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科普|气凝胶,如何推动节能环保?

楼主:保温材料与节能技术 时间:2018-05-15 00:54:10

航天军工

2016年11月3日晚上20::43,我国新一代大运力运载火箭长征五号在海南文昌卫星发射中心成功首飞!其中高性能纳米气凝胶隔热毡产品为火箭燃气管路系统提供了有效的隔热保温手段,为本次成功发射提供有力保障。宇航服内的夹层也应用气凝胶来隔热,从而达到保护宇航员的效果。

气凝胶保温材料可作为飞机机舱的隔热层材料。可以作为核潜艇、蒸汽动力导弹驱逐舰的核反应堆、蒸发器、锅炉以及复杂的高温蒸汽管路系统的高效隔热材料,可以增强隔热效果,降低舱内温度,同时有效降低隔热材料的用量,增大舱内的使用空间,有效改善各种工作环境。气凝胶隔热保温材料可以用更轻的质量、更小的体积达到更好的隔热效果,这一特点在航空、航天应用领域具有极大的优势。

 

石油化工

气凝胶保温毡可以用于稠油高温注汽开采管道保温和炼化装置介质管线的保温,介质温度在200℃~600℃之间。轻薄的气凝胶制品可有效减少外保温层用量,且其具有极佳的憎水性,憎水率达到99.6%且PH值为中性,不会腐蚀保温管道,从而延长施工对象使用寿命,并降低后期维护费用。

 

同样的保温效果,使用气凝胶保温毡可有效减少施工对象的体积,从而显著提高管道的排布率。现在的工业输送供热管道,管道内温度从几十度至600度都有。目前使用最多的传统保温材料有硅酸铝、玻璃棉,岩棉等。但是由于这些材料吸水比较严重,吸水后保温层会下沉,从而导致保温效果的下降。并且岩棉对环境有污染,使用之后不能当固体废弃物做掩埋处理,必须经过特殊的处理工艺,因此岩棉保温已经慢慢被人们所抛弃。

 

电力储能

在火力发电厂能量转换的过程中,气凝胶保温材料能够有效地减少热能损失、节约热能,提高热源的利用效率,保证机组经济运行。保温材料的选择首先应遵循安全无毒,稳定性好,无放射性,可重复使用的原则;其次,应密切关注保温材料的发展趋势,以及现场施工方法的改进使其更加合理、高效的设计火力发电厂的保温设置。


保温的主要目的:

>> 减少热损失  节约材料

置于空气中的管道在传输热介质时会造成热能损失,若不采取保温措施,其热能损失将高达85%左右。

>> 保证操作人员安全  改善劳动条件

人体裸露部位若触及到温度高于60℃的介质时会造成烫伤,在火力发电厂中,许多管道介质温度在100~500℃之间,因此在此种环境中工作必须提供防烫伤保温。

>> 防止管道和设备内液体冻结、外表面结露

环境温度低于冰点,机组起停时会造成介质在管道中冻结,户外管道及设备在外表面结露。

>> 防止热介质在管道输送过程中温度降低

当温度降低时,启动燃油及润滑油的粘度将会增大,造成介质传输缓慢,甚至冻结。

>> 防止火灾

当高温管道、设备附近有易燃或可燃物时,由于热能传递的原因,若无保温隔热,将引发火灾。

>> 提高耐火绝缘

大部分保温材料同时也具备一定的耐火性,因此可有效地阻止管道、设备在发生火灾时不被烧毁。

>>防止汽体冷凝

在汽体介质的输送过程中,若不采取保温措施,则有可能由于温降的缘故导致汽体冷凝。从保温的主要目的中不难看出,保温材料的选择将直接影响保温效果。

 

LNG深冷绝热

为了提高LNG运输的安全性和高效性,必须研究其保冷材料,而气凝胶将会是其最合适的绝热保冷材料。气凝胶作为世界上隔热保冷性能最好的材料,具有导热系数低,良好的防火憎水性能,防火等级A1级,憎水率大于等于99%;独有的纳米三维网络结构提供优良的高温稳定性,避免传统材料因震动而产生堆积变形导致保温性能急剧下降;同时,产品由无机材料构成,不含对人体有害物质且PH值为中性,对施工对象无腐蚀;气凝胶超越传统材料的优异性能将使其成为今后保温保冷领域里的首选材料。

 

城市热网

供热管道保温是节能减排的有效措施之一、我国城市集中供热中,由热源产生的热水、蒸汽通过管道输送到各个热用户构成了热网。供热管道在把热量从热源输送到各用户用热系统的过程中,由于管道内热媒的温度高于周围环境温度,供热管道沿途都有一定热损失,因此,保温工作对保证供热质量,节能减排都有很大意义。气凝胶直埋保温管适合输送在-250℃—750℃范围内的各种介质的保温保冷工程。它广泛应用于城市集中供热、暖室、冷库、煤矿、石油管道港口、化工、天然气管道、电力直埋、中央空调管道保温、电缆穿线管、蒸汽保温管道等行业的保温保冷工程。 


                  

供热管道保温的目的是减少热媒在输送过程中的热量损失,节约能源,提高系统运行的经济性和安全性。保温层的作用是减少能量损失、节约能源,提高经济效益,保障介质的运行参数,满足用户生产生活要求。对于高温介质管道的保温层来说,还可降低保温层外表面温度,改善环境工作条件、避免烫伤事故发生。保温直埋管在国外一些发达国家已成为一项比较成熟的先进技术。近十几年,我国供热工程技术人员通过消化、吸收这项先进技术,正推动着国内管网敷设技术向更高的层次发展。十几年来的实践成果充分证明了保温直埋管敷设方式与传统的地沟及架空敷设相比,气凝胶直埋保温管有十分突出的优点:

1、降低工程总造价:气凝胶直埋保温管保温性能好,热损失仅为传统管材的25%,长期运行可节约大量能源,显著降低能源成本。  

2、具有很强的防水和耐腐蚀能力:不需附设管沟,可直接埋入地下或水中,施工简便迅速,综合造价低。在低温条件下也具有良好的耐腐蚀和耐冲击性,可直接埋入地下冻土。

3、使用寿命可达20年:正确的安装和使用可使管网维修费用极低。

4、热损耗低,节约能源:其导热系数为0.018W/m·k,比其他过去常用的管道保温材料低很多,保温效果提高3~8倍。低导热系数和低吸水率,改变了传统地沟敷设供热管道“穿湿棉袄”的状况,大大减少了供热管道的整体热损耗,热网热损失为2%,小于国际10%的标准要求。

5、占地少,施工快,有利环境保护:直埋供热管道不需要砌筑庞大的地沟,只需将保温管埋入地下,因此大大减少了工程占地,减少土方开挖量约50%以上,减少土建砌筑和混凝土量90%。同时,保温管加工和现场挖沟平行进行,只需现场接头,可以缩短工期约50%以上。

 

电子电器

提高家用热水器的热效率,许多厂家把重点放在真空集热管的研究上,开源固然重要,节流也不可忽视,做好水箱的保温工作对提高热水器的热效率有着同样重要的意义。保温层材质与保温时间长短有很大关系,常温下24小时内水箱降温控制在5-7摄氏度为标准。不同厂家使用的热水器保温材料也有差别,有的采用价格低廉的保温材料,保温效果就很难得到保证了,这无形中增加了热泵热水器的能耗。


 家用电子电器绝热保温材料种类繁多,目前市面上出现的最新的隔热保温材料气凝胶,可以说是代替传统隔热保温材料的最好材料。气凝胶具有优良的隔热性能和很好的施工性能,可用于仪器设备、电热元件的绝缘和隔热。最高可用于1000℃左右的保温环境,不仅如此,气凝胶隔热保温材料优良的保温绝缘性能还体现在以下几个方面: 低导热系数,常温下导热系数0.018W/m·k;优良的憎水性能,憎水率≥99%;优良的机械加工性能;高强、抗撕扯;高柔韧性;安全环保无毒;A级防火等。


由于其整体性好易于切割,所以应用于各个领域:工业绝热、密封;仪器设备、电热元件的隔热;管道保温加热设备保温、汽车、航天行业用隔热;建材、冶金、玻璃行业隔热;熔融金属处密封垫、防火材料;家用电器微波炉、电磁炉、烤炉、壁炉、煤气灶具、电吹风专用隔热保温等。

来源:新材料在线


保温材料与节能技术

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