CN216832578U - 一种复合SiO2气凝胶毡和使用其的管道 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种复合SiO₂气凝胶毡和使用其的管道，复合SiO₂气凝胶毡包括气凝胶毡本体、第一金属隔绝层、第二金属隔绝层和第三金属隔绝层，第一金属隔绝层覆于气凝胶毡本体的第一主表面，第二金属隔绝层覆于气凝胶毡本体的第二主表面，第三金属隔绝层覆于气凝胶毡本体的端面；第一金属隔绝层、第二金属隔绝层和第三金属隔绝层的材料为不锈钢箔。本申请的复合SiO₂气凝胶毡尤其适用于输送液态碱金属的管道及设备，可以有效地避免碱金属泄漏后造成的气凝胶毡着火、短时释放大量热量、释放有毒物质等危害，有利于泄漏的液态金属聚集成滴并向下滑落流动，被下方的液态金属泄漏探测器探测到。

Description

一种复合SiO2气凝胶毡和使用其的管道

技术领域

本申请涉及高温碱金属保温隔热阻燃新型材料技术领域，尤其涉及一种复合SiO₂气凝胶毡和使用其的管道。

背景技术

纳米气凝胶保温毡是一种在纳米孔洞中充满气态介质的多孔轻质固体材料，具有低密度、高孔隙率、高比表面积、低折射率、低介电常数等特性，表现出优异的绝热、隔声、吸附等性能，同时具备耐高温、安装方便等优点，因而在保温节能、化工冶金、环境治理等领域表现出广阔的应用前景。目前，市场上通常使用的是技术最为成熟的二氧化硅纳米气凝胶毡，以二氧化碳超临界干燥、常温干燥或低温干燥等干燥方法制备。但二氧化硅纳米气凝胶毡与大量高温碱金属直接接触易发生剧烈反应，短时释放大量的热，局部温度升高可高达800℃-1000℃，产生有毒有害物质，还会造成潜在的火灾危害，加重碱金属泄漏的危害。并且二氧化硅纳米气凝胶毡会对少量缓慢泄漏的高温碱金属进行持续吸收，难以在第一时间内监测到碱金属泄漏情况，因而将纳米气凝胶保温毡直接用于碱金属介质装置保温存在较大风险。

实用新型内容

本申请的目的是提供一种复合SiO₂气凝胶毡和使用其的管道，该复合SiO₂气凝胶毡尤其适用于输送液态碱金属的管道和设备，可以有效地避免碱金属泄漏后造成的气凝胶毡着火、释放有毒物质等危害。

为了实现上述目的，本申请第一方面提供一种复合SiO₂气凝胶毡，所述复合SiO₂气凝胶毡包括气凝胶毡本体、第一金属隔绝层、第二金属隔绝层和第三金属隔绝层，所述第一金属隔绝层覆于所述气凝胶毡本体的第一主表面，所述第二金属隔绝层覆于所述气凝胶毡本体的第二主表面，所述第三金属隔绝层覆于所述气凝胶毡本体的端面；

所述第一金属隔绝层、第二金属隔绝层和第三金属隔绝层的材料为不锈钢箔，所述第一金属隔绝层、所述第二金属隔绝层和所述第三金属隔绝层的厚度各自独立地为0.01-0.2mm。

可选地，所述第一金属隔绝层、所述第二金属隔绝层和所述第三金属隔绝层的厚度各自独立地为0.015-0.02mm。

可选地，所述复合气凝胶毡本体的厚度为5-10mm。

可选地，所述复合气凝胶毡本体含有纳米孔隙，纳米孔隙的平均孔径为10-150nm，所述气凝胶毡本体的孔隙率为80-95％。

本申请第二方面提供一种用于输送液态碱金属的管道，所述管道包括管道本体、隔热层和液态金属泄漏探测器，所述隔热层覆于所述管道本体的外表面，所述隔热层包括本申请第一方面所述的复合SiO₂气凝胶毡，所述液态金属泄漏探测器设置于所述管道本体和所述隔热层之间。

可选地，所述隔热层呈螺旋式敷设在所述管道本体的外表面，所述隔热层为1-4层，所述隔热层的总厚度为20-40mm。

可选地，所述管道本体和所述隔热层之间设置有沿所述管道本体的周向螺旋缠绕的电加热丝。

可选地，所述管道还包括热电偶和液态金属泄漏探测器，所述热电偶设置于所述管道本体和所述隔热层之间。

可选地，所述隔热层的外边表面缠绕有用于固定所述隔热层的加强固定钢丝。

可选地，所述加强固定丝间隔设置于所述隔热层的外表面；所述加强固定丝的材料选自不锈钢、铜或铁。

通过上述技术方案，本申请的复合SiO₂气凝胶毡尤其适用于作为碱金属介质装置的保温层，可以有效地隔绝装置中碱金属泄漏后与气凝胶毡的直接接触反应的风险，提高泄漏探测成功率，从而有效地提高装置的安全性。将本申请的复合SiO₂气凝胶毡用于输送液态碱金属的管道和设备等，可以有效地避免管道和设备泄漏后造成的后续附加危险，并减少环境对泄漏监测准确性的影响。

本申请的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本申请的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本申请，但并不构成对本申请的限制。在附图中：

图1是本申请的复合SiO₂气凝胶毡的一种具体实施方式的结构示意图；

图2是本申请的用于输送液态碱金属的管道的一种具体实施方式的结构示意图；

图3是本申请的用于输送液态碱金属的管道的另一种具体实施方式的结构示意图。

附图标记说明

1、第一金属隔绝层 2、第二金属隔绝层 3、复合气凝胶毡本体

4、第三金属隔绝层的侧端面 5、第三金属隔绝层的上端面 6、热电偶

7、管道本体 8、电加热丝 9、隔热层

10、加强固定丝 11、液态金属泄漏探测器

具体实施方式

以下结合附图对本申请的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本申请，并不用于限制本申请。

本申请第一方面提供一种复合SiO₂气凝胶毡，所述复合SiO₂气凝胶毡包括复合气凝胶毡本体3、第一金属隔绝层1、第二金属隔绝层2和第三金属隔绝层，所述第一金属隔绝层1覆于所述复合气凝胶毡本体3的第一主表面，所述第二金属隔绝层2覆于所述复合气凝胶毡本体3的第二主表面，所述第三金属隔绝层覆于所述复合气凝胶毡本体3的端面；所述第一金属隔绝层1、第二金属隔绝层2和第三金属隔绝层的材料不锈钢箔，所述第一金属隔绝层、所述第二金属隔绝层和第三金属隔绝层的厚度各自独立地为0.01-0.2mm。

根据本申请，复合气凝胶毡本体的端面包括沿气凝胶毡本体长度方向的第三金属隔绝层的侧端面4和沿宽度方向的第三金属隔绝层的上端面5和下端面。本申请的复合SiO₂气凝胶毡的表面及端面被金属隔绝层完全包覆，该材料尤其适用于作为碱金属介质装置的保温层，可以有效地隔绝装置中碱金属泄漏后与气凝胶毡的直接接触途径，大大降低碱金属与气凝胶毡直接反应的风险，满足碱金属介质泄漏后不加重事故后果等功能要求，有效地提高装置的安全性。

在本申请的一种具体实施方式中，所述第一金属隔绝层1、所述第二金属隔绝层2和所述第三金属隔绝层的厚度可以在较大的范围内变化，优选地，可以各自独立地为0.015-0.1mm，更优选为0.015-0.02mm。当金属隔绝层的厚度在上述范围内时，可以在保证材料的保温性和安全性的同时，有效地降低耗材，有效地保证施工的便利。

本申请的一种具体实施方式中，所述复合气凝胶毡本体3的厚度可以在较大的范围内变化，例如可以为3-20mm，优选为5-10mm，所述复合气凝胶毡本体3含有纳米孔隙，纳米孔隙的平均孔径为10-150nm，所述复合气凝胶毡本体的孔隙率为80-95％，该复合SiO₂气凝胶毡具有更优的保温性能。

根据本申请，对复合气凝胶毡本体3与第一金属隔绝层1、第二金属隔绝层2和第三金属隔绝层的连接方式不做具体限制，例如可以采用粘结、物理压制和点焊的方式等。在一种具体实施方式中，采用化学粘结剂分别将第一金属隔绝层1和第二金属隔绝层2与气凝胶毡本体3粘结起来，也可以采用物理压制法，或者采用化学粘结剂与物理压制相结合的方法。优选地，采用化学粘结剂将气凝胶毡本体3与第一金属隔绝层1和第二金属隔绝层2粘结。本申请对粘结剂的种类不做具体限制，可以为本领域的技术人员所常规采用的，例如可以为丙烯酸型压敏胶、有机硅型压敏胶、有机硅橡胶和无机硅铝酸盐胶中的一种或几种。在另一种具体实施方式中，采用点焊的方法将所述第三金属隔绝层与复合气凝胶毡本体3的端面连接，可以有效地提高隔绝层对复合SiO₂气凝胶毡的包覆完整性，避免边缘卷翘的问题。

本申请第二方面提供一种用于输送液态碱金属的管道，所述管道包括管道本体7、隔热层和液态金属泄漏探测器11，所述隔热层覆于所述管道本体7的外表面，所述隔热层包括本申请第一方面所述的复合SiO₂气凝胶毡，所述液态金属泄漏探测器11设置于所述管道本体7和所述隔热层9之间。

本申请的管道包括隔热层，隔热层包括复合SiO₂气凝胶毡，隔热层可以有效地对管道进行保温，并隔绝液态碱金属泄漏后与复合SiO₂气凝胶毡本体直接接触途径，大大降低碱金属与气凝胶毡本体反应造成的风险，同时液态金属泄漏探测器能够较容易探测到泄漏的液态碱金属并发出报警信息，可以有效地对管道的是否发生泄漏问题进行及时准确地检测，进一步提高管道使用的安全性。

在本申请的一种具体实施方式中，液态金属泄漏探测器11沿水平方向布置管道的轴向水平设置；在本发明的另一种具体实施方式中，液态金属泄漏探测器11沿竖直方向布置管道外侧周向螺旋设置。

在本申请的一种优选的具体实施方式中，隔热层由复合SiO₂气凝胶毡制成。

在本申请的一种具体实施方式中，所述隔热层呈螺旋式敷设在所述管道本体7的外表面，优选地，在敷设隔热层时调整隔热层的角度使隔热层的侧端面与侧端面完全贴合，以进一步提高保温和避免液态碱金属泄漏。

在本申请的一种具体实施方式中，所述隔热层为1-4层，所述隔热层的总厚度为20-40mm，以满足使用的温度及散热性能等要求，并进一步提高安全性。

在本申请的一种具体实施方式中，所述管道本体7和所述隔热层之间设置有沿所述管道本体7的周向螺旋缠绕的电加热丝8，实现对管道的加热。

在本申请的一种具体实施方式中，所述管道还包括热电偶6以监控管道的温度，所述热电偶6设置于所述管道本体7和所述隔热层之间。热电偶6为本领域的技术人员所常规采用的，在此不再赘述。

在本申请的一种具体实施方式中，沿所述隔热层外表面的周向绕设有用于固定所述隔热层的加强固定丝，以使得隔热层与管道等设备贴合紧密，不产生滑动、变形等变化。本申请对加强固定丝的材料不做限制，例如可以为不锈钢丝等。优选地，所述加强固定丝间隔设置。

根据本申请，本申请的复合SiO₂气凝胶毡不仅可用于用于输送液态碱金属的管道，还可以用于其他的存在液态碱金属泄漏风险的设备。

下面通过实施例来进一步说明本申请，但是本申请并不因此而受到任何限制。

实施例1

如图1所示，本实施例为一种复合SiO₂气凝胶毡，该复合SiO₂气凝胶毡包括气凝胶毡本体3、第一金属隔绝层1、第二金属隔绝层2和第三金属隔绝层，第一金属隔绝层1覆于气凝胶毡本体3的第一主表面，第二金属隔绝层2覆于气凝胶毡本体3的第二主表面，第三金属隔绝层覆于气凝胶毡本体3的端面，第三金属隔绝层包括第三金属隔绝层的侧端面4、第三金属隔绝层的上端面5以及下端面。

其中，第一金属隔绝层、第一金属隔绝层和第三金属隔绝层的材料为不锈钢箔，第一金属隔绝层1的厚度为0.02mm，第二金属隔绝层2的厚度为0.02mm，第三金属隔绝层的厚度为0.015mm，气凝胶毡本体的厚度为10mm，气凝胶毡本体具有平均孔径为100nm的纳米孔隙，孔隙率为80-95％。

对比例1

本对比例为一种SiO₂气凝胶，该SiO₂气凝胶毡与实施例1中的SiO₂气凝胶毡相似，不同之处仅在于，第一金属隔绝层、第二金属隔绝层和第三金属隔绝层的材料均为铝箔。

对比例2

本对比例为一种SiO₂气凝胶毡，该SiO₂气凝胶毡与实施例1中的SiO₂气凝胶毡相似，不同之处仅在于，无第三金属隔绝层。

实施例2

如图2所示，本实施例为一种用于输送液态金属的水平方向管道，该管道包括管道本体7、电加热丝8、隔热层9、加强固定丝10、液态金属泄漏探测器11和热电偶6。其中，隔热层9覆于管道本体7的外表面，电加热丝8沿管道本体7的周向螺旋缠绕，热电偶6和液态金属探测器11均设置于管道本体7和隔热层9之间，不锈钢材料的加强固定丝10沿隔热层9外表面的周向绕设，多个加强固定丝间隔设置。隔热层9为1层，隔热层9的材料为实施例1中制备的复合SiO₂气凝胶毡。

对比例3

本对比例提供一种用于输送液态金属的水平方向管道，该管道与实施例1的管道相似，不同之处仅在于，管道的隔热层9的材料为对比例1中制备的SiO₂气凝胶毡。

对比例4

本对比例提供一种用于输送液态金属的水平方向管道，该管道与实施例1的管道相似，不同之处仅在于，管道的隔热层9的材料为对比例2中制备的SiO₂气凝胶毡。

实施例3

如图3所示，本实施例为一种用于输送液态金属的竖直方向管道，该管道包括管道本体7、电加热丝8、隔热层9、加强固定丝10、液态金属泄漏探测器11和热电偶6。其中，隔热层9覆于管道本体7的外表面，电加热丝8沿管道本体7的周向螺旋缠绕，液态金属泄漏探测器11同样沿管道本体7的周向螺旋缠绕，与电加热丝反方向缠绕，热电偶6设置于管道本体7和隔热层9之间，不锈钢材料的加强固定丝10沿隔热层9外表面的周向绕设，多个加强固定丝间隔设置。隔热层9为1层，隔热层9的材料为实施例1中制备的复合SiO₂气凝胶毡。

对比例5

本对比例提供一种用于输送液态金属的竖直方向管道，该管道与实施例1的管道相似，不同之处仅在于，管道的隔热层9的材料为对比例1中制备的SiO₂气凝胶毡。

对比例6

本对比例提供一种用于输送液态金属的竖直方向管道，该管道与实施例1的管道相似，不同之处仅在于，管道的隔热层9的材料为对比例2中制备的SiO₂气凝胶毡。

测试例1

测试将实施例2、实施例3、对比例3、对比例4、对比例5和对比例6的管道用于输送液态碱金属时的安全性。具体测试方法为：在一段外径φ51mm、长1m，两端密封的不锈钢管道内灌入适量碱金属钠，管道中间开一个φ1mm的孔，模拟管道发生泄漏。在使用管道时，实施例2中将管道沿水平设置，φ1mm的孔向上，并使液态金属泄漏探测器11位于管道轴线的正下方；实施例3中将管道竖直方向放置，φ1mm的孔垂直管道轴向，液态金属泄漏探测器11缠绕管道外壁。启动加热丝加热，升温至535℃并保温。

经测试可知，实施例2和实施例3的管道在碱金属泄漏后短时间内液态金属泄漏探测器发出泄漏警报且管道外保温层无明显温升，表明实施例2和实施例3的管道具有较优的安全性，成功阻止了碱金属钠与气凝胶毡本体的直接反应；管道泄漏的钠蒸气汇集成液滴，沿着管道外壁流下，并及时被液态金属泄漏探测器11探测到。而对比例3和对比例5的管道在加热升温至535℃后，紧贴管道的气凝胶保温毡隔绝层铝箔高温下发生明显变形，甚至引发个别位置破损，端面及接缝位置的铝箔全部开裂，不能继续全面保护内部的气凝胶毡本体；碱金属泄露后，与气凝胶毡本体直接接触，并发生反应，局部温度显著升高，使周围铝箔进一步发生熔化。对比例4和对比例6的管道在碱金属泄漏后，碱金属与气凝胶保温本体发生明显反应，管道外保温层温度异常上升，且液态金属泄漏探测器11较长时间后仍未能探测到泄漏的碱金属钠，管道的安全性较差。

以上结合附图详细描述了本申请的优选实施方式，但是，本申请并不限于上述实施方式中的具体细节，在本申请的技术构思范围内，可以对本申请的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本申请的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本申请对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本申请的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本申请的思想，其同样应当视为本申请所公开的内容。

Claims (10)

1.一种复合SiO₂气凝胶毡，其特征在于，所述复合SiO₂气凝胶毡包括气凝胶毡本体(3)、第一金属隔绝层(1)、第二金属隔绝层(2)和第三金属隔绝层，所述第一金属隔绝层(1)覆于所述气凝胶毡本体(3)的第一主表面，所述第二金属隔绝层(2)覆于所述气凝胶毡本体(3)的第二主表面，所述第三金属隔绝层覆于所述气凝胶毡本体(3)的端面；

所述第一金属隔绝层(1)、所述第二金属隔绝层(2)和所述第三金属隔绝层的材料为不锈钢箔，所述第一金属隔绝层、所述第二金属隔绝层和所述第三金属隔绝层的厚度各自独立地为0.01-0.2mm。

2.根据权利要求1所述的复合SiO₂气凝胶毡，其特征在于，所述第一金属隔绝层(1)、所述第二金属隔绝层(2)和所述第三金属隔绝层的厚度各自独立地为0.015-0.02mm。

3.根据权利要求1所述的复合SiO₂气凝胶毡，其特征在于，所述气凝胶毡本体(3)的厚度为5-10mm。

4.根据权利要求1所述的复合SiO₂气凝胶毡，其特征在于，所述气凝胶毡本体含有纳米孔隙，纳米孔隙的平均孔径为10-150nm，所述气凝胶毡本体的孔隙率为80-95％。

5.一种用于输送液态碱金属的管道，其特征在于，所述管道包括管道本体(7)、隔热层(9)和液态金属泄漏探测器(11)；所述隔热层(9)覆于所述管道本体(7)的外表面，所述隔热层(9)包括权利要求1-4中任意一项所述的SiO₂气凝胶毡，所述液态金属泄漏探测器(11)设置于所述管道本体(7)和所述隔热层(9)之间。

6.根据权利要求5所述的管道，其特征在于，所述隔热层(9)呈螺旋式敷设在所述管道本体(7)的外表面，所述隔热层(9)为1-4层，所述隔热层的总厚度为20-40mm。

7.根据权利要求5所述的管道，其特征在于，所述管道本体(7)和所述隔热层(9)之间设置有沿所述管道本体(7)的周向螺旋缠绕的电加热丝(8)。

8.根据权利要求5所述的管道，其特征在于，所述管道还包括热电偶(6)，所述热电偶(6)设置于所述管道本体(7)和所述隔热层(9)之间。

9.根据权利要求5所述的管道，其特征在于，沿所述隔热层(9)外表面的周向绕设有用于固定所述隔热层(9)的加强固定丝(10)。

10.根据权利要求9所述的管道，其特征在于，所述加强固定丝(10)间隔设置于所述隔热层(9)的外表面；所述加强固定丝(10)的材料选自不锈钢、铜或铁。

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