的阻燃性能。聚氨酯硬質(zhì)泡沫遇火后表面炭化，離明火自熄，抑制火焰蔓延，能完全滿足設(shè)備管道保溫材料阻燃性能要求。

4）自黏強度高、穩(wěn)定性強、成形時間短。硬泡聚氨酯保溫材料與基層（可以是混凝土、砂漿、磚墻、砌塊、鋼鐵、玻璃、瓷磚、木材等）粘接牢固，保證了穩(wěn)定性的基本要素[4]。

5）對主體結(jié)構(gòu)變形適應(yīng)能力強，抗裂性能好。噴涂硬泡聚氨酯保溫材料是一種柔性變形量較大的材料，抵抗外界變形能力強，在外力和溫度變形、干濕變形等作用下，不易發(fā)生裂縫，有效地保證了體系的穩(wěn)定性、耐久性。

6）施工快捷，周期短，維修方便。噴涂硬泡聚氨酯保溫材料現(xiàn)場噴涂一次成型，施工快捷，更易于處理復(fù)雜立面。

2.3 網(wǎng)格加強層與界面封閉層

對保冷層進行封閉平整，有機材料與無機材料固化后，與網(wǎng)格布互相牽扯形成網(wǎng)絡(luò)互穿結(jié)構(gòu)，可起到抗裂作用，增加強度，有效防止水滲漏。

采用專用的高分子聚合物復(fù)配適量的無機膠凝材料配制而成。界面封閉層同時對硬泡聚氨酯泡沫表面和無機抹面材料均具有良好的粘結(jié)效果，從而可以將聚氨酯泡沫保溫與平整過渡層牢固地復(fù)合在一起，也對硬泡聚氨酯泡沫表面起到進一步封閉作用，避免潮氣侵入保溫層內(nèi)部。

網(wǎng)格加強層和過渡層的涂裝：將聚苯顆粒和抗裂抹面砂漿混合后加入水攪拌均勻，然后把雙層耐堿格布包覆于保冷層表面，最后將攪拌好的砂漿過渡層均勻涂抹于其表面，涂抹厚度約為0.5 cm。

2.4 熱反射與裝飾層

因為玻璃微珠的空心結(jié)構(gòu)可以大大提高涂層的孔隙率，從而降低涂層的熱導(dǎo)率，且能提高太陽光的反射率[5]，故以熱塑性丙烯酸樹脂為成膜物、以空心玻璃微珠為填料制做高效熱反射層，涂裝厚度為50 ～ 60 μm[6]。

3 現(xiàn)場試驗情況

首先在13 m3槽罐上進行了應(yīng)用試驗，按系統(tǒng)要求，進行各層施工：底涂（40 μ m）＋絕熱層（4.5 cm）＋封閉界面層（1 mm）＋過渡平整層（1.5 cm）＋柔性封閉層（2 mm）＋熱反射層（50 μm）。保冷涂層施工完成后槽罐外觀見圖1。

圖1 保冷涂層施工完成后槽罐外觀

1）環(huán)境溫度變化

環(huán)境溫度變化范圍為13～40℃，上午9∶00基本在27℃左右，下午15∶00基本在35℃左右。

2）試驗罐溫度變化

試驗罐內(nèi)溫度變化為22～26.5℃，上午9∶00在22～25℃之間，下午15∶00在22～26℃之間。

3）143、144儲罐內(nèi)溫度變化（普通保溫儲罐—保溫巖棉）

143、144 儲罐內(nèi)溫度變化為22～28℃，上午9∶00在22～25℃范圍內(nèi)波動，下午15∶00在22～29℃范圍內(nèi)。

4）儲罐試驗期間溫度變化趨勢

2016年4月1日至2016年5月20日對實驗儲罐及周邊環(huán)境及儲罐內(nèi)的溫度進行了記錄，試驗儲罐及周邊儲罐溫度變換趨勢見圖2。由圖2可以看出，實驗儲罐內(nèi)溫度受周邊環(huán)境溫度的影響較小，進而證明保冷涂層材料保冷效果比較理想。

圖2 試驗儲罐及周邊儲罐溫度變化趨勢

5）試驗罐外觀

外觀檢查無裂縫。通過該次試驗還可以看出，新型保冷涂料對儲罐保溫效果比較明顯，能夠有效的減緩罐內(nèi)物料溫度受環(huán)境溫度影響，優(yōu)于目前使用材料。

4 工業(yè)試驗效果

4.1 工業(yè)應(yīng)用情況

2017年4月1日至2017年5月24日，在2個苯乙烯儲罐上進行了工業(yè)應(yīng)用并對儲罐內(nèi)物料溫度進行了記錄。通過記錄的數(shù)據(jù)分析得出儲罐內(nèi)物料溫度變化范圍為9～12℃，上午9∶00基本在9～10℃之間波動，下午15∶00基本在9～12℃之間波動。經(jīng)過跟蹤統(tǒng)計，因罐內(nèi)物料溫度在工藝指標控制范圍內(nèi)，制冷機未開機。

4.2 應(yīng)用效果分析

1）儲罐內(nèi)平均溫度

通過記錄數(shù)據(jù)分析，儲罐在7∶00時物料溫度較低，15∶00時物料溫度相對較高。4—5月共42天7∶00及15∶00的平均物料溫度見表3。

由此可見，完成保冷涂層改造的141、142儲罐物料溫度，明顯比140、155傳統(tǒng)保冷儲罐內(nèi)的物料溫度低。

2）涂層表面比較平整，無龜裂、起皮、脫落現(xiàn)象。

3）制冷機的開啟次數(shù)

2017年5月7 —26日與2016年同期制冷機的開啟次數(shù)比較，2016年5月7—26日共開制冷機6次，2017年在收儲量增加的情況下，制冷機未開啟，節(jié)電5 227.5 kW·h，制冷機主電機55 kW、輔機1.5 kW、循環(huán)水泵電機30 kW、乙二醇循環(huán)泵電機11 kW、苯乙烯循環(huán)泵電機30 kW，共計工頻運行功率127.5 kW，共運行了41 h。實踐證明保冷涂層涂料及相關(guān)施工工藝比較有效，能夠有效地減少苯乙烯夏季制冷用能。

4）改造前后苯乙烯儲罐收儲量和制冷運行時間對比

2016年、2017年改造前后苯乙烯儲罐收儲量和制冷運行時間對比見表4。

表4 苯乙烯儲罐收儲量和制冷運行時間對比

2016年夏季（5月7日至10月7日）苯乙烯141、142罐分別收儲42次、32次，收儲量13 100.17 t和13 961.4 t，合計27 061.57 t。分別制冷22次、17次，運行時間156.58 h和241.83 h。141罐制冷耗電量19 963.95 kW·h，噸耗電0.66 kW·h。142罐制冷耗電量30 833.33 kW·h，折合噸耗電2.2 kW·h。2017年夏季（5月7日至9月30日）苯乙烯141、142罐分別收儲51次、53次，收儲量16 908.82 t和23 534.40 t，合計40 433.22 t。分別制冷3次、5次，運行時間33 h和56.58 h 。141罐制冷耗電量 4 207.5 kW·h，折合噸耗0.25 kW·h。142罐制冷耗電量7 213.95 kW·h，折合噸耗電0.31 kW·h。

5）儲罐罐外觀檢查無裂縫

通過實驗和2017年實際應(yīng)用可以看出，此材料用于苯乙烯儲罐對罐壁具有保護作用，使罐壁與外界空氣隔絕，不再因冷凝水產(chǎn)生銹蝕罐壁，優(yōu)于目前使用材料。

5 結(jié)論

保冷涂層是一種復(fù)合涂層，對太陽光進行反射，可將80%以上的太陽熱反射出去，明顯降低了油氣的揮發(fā)，達到了安全、環(huán)保、節(jié)能的目的。通過2016年和2017年兩個儲存年度苯乙烯噸耗電量的對比，節(jié)能效果非常理想。