氣凝膠氈是一種以氣凝膠為基體復(fù)合增強纖維制成的新型絕熱材料。氣凝膠氈不僅可以提供低的導(dǎo)熱性，而且與一些傳統(tǒng)的工業(yè)絕緣材料相比，可減少總絕緣厚度。雖然低導(dǎo)熱性是保溫隔熱產(chǎn)品的基本性能，但氣凝膠氈還有其他性能：疏水性、機(jī)械性能、持久性等。

這些性能特點已導(dǎo)致工業(yè)市場采用這種材料:一些全球最大的精煉廠和石油化工公司正在使用氣凝膠氈絕緣材料。這些應(yīng)用可在管道以及設(shè)備和水箱中找到,包括蒸汽管道、反應(yīng)堆、瀝青和熔化的硫罐,以及從焦桶到熱交換器、照明管道、煙道、海底管道等。在美國和海外,氣凝膠氈材料的銷售每年都在持續(xù)增長。這種增長包括在低溫應(yīng)用中使用氣凝膠氈。

1、低溫應(yīng)用中的氣凝膠氈

雖然低溫應(yīng)用僅占工業(yè)絕緣市場的一小部分,但絕緣低溫管道和設(shè)備在環(huán)境上或環(huán)境下的應(yīng)用中提出了特殊的技術(shù)挑戰(zhàn)。低溫溫度閾值一般被認(rèn)為是在-100℃或低于100℃。(-74℃),絕對零度--分子運動最接近停止的理論溫度--標(biāo)志著在-460℃(-273℃)有效的下限邊界。正常環(huán)境條件下的極端溫度差(T))及管道及設(shè)備(T在低溫下工作對任何絕緣層都是三個主要的挑戰(zhàn):極端的熱傳遞需要有很大的絕緣厚度,強的蒸汽驅(qū)動到寒冷的表面,以及含有低溫液體的容器或管道內(nèi)的嚴(yán)重收縮。這些性能要求限制了合適的絕緣材料的數(shù)量.然而,彈性氣凝膠氈適合于應(yīng)對這些挑戰(zhàn)。

雖然氣凝膠氈絕緣是疏水的,不允許液態(tài)水在環(huán)境壓力下通過,但它是水蒸氣滲透。蒸汽進(jìn)入被發(fā)現(xiàn)在每一個覆蓋層上的整體蒸汽屏障膜所阻礙.但重要的是,獨特的納米孔抑制了氣凝膠層體內(nèi)的冰形成。

氣凝膠的結(jié)構(gòu)。硅氣凝膠的特征是孔大小在5-100納米之間,在彈性氣凝膠氈的氣凝膠結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)孔直徑約為12納米。為了提供規(guī)模感,1納米等于1百萬分之一米(10) -9 )-大約10個碳原子的寬度,而一個紅細(xì)胞的直徑大約是10 -5 計量器。一個水分子直徑大約為0.29nm。冰晶的形成需要275個水分子,超過氣凝膠的孔隙直徑。氣凝膠孔內(nèi)的空間太小,無法使充足的水分子聚集起來形成冰晶。在絕緣層的蒸汽屏障出現(xiàn)缺口時,冰的形成就會局限于局部和表面。事實上,正是這種納米孔的高度復(fù)雜結(jié)構(gòu)使得氣凝膠的導(dǎo)熱性很低。由于氣孔比多異氰酸酯泡沫或細(xì)胞玻璃中的細(xì)胞小約5000倍,熱傳遞減少。

對于低溫應(yīng)用來說,重要的是,氣凝膠氈的絕緣性在最低低溫溫度----最低溫度----至-321℃時仍然是靈活的。(-196℃)。這種獨特的特性允許使用氣凝膠氈,不需要收縮接頭,這樣既可以節(jié)省相當(dāng)大的安裝費用,也可以避免這些接頭在低溫隔熱系統(tǒng)中可能攜帶的蒸汽滲透和熱增益的潛在風(fēng)險。氣凝膠氈的相對玻璃過渡溫度較低----在極低低溫下保持彈性的能力----使材料能夠容納熱沖擊并提供相當(dāng)大的低溫飛濺保護(hù)。

2、低溫管道和設(shè)備安裝

氣凝膠絕緣材料的厚度通常為5毫米和10毫米。用傳統(tǒng)的"卷煙"包裝在管道表面涂上多層,以達(dá)到所需的總絕緣厚度。為了確保絕緣層沒有通接頭,卷氈部分之間的周向接頭是錯開的。氣凝膠氈可以用纖維玻璃增強包裝帶臨時固定在管道表面。當(dāng)在較大或不規(guī)則的表面上安裝毯子時,通常使用適合于聚苯乙烯上使用的粘合劑噴霧。

所述氣凝膠氈配有一個整體的、工廠層壓的蒸汽屏障膜。這為系統(tǒng)提供了顯著的冗余,因為每個層都包括這個積分蒸汽屏障膜.與管道或設(shè)備表面最接近的毯子的內(nèi)部層未密封,低溫管道或設(shè)備表面與絕緣層之間的接口溫度低于普通工業(yè)粘合劑和密封劑的推薦使用溫度。一旦在密封帶的使用范圍內(nèi)應(yīng)用了適當(dāng)?shù)膶右赃_(dá)到投射的界面溫度,完整的蒸汽屏障膜就會用泡沫面丁基膠帶密封,形成系統(tǒng)中的次級蒸汽屏障膜。如上所述,不需要收縮接頭。在管道支承的兩側(cè)都使用真空止動器,隔離任何可能的系統(tǒng)破壞。然后安裝一個主要的蒸汽屏障,如泡沫表面的丁基橡膠,然后安裝一個機(jī)械保護(hù)罩,如鋁或帶條的不銹鋼,或非金屬系統(tǒng),如玻璃增強塑料(GRP)。

在低溫管道和設(shè)備上安裝彈性氣凝膠氈是相當(dāng)簡單的。在某些情況下,與傳統(tǒng)的剛性絕緣材料相比,安裝人時可明顯降低。

3、低溫應(yīng)用

氣凝膠氈絕緣在一些低溫應(yīng)用中得到利用,主要是在液化天然氣服務(wù)的某些部分。液化天然氣設(shè)施,作為液化(出口)或再氣化(進(jìn)口)終端,主要在-165℃運行,是最大的低溫工廠。

氣凝膠氈允許在運輸或安裝過程中降低管道和設(shè)備的損壞風(fēng)險。例如,氣凝膠氈已被用于液化天然氣裝載武器的地區(qū)的機(jī)械損害的風(fēng)險,因落冰。與低溫應(yīng)用中使用的其他絕緣類型一樣,管道和設(shè)備的預(yù)絕緣也是可能的,而且使用氣凝膠氈也是實用的。預(yù)絕緣管道和設(shè)備降低了總安裝成本,并通過將大部分絕緣范圍移到更控制的裝配線條件下的成本較低的地點來壓縮整個項目進(jìn)度。

氣凝層在低溫下的連續(xù)靈活性消除了低溫絕緣通常需要的收縮接頭。低溫保溫系統(tǒng)中的收縮接頭是復(fù)雜的,需要高技能的工匠。氣凝膠氈的自然靈活性也使它成為靈活管道(如大型管道中的彈性接頭)的一個解決方案。氣凝毯即使在低溫下也能保持其靈活性,這也消除了熱沖擊對絕緣材料的損害,同時也使材料能夠為絕緣管道和設(shè)備提供低溫飛濺保護(hù)。

氣凝膠絕緣材料以其低導(dǎo)熱性而聞名。能夠阻止熱量的轉(zhuǎn)移,也為材料被動防火(PFP)和聲學(xué)性能。在低溫應(yīng)用中,氣凝膠的絕緣性能好,在泳池和噴氣防火在應(yīng)用厚度。

而在限制現(xiàn)場足跡的設(shè)施上,氣凝膠絕緣可以滿足要求的PFP要求,通常具有相同的總絕緣厚度指定用于凝結(jié)控制。氣凝膠氈,總安裝厚度80毫米,這是液化天然氣服務(wù)中常見的控制凝結(jié)的厚度,可提供超過2小時半的水池。

保護(hù)(UL1709)和60分鐘的噴氣式防火保護(hù)。這已成為液化天然氣設(shè)施中的一個重要考慮,NFPA59A準(zhǔn)則要求在儲存和加工區(qū)域之間的最小地役權(quán)。在空間可能有限的情況下,例如在現(xiàn)有設(shè)施的擴(kuò)建或改造中,或在近?；蚪ＴO(shè)施中,絕緣層提供必要的私營部門籌資和伙伴關(guān)系司的能力對于項目的成功至關(guān)重要。同樣地,硅膠的潛在物理結(jié)構(gòu)提供了靈活的氣凝層具有相當(dāng)大的聲學(xué)效益.通過添加大規(guī)模裝載的乙烯基氣凝膠氈,氣凝膠可以滿足ISO15665級A、B和C的要求,以及更嚴(yán)格的"殼體D"插入損失要求。這通?？梢杂脼榈蜏胤?wù)中的冷凝控制指定的相同的總絕緣厚度來完成。因此,氣凝膠氈絕緣可以獨特地提供熱,聲學(xué)和PFP在一個單一的應(yīng)用。

用于低溫服務(wù)的絕緣管道和設(shè)備可能十分復(fù)雜和耗時,需要一定程度的經(jīng)驗,在低溫或環(huán)境以外的應(yīng)用中并不需要。隨著石油和天然氣勘探和生產(chǎn)轉(zhuǎn)移到更偏遠(yuǎn)的地點和近海油田,安裝和物流的便利性變得越來越重要。氣凝膠保溫的毯子形式提供了一個相當(dāng)簡單的安裝,減少影響合格的勞動力短缺在偏遠(yuǎn)地區(qū)。物流也是簡化的,因為氣凝膠在塔維爾是持久的。氣凝膠氈是制造和包裝在卷,任何直徑都可以從卷。管道、設(shè)備、閥門和其他配件的絕緣材料可以在工地上制造。兩者都簡化了供應(yīng)鏈,允許不規(guī)則和非典型的配件在現(xiàn)場快速完成。