航天热控涂层在航空煤油储罐的安全节能效果

航天器热控技术军转民ASRC热控节能涂层在

航空煤油储罐的安全节能应用

北京京能恒基新材料有限公司胡宏、倪正发、李雪妮

摘要: 本文简述了航天器热控技术军转民ASRC热控节能涂层的结构，及应用在航空煤油储罐上的反射隔热原理，介绍了航天器热控技术军转民ASRC热控节能涂层在新疆吐鲁番机场油库的应用情况。涂覆后的储罐在高辐射、高温差环境下，能够将85%以上的太阳热能反射出去，储罐内介质温差控制在4℃以内，明显地减少了油气的挥发量，且储罐“小呼吸”减少，油品质量得到提升，达到了航空煤油储存的环境条件。而且航天器热控技术军转民ASRC热控节能涂层经长时间在风沙强、温差大、高辐射等恶劣的气候验证下，油罐涂层完好无损，无剥落、起皱、生锈等现象，说明该热控涂层技术不仅具有高效的反射隔热作用，而且具有优异的防腐、抗风沙等性能。

关键词：航天器热控技术；ASRC热控节能涂层；太阳热反射涂料；航空煤油储罐；安全节能；高辐射；高温差；油气耗损；“温差”小呼吸

引言

20世纪以来，受国民经济快速发展和国际贸易规模扩大的影响，我国民航业运输规模呈现持续扩张态势，

成为全球增长最快、最重要的民航市场之一。随着我国民航事业快速发展，航空油料的需求也越来越高，导致储油库的数量大幅增加。

航空煤油由直馏馏分、加氢裂化和加氢精制等组分及必要的添加剂调和而成的一种透明液体，主要成分是烷烃、环烷烃、芳烃等各种组成成分，一般航空煤油的馏程在130~280℃之间，其中轻馏分具有较强的挥发性。当太阳光照射在金属储罐、球罐表面时，温度可高达70-80℃，热量的积累会使其表面温度和内部环境温度不断升高，因此不可避免地会有一部分液态烃组分气化，以油气的形式进入大气环境，不仅浪费资源，造成环境污染，影响人体健康，而且对油气的球罐和储罐在应用、储存和运输产生巨大的潜在危险，容易给国家、企业和个人造成巨大的经济损失和安全隐患[1-2]。而且在高辐射环境

下，油气挥发过程中油品质量下降，油品的蒸发损耗是轻馏分，随着轻馏分的蒸发，煤油的初馏点升高，蒸汽压下降，低温起动性能变差，煤油不能完全燃烧，造成油品深度安全问题，影响飞机正常飞行。当环境温度相差较大时，产生的温差“小呼吸”使得储罐中油水比例发生变化，油品纯度降低，进而也影响着油品的质量问题。

为解决上述问题，近年来石油石化等行业普遍采用航天热控节能涂层作为罐区的安全节能环保材料。航天器热控技术主要用来保证热控制分系统达到总体所要求的性能和功能，即保证航天器的结构部件

、仪器设备在空间环境下处于一个合适的温度范围，使其在各种可能的情况下均能够正常工作[3]。它是伴随航天技术发展起来的一门综合多学科的新技术，它涉及诸多学科领域，如热科学、材料学、化学、光学、流体力学、电子学、计算机科学以及试验测量技术等[4]。

航天热控涂层是航天热控技术的一个重要的组成部分，它是利用涂层改变航天器的表面热物理性质，以便在辐射热交换中有效地控制航天器的温度，使之内外热交换过程中，内部仪器、设备的工作时温度不超过或低于允许范围，以保证人造天体内部的正常工作环境。其原理是通过自身的热物理特性即太阳吸收比和发射率来调节控制航天器表面温度。将其用于石油石化储罐可将绝大部分的辐射到物体表面太阳光辐照热能反射到大气中，从而降低涂层表面和内部环境温度，从而达到降低能耗的作用[5-6]，被广泛用于石油、建筑、运输、航天等领域。Michael Grafe[7]等制得了由厚度为76～127μm的聚氯乙烯背衬层、厚度为22～38μm的高温下部分与其发生交联的聚氟乙烯中间层、干膜厚为2～28μm的热反射涂料组成的太阳热反射隔热涂层，达到了很好的反射隔热效果。许铁群[8]等研制了一种高效反射隔热防腐涂料，涂刷该涂料金属表面壁温比环境温度降低5℃～8℃，能有效的隔绝太阳热源，达到储罐降温的目的。

北京京能恒基新材料有限公司研制成功了一种航天器热控技术军转民ASRC热控节能涂层，应用于航空煤油储罐领域新疆地区，涂覆后的储罐在经过强烈的太阳光照射下，能够反射太阳光，降低罐体表面温度，起到有效的保温、隔热作用。减少油气挥发和储罐“小呼吸”带来的腐蚀作用，保证了罐区的

安全节能环保性。而且新疆吐鲁番这种恶劣的大气环境下，经过20个月涂层隔热保温效果依然良好，涂层无剥落、起皱等现象。

1 航天器热控技术军转民ASRC热控节能涂层特性

1.1航天器热控技术军转民ASRC热控节能涂层作用原理

太阳光的热能量主要分布在紫外光、红外光和可见光。在太阳光的全部辐射能中，能量主要集中在波长0.15～4μm之间，约占99%，且主要分布在可见光区和红外区；前者占太阳辐射总能量的约50%，后者占约43%，紫外区的太阳辐射能很少，只占总量的约7%。太阳光分布图如图1所示。

图1 太阳光能量分布图

航天器热控技术军转民ASRC热控节能涂层是一种近红外辐射具有显著反射、隔热作用的功能型涂层。当太阳照射到涂层表面后，太阳能量分为3种途径进行传播：反射、吸收、透射。太阳热反射涂层具有超高的反射率，可以将太阳光的85%以上的能量反射到空气中去，使得只有15%左右的能量进入到涂层，涂层吸收太阳能量后，使得涂层蓄热增加，储罐表面温度上升，当储罐表面温度升高并超过环境温度后，涂层便成为一个沉积热源，产生热岛效应，向大气和罐壁双向传热，而隔热涂层阻断外面的热向内部传递，最后只有少量的太阳能量透过涂层进行传播。当夜晚储罐温度高于环境温度时，热量会向传递，隔热涂层则将大量热隔绝，阻止其向外传递，从而极大地降低了罐内温差，减少储罐呼吸。航天器热控技术军转民ASRC热控节能涂层的反射隔热作用原理如图2所示。

图2 航天器热控技术军转民ASRC热控节能涂层作用示意图

1.1 航天器热控技术军转民ASRC热控节能涂层组成

热控涂层是一类用以调节固体表面光学、热学性能从而达到热控制目的的特种涂层。航天器热控技术军转民ASRC热控节能涂层是一种复合涂层，主要包括基材层、底漆、隔热涂料和太阳热反射涂料(可根据具体工程情况选择使用)。其中底漆层涂于基材层上面，隔热涂料层涂于底漆层上面，太阳热反射涂层涂于隔热涂层上面，如下图所示：

图3 航天器热控技术军转民ASRC热控节能涂层组成结构图（1基材，2底漆，3隔热涂层，4太阳

热反射涂层）

北京京能恒基新材料有限公司在借鉴、吸收航天器热控涂层材料技术的基础上，成功研制的ASRC热控节能涂层包括：ASRC太阳热反射涂料和ASRC隔热保温涂料两大类。该热控涂层在涂太阳热反射涂层之前，先做0.5-3mm的隔热涂层，当白天光照强烈时，表面的太阳热反射涂层能反射掉85%以上的太阳光，减少罐体吸收的太阳热能，隔热涂层阻断外面的热向内部传递，夜间，外部温度降低时，隔热涂层阻止内部热量向外传递，能大大降低罐内温差，从而减少储罐呼吸，达到安全、节能、环保的效果。

2 太阳热反射涂料检测结果

航天涂层中太阳热反射涂料是一种水性涂料，太阳热反射率达到85%以上，达到了国际先进水平，能够将80%以上的太阳热反射出去，降低罐体的表面温度，而且该涂料具有很好的耐水、耐酸碱和耐候型，经国家建筑材料研究中心对该产品检测，其质量指标见表1。

表1 太阳热反射涂料质量指标

检验完成时间2013.03.01

检验依据JC/T 1040-2007

样品状态液体

检验项目标准要求检验结果

容器中的状态均匀无硬块均匀无硬块

干燥时间表干≤2h1h

耐碱性48h无异常48h无异常

耐水性96h无异常96h无异常

耐洗刷性≥2000次2000次不露底