鋼制石油儲罐熱反射隔熱涂料應(yīng)用探討

李建忠，袁鐵山

(山西藍(lán)彬節(jié)能科技有限公司，山西太原030006)

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)進(jìn)步和科學(xué)發(fā)展觀的普及，節(jié)能減排、節(jié)約資源、環(huán)境友好、可持續(xù)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式正在推動國內(nèi)生產(chǎn)生活向更加合理更有效的方向轉(zhuǎn)變。這在鋼制石油儲罐防腐蝕涂裝工程技術(shù)發(fā)展進(jìn)步中也得到充分印證。目前，對于輕質(zhì)油罐主要采用噴淋水降溫，這不僅需要外供動力，浪費(fèi)水、電等寶貴資源，而且還很難獲得最佳冷卻效果，成為地面油罐應(yīng)用中亟需解決的問題。

國內(nèi)外對于熱反射涂料的研究較多，但降溫性能指標(biāo)不統(tǒng)一且物理意義不明確，對于熱反射涂料的熱反射率的評價方法不一，且很少提及相應(yīng)入射波段，很難進(jìn)行數(shù)據(jù)比較。目前，國內(nèi)研究者主要通過模擬太陽光輻射或?qū)崪y條件下涂膜的降溫性能來評價涂膜好壞，勢必具有一定的局限性。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，建筑用隔熱降溫涂料國家標(biāo)準(zhǔn)的實施，具有一定的規(guī)范作用。

國家節(jié)能減排政策引導(dǎo)力度不斷加大，國內(nèi)外涂料生產(chǎn)企業(yè)紛紛推出此類產(chǎn)品以搶占節(jié)能減排市場的先機(jī)，一時間市場上熱反射隔熱涂料品牌如雨后春筍般爭先亮相，且所執(zhí)行檢測標(biāo)準(zhǔn)不一，一般無法辨別真?zhèn)渭百|(zhì)量好壞，為了快捷準(zhǔn)確地選出適合客觀需求的產(chǎn)品，應(yīng)以現(xiàn)行國家權(quán)威檢測部門出具的產(chǎn)品檢測報告為主要依據(jù)，抓住主要技術(shù)指標(biāo)指數(shù)的高低來進(jìn)行鑒別，本文先從技術(shù)角度總體闡述熱反射隔熱涂料的內(nèi)涵與外延，并解析關(guān)鍵性技術(shù)指標(biāo)，希望能為廣大用戶提供實際性指導(dǎo)意義。

1 熱反射隔熱涂料綜述

1.1 太陽光照下油罐表面受熱分析

熱的傳播有輻射、對流和傳導(dǎo)三種基本形式，而影響地球表面各種物體溫度的決定性熱源來自太陽，太陽熱能又是以電磁波輻射方式傳導(dǎo)至地球表面，太陽輻射的波長范圍很廣，其中熱能集中在200～2 600 nm波區(qū)。具體分布在紫外線200～380 nm約占5%;可見光380～760 nm約占46%;紅外線760～2 600 nm約占49%，特別是380～1 400 nm的可見光和近紅外段占了太陽熱能的絕大部分。各種物體接受太陽熱輻射而升溫，然后再形成相互間的對流和傳導(dǎo)，最終表現(xiàn)為各物體的具體溫度狀態(tài)。

熱反射隔熱涂料這一新型功能性涂料已在易揮發(fā)油品(包括低黏度原油，中間餾分油及輕質(zhì)產(chǎn)品油、氣)儲罐及管道外表面成功地廣泛試用，取得了降溫減壓、安全增效、節(jié)能節(jié)水的良好效果。實驗表明，在夏季日照條件下，與涂銀粉漆罐體相比，涂刷熱反射隔熱涂料的罐體表面平均降溫10～20℃，罐體內(nèi)質(zhì)溫度降低5～10℃，且環(huán)境溫度越高溫差越明顯，液化氣罐沒有發(fā)生超溫、超壓等現(xiàn)象。與傳統(tǒng)降溫方法相比，太陽熱反射涂料不需消耗能量就能有效降低油罐溫度，從源頭上阻止熱量向物體內(nèi)部的傳遞，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能降溫的目的，在軍事和民用方面都具有巨大的應(yīng)用前景。

1.2 熱反射隔熱涂料技術(shù)分類

目前，國內(nèi)的熱反射隔熱涂料產(chǎn)品按其所走技術(shù)路線大致可分為兩大類:

一類是以陶瓷或玻璃空心微珠作為主要功能材料組配的熱輻射反射、紅外發(fā)射附加熱阻方式實現(xiàn)隔熱功效的產(chǎn)品。此類產(chǎn)品的隔熱功效除取決于熱輻射、反射和紅外發(fā)射外，還與空心微珠材料熱阻系數(shù)直接相關(guān)。原則上空心微珠堆積密度越低熱阻指標(biāo)越高，質(zhì)量“輕”是其一大特點(diǎn)，也就是因為質(zhì)量“輕”致使此類涂料液態(tài)產(chǎn)品儲存中在短時間內(nèi)就會形成空心微珠向上的凝結(jié)現(xiàn)象和涂裝過程中涂料流平性較差，故涂裝施工只宜采用抹涂或高壓無氣噴涂方式獲得較厚(一般為300 μm以上)且比較均勻的涂層，并且很難獲得細(xì)膩光滑表面，抗污自潔能力較差，在自然環(huán)境使用過程中反射、發(fā)射指標(biāo)易產(chǎn)生較大衰減，造成涂層隔熱溫差衰減指標(biāo)較高，隔熱功效損失較大，由于空心微珠的“熱阻”性能的充分發(fā)揮是與涂層中微珠上下重疊無縫隙排列和涂層厚度密切關(guān)聯(lián)，理論上涂層厚度對隔熱功能有相當(dāng)影響，涂層越厚隔熱效果越好，但當(dāng)涂層過薄使其中微珠無法形成完整無縫隙狀態(tài)時，其由熱阻系數(shù)帶來的隔熱功效即會大部分喪失。

另一類是以各種復(fù)合高反射、高發(fā)射粉體為基本功能材料組配的熱輻射、反射加紅外發(fā)射方式實現(xiàn)一定隔熱功效的產(chǎn)品，此類產(chǎn)品各項功能性指標(biāo)一經(jīng)確定，其熱反射隔熱功能指數(shù)即已經(jīng)確定，只要均勻涂刷在物體表面并完全遮蓋涂層(此類涂料的反射隔熱涂層平均厚度均小于100 μm)就完成了具有完整功能的涂裝，如果在此基礎(chǔ)上再單純增加涂層厚度，對進(jìn)一步提高涂層隔熱功效貢獻(xiàn)甚微，因此沒有必要去追求涂層厚度而形成產(chǎn)品涂裝使用過程中增加無效成本支出的現(xiàn)象。如需進(jìn)一步增強(qiáng)隔熱功效，可在熱反射隔熱涂層下增加相應(yīng)保溫隔熱層即可。這種薄層式的熱反射隔熱涂料與傳統(tǒng)涂料各種物理性狀較接近，故施工可采用傳統(tǒng)涂料通行的各種涂裝方式和工藝方案。此類反射隔熱涂料具有高反射率、高自潔性、高耐候性、大大增強(qiáng)防腐涂層壽命等特有功效，滿足實際需要。

2 熱反射隔熱涂料關(guān)鍵性技術(shù)指標(biāo)解析

2.1 太陽反射比、半球發(fā)射率指標(biāo)解析

熱反射隔熱涂料是以熱輻射反射為主要技術(shù)手段，以紅外發(fā)射(亦可稱“散熱”)為輔助手段達(dá)到隔熱效果的功能性涂料，起到使被涂物增加抑制溫度升降幅度的作用。熱反射隔熱涂料所形成涂層能有效抑制被涂物體溫度升降幅度取決于產(chǎn)品性能指標(biāo)中的“太陽反射比”(即反射率)和“半球發(fā)射率”(即紅外發(fā)射率)，JC/T 1040—2007《建筑外表面用熱反射隔熱涂料》中規(guī)定產(chǎn)品必須達(dá)到的指標(biāo)是“太陽反射比(白色)≥0.83;半球發(fā)射率≥0.85”，其中“太陽反射比”(200～2 600 nm太陽熱輻射全波段)指數(shù)是衡量產(chǎn)品性能優(yōu)劣最主要的技術(shù)指標(biāo)，產(chǎn)品這一指標(biāo)直接決定涂料所形成涂層對太陽輻射熱能接受量，指數(shù)越高者接受量越低，就會顯現(xiàn)出越加明顯的“釜底抽薪”效能;而“半球發(fā)射率”指數(shù)高低則是衡量產(chǎn)品性能優(yōu)劣的重要輔助技術(shù)指標(biāo)，其作用是決定涂料所形成涂膜已接受輻射熱能向外的散發(fā)量，它可以減少接受輻射熱能在涂層表面的蓄積量和最終向涂層另一側(cè)的傳導(dǎo)量，對涂層最終隔熱功效有重要輔助增強(qiáng)作用。

2.2 “隔熱溫差”和“隔熱溫差衰減”指標(biāo)解析

“太陽反射比”和“半球發(fā)射率”兩項功能性技術(shù)指標(biāo)綜合作用的結(jié)果體現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)“隔熱溫差”和“隔熱溫差衰減”這兩個技術(shù)指標(biāo)上，JG/T 235—2008《建筑反射隔熱涂料》中規(guī)定產(chǎn)品必須達(dá)到的指標(biāo)是:“隔熱溫差”≥10℃;“隔熱溫差衰減(白色)”≤12℃，“隔熱溫差”指數(shù)是顯示該涂料形成的涂層在實驗室標(biāo)準(zhǔn)條件下所達(dá)到的最終隔熱功能效果值，此指標(biāo)應(yīng)選擇指數(shù)高者為佳;而“隔熱溫差衰減(白色)”指數(shù)則是以假設(shè)標(biāo)準(zhǔn)試驗條件模擬自然環(huán)境條件中該產(chǎn)品最終形成涂層使用時可達(dá)到的實際功能效果值，此指標(biāo)為用戶最應(yīng)關(guān)注的產(chǎn)品功能技術(shù)指標(biāo)，該指標(biāo)應(yīng)于“隔熱溫差”指標(biāo)做捆綁式對比，選擇指數(shù)低者為佳。

2.3 “耐人工氣候老化性”指標(biāo)解析

其次，還應(yīng)關(guān)注該產(chǎn)品檢驗報告中“耐人工氣候老化性”項目欄內(nèi)各項技術(shù)指標(biāo)，JC/T 1040—2007《建筑外表面用熱反射隔熱涂料》規(guī)定熱反射隔熱涂料“耐人工氣候老化性”(W類400 h;S類500 h)必須達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)是“外觀”不起泡，不剝落，無裂紋;“粉化/級”不大于1;“變色”(白色和淺色)/級不大于2;“太陽反射比(白色)”不小于0.81;“半球發(fā)射率”不小于0.83.這5項指標(biāo)中的前三項“外觀”、“粉化”、“變色”檢驗指數(shù)是以標(biāo)準(zhǔn)試驗條件模擬自然環(huán)境一定時段產(chǎn)品形成涂層使用后衰變程度及基本物理狀態(tài)的保持?jǐn)?shù)級，即是涂層使用耐久性差異的顯示，又與涂料涂層后兩項“太陽反射比(白色)”和“半球發(fā)射率”等功能性技術(shù)指標(biāo)在自然環(huán)境中使用后的衰變和保持程度直接相關(guān)。一般而言，耐人工氣候老化時間越長、前三項指標(biāo)指數(shù)越低、后兩項指標(biāo)指數(shù)越高則衰變進(jìn)程越緩慢和該產(chǎn)品耐候性越好，越有利于一次性涂裝完成后涂層在自然環(huán)境中各種功能的持久有效保持。

3 熱鏡TM系列產(chǎn)品主要性能技術(shù)指標(biāo)

某公司生產(chǎn)的熱鏡TM熱反射隔熱涂料，是以公司自主研發(fā)的高反射組合粉料為基礎(chǔ)，根據(jù)客觀需求和基材差異，優(yōu)選多種合成樹脂或乳液，以“太陽熱反射比”不小于0.90(全波區(qū))，“半球發(fā)射率”不小于0.85“太陽熱反射比”不小于0.90(全波區(qū))，“半球發(fā)射率”不小于0.85為內(nèi)控技術(shù)指標(biāo)，開發(fā)出的新型產(chǎn)品，關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)大幅度高于國家產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的技術(shù)指標(biāo)，包含溶劑型和水溶型兩大類。公司推出了多款高性能高品質(zhì)的熱反射隔熱涂料及相關(guān)配套產(chǎn)品，依靠獨(dú)創(chuàng)的涂裝工藝，系列化、差異化的產(chǎn)品體系完成了熱反射隔熱涂料的市場布局。能夠滿足不同地區(qū)、不同行業(yè)及眾多用戶的個性化選擇需要。

根據(jù)鋼制石油儲罐對防腐蝕的特殊需要和對熱反射隔熱涂料基本性能的認(rèn)識，實驗表明熱反射隔熱涂料不僅是現(xiàn)有鋼制石油儲罐防腐蝕材料的一般替代品，而且是可與現(xiàn)有防腐材料搭配組合使用，并能起到對防腐蝕涂層的保護(hù)作用。較為合理的應(yīng)用方式是按GB 50393—2008《鋼制石油儲罐防腐蝕工程技術(shù)規(guī)范》規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計和施工的基礎(chǔ)上再附加一層薄型熱反射隔熱涂料表面涂層，這樣能充分收到在高溫季節(jié)降溫降壓和總體延長防腐蝕涂層使用壽命的雙重功效，既簡便易行又便于推廣。

4 結(jié)論

鋼質(zhì)石油儲罐防腐蝕工程所需要的熱反射隔熱涂料取得了降溫減壓、安全增效、節(jié)能節(jié)水的良好效果。與涂銀粉漆罐體相比，涂刷熱反射隔熱涂料的罐體表面平均降溫10～20℃，罐體介質(zhì)溫度降低約5～10℃，且環(huán)境溫度越高溫差越明顯，液化氣罐沒有發(fā)生超溫、超壓等現(xiàn)象。與傳統(tǒng)降溫方法相比，太陽熱反射涂料不需消耗能量就能有效降低油罐溫度，從源頭上阻止熱量向物體內(nèi)部的傳遞，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能降溫的目的，在軍事和民用方面都具有巨大的應(yīng)用前景。在使用時要甄別幾個主要性能指標(biāo)，要經(jīng)過國家有關(guān)權(quán)威部門檢測認(rèn)可才能放心使用，否則難以取得滿意的效果。