气凝胶的应用领域

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. 二氧化硅气凝胶的应用领域

气凝胶材料在输热管道方面的应用

输热管道保温的现状

现在的工业输送供热管道，管道内温度从几十度至5,600度都有。这些管道的保温工程广泛使用硅酸铝镁质材料，玻璃纤维类材料。约30年前，保温工程还几乎都只是采用岩棉，矿物棉类材料，到现在，岩棉保温在工业保温工程中，已被淘汰。在施工性能，防水性能等方面都差别不大的情况下，被淘汰的主要原因就是导热系数的差距。以下为主要几种材料在不同温度下导热系数。

导热系数

mw/m·k 25℃ 100 ℃ 200 ℃ 400 ℃

气凝胶 18 21 25 34

硅酸铝 37 55 72 110

玻璃纤维 42 50 70 不可用 .

. 岩棉 55 70 92 140

发泡材料 36 不可用 不可用 不可用

现在我国的保温工程的问题：

●保温结构不合理、保温厚度不规范、保温施工不到位。

●易变形、沉降，热稳定性差，破损率大，后期保温效果差，无法满足工艺要求。

●保温效果差且下降明显，导致保温工程维护成本提升，设备运行费用增加。

●使用寿命基本只有3～5年，到期需全部更换。

●不完全防水，易吸水吸潮腐蚀管道。

●对于超过100度的较高温度的管道，保温层至少需要>200mm厚度，管道线热流密度高，热能损失大。

气凝胶材料带来的好处：

●隔热效果是传统隔热材料2-5倍，高温下优势更明显，而且寿命更长。

●材料整体憎水，可有效防止水分进入管道、设备内部，同时具有A1级防火性能。

●质轻，容易裁剪、缝制以适应各种不同形状的管道、设备保温，且安装所需时间及人力更少。

●更少的包裹体积及更轻的重量可大大降低保温材料的运输成本。

●对设备进行保温的同时，还可以起到吸声降噪、缓冲震动等功能，提高环境质量，保护设备。

●仅需1/2至1/5的厚度即可达到传统材料相同的隔热效果，热损失非常小，空间利用率高。

气凝胶复合保温材料与现流行的保温材料具体性能对比：

气凝胶复合保温毡 传统保温材料

复合硅酸盐 岩棉

导热系数，（常温） 18 36 55

350℃下导热系数 30 110 130 .

. 350℃下保温厚度 30mm 100mm 110mm

容重，kg/m3 200 120-150 100-120

防水性 憎水率≥99%，无需特殊防水措施 不完全防水，易吸水吸潮腐蚀管道，防护板表面需喷涂金属密封胶进行防水

三通、阀门等保温 可拆卸保温套，保温效果好，使用方便 填充方式或保温盒保温，保温效果差

使用寿命 10年 3～5年

整体性好，具有较好的抗震抗拉性，在使用过程中不出现颗粒堆积、沉降等现象 材料结构松散，自重、设备振动、材料进水等极易导致材料解体、沉降，保温效果明显下降，热损失严重超标。

其 他 使用厚度小，可减少管道保温厚度，减少蒸汽管道间距，减少厂房面积或管廊大小。 保温层厚，搭接处容易存在缝隙，较高的膨胀收缩系数易致使缝隙成为热桥，振动后更明显，热损失大。

气凝胶复合保温材料与现流行的保温材料的经济效益对比：

（以1km，100mm直径，供热温度300度管道为例计算）

气凝胶复合保温毡 复合硅酸盐毡

预计表面温度（℃） 35 35

保温材料厚度mm 120 300

保温层总体积m3 83 377

主要材料费用（万元） 85 45

施工费及辅材费（万元） 11 20

管道线热流密度（W/m） 130 300

热损失比 1 3

损失总热能(%) 3% 10%

实际应用过程中，复合硅酸盐毡在使用2、3个月后，保温效果将越来越差，损失的热量将更大。

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气凝胶材料在LNG方面的应用

LNG保温的现状

在LNG工程及其他低温项目建设中，低温、超低温设备涉及到的温度大都在-40至-170摄氏度。最常用的深冷保冷材料主要有PUR/PIR,发泡玻璃，橡塑，改性酚醛泡沫等，这些材料较之于先前使用的珍珠岩材料，无论从性能还是施工方面看，都有了很大的改善。保冷效果的好坏不仅关系到整个设备的输送效率，而且对装置的安全生产也有至关重要的影响。合适的保冷材料不仅能够降低能耗、减少冷量损失，而且为符合环保要求、为企业安全生产和创造更好的效益提供了保障。气凝胶型保温材料的出现，似乎正是为了这种深冷型保温而量身定做，在国内外已经开始广泛应用。

我国当前绝大多数的LNG输送管道保冷工程都不是很理想，其主要缺陷及成因如下：

●传统材料保温性能衰减很快，导致维护成本很高。

●传统材料保冷效果差，冷损失大，容易给天然气或其他压缩气体的储藏运输带来危险。 .

. ●传统材料包裹厚度大，给密集型管线排布设计带来诸多不便。

●管道由于保冷层的效果差而很容易被结露的水腐蚀。

●保冷层很容易因结露水太多而失去效果。

●有机类材料防水性可以但无法满足防火要求。

气凝胶材料带来的好处

●保冷效果优异，常温热导仅0.016W/m*k，超低温时热导率<0.01W/m*k，所需保冷层厚度大大减小，有效降低冷损失，为密集型管线排布设计提供优化。

●具有最佳的低温稳定性，-200℃仍可长期保持保冷性能及良好柔性，不开裂。

●尺寸稳定性极佳，纳米级特殊结构可抵抗管道伸缩带来的内应力，无需设置伸缩缝。

●气凝胶材料的疏水性能好，可有效抑制水渗入金属管线表面，防止管线腐蚀，防止保温材料因渗水而导致保温效果下降。

●材料为无机材料，主要成分SiO2，不含胶黏剂，性能稳定，安全防火，使用寿命更长。

●材料切割、施工方便，维护成本低。

与现流行较好的保冷材料具体性能对比：

气凝胶复合毡垫 发泡玻璃类 发泡PIR

聚三聚氰酸脂

导热系数，W/(m•K) 0.010～0.020 0.050～0.080 0.030～0.040

容重，kg/m3 190 150～240 50～180

保冷厚度 约为1/2 2 1

吸水率（vol%） 0.36 2 1.5

防水性 整体防水，憎水率≥99%，纳米结构能够有效的抵御结露、结霜 防水性差，需外加防水措施 防水性差，需外加防水措施 .

. 可施工性 可成卷材，异形件，柔性好，易施工 很差，损耗高， 普通，可现场发泡，但发泡均匀性较差

超低温稳定性 优，预计寿命3-5年 稳定性一般，寿命约2年 易老化，强度变低，稳定性差， 6个月到1年需更换

尺寸稳定性 0.45% 差 差

重复利用性 拆卸检修时，可重复利用 拆卸时易碎，无法利用 拆卸时易碎，无法利用

其 他 使用厚度为1/2,体积约为1/3,减少25%的辅材费用，减少管线排布难度。

气凝胶复合保温毡垫与PIR材料的经济对比：（以1km直径100mm的管道计）

气凝胶绝热毡 发泡玻璃 PIR

预计保冷层厚度(mm) 40 160 80

预计表面温度(℃) 30 30 30

保冷材料体积（m3） 17.5 140 45.2

主要材料费用（万元） 约18 14 约7

施工及辅材费（万元） 约3 约8 约5

冷损情况 约1/3 2 1

维护情况 几乎不需要，即使遇到物理损伤，也易于修补 几乎不维护，使用寿命到达后，整体更换 老化严重，每3-6个月都需要大修，每次维护花费1-2万 .

. 填埋管道 体积小，土石方工程为原先1/3预制管道的话，体积小，运输成本低。 体积太大，无法用作预制管道 体积大，无法制作预制管道

气凝胶材料在涂料方面的应用

气凝胶涂料的应用现状

涂料行业发展至今，分类越发细化，针对性越发专业。纳米气凝胶复合涂料是跟随纳米气凝胶材料的发展，而新兴开发出的涂料品种，根据具体使用要求的区别，又可分成保温隔热涂料，疏水涂料，等不同品种，拥有非常广阔的应用前景。

1、保温涂料是一种新型的保温材料，通过低导热系数和高热阻来实现隔热保温的一种涂料。气凝胶以其最优秀的保温性能，非常贴合保温涂料的技术要求，既要保温隔热效果好，又要涂膜薄。目前世界发达国家在这方面的开发应用已经较为普及，无论是建筑行业，还是工业管道，已有大量应用。国内应用基本上都是进口国外产品。不同于发射型涂料，保温隔热型涂料对于隔热性能有很高的要求，而不仅仅只是反射阳光红外线。

2、疏水涂料是把原来的涂料进行改进，具有疏水功能，具有荷叶效果，污渍容易擦洗，其主要性能有疏水自洁、呼吸透气、弹性修复等功能。现目前几乎.

. 所有的水性涂料均要添加疏水剂，以增强涂料在这方面的功能。疏水型纳米气凝胶材料以其很高的疏水率，成为涂料的疏水添加剂的理想材料。

纳米气凝胶材料在涂料方面应用的优势（无论对于保温涂料，或者作为疏水添加剂）

●环保, 对生态环境友好

●应用广泛，施工非常简单方便。

●修复和恢复简单，维护费低。

●厚度1-1.5mm 的涂层具有10-20mm 厚度的保温纤维或50-100 mm厚度的砖石相似的保温效果。

●正常的条件下(-60°С以上200°С 以下)纳米保温涂料的寿命是10年。

防火阻燃性能优良，涂层软化温度260°С以上，燃烧无明火无毒性烟雾产生,遇火阻燃时间长。

●疏水性好，防水, 防止发霉。涂层不受湿度,结露以及温度的影响。

纳米气凝胶涂料的适用范围：

建筑领域：外墙、地板、屋顶、阁楼 、保温地板

防霉：木材、水泥

玻璃：高透光、低传热

金属结构：冷库、储藏室、厂房外墙、厂房彩钢顶

工业设备：冷、热水管道

石油煤气管道、石油库

化学产品储罐、存储库、集装箱

山洞隧道：墙面防水、防霉、防潮、保温、自清洁

空调管道 、列车客房、冰箱、气象设备

纳米气凝胶涂料与其它材料的对比

纳米气凝胶涂料 硅酸铝镁质纤维板