二氧化硅氣凝膠磚在 LNG 儲罐隔熱方面的運(yùn)用摘要在全球能源日益緊張的今天，天然氣在能源結(jié)構(gòu)中將占越來越大的比重。
但是因?yàn)樘烊粴庵饕煞质羌淄?，大自然中以氣態(tài)方式存在，不便于長距離的儲存和運(yùn)輸，要方便儲存運(yùn)輸必須將天然氣液化。天然氣液化有兩種方式：CNG 和 LNG。
- CNG 方式現(xiàn)在普遍使用，但是它需要高壓儲存運(yùn)輸，這就導(dǎo)致了以這種方式液化的天然氣單個儲罐的容量不會很大，況且高壓環(huán)境危險性很大，存在較大的安全隱患，這就限制了液化天然氣的廣泛使用。
- LNG 因?yàn)橹谱鞒杀镜?，相對較安全，建造儲罐可大可小，所以目前國內(nèi)外正在廣泛研究制造 LNG 儲氣方式。
目前我國幾乎沒有自主的相關(guān) LNG 設(shè)計(jì)建設(shè)能力，建造 LNG使用的隔熱材料也必須靠進(jìn)口，這給我們 LNG 建設(shè)的推進(jìn)帶來了很多不便。
就建設(shè) LNG 所用的隔熱材料而言，小型真空罐，通常是填充的膨脹珍珠巖；大型常壓的主要用泡沫玻璃磚、中密度和高密度PVC、高密度噴射塊 PIR/PUF 和玻璃纖維增強(qiáng) PIR/PUF 塊、高密度擠壓聚苯乙烯等，以進(jìn)口的泡沫玻璃磚作為隔熱材料為主。我們現(xiàn)在能生產(chǎn)強(qiáng)度較高，導(dǎo)熱系數(shù)很低的二氧化硅氣凝膠磚，建議相關(guān)單位嘗試使用氣凝膠磚作為 LNG 隔熱材料。
LNG 隔熱層隔熱層
隔熱層在將液壓頭傳遞給外罐體的同時，還起著減少氣化量、縮小罐體內(nèi)外壁溫差、減輕由此產(chǎn)生的溫差應(yīng)力的作用，另外它還有固定“薄膜”的功能。因此要求隔熱層熱導(dǎo)率小，而且具有足夠的強(qiáng)度。能滿足這些條件的材料有硬質(zhì)泡沫氨基甲酸乙酯、泡沫玻璃、珍珠巖以及硬質(zhì)泡沫酚醛樹脂等。為了提高隔熱材料的隔熱性能和經(jīng)濟(jì)性，可采用由粉末狀、纖維狀、板狀等隔熱材料混合使用的隔熱法。
液化天然氣注入罐內(nèi)后，內(nèi)罐壁就會冷縮；反之液化天然氣完全被排出后，罐內(nèi)溫度將逐步上升，內(nèi)罐壁隨之伸張。填充在內(nèi)外罐中間的粉末狀隔熱材料，由于內(nèi)罐壁的反復(fù)脹縮變得嚴(yán)實(shí)。因此在靠近內(nèi)罐處必須敷設(shè)一層伸縮性強(qiáng)的隔熱層，此隔熱層的厚度與內(nèi)罐壁的脹縮相適應(yīng)，并在內(nèi)罐壁脹縮時起緩沖作用，保證儲罐安全運(yùn)行。
二氧化硅氣凝膠簡介
二氧化硅氣凝膠早在上世紀(jì) 80 年代就被發(fā)現(xiàn)，當(dāng)它來到這個世界人們就對它驚嘆不已，也對它的未來充滿了期待，也就是在這樣的情況下無形的人們把氣凝膠神秘化了。
二氧化硅氣凝膠作為隔熱材料，從材料本身的性能參數(shù)上講確實(shí)是很棒的材料：輕、不燃、導(dǎo)熱系數(shù)低、等等，但是這么好的材料為什么 30 多年了還一直像個嬰兒一樣在搖籃中沉睡呢？一直不能廣泛的運(yùn)用于人類的各個領(lǐng)域呢？成本高？其實(shí)這是從事這方面的工作者的一種無賴的借口，你說成本高對民用行業(yè)可能會望而卻步，但是這樣的好東西對于軍事、航空航天等行業(yè)來講這個理由肯定是站不住腳的。
經(jīng)過這幾年對氣凝膠的摸索，我認(rèn)為氣凝膠為什么得不到廣泛的運(yùn)用并不在于它的成本，而在于它的另外一些性能如：易脆、不易成型、強(qiáng)度低、吸水率高等缺點(diǎn)。
國外文獻(xiàn)報道過諸如氣凝膠與聚脲結(jié)合可以將氣凝膠的強(qiáng)度提高到原來的 100 倍，也有報道說用氣凝膠制作的機(jī)器人的“肌肉”又有韌性又有強(qiáng)度，這方面的報道我從不懷疑他的真實(shí)性，因?yàn)閺臍饽z的結(jié)構(gòu)上講這些都是有可能的。
氣凝膠的成型通過添加其他成分壓板是可行，但是這樣做出來的板材作為隔熱是不會被廣泛使用的，因?yàn)樵趬喊宓倪^程中必須添加大量的其他填充料，而且高壓壓制會讓氣凝膠的結(jié)構(gòu)發(fā)生坍塌，坍塌后的氣凝膠就是白炭黑，導(dǎo)熱系數(shù)就會明顯升高；用燒結(jié)的方式成型也是可行的，這就是通常見到的粉末陶瓷化，當(dāng)溫度達(dá)到氣凝膠熔融溫度后氣凝膠的結(jié)構(gòu)也就保不住了。
所以要得到氣凝膠的型材，必須在溶膠的時候進(jìn)行，強(qiáng)度、成形性、導(dǎo)熱系數(shù)、疏水性等等這些所有的特點(diǎn)都必行在形成溶膠的過程中考慮進(jìn)去，因?yàn)闅饽z隔熱的根本在它的孔隙率，也就是無論如何要保住它里面的 90%以上的靜止的空氣。
通過大量的實(shí)驗(yàn)，我們實(shí)驗(yàn)室中試通過了一種強(qiáng)度可以和普通菱鎂發(fā)泡材料比較、輕質(zhì)（80-100kg/m3）、導(dǎo)熱系數(shù)低（常溫0.020w/m.k以下）、疏水、A級阻燃的二氧化硅氣凝膠磚，該磚可進(jìn)行鋸、切、磨等加工，可以根據(jù)需要制成任意尺寸的型材。
經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，目前在氣凝膠制作過程中，回收的溶劑在不經(jīng)過后處理的情況下可以重復(fù)使用5次以上（估計(jì)可以重復(fù)使用10次以上，因?yàn)槟壳爸貜?fù)試驗(yàn)剛剛才做到第五次），溶劑回收率接近100%。
泡沫玻璃磚與氣凝膠磚性能比較
綜合分析，氣凝膠完全可以替代進(jìn)口的泡妹玻璃磚作為新型LNG隔熱的主體材料。
