油罐降温涂料的研究进展及发展趋势

摘要：对国内油罐降温涂料的研究进展进行了系统的阐述，包括反射降温涂料，辐射降温涂料、隔热降温涂料以及复合型降温涂料，重点对其降温机理进行了分析，并对油罐降温涂料的发展方向进行了展望。

关键词：油罐；涂料；隔热；反射； [中图分类号] TG174.4

Abstract： The research development of domestic heat insulating coatings for petroleum storage tank， including the block-based， the reflective， and the radiative heat insulating coatings， is introduced in this paper. The mechanisms of heat insulating were analyzed and the development direction of heat insulating coatings for petroleum storage tank is prospected as well.

Keywords： petroleum storage tank； coating， heat insulating， reflection

1、 引言

在露天环境下，石化行业的油气储罐在阳光的爆晒下会持续积累能量，导致其表面和内部快速升温，出现“日照超温”现象，加快油品挥发，形成“大小呼吸损耗”[1-2]。近年来，由于全球气候变化，温室效应使上述问题更为严峻。为了减少安全隐患，降低由于内部升温导致的内压增大，需要频繁开启放气阀或用冷水喷淋。前者将大量挥发性有机气体排放到大气中造成环境污染，而后者在循环使用时不仅会罐壁发霉、锈蚀，缩短使用寿命，还会带来水、电资源的浪费。在十一五期间，我们对节能降耗工作提出了更高的要求，提出要将单位GDP的污染排放降低20%。作为挥发性有机化合物的重要来源，油库的大小呼吸损耗不可忽视。因此，采用降温涂料，降低油罐温度，减少蒸发损耗成为未来油库节能工作的发展趋势。

近20 余年来，国外有代表性的太阳能反射涂料，如美国盾牌节能涂料、新加坡高科（HIT）涂料、美国太阳能集团公司研制的LO/MIT-1 型隔热漆等，可使被涂物内部温度大大降低，同时兼有较好的防蚀、阻燃、防水功能，安全无毒，已广泛用于美国、日本、马来西亚和新加坡等国的油气储罐、建筑屋顶，取得较好效果[3]。随着涂料化工科技的不断发展，国内对油罐降温涂料的研究也日益活跃，本文对此进行系统的总结，并对其发展趋势进行展望。

2、油罐降温涂料的研究现状

2.1热反射降温涂料

太阳辐射的主要波长范围为0.15～4μm，地面和大气热辐射主要波长范围为3-20μm[4]。但最新的研究表明[5]，其52%的能量集中在700～2500nm的近红外波段，5%的能量分布在紫外波段，其余分布在可见光波段。因此，要降低因太阳照射产生的温度升高，必须提高近红外波段的反射率。热反射涂料的原理就是通过分散在涂料的中的颜填料粒子将太阳投射辐射中的近红外波段（0.72～2.5μm）能量高效的反射回大气中，达到为油罐降温的目的。20世纪70年代，国外就已经提出并开始研究一种以反射太阳光中近红外线为主的太阳热反射涂料。研究资料表明，在环境温度为25～36℃的范围内，使用该涂料可使罐内温度较未涂罐的罐内温度降低17～22℃[6]。国内的科研机构也在这方面的研究取得了一定的进展。童仲轩经过涂装应用发现，采用高效太阳热反射涂料可大幅度降低油罐表面温度，改善罐内受热情况，降低油品蒸发损耗[7]；周健等研制出YFJ332型热反射隔热防腐涂料，在可见光及红外波段的反射率>90%，降温效果明显[8]，费逸伟等通过纳米颜料的复配，设计了具有高反射的降温金属油罐面漆，该涂层对可见光波段的反射率为89.6%，对近红外波段的反射率为83.6%[9]。由于深颜色对可见光具有强烈的吸收，现有油罐用太阳热反射涂料多为白色或者灰色，此外，除了要求其具有高的反射率外，还要求其具有低的热导率，因此，单一热反射涂料很难满足用户的实际需求。

2.2 热辐射降温涂料[10]

处于户外的物体除了受到太阳的直接辐射，还受到其他物体所反射过来的辐射和大气本身所发出的辐射。在波长为3-5μm和8-13 μm的区域内， 水蒸气和二氧化碳的吸收能力较弱， 这样就使大气层对上述波段具有很高的透过能力。在红外气象学中， 称这个透过率很高的波段为“ 红外窗口”。物质的分子吸收光子， 可使光子的能量完全转化为分子振动、转动的能量， 促使分子的振动、转动能量发生改变， 不断使晶格、键团的振动在其相间产生碰撞， 使吸收的部分能量以红外辐射的方式返回外部空间。这样就尽可能多地把涂层吸收到的太阳能中的紫外光能和可见光及近红外光能转为热能， 以红外辐射的方式在此波段内穿过大气红外窗口， 发射到大气外层的绝对零度区， 从而达到降低温度的目的。此种涂料的关键是制备高发射率的涂料组分，研究表明[10]，多种金属氧化物如Fe2O3、MnO2、CoO等掺杂形成的具有反型尖晶石结构的物质，可以作为高发射率填料[11-12]。王金台等在涂料中添加3-4%的远红外粉体可以大大提高涂层的红外辐射能力，使涂层的辐射系数达到了0.88以上[13]。费逸伟等通过添加纳米氧化硅和氧化锆粉体，设计了具有高发射率的降温金属油罐涂层，该涂层对大气窗口的辐射率为0.928，降温效果明显[9]。辐射型隔热涂料的实际应用目前仅是在军事、冶金、炼钢系统的工作服以及红外辐射窗帘布等方面，在建筑绝热领域中的应用尚处于研究阶段。

2.3 隔热降温涂料

隔热型降温涂料的原理比较简单，是通过一种热传递的阻抗作用来实现隔热的被动式降温涂料。此类型涂料一般采用低导热率的组合物或在涂膜中引入热导率极低的空气，以获得良好的隔热效果。隔热涂料的施工主要是涂覆于油罐的表面形成具有一定厚度的保温层，从而达到隔热保温的功能[14-16]。常见的隔热涂料方法有采用隔热层和添加隔热填料等。常用的隔热材料有无机硅酸盐类，如玻璃棉、膨胀珍珠岩以及海泡石粉，空心微珠等，胶粘材料，如聚乙烯醇醛胶、合成树脂乳液，凉凉隔热胶等，此外还有聚苯乙烯泡沫颗粒保温骨料等[15]。

蔡怀智[17]等选择低导热系数（接近空气的导热系数0.03W /（m·K））和能将太阳能热辐射反射回大气层的材料， 研制成功新型“ 特种矿物隔热保温涂料” ， 该涂料在酷热的夏季， 能将暴露在太阳能热辐射下的油罐表面温度降低18-20℃ ， 可用于油罐、冷冻库、石油管道、海洋钻井平台、货物以及工农业、兵器工业等露天设施， 施工后能耗及费用比同样条件下的各种隔热措施降低20%-40 %。

祖爱生[18]等使用凉凉隔热胶在轻质油品储罐上进行了应用，发现能有效地改善罐壁温升和传热，即使在夏天日照时，罐壁温度也在45℃以下，不仅可以停用喷淋降温，而且减少了油气排放。

传统的隔热填料属于多孔低阻阻隔性填料，隔热效果一般，而且物理机械性能差。因此，添加新型大热惯量填料是目前隔热降温的主要手段[10]。玻璃空心微珠和陶瓷微珠不仅热导系数小，而且还具有高强度的优点。

空心玻璃微珠是20 世纪五六十年展起来的一种微粒材料，是由钠硼硅酸盐材料经特殊工艺制成的薄壁、封闭的微小球体，球体内部包裹一定量的气体，它具有低密度、低导热、低吸油率、耐高温、电绝缘强度高、热稳定性好、耐腐蚀、粒径及化学组成可控等优点[19-20]。空心微珠是目前隔热型降温涂料的主要填料。

苏国徽[21]以水性丙烯酸树脂作为成膜物质， 配合多种防锈颜填料， 以空心玻璃微珠为隔热填料， 制备出了集防腐隔热于一体的单组分水性防腐隔热涂料，并确定涂料配方PVC 值为30% ， 空心微珠的添加量为8%时， 涂料综合性能最好。

杨晓鸿[22]以丙烯酸乳液为基料， 空心玻璃微珠为填料， 研制出一种特殊的保温涂料该涂料形成的涂膜除了具有质轻、中空、保温效果好等优良特性外， 而且经测试该种涂料达到了常规乳胶漆的各项性能指标。

2.4 复合型降温涂料

上述三种隔热涂料各有其优缺点， 因此可以考虑将它们综合起来， 充分发挥各自的特点， 扬长避短， 研制出多种隔热机理综合起作用的复合型隔热涂料。北京工业大学胡传火斤在借鉴国内外隔热保温涂料的技术思路基础上，提出了新的复合降温涂层设计依据[23]：（1）产品制得的涂膜反射率越大越好， 以便尽可能把太阳光中绝大部分热量反射掉；（2）产品设计为发射率越大越好， 以便尽可能把涂层及基体吸收的可见光、红外光及紫外光， 以红外线辐射方式， 通过大气窗口， 发射至大气外层的绝对零度区， 达到令目标降温的目的；（3）涂料导热系数应尽可能低， 以有效阻隔太阳热能传递；（4）涂料应具备优良的防腐蚀功能。

其复合涂层的结构如图1所示：

许铁群[24]基于上述设计理念，开发了适用于石油化工行业储罐、输油管道等防护用的GF-05高效反射隔热防腐涂料，具有太阳热反射率、热辐射率高、导热系数低的特性。

3、油罐降温涂料的发展趋势

3.1 复合涂层结构

多种机理综合起作用的复合型降温涂层涂料代表着未来保温涂料的发展趋势。通过特殊通过特殊工艺， 开发各种高性能复合颜填料，并采用复合涂层结构，使降温涂层具有更高的太阳热反射率和热辐射率以及更低的导热系数。

3.2 隔热颜填料纳米化[25]

纳米粒子具有小尺寸效应、表面效应（ 比表面积大） 、量子尺寸效应和宏观量子效应等， 它们的共同作用可使其光、电、磁等方面的物理性质发生质的变化。研究表明[26]， 相同条件下， 同种填料仅粒径不同，纳米级和微米级隔热效果有显著区别， 含有纳米填料的涂料， 隔热效果明显优于普通隔热涂料。

3.3环境友好性，利用“三废”开发降温涂料

节能降耗是社会发展的必然要求， 因此， 水性、高固体分、无溶剂型涂料也成为降温涂料发展的趋势。同时充分利用“三废”中的有用成分，部分或全部代替隔热涂料某种原材料，如通过对粉煤灰进行处理用作隔热填料，既可降低成本，又改善环境。

3.4多功能薄型隔热涂料[27]

传统的隔热降温涂料需要一定的厚度，在隔热涂料设计时通过采取新材料和工艺，如相变材料，真空微珠，使降温涂料由厚层隔热保温向薄层隔热保温技术的转变，也是今后油罐降温涂料的主要发展方向之一。

4、结语

目前，我国石油消费量快速增长，每年消费量的增幅在8%以上，增长迅速。2004 年我国正式启动石油战略储备工作，预计总投资约1 000亿元，准备用15年的时间储备石油6600万吨[3]。2006 年建设部的《钢质石油储罐防腐蚀工程技术规范》中明确规定：存储易挥发油品（包括低黏度原油、中间馏分油及轻质产品油）的储罐外壁宜采用耐候性热反射隔热防腐蚀复合涂层。因此，未来油罐降温涂料的需求量是巨大的，油罐降温涂料的推广应用必将产生良好的经济和社会效益。

参考文献

[1] 马晓宇，费逸伟，佟丽萍等.控制燃料油蒸发损耗的技术探讨[J].石化技术，2009，16（1）：61-63.

[2] 蔡森，油罐用太阳热反射涂料研究进展[J]，化工新型材料，2010，38（1）：32-38.

[3]程贤，刘敏，冯俊，太阳能反射涂料的研究与展望[J]，上海涂料，2009，47（9）：28-30

[4] 李申生，太阳常数与太阳辐射的光谱分布[J]，太阳能，2003，4：5-6.

[5] Levinson R，Berdahl P，Akbari H. Solar spectral optical properties of pigments-PartⅡ： survey of common colorants .Solar Energy Materials and Solar Cells[J]， 2005， 89 （4） ：351–389.

[6] 张志远，郑其俊，反射隔热防腐蚀涂料的模拟试验及应用[J]，腐蚀与防护，2005，5：217-219.