Теплоизоляция в промышленных системах охлаждения и хранения

Для правильного подбора теплоизоляции, используемой в промышленных процессах охлаждения, проектировщикам системы нужно учитывать не только рабочие температуры.

Системы охлаждения промышленных процессов могут работать при очень низких и даже криогенных температурах. При таких экстремальных условиях любые недостатки в конструкции или установке системы изоляции быстро становятся очевидными и потенциально могут повредить систему.

Чаще всего это проявляется в образовании конденсата на внешней оболочке или же, в особенно плохих ситуациях, льда на/в изоляции. Недостатки конструкции системы также приводят к повышению эксплуатационных и капитальных затрат на систему холодоснабжения. В случае нарушения протекания технологического процесса убытки могут быть ещё больше.

Поэтому любую промышленную систему охлаждения нужно проектировать так, чтобы:

Для достижения этих целей, практически во всех процессах охлаждения используется теплоизоляция:

Самыми распространенными изоляционными материалами, которые используются для охлаждения промышленных процессов, не связанных с пищевыми продуктами и напитками, являются изоляция из пенополиизоцианурата (PIR) и пеностекла.

Оба этих материала имеют преимущества, которые разработчики могут использовать для максимально эффективной работы систем.

Изоляция PIR представляет собой жесткую полиизоциануратную пену, которая может использоваться как при сверхнизких криогенных температурах, так и при температурах до 149°C. У PIR средний уровень прочности на сжатие, что помогает предотвратить повреждения системы при неправильной эксплуатации или ударе.

При выборе материала изоляции разработчики системы должны учитывать следующие характеристики:

Чтобы сделать правильный выбор, эти характеристики необходимо сравнивать с уникальными требованиями каждого проекта.

Требуемая толщина всегда зависит от теплопроводности изоляции — чем она ниже, тем лучше изоляционные свойства материала. Это означает, что материалы с более высокой теплопроводностью должны быть толще для достижения той же производительности, что и материалы с более низкой.

Толщина изоляции может повлиять на общую стоимость. Во-первых, большая толщина требует использования дополнительной изоляции, а также дополнительных вспомогательных материалов, таких как герметик для швов и металлическая оболочка. Во-вторых, чем больше внешний диаметр системы изоляции, тем больше должны быть опоры и стойки для труб.

Важно учитывать, что коэффициент теплопроводности не может быть точно представлен одним значением (оно сильно зависит от температуры). Как правило, в качестве приблизительной оценки производительности при сравнении материалов, используется значение коэффициента теплопроводности при средней температуре 24°C.

Вода — главный враг систем теплоизоляции. Когда водяной пар попадает в систему, он конденсируется и часто замерзает внутри системы изоляции, что снижает её изолирующую способность. Также это может привести к более частой конденсации влаги на внешней поверхности и увеличению теплопритока.

При попадании в систему достаточного количества водяного пара, может происходить образование льда внутри и на поверхности, что может разрушить её физически. В результате, в низкотемпературных и криогенных применениях, важным компонентом является пароизоляция, которая предотвращает попадание влаги внутрь.

Обычно рабочий персонал предприятия может определить, что в системе вышла из строя пароизоляция, поскольку будет происходить чрезмерная конденсация влаги и намерзание льда.

По мере того, как в систему изоляции поступает больше воды, а термические характеристики ухудшаются, на внешней стороне металлической оболочки может образовываться лед. Поскольку он имеет гораздо большую теплопроводность, чем сама изоляция, его присутствие в системе или на ней является признаком того, что в систему поступает больше тепла, чем необходимо. Кроме того, замерзающая вода и ее расширение могут еще больше повредить системы изоляции и пароизоляции, если не устранить проблему.

К сожалению, отремонтировать изоляционную систему, на которой уже образовывается лед, довольно трудно. Поэтому лучшее, что можно сделать — это с самого начала правильно спроектировать и установить систему с надежной, долговечной и высокоэффективной пароизоляцией.

Чтобы система изоляции промышленного охлаждения оставалась эффективной, изоляция должна быть заданной толщины. Но прочность на сжатие также важна, потому что эта характеристика может помочь предотвратить повреждение системы и пароизолятора под действием внешней силы.

Обычно PIR имеет более низкую прочность на сжатие, чем пеностекло, но этого достаточно для предотвращения большинства возможных повреждений. При этом изоляцию PIR легче изготовить. Существуют более высокие классы плотности/прочности PIR, подходящие для использования в таких местах, как опоры труб, где требуется более высокая прочность на сжатие.

Ни одна система изоляции не будет полноценной без металлической оболочки, так как она помогает защитить систему и пароизолятор от повреждений.

Кроме того, любая металлическая оболочка должна иметь защиту от коррозии. Например, один вариант защиты представляет собой трехслойную полиэтиленовую влагонепроницаемую пленку толщиной 76 микрон, которая ламинируется на внутреннюю поверхность. Такой барьер для влаги помогает снизить предрасположенность оболочки к коррозии.

Как правило, нужно проектировать системы теплоизоляции с учетом наихудших климатических условий. Это подразумевает высокую температуру, высокую влажность и низкую скорость ветра.  Это необходимо даже в том случае, если в регионе наблюдается всего один “сложный” месяц в году — например, с относительной влажностью около 90% и температурой окружающей среды более 30°C.

Проектирование системы с учетом этого месяца обеспечит эффективную работу в течение всего года. Но если не учесть один месяц сложных условий окружающей среды, система может отказать.

Система изоляции является важной и сложной частью всего проекта. Она должна быть разработана опытными профессионалами, знакомыми с инженерными аспектами таких систем, и установлена подрядчиками, имеющими опыт работы с материалами, которые используются в этих криогенных системах.

При выборе изоляции, проектировщики должны учитывать её физические характеристики и сравнивать их с уникальными потребностями системы, а также с бюджетом проекта и его ограничениями.