气凝胶毡是一种以气凝胶为基体复合增强纤维制成的新型绝热材料。气凝胶毡不仅可以提供低的导热性，而且与一些传统的工业绝缘材料相比，可减少总绝缘厚度。虽然低导热性是保温隔热产品的基本性能，但气凝胶毡还有其他性能：疏水性、机械性能、持久性等。

这些性能特点已导致工业市场采用这种材料:一些全球最大的精炼厂和石油化工公司正在使用气凝胶毡绝缘材料。这些应用可在管道以及设备和水箱中找到,包括蒸汽管道、反应堆、沥青和熔化的硫罐,以及从焦桶到热交换器、照明管道、烟道、海底管道等。在美国和海外,气凝胶毡材料的销售每年都在持续增长。这种增长包括在低温应用中使用气凝胶毡。

1、低温应用中的气凝胶毡

虽然低温应用仅占工业绝缘市场的一小部分,但绝缘低温管道和设备在环境上或环境下的应用中提出了特殊的技术挑战。低温温度阈值一般被认为是在-100℃或低于100℃。(-74℃),绝对零度--分子运动最接近停止的理论温度--标志着在-460℃(-273℃)有效的下限边界。正常环境条件下的极端温度差(T))及管道及设备(T在低温下工作对任何绝缘层都是三个主要的挑战:极端的热传递需要有很大的绝缘厚度,强的蒸汽驱动到寒冷的表面,以及含有低温液体的容器或管道内的严重收缩。这些性能要求限制了合适的绝缘材料的数量.然而,弹性气凝胶毡适合于应对这些挑战。

虽然气凝胶毡绝缘是疏水的,不允许液态水在环境压力下通过,但它是水蒸气渗透。蒸汽进入被发现在每一个覆盖层上的整体蒸汽屏障膜所阻碍.但重要的是,独特的纳米孔抑制了气凝胶层体内的冰形成。

气凝胶的结构。硅气凝胶的特征是孔大小在5-100纳米之间,在弹性气凝胶毡的气凝胶结构中发现孔直径约为12纳米。为了提供规模感,1纳米等于1百万分之一米(10) -9 )-大约10个碳原子的宽度,而一个红细胞的直径大约是10 -5 计量器。一个水分子直径大约为0.29nm。冰晶的形成需要275个水分子,超过气凝胶的孔隙直径。气凝胶孔内的空间太小,无法使充足的水分子聚集起来形成冰晶。在绝缘层的蒸汽屏障出现缺口时,冰的形成就会局限于局部和表面。事实上,正是这种纳米孔的高度复杂结构使得气凝胶的导热性很低。由于气孔比多异氰酸酯泡沫或细胞玻璃中的细胞小约5000倍,热传递减少。

对于低温应用来说,重要的是,气凝胶毡的绝缘性在最低低温温度----最低温度----至-321℃时仍然是灵活的。(-196℃)。这种独特的特性允许使用气凝胶毡,不需要收缩接头,这样既可以节省相当大的安装费用,也可以避免这些接头在低温隔热系统中可能携带的蒸汽渗透和热增益的潜在风险。气凝胶毡的相对玻璃过渡温度较低----在极低低温下保持弹性的能力----使材料能够容纳热冲击并提供相当大的低温飞溅保护。

2、低温管道和设备安装

气凝胶绝缘材料的厚度通常为5毫米和10毫米。用传统的"卷烟"包装在管道表面涂上多层,以达到所需的总绝缘厚度。为了确保绝缘层没有通接头,卷毡部分之间的周向接头是错开的。气凝胶毡可以用纤维玻璃增强包装带临时固定在管道表面。当在较大或不规则的表面上安装毯子时,通常使用适合于聚苯乙烯上使用的粘合剂喷雾。

所述气凝胶毡配有一个整体的、工厂层压的蒸汽屏障膜。这为系统提供了显著的冗余,因为每个层都包括这个积分蒸汽屏障膜.与管道或设备表面最接近的毯子的内部层未密封,低温管道或设备表面与绝缘层之间的接口温度低于普通工业粘合剂和密封剂的推荐使用温度。一旦在密封带的使用范围内应用了适当的层以达到投射的界面温度,完整的蒸汽屏障膜就会用泡沫面丁基胶带密封,形成系统中的次级蒸汽屏障膜。如上所述,不需要收缩接头。在管道支承的两侧都使用真空止动器,隔离任何可能的系统破坏。然后安装一个主要的蒸汽屏障,如泡沫表面的丁基橡胶,然后安装一个机械保护罩,如铝或带条的不锈钢,或非金属系统,如玻璃增强塑料(GRP)。

在低温管道和设备上安装弹性气凝胶毡是相当简单的。在某些情况下,与传统的刚性绝缘材料相比,安装人时可明显降低。

3、低温应用

气凝胶毡绝缘在一些低温应用中得到利用,主要是在液化天然气服务的某些部分。液化天然气设施,作为液化(出口)或再气化(进口)终端,主要在-165℃运行,是最大的低温工厂。

气凝胶毡允许在运输或安装过程中降低管道和设备的损坏风险。例如,气凝胶毡已被用于液化天然气装载武器的地区的机械损害的风险,因落冰。与低温应用中使用的其他绝缘类型一样,管道和设备的预绝缘也是可能的,而且使用气凝胶毡也是实用的。预绝缘管道和设备降低了总安装成本,并通过将大部分绝缘范围移到更控制的装配线条件下的成本较低的地点来压缩整个项目进度。

气凝层在低温下的连续灵活性消除了低温绝缘通常需要的收缩接头。低温保温系统中的收缩接头是复杂的,需要高技能的工匠。气凝胶毡的自然灵活性也使它成为灵活管道(如大型管道中的弹性接头)的一个解决方案。气凝毯即使在低温下也能保持其灵活性,这也消除了热冲击对绝缘材料的损害,同时也使材料能够为绝缘管道和设备提供低温飞溅保护。

气凝胶绝缘材料以其低导热性而闻名。能够阻止热量的转移,也为材料被动防火(PFP)和声学性能。在低温应用中,气凝胶的绝缘性能好,在泳池和喷气防火在应用厚度。

而在限制现场足迹的设施上,气凝胶绝缘可以满足要求的PFP要求,通常具有相同的总绝缘厚度指定用于凝结控制。气凝胶毡,总安装厚度80毫米,这是液化天然气服务中常见的控制凝结的厚度,可提供超过2小时半的水池。

保护(UL1709)和60分钟的喷气式防火保护。这已成为液化天然气设施中的一个重要考虑,NFPA59A准则要求在储存和加工区域之间的最小地役权。在空间可能有限的情况下,例如在现有设施的扩建或改造中,或在近海或近海设施中,绝缘层提供必要的私营部门筹资和伙伴关系司的能力对于项目的成功至关重要。同样地,硅胶的潜在物理结构提供了灵活的气凝层具有相当大的声学效益.通过添加大规模装载的乙烯基气凝胶毡,气凝胶可以满足ISO15665级A、B和C的要求,以及更严格的"壳体D"插入损失要求。这通常可以用为低温服务中的冷凝控制指定的相同的总绝缘厚度来完成。因此,气凝胶毡绝缘可以独特地提供热,声学和PFP在一个单一的应用。

用于低温服务的绝缘管道和设备可能十分复杂和耗时,需要一定程度的经验,在低温或环境以外的应用中并不需要。随着石油和天然气勘探和生产转移到更偏远的地点和近海油田,安装和物流的便利性变得越来越重要。气凝胶保温的毯子形式提供了一个相当简单的安装,减少影响合格的劳动力短缺在偏远地区。物流也是简化的,因为气凝胶在塔维尔是持久的。气凝胶毡是制造和包装在卷,任何直径都可以从卷。管道、设备、阀门和其他配件的绝缘材料可以在工地上制造。两者都简化了供应链,允许不规则和非典型的配件在现场快速完成。