欒玉成 徐文亮 張長偉.上海市能源研究會 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)絕熱中的應用

欒玉成1徐文亮1張長偉2
1.上海市能源研究會 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，具有很低的導熱系數(shù)、高憎水性率、使用壽命長等優(yōu)點，是一種優(yōu)良的管道和設備的絕熱材料。同時該材料制備工藝簡單、安全可靠、可工業(yè)化生產、屬于綠色無機工藝、施工方便。與傳統(tǒng)保溫材料相比具有很大的優(yōu)勢，可廣泛應用在核工業(yè)、電力儲能、石油化工、航空航天、建筑節(jié)能、窯爐冶金、交通運輸、冷鏈冷藏等，其節(jié)能降耗能力可帶來巨大的經濟和社會效益。

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。據統(tǒng)計：中國“十五”期間，工業(yè)能源消費量在能源消耗總消費量中的比例高達70%[1]。而在能源消耗中，熱力管網的能源消耗又占很大比例。對熱力管網進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高，但是導熱系數(shù)高，吸水率大等缺點已經成為行業(yè)一大痛點[2-5]。

1 納米孔絕熱氈性能特點

納米孔絕熱材料的出現(xiàn)標志著新一代保溫技術的崛起和發(fā)展。目前市場上常見的氣凝膠氈也屬于這一類型材料，導熱系數(shù)僅有玻璃棉50%，受到了市場的熱捧。但是氣凝膠氈由于成本高，生產過程三廢大，長期工作溫度低于500℃等缺點，制約了該材料的進一步發(fā)展[6]。上海宥納新材料科技有限公司針對氣凝膠氈的上述缺點，推出了納米孔絕熱氈。該產品擁有20～50 nm孔徑的微孔結構，低于空氣分子平均自由程，大大降低了導熱系數(shù)。而且由于采用了常溫常壓的生產工藝，使得生產成本大幅降低。且置換溶劑為水性，大大減小了對環(huán)境的危害。該產品還具有氣凝膠氈類所不具備的高溫穩(wěn)定性，在某集團下屬電廠628℃超超臨界汽輪機熱力管道保溫工程中已應用，并得到業(yè)主好評。

1.1 納米孔絕熱材料的特點

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熱系數(shù)≤0.020W/m.k，最高的防火等級A1，以及高達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)省能源費用，且使用時間越長，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濟性。納米孔絕熱材料和傳統(tǒng)保溫材料的性能對比見表2。

1.2 性能分析

納米孔絕熱材料是一種目前世界上技術最領先、隔熱性能最好的超級絕熱材料，可廣泛應用于石化、電力、交通、軍工和建筑等領域的管道、儲罐、設備的隔熱保溫，上海宥納科技公司納米孔絕熱材料具有以下優(yōu)點。

表1 納米孔絕熱氈和氣凝膠氈的性能和生產工藝的差異

表2 納米孔絕熱材料和傳統(tǒng)保溫材料的性能對比

（1）使用壽命長達20 a

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

（2）導熱系數(shù)低

常溫導熱系數(shù)＜0.020 W/m?k，擁有卓絕的隔熱性能，獨特的納米級結構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）高溫熱穩(wěn)定性

長期使用溫度達到650℃，獨有的納米三維網絡結構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而產生變形堆積和保溫性能急劇下降的現(xiàn)象。

（4）優(yōu)異的化學構成

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，減少對管道外壁腐蝕，屬于是無機、環(huán)保、無毒型材料。

（5）具備優(yōu)異的憎水性能

憎水率高達99.6%，不會吸水、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、力學性能好

可大幅降低保溫結構的對管道的負荷，同時亦能降低運輸施工中的荷載，輕巧方便，安裝簡易，節(jié)省運輸費用。

2 架空管道保溫結構的經濟性和節(jié)能分析

2.1 保溫材料與結構的選擇

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（納米孔復合絕熱氈）和方案三（復合方案納米納米孔氈+硅酸鋁毯））為例，其保溫結構如下圖1。

表3 經濟性和節(jié)能效果分析

圖1 保溫結構效果圖

2.2 經濟性和節(jié)能效果分析

經濟性和節(jié)能效果見表3。

綜合可知，新材料保溫結構具有以下幾個優(yōu)勢。

（1）節(jié)能，保溫厚度減薄

較傳統(tǒng)保溫方案一，納米孔復合絕熱氈和復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)保溫結構，方案二和方案三年均減排CO2達到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 經濟性和節(jié)能效果分析

（3）初投資回收期短

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

3 地埋管道保溫結構經濟性和節(jié)能分析

3.1 保溫材料和結構的選擇

以地埋管道，管徑DN 200 mm，管內中壓蒸汽溫度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納米孔復合絕熱氈和方案三復合方案20 mm納米孔復合絕熱氈+60 mm玻璃棉，保溫效果見圖2a）。

3.2 經濟性和節(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)能率達到10.61、4.98%。

（2）減排效果顯著

較傳統(tǒng)保溫結構，方案二和方案三年均減排CO2達到481.99 t/km、226.08 t/km。

（3）初投資回收期短

納米孔復合氈保溫方案其初投資都在2.01a內。

復合保溫結構即方案三由于減少了外套鋼管費用、土方開挖費用、防腐層費用、焊接費用、運輸倉儲費用等輔料成本，最終綜合成本較傳統(tǒng)保溫方案一不增加。

4 結語

納米孔復合絕熱氈作為新型保溫材料，標志著新一代保溫技術的崛起和發(fā)展，上海宥納的納米孔絕熱材料具有完全自主知識產權和獨特生產工藝，材料性能處于國際水平、生產工藝的市場化能力突出。

納米孔復合絕熱氈超低的導熱系數(shù)（常溫≤0.020 W/m·k）、高達憎水率（99.6%）、A1級防火、熱穩(wěn)定性好、超長的使用壽命、節(jié)省空間、無機環(huán)保等優(yōu)點。通過架空、地埋管道的實際案例的分析表明，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。納米孔復合絕熱氈應用在設備管道保溫以及其他耗能領域，勢必在節(jié)能、降耗和減排上帶來巨大的經濟效益和社會效益。

[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用

[3] 朱盈豹. 無機保溫材料的應用和發(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)能信息與動態(tài)

黃浦區(qū)開展綠色采購推進節(jié)能減排工作

黃浦區(qū)認真做好節(jié)能產品和環(huán)保標志產品目錄的采購工作。2017年1-6月份，完成節(jié)能產品類項目采購金額7670.1萬元，實際采購節(jié)能產品資金6771.97萬元；完成環(huán)保產品類項目采購金額6631.65萬元，實際采購環(huán)保產品資金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