CN114033922A - 一种适用干热岩单孔取热出汽装置中保温组合材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用干热岩单孔取热出汽装置中保温组合材料的制备方法，包括以下步骤：1)制备保温隔热涂料：将无水乙醇与保温隔热涂料按照一定比例均匀混合；2)制备保温隔热气凝胶毡；3)保温材料的组合：3.1)将步骤1)制得到的保温隔热涂料均匀的涂敷在304不锈钢的表面；3.2)保温隔热气凝胶毡的包覆。本发明设计的保温材料方案，其操作过程简单，保温效果良好。

Description

一种适用干热岩单孔取热出汽装置中保温组合材料的制备 方法

技术领域

本发明属于新能源领域技术，尤其是一种适用干热岩单孔取热出汽装置中保温组合材料的制备方法。

背景技术

传统保温材料以岩棉、硅酸铝、微孔硅酸韩、玻璃棉、聚氨酯为主，但其存在着十分明显的缺点：微孔硅酸钙制品存在质地硬、容重髙、抗热震性差、可塑性小，容易碎裂粉化等缺点；岩棉、硅酸银、玻璃棉毡质地过软，抗拉抗压性差，容易因进水、自重、震动等原因出现沉降现象，导致保温性能大幅下降；聚氨酯耐温性差，通常长期高温温度使用，仅限于辅助保温或低温保温用。并且传统无机保温材料防水性差，钢套管的防腐层一旦破坏，十分容易烂穿进水，进而导致整段管道保温层完全破坏，如果继续使用将造成能源的大量浪费。同时，目前保温材料的用途主要以热力管道的保温为主，在干热岩取热出汽装置中的应用鲜有报道。因此，依据干热岩的实际工况，设计干热岩取热出汽装置中保温材料的组合方案势在必行。

青海省内干热岩勘查工作，始于2011年，经过8年工作相继在贵德扎仓沟、共和恰卜恰找出了干热岩，实现了我国干热岩找矿零的突破。而后续的钻探资料表明：共和恰卜恰地热井在2230m时初侧温度达153℃，达到干热岩标准，井深2927m处温度为181.17℃。而为了更好的将干热岩的资源有效利用，就必须面临两个问题：地下3000米到地表间温度的有效传递以及地下水对出汽装置的腐蚀。

由于地下3000m压力的限制，干热岩的出汽装置主体材料选用的是304不锈钢材料。而对于出汽装置的保温材料，由于国内外均没有可参考的实例，因此，需要依据实际工况，因地制宜的进行材料的优化组合，以便达到干热岩资源有效利用的目的。

目前，用于304不锈钢的保温材料有玻璃棉、纳米气凝胶、微孔硅酸钙瓦、聚氨酯泡沫复合材料等。随着环保节能意识的普遍提高，单纯采用玻璃棉等保温材料已不能满足越来越高的热传输要求，最早应用于航天等领域的纳米气凝胶材料逐步进入热网保温材料的行列。纳米气凝胶绝热毡是通过特殊的复合工艺，将具有极低导热系数的二氧化硅气凝胶与碳纤维或玻璃纤维等复合而成的柔性新型保温材料，具有以下优点：1、卓越的隔热性能：孔洞结构能够有效阻止热量传递，是目前导热系数最低的固体材料，为传统保温材料的1/3-1/5，保温厚度设于传统材料的1/4-1/5即可达到相同的外表温度，可大幅减少管道散热面积，从而减少热损耗。对于长距离输送管线，散热损失的减小可使管道终端介质温度提高，含水率下降，从而使终端用户的生产效率和产品质量得到有效提高；2、较长的使用寿命：优异的防水抗压性使其长达20年以上；3、热稳定性强：纳米三维网络结构提供了超凡的高温稳定性，隔热性能恒定持久。4、憎水性能突出：具有优异的整体防水性能,同时又允许水蒸气通过，不会受潮、吸水腐蚀管道，确保隔热性能长期有效；5、使用物理性能持续：较好的柔性与抗拉、抗压强度，长期使用不沉降、变形。克服了长期高温或受到振动而产生变形堆积和保温性能急剧下降的现象；6、绿色环保，适于施工。目前在保温材料领域未大面积使用纳米气凝胶的主要原因是其较为高昂的体积价格。为降低成本与保证保温效果，较多使用纳米气凝胶与其他材料组成复合式保温结构，即气凝胶绝热毡与软质保温材料(如玻璃棉、桂酸铝棉毡等)相结合的复合保温结构。近年随着纳米气凝胶产能的提高以及工艺的进步，材料价格己较大幅下降，同时较高温度介质工况的增多，纳米气凝胶绝热毡应有更为广泛的应用。

纳米气凝胶绝热毡在干热岩取热装置中的应用面临两方面问题：一方面，其与304不锈钢的有效结合，从而保障高效的保温效果；另一方面，防止地下水对纳米气凝胶绝热毡的腐蚀与破坏，从而延长设备的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是解决的背景技术存在的纳米气凝胶绝热毡与304不锈钢的界面无法有效结合以及地下水对纳米气凝胶绝热毡的腐蚀与破坏的技术问题。而提供一种适用干热岩单孔取热出汽装置中保温组合材料的制备方法，本发明所涉及的原料易得、工艺简单、绿色环保。

本发明的技术解决方案是：本发明为一种适用干热岩单孔取热出汽装置中保温组合材料的制备方法，其特殊之处在于：该方法包括以下步骤：

1)制备保温隔热涂料：将无水乙醇与保温隔热涂料按照一定比例均匀混合；

2)制备保温隔热气凝胶毡；

3)保温材料的组合：

3.1)将步骤1)制得到的保温隔热涂料均匀的涂敷在304不锈钢的表面；

3.2)保温隔热气凝胶毡的包覆。

进一步的，步骤1)的具体步骤如下：将无水乙醇与保温隔热涂料按照1％～8％均匀混合。

进一步的，步骤2)的具体步骤如下：在机械力的作用下，将保温隔热气凝胶毡剪裁成10m*30mm。

进一步的，步骤3.1)的具体步骤如下：将步骤1)制得到的保温隔热涂料均匀的涂敷在304不锈钢的表面，厚度为0.3--0.8mm；在80℃下保温10--24h。

进一步的，步骤3.2)的具体步骤如下：将步骤2)得到的保温隔热气凝胶毡以30°均匀缠绕在保温隔热涂料的表面，厚度为2--4mm。

进一步的，步骤3.2)之后还包括步骤3.3)防水层的包覆。

进一步的，步骤3.1)的具体步骤如下：在步骤3.2)得到的保温隔热涂料和保温隔热气凝胶毡的复合材料表面以30°均匀缠绕一层防水胶带。

进一步的，步骤3)中保温材料：保温隔热涂料、保温隔热气凝胶毡、防水胶带的总厚度不超过5mm。

本发明结合青海高原干热岩取热的实际工况，设计了一种适用干热岩单孔取热出汽装置中保温材料的组合方案。首先，将无水乙醇与保温隔热涂料按照一定比例混合并均匀涂覆于304不锈钢表面(涂料厚度为0.7mm)，以利于304不锈钢与纳米气凝胶绝热毡的有效结合；其次，保温隔热气凝胶毡以30°均匀缠绕在涂料/304不锈钢的表面(保温隔热气凝胶毡厚度为4mm)；最后，为了防止地下水对保温隔热气凝胶毡的腐蚀，在保温隔热气凝胶毡/涂料/304不锈钢的表面以30°均匀缠绕一层防水胶带。本发明与现有技术相比具有以下优点：

1)本发明在纳米气凝胶绝热毡内表面涂敷保温隔热涂料，在外表面包覆防水层的方案进行设计，该设计的材料组合方案既保障各类材料之间的有效结合，又防止地下水对主体材料的腐蚀与破坏，最终提高了干热岩单孔取热出汽装置的保温效果以及延长了材料的使用寿命。

2)本发明通过合理的设计工艺，在304不锈钢的表面包覆三层保温材料(材料的厚度≤5mm)，进而有效地提高保温材料的效率。

附图说明

图1为本发明产品的DRE瞬态平面热源法导热仪测试样品的电压与时间关系图谱；其中a为304不锈钢；b为304不锈钢/保温隔热涂料；

图2为本发明产品的DRE瞬态平面热源法导热仪测试样品的电压与时间关系图谱；其中a为304不锈钢/保温隔热涂料/纳米气凝胶绝热毡；b为304不锈钢/保温隔热涂料/纳米气凝胶绝热毡/防水层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明的总体方案作进一步的详细说明：

实施例1：

本发明实施例1的步骤如下：

1)保温隔热涂料的制备：将无水乙醇与保温隔热涂料按照3％均匀混合。

2)保温隔热气凝胶毡的制备：在机械力的作用下，将保温隔热气凝胶毡剪裁成10m*30mm。

3)保温材料的组合：

3.1)将得到的保温隔热涂料均匀的涂敷在304不锈钢的表面，厚度为0.3mm；在80℃下保温10h；

3.2)将的保温隔热气凝胶毡以30°均匀缠绕在304不锈钢/保温隔热涂料的表面，厚度为2mm；

3.3)在304不锈钢/保温隔热涂料/纳米气凝胶绝热毡表面以30°均匀缠绕一层防水胶带，其中保温材料(保温隔热涂料、保温隔热气凝胶毡、防水胶带)的厚度5mm。

实施例2

1)保温隔热涂料的制备：将无水乙醇与保温隔热涂料按照5％均匀混合。

2)保温隔热气凝胶毡的制备：在机械力的作用下，将保温隔热气凝胶毡剪裁成10m*30mm。

3)保温材料的组合：

3.1)将得到的保温隔热涂料均匀的涂敷在304不锈钢的表面，厚度为0.3mm；在80℃下保温10h；

3.2)将的保温隔热气凝胶毡以30°均匀缠绕在304不锈钢/保温隔热涂料的表面，厚度为2mm；

3.3)在304不锈钢/保温隔热涂料/纳米气凝胶绝热毡表面以30°均匀缠绕一层防水胶带，其中保温材料(保温隔热涂料、保温隔热气凝胶毡、防水胶带)的厚度5mm。

实施例3

1)保温隔热涂料的制备：将无水乙醇与保温隔热涂料按照5％均匀混合。

2)保温隔热气凝胶毡的制备：在机械力的作用下，将保温隔热气凝胶毡剪裁成10m*30mm。

3)保温材料的组合：

3.1)将得到的保温隔热涂料均匀的涂敷在304不锈钢的表面，厚度为0.3mm；在80℃下保温15h；

3.2)将的保温隔热气凝胶毡以30°均匀缠绕在304不锈钢/保温隔热涂料的表面，厚度为2mm；

3.3)在304不锈钢/保温隔热涂料/纳米气凝胶绝热毡表面以30°均匀缠绕一层防水胶带，其中保温材料(保温隔热涂料、保温隔热气凝胶毡、防水胶带)的厚度5mm。

实施例4

1)保温隔热涂料的制备：将无水乙醇与保温隔热涂料按照5％均匀混合。

2)保温隔热气凝胶毡的制备：在机械力的作用下，将保温隔热气凝胶毡剪裁成10m*30mm。

3)保温材料的组合：

3.1)将得到的保温隔热涂料均匀的涂敷在304不锈钢的表面，厚度为0.3mm；在80℃下保温15h；

3.2)将的保温隔热气凝胶毡以30°均匀缠绕在304不锈钢/保温隔热涂料的表面，厚度为4mm；

3.3)在304不锈钢/保温隔热涂料/纳米气凝胶绝热毡表面以30°均匀缠绕一层防水胶带，其中保温材料(保温隔热涂料、保温隔热气凝胶毡、防水胶带)的厚度5mm。

热导性能的测试：将各实施例制备的块状进行热导性能测试，试验按照ISO22007-2标准进行。

实验结果:

不同实施例的热导性能

由表1中数据可以看出：实施例4中试样的热导性能均显著高于304不锈钢，处理效果显著。该材料组合方案既保障各类材料之间的有效结合，又防止地下水对主体材料的腐蚀与破坏，最终提高了干热岩单孔取热出汽装置的保温效果以及延长了材料的使用寿命，适宜工程级的应用推广。

参见图1，图1是实施例4得到的304不锈钢与304不锈钢/保温隔热涂料利用DRE瞬态平面热源法导热仪测试获得的电压与时间关系图谱，从图中可以看到：保温隔热涂料的添加有效的提高了304不锈钢的保温效果。

参见图2，图2是实施例4得到的304不锈钢/保温隔热涂料/纳米气凝胶绝热毡与304不锈钢/保温隔热涂料/纳米气凝胶绝热毡/防水层两种复合材料的电压与时间关系图谱，通过对比发现：一方面，由于保温隔热涂料的引入，提高了各类材料之间的有效结合；另一方面，在外部包覆了防水层，虽然对整体的导热性能有所影响，但其会延长了纳米气凝胶绝热毡的使用寿命。最终在保证取热效果的前提下，提高了干热岩单孔取热出汽装置的外部环境适应能力。

本发明内容及上述实施例中未具体叙述的技术内容同现有技术。

本发明不限于上述实施例，本发明内容所述均可实施并具有所述良好效果。

以上，仅为本发明公开的具体实施方式，但本发明公开的保护范围并不局限于此，本发明公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种适用干热岩单孔取热出汽装置中保温组合材料的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

1)制备保温隔热涂料：将无水乙醇与保温隔热涂料按照一定比例均匀混合；

2)制备保温隔热气凝胶毡；

3)保温材料的组合：

3.1)将步骤1)制得到的保温隔热涂料均匀的涂敷在304不锈钢的表面；

3.2)保温隔热气凝胶毡的包覆。

2.根据权利要求1所述的适用干热岩单孔取热出汽装置中保温组合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤1)的具体步骤如下：将无水乙醇与保温隔热涂料按照1％～8％均匀混合。

3.根据权利要求2所述的适用干热岩单孔取热出汽装置中保温组合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤2)的具体步骤如下：在机械力的作用下，将保温隔热气凝胶毡剪裁成10m*30mm。

4.根据权利要求3所述的适用干热岩单孔取热出汽装置中保温组合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤3.1)的具体步骤如下：将步骤1)制得到的保温隔热涂料均匀的涂敷在304不锈钢的表面，厚度为0.3--0.8mm；在80℃下保温10--24h。

5.根据权利要求4所述的适用干热岩单孔取热出汽装置中保温组合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤3.2)的具体步骤如下：将步骤2)得到的保温隔热气凝胶毡以30°均匀缠绕在保温隔热涂料的表面，厚度为2--4mm。

6.根据权利要求1至5任一权利要求所述的适用干热岩单孔取热出汽装置中保温组合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤3.2)之后还包括步骤3.3)防水层的包覆。

7.根据权利要求6所述的适用干热岩单孔取热出汽装置中保温组合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤3.1)的具体步骤如下：在步骤3.2)得到的保温隔热涂料和保温隔热气凝胶毡的复合材料表面以30°均匀缠绕一层防水胶带。

8.根据权利要求7所述的适用干热岩单孔取热出汽装置中保温组合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中保温材料：保温隔热涂料、保温隔热气凝胶毡、防水胶带的总厚度不超过5mm。

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