納米隔熱保溫涂料在儲(chǔ)油罐保溫試驗(yàn)應(yīng)用

祝玉松 曲鵬 王扶輝 沈娜（新疆油田公司工程技術(shù)研究院）

目前，新疆油田偏遠(yuǎn)井主要采用大罐拉油的方式運(yùn)輸，處理站處理后合格原油采用大罐交油的方式外輸，原油均需在儲(chǔ)油罐中存放，而原油儲(chǔ)罐在設(shè)計(jì)時(shí)主要是罐體外包巖棉或內(nèi)覆復(fù)合硅酸鹽保溫板[1]，還有大部分儲(chǔ)罐沒有采取保溫措施，為了保證原油運(yùn)輸過(guò)程中不凝固及二次順利卸油，和滿足交油溫度的要求，冬季一般將原油加熱到70 ℃后進(jìn)儲(chǔ)油罐或輔以加熱系統(tǒng)，由于西北地區(qū)冬季嚴(yán)寒天氣，存放過(guò)程中有大量散熱損失[2-3]。夏季新疆地區(qū)炎熱，管壁表面溫度高，存在油氣揮發(fā)損失[4]。因此有必要開展新型保溫涂料的試驗(yàn)應(yīng)用，提高儲(chǔ)罐保溫效果，減少原油散熱損失，降低前端加熱溫度，進(jìn)而減少加熱原油耗天然氣量，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的[5]。

1 納米隔熱保溫涂料技術(shù)

隨著涂料技術(shù)的發(fā)展，不斷涌現(xiàn)出新型保溫材料，如復(fù)合硅酸鹽保溫板、酚醛保溫板系列、硅酸鋁板納米隔熱涂料等，其中納米隔熱涂料在水運(yùn)船舶應(yīng)用效果良好[6]。納米隔熱反射保溫涂料為高效、薄層、隔熱、裝飾、防水于一體的新型太空節(jié)能反射隔熱保溫涂料[7]。涂料的熱反射率為85%以上，能量的97%輻射至外層表面，涂料的導(dǎo)熱系數(shù)小于0.03 W/m·K，能有效抑制太陽(yáng)和紅外線的輻射熱和熱量傳導(dǎo)，納米隔熱保溫涂料傳熱示意圖如圖1。

圖1 納米隔熱保溫涂料傳熱示意圖

1.1 技術(shù)原理

涂層能在涂刷物體表面形成由空心玻璃微珠和空心玻璃微珠連接在一起的三維網(wǎng)絡(luò)空心結(jié)構(gòu)，這樣的納米空心玻璃微珠之間形成了一個(gè)個(gè)疊夾的靜態(tài)空氣組，也就是一個(gè)個(gè)隔熱保溫單元，這些靜態(tài)單元在受熱后幾乎不產(chǎn)生熱對(duì)流，也就極少的傳導(dǎo)熱量。

涂料表層材料能對(duì)400～2 500 nm 的太陽(yáng)紅外線進(jìn)行高反射，反射率高達(dá)85%，不讓太陽(yáng)的熱量在物體表面進(jìn)行累積升溫[8]，輻射能在8～13.5 μm波段內(nèi)，100%輻射至外層表面。

以丙烯酸為基礎(chǔ)的涂料，附著力強(qiáng)，具有高耐候、抗刮、耐酸堿、抗腐蝕、 防水、防銹及易清潔等功能。

1.2 基本參數(shù)

納米隔熱保溫節(jié)能涂料基本參數(shù)見表1，具有導(dǎo)熱系數(shù)低，抗老化使用年限長(zhǎng)特點(diǎn)。

2 納米隔熱保溫涂料在儲(chǔ)罐上試驗(yàn)應(yīng)用

2.1 方案實(shí)施

某集中處理站共有5 座5 000 m3原油儲(chǔ)罐，因原油中雜質(zhì)較多，其工藝流程是將5#儲(chǔ)罐作為沉降罐使用，然后到其它4 座儲(chǔ)罐，之后外輸，冬季交油溫度45 ℃，夏季交油溫度35 ℃。某集中處理站工藝流程見圖2。

1）原油經(jīng)分離器分離，溫度為35 ℃，經(jīng)熱穩(wěn)定器加熱至70 ℃左右（冬季）。

2）加熱后經(jīng)過(guò)管線進(jìn)入到5#罐，5#罐達(dá)到正常液位后再到1#～4#儲(chǔ)油罐。

3）罐內(nèi)達(dá)到正常液位后，進(jìn)行原油外輸，外輸時(shí)原油溫度不能低于35 ℃。

選用集中處理站1#、3#儲(chǔ)罐罐頂開展試驗(yàn)應(yīng)用，納米隔熱保溫涂料共三層，按照5 mm 厚度設(shè)計(jì)，底層涂料功能是和基材的黏合強(qiáng)度，附著力變大；中間層保溫隔熱涂料功能是隔熱保溫；涂層表面為耐磨表漆，可承受日曬、雨淋、冰雪、鹽霧、陽(yáng)光輻照和風(fēng)沙侵蝕。

2.2 測(cè)試結(jié)果

測(cè)試選取具有底面直徑、柱面高度、頂面高度、罐內(nèi)液位高度均相同的1#、2#大罐罐頂進(jìn)行，測(cè)試時(shí)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)陽(yáng)光照射。大罐頂面與側(cè)面均勻布置測(cè)點(diǎn)并用記號(hào)筆標(biāo)注，表面溫度在相同點(diǎn)上取值；環(huán)境溫度，風(fēng)速在大罐頂上測(cè)試；大罐尺寸由彩南油田作業(yè)區(qū)提供。

2016 年11 月22 日09:00—09:10 進(jìn) 行 測(cè) 試，環(huán)境溫度-16.6 ℃，風(fēng)速2 m/s，以觀察其大罐表面溫度的變化情況。罐頂散熱損失測(cè)試對(duì)比見表2。

表2 罐頂散熱損失測(cè)試對(duì)比

按測(cè)試結(jié)果計(jì)算，1#罐與2#罐罐頂散熱損失由109 227.7 W 下降到63 018.2 W，下降了42.3%。按冬季運(yùn)行時(shí)間160 天運(yùn)行，單罐可減少散熱量17.7×104kWh。

天然氣熱值按35 000 kJ/m3（標(biāo)況）計(jì)算，可節(jié)天然氣量1.8×104m3。

2 個(gè)罐冬季節(jié)約加熱用天然氣量3.6×104m3，節(jié)約120 t（標(biāo)煤），減少CO2排放量295.79 t，天然氣價(jià)格為1.15 元/m3，年節(jié)約費(fèi)用4.1 萬(wàn)元。

3 結(jié)論

納米隔熱保溫節(jié)能涂料在降低儲(chǔ)罐原油熱量損失方面具有良好的效果，降低了原油前端加熱進(jìn)罐溫度，節(jié)約原油加熱消耗天然氣。另外，夏季涂料可以反射太陽(yáng)輻射能，降低儲(chǔ)油罐內(nèi)部溫度，能夠減少了油氣蒸發(fā)損耗[9]，同時(shí)，由于防水防腐功能進(jìn)一步保護(hù)了儲(chǔ)罐的保溫系統(tǒng)。在安全性方面，由于它具有難燃特性，一定程度上降低了火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)過(guò)此次試驗(yàn)，將繼續(xù)推廣使用于大罐及加熱爐保溫中。