量身定制的保温材料 - Wacker Chemie AG


量身定制的保温材料

由于工业厂房通常没有对那些表面造型复杂的管配件和其他设备部件进行保温处理,因此往往浪费大量能源。为了对这些部件进行有效保温,康迪泰克(ContiTech)开发出一种具有高适应性的保温系统,该系统在工厂高温环境下即可自行固化——这一切都要归功于瓦克的硅橡胶材料。

在每一个微型球中,气体就像被密封在气球中一样。

工业厂房的生产和加工往往需要很多热量。这种所谓的工艺用热是一个非常重要的成本因素,尤其对化工、金属制造和金属加工等能源密集型产业而言更是如此。德国联邦经济与能源部(BMWi)进行的一项研究表明,仅2013年,德国工业在工艺用热方面就消耗了总计1,700拍焦耳的能源(相当于4730亿千瓦时)——这几乎占了德国工业总能耗的三分之二。

尽管如此,许多企业对设备保温仍然不够重视。大量的工艺用热未经利用,便通过炙热的设备部件表面流失到周围环境中。欧洲工业隔热基金会(EIIF)的一项研究结果显示,在所有的工业厂设备中, 平均10%的设备表面完全没有采取保温措施,或者保温系统存在缺陷。

矿棉保温垫

之前,要对130℃以上的设备部件进行保温,操作人员所采用的唯一真正有效的方法就是矿棉。例如,在许多大型企业,过热蒸汽通过长长的管道传输至各个生产设施,而通常采用的保温措施是在管道外部包裹矿棉垫并覆盖镀铝锌薄板——实践证明,这是一种经济可靠的保温措施。但是,管道系统的部件由于具有复杂的表面结构而难以有效保温,因此这些部件的保温措施往往被忽略。例如,支管、法兰和不同直径管道之间的过渡管以及闸阀、旋转滑阀和其他阀门等内置部件。

尽管如此,许多企业仍然低估了这些管配件所造成的热损耗。根据德国能源署(DENA)的统计数据,以连接直径为100毫米、未经保温处理的单个管配件为例,流经其中的100℃蒸汽的热损耗与经过保温处理的20米长同等直径管道相当。一个未经保温处理的阀门每年造成的热损耗高达数百欧元。试想一下,整个工厂存在多少这样浪费能源的薄弱环节呢?

使用康迪泰克的高柔韧性有机硅弹性体保温垫,可对法兰等具有复杂外形的设备部件进行快速有效的保温处理。

基于这些热损耗数据,能源顾问公司Ecofys推算出了整个德国工业的热损耗值。根据Ecofys的估算,如果德国国内的生产企业对所有未经保温的设备部件进行保温处理,并修复损坏的保温系统,那么德国每年将节约106拍焦耳(相当于220亿千瓦时)的采暖能耗。尽管落实这些措施需耗资约1.8亿欧元,但每年可为企业节约的能源成本将高达7.5亿欧元。

既然能够如此大幅度地节约成本,为什么企业还是不对管配件和类似的内置部件进行保温处理呢?来自康迪泰克橡胶涂布材料有限公司(位于德国下萨克森州诺特海姆县)的化学师Jens Storre博士对此作了解释。“这些设备部件在经过保温处理后,必须易于操作,而且方便维护和检修。此外,这些部件通常外形复杂,因此采用传统材料进行保温处理不但成本高昂,而且耗时耗力。”Storre博士负责康迪泰克橡胶片材的研发工作,并参与开发Conti® Thermo-Protect柔性保温系统。

有机硅弹性体

有机硅弹性体是一种由聚有机硅氧烷组成的固体橡胶弹性材料,可通过硅橡胶混合物固化(硫化)工艺制得。其中,有机硅大分子组成的聚合物链可形成三维网状结构,从而使硅橡胶硬化。有机硅弹性体具有极强的耐热性、低温柔性、化学惰性和生物相容性,这些特性使其成为众多工业应用中不可或缺的材料。它们不吸水,导热性差,导电性极佳,表面具有极强的憎水性。其典型特征是具有高耐抗性,可抵御各种物理和化学因素的影响——这正是它们不像有机橡胶那样会出现老化的原因所在。因此,它们的化学、物理和技术特性在约-50°C到200°C的温度范围内可以基本保持恒定。此外,有机硅弹性体还能持续暴露在氧气、臭氧和紫外线辐射之下。

在250℃的高温下有效保温

Conti® Thermo-Protect保温隔热系统专门针对法兰、旋转滑阀、支管或闸阀等具有特殊几何形状的设备部件而开发,为介于130℃到250℃之间的保温应用提供了新的解决方案。该温度范围对化工、机械制造和纸浆行业以及食品行业的部分工艺而言至关重要。

这种保温材料属于硅橡胶混合物,固化后可形成微孔有机硅弹性体。康迪泰克(隶属于总部位于汉诺威的大陆集团)所采用的基础材料是来自瓦克的固体硅橡胶,它能通过铂催化加成反应进行固化。“有机硅的独特性能使其成为这种应用的理想选择,”瓦克销售经理Christoph Schlegel解释道。“比如说,有机硅耐老化、耐高温、又不导热。而且康迪泰克选用的这种有机硅橡胶所形成的有机硅弹性体还具有优异的拉伸强度和抗撕裂强度。”

固化后的软管保温材料特别柔韧、坚固耐用。既可以提供各种厚度的预开口软管,还可以提供封闭式保温层。

普通有机硅弹性体的热传导性仅为每米0.2瓦,但这种弹性体只有在多孔形态下才能用作高效的保温材料,因为众多孔隙间的气体能大大提升保温效果。但是,最重要的是气孔与周围空气既不相通或也不相连——即每个气孔都彼此隔绝。专家将这种气孔结构称之为闭孔型结构。

如果气孔处于开放状态,气体则会在对流作用的影响下将热量从高温侧传输至低温侧。Storre博士使用填充了气体的微型可扩展空心球,从而在保温材料中形成闭孔型气孔结构。“这些微型空心球混合到硅橡胶中时,就好比无数个充满气体的微孔。在每一个微型球中,气体就像被密封在气球中一样,”这位康迪泰克弹性体专家解释说。

此外,康迪泰克还采用一种热稳定剂和一种阻燃性添加剂对材料进行了处理。因此,微孔弹性体在200℃条件下的热传导率仅为0.08瓦/米·开尔文(W/m·k)。“也就是说我们的有机硅保温材料的热传导率与矿棉不相上下。只需安装10微米厚的保温层,就能降低大约65%的热损耗,”Storre博士强调说。

Conti® Thermo-Protect保温隔热系统既可以提供成型部件、片材和软管,还可以提供膏体。其中,筒装(Conti® Thermo-Protect Paste)未固化保温材料易于使用,是槽缝和孔洞密封的理想选择。

防止受伤

这种保温材料具有出色的弹性和柔性,不但能承受各种振动和冲击,而且当操作员不小心碰到高温配件时还能保护其不会受伤或被烫伤。

因此,康迪泰克开发的这款保温系统进一步提高了职业安全性。只需使用几毫米厚的硅橡胶片材,就可在工作区域内对暴露在外、一直无法采取保温措施的高温设备部件进行有效保温。进行保温处理后,即使员工无意中碰到这些部件也不会受伤。

除了提供未固化的延展性片材之外,康迪泰克还生产已固化成型的预制件以及软管保温材料。

只需安装10毫米厚的保温层,就能降低大约65%的热损耗。

未固化的片材具有制模粘土的稠度,可使用小刀割开并手工成型。因此,这种材料既是外形复杂的设备部件的理想选择,也可压入较窄的开口和底切中。由于该材料对金属表面具有良好的粘结力,因此只需手工安装预切片材,就能完美粘结并形成封闭式保温层,而无需使用胶粘剂。

这样,保温材料的安装也就相应比较简单。安装工人只需在测量完毕后,从可捏塑片材上切割出合适的保温材料,并将其安装在需要保温的部件周围,即可形成封闭式保温层。然后压紧材料,即可将在安装过程中形成的所有接缝有效密封。如果管道中的部件被包裹在未固化的保温材料中,则一旦管道投入使用,保温材料即自行固化——工作温度越高,固化速度越快。所形成的保温成型部件就像量身定制的贴身夹克一样包裹着高温管配件,即使部件具有特殊的几何形状也丝毫不受影响。此外,这种保温材料能轻松快速拆卸,便于日后再次安装——因此,设备部件可以随时取用。

数月即可收回投资

采用全新保温系统之后,康迪泰克的客户现在可以有效降低此前未进行保温处理的设备部件的热损耗。这种保温系统所需投入的成本并不高,但日后所节约的成本却蔚为可观。“在大多数情况下,只需短短几个月便可收回投资,” Storre博士自信满满地说道。

康迪泰克计划进一步提升这款保温系统的性能,并推出新的产品,其目标就是要提高该材料的耐热性。此外,Storre博士还在开发一种粘度比制模粘土类产品略低的保温材料。这种材料可使用锯齿抹刀进行涂覆。瓦克也将提供合适的有机硅材料,继续支持康迪泰克的产品开发工作。