Говоря о тепловой изоляции оборудования, как правило, подразумевают защиту от повышенных температур. Однако, даже в большей степени, изоляция требуется оборудованию с низкими (ниже +19°С) и минусовыми отрицательными температурами. Если огрехи в устройстве классических изолирующих конструкций могут вызвать просто дополнительные издержки, такие как перерасход тепловой энергии, то от качества материалов и работ в криогенике зачастую будет зависеть стабильность используемых сред, сохранность оборудования, здоровье и жизнь людей. Именно в этой сфере на передний план выходит строжайшее соблюдение норм на всех этапах технологического процесса, предъявляются повышенные требования к используемым материалам.
Назначение холодоизоляции оборудования
Теплоизоляционная конструкция для температур от +19°С и ниже 0°С должна обеспечивать:
- стабильные параметры холодоносителя при эксплуатации;
- нормативный уровень тепловых потерь оборудованием и трубопроводами
- безопасную для человека температуру наружных поверхностей агрегатов и труб;
- предотвращения конденсации влаги из окружающего воздуха на покровном слое тепловой изоляции оборудования и трубопроводов.
Требования к холодовой изоляции:
Конструкции холодовой изоляции трубопроводов и оборудования должны отвечать требованиям:
- энергоэффективности - иметь оптимальное соотношение между стоимостью конструкции и стоимостью тепловых потерь через изоляцию в течение расчетного срока эксплуатации;
- эксплуатационной надежности и долговечности - выдерживать без снижения теплозащитных свойств и разрушения эксплуатационные температурные, механические, химические и другие воздействия в течение расчетного срока эксплуатации;
- безопасности для окружающей среды и обслуживающего персонала при эксплуатации и утилизации.
- материалы, используемые в теплоизоляционных конструкциях, не должны выделять в процессе эксплуатации вредные, пожароопасные и взрывоопасные, неприятно пахнущие вещества, а также болезнетворные бактерии, вирусы и грибки, в количествах, превышающих предельно допустимые концентрации, установленные в санитарных нормах.
Согласно СП 61.13330.2012, при выборе теплоизоляционных материалов и конструкций для поверхностей с температурой теплоносителя 19°С и ниже и отрицательной температурой дополнительно следует учитывать относительную влажность окружающего воздуха, а также влажность и паропроницаемость теплоизоляционного материала.
Виды холодовой изоляции
Несмотря на то, что действующие проектные нормы не делают принципиального разделения изоляции на тепловую и холодовую, практика показывает, что ключевым моментом эффективности материалов для низких температур является закрытая пористая структура. Действительно, использование, к примеру, минераловатного утеплителя нормами не запрещено, однако мероприятия по обеспечению его паронепроницаемости могут в итоге оказаться более сложными и дорогостоящими, чем применение специфических криогенных материалов.
Что касается номенклатуры таких материалов, она, с одной стороны достаточно широка, с другой – имеет серьёзные ограничения. Дело в том, что большинство из них являются органическими, то есть горючими.
К сильно горючим материалам относятся:
- вспененные каучуки и полиэтилен;
- экструдированный и беспрессовый пенополистирол;
- пенополиуретан.
Эти материалы в контексте статьи рассматривать не будем, поскольку для технического применения в нефтегазовой промышленности они не очень подходят.
Для конструкций, в которых требуется наличие одновременно теплоизоляционной, пожарной, механической и химической стойкости, остаются 3 основных материала:
- органический – пенополиизоцианурат (PIR);
- неорганический – пеностекло и аэрогель
Остановимся на особенностях каждого из материалов подробнее:
Пенополиизоцианурат PIR АМАКС
Пенополиизоцианурат - жесткий полиизоциануратный пенопласт с преимущественно закрытой ячеистой структурой (> 90%). Должен соответствовать требованиям ASTM C591.
Под маркой «АМАКС» производится в виде следующих изделий: сегменты, блок-сегменты, скорлупы, тройники, отводы, переходы, заглушки, короба, плиты, профили сложных форм и крошка, а также комплекты изоляций оборудования, разрабатываемые специалистами под конкретное техническое решение. Эти изделия могут быть выполнены в кашированном варианте фольгированными материалами, для дополнительного предотвращения паропроницаемости.
Изделия из ПИР предназначены для использования в качестве тепловой изоляции наружной поверхности продуктопроводов и технологического оборудования диаметром от 15 мм, расположенных в зданиях, сооружениях и при наружной прокладке, в том числе в районах с вечномерзлыми грунтами. Изделия из пенополиизоцианурата (PIR) АМАКС производятся для утепления криогенных и инженерных систем, канализации, трубопроводов, нефтепроводов, газопроводов, в том числе в районах Крайнего Севера, в условиях скальных грунтов, под автотрассами. Сегменты PIR применяются для теплоизоляции трубопроводов, прокладываемых любым способом.
Изделия имеют продольный термозащитный замок для формирования стыка отдельных элементов между собой. Геометрические размеры изделий зависят от диаметра трубопровода. Типоразмеры сегментов учитывают возможные неровности на поверхности трубы, а также толщину антикоррозионного покрытия, выполненного по металлу. На открытом воздухе необходима защита сегментов и блок-сегментов PIR АМАКС от воздействия ультрафиолета. Обычно она выполняется с помощью кожухов из оцинкованной стали. При прокладке в грунте используется гидроизоляционная битумная лента на липком основании, которая укладывается поверх трубы и поверх теплоизоляционного пирога сегментов и бандажей.
Плотность составляет от 40 кг/м3 до 60 кг/м3 (соответствует требованиям ASTM D1622).
Теплопроводность не превышает значений, представленных в таблице ниже:
| Средняя температура, ºC | Максимальная теплопроводность, Вт/м•К |
|---|---|
| +40 | 0.029 |
| +20 | 0.027 |
| +10 | 0.020 |
| 0 | 0.019 |
| -20 | 0.018 |
| -40 | 0.017 |
| -80 | 0.016 |
| -120 | 0.015 |
| -170 | 0.015 |
| Наименование показателя | Ед. изм. | Характеристики по ТУ | Метод испытаний |
| Внешний вид, качество поверхности | - | Ровная поверхность, минимальные выпуклости/впадины. Пенополиизоцианурат, из которого сделаны изделия, на срезе должен иметь однородную мелкоячеистую структуру. Наличие пустот с максимальным размером более 3 мм в толще изделий не допускается. | Визуально |
| Водопоглощение за 24 часа, не более | % по объему | Менее 2 | ГОСТ 17177 |
| Плотность | кг/м3 | свыше 40 до 60 | ГОСТ 17177 |
| Прочность на сжатие при 10% линейной деформации, не менее | МПа | 0,15 | ГОСТ 17177 |
Основными достоинствами PIR АМАКС изоляции являются: широкий диапазон применяемых температур (от -200°С до +195°С); высокая плотность, полная негигроскопичность, небольшой вес, слабая горючесть (Г1), безопасность для человека и окружающей среды, крайне низкий коэффициент теплопроводности, особенно для отрицательных температур.
Недостатками являются: требования к защите от воздействия ультрафиолета. Общим «недостатком» любой холодовой изоляции, в том числе и PIR являются повышенные требования к качеству производства монтажных работ.
Пеностекло ТМ «AMAX GLASS»
Пеностекло – неорганический теплоизоляционный материал, изготавливаемый, в основном, из отходов стекла, образующихся при производстве и использовании стеклянных изделий и листового стекла (стеклобой), или специально сваренного стекла. Химический состав материала обуславливает его основные свойства: химическая инертность (взаимодействует только с плавиковой кислотой), долговечность, прочность, устойчивость к воздействию грызунов, плесени, грибка, нетоксичность и негорючесть.
При этом материал стоит отличать от изделий, изготовленных способом вспучивания растворов водорастворимых силикатов при температуре менее 650°С («паростекло»), горных пород и прочих природных материалов, изделий из ячеистых материалов на органической основе.
В связи с прекрасными теплотехническими и прочностными характеристиками, диапазон применения материала довольно широк: изделия из пеностекла АМАКС используются для теплошумоизоляции труб и соединительных деталей трубопроводов надземной и подземной прокладки (газопроводов, нефтепроводов, продуктопроводов, воздуховодов, паропроводов и пр.); технологического оборудования (емкостей, запорно-регулирующей арматуры, фильтров и пр.); дымовых труб; днищ, стенок и крыш стальных и железобетонных резервуаров на объектах добычи, очистки, переработки и транспортировки газа, в том числе сжиженного, нефти и нефтепродуктов; инженерных коммуникаций зданий и сооружений промышленного и гражданского назначения (систем водоснабжения и отопления и пр.) и так далее.
В контексте данной статьи нас, в основном, интересуют характеристики материала, позволяющие его применение в составе холодовой изоляции:
- Рабочая температура теплоизолируемых поверхностей на контакте с пеностеклом от минус 196°С до плюс 485°С;
- Средняя плотность, кг/м3 - 121-140 (ASTM); 141-160;
- коэффициент теплопроводности (+25°С) - 0,043 Вт/(м*К);
- прочность на сжатие при 10% линейной деформации, не более – 2,1 МПа
- группа горючести – НГ (негорючее).
Как видно из характеристик, к преимуществам пеностекла по сравнению с PIR можно отнести: более широкий температурный диапазон, что позволяет, к примеру, производить периодическое пропаривание оборудования; гораздо более высокую прочность на сжатие, допускающую использование материала в качестве изоляции оснований резервуаров, опор оборудования; негорючесть, химическую и биологическую стойкость.
К особенностям материала, которые необходимо учитывать при проектировании, изготовлении и эксплуатации пеностекла можно отнести хрупкость к ударным воздействиям и температурным расширениям защищаемого оборудования, относительно высокую теплопроводность, открытую пористость наружного слоя материала, требующую нанесения защитных покрытий, общую сложность монтажа, требующую высокой квалификации изолировщиков.
Наше монтажное подразделение берет на себя ответственность и готово произвести качественный монтаж пеностекольной изоляции в согласованные с заказчиком сроки, конструкторский отдел совместно с ПТО обеспечит требуемую адаптацию проектного решения, корректное и профессиональное производство работ в области криогеники, добычи, производства и хранения сжиженных газов.
