Теплоізоляція в промислових системах охолодження і зберігання

Для правильного підбору теплоізоляції, яка використовується в промислових процесах охолодження, проектувальникам системи потрібно враховувати не тільки робочі температури.

Системи охолодження промислових процесів можуть працювати при дуже низьких і навіть кріогенних температурах. За таких екстремальних умов будь-які недоліки в конструкції або установці системи ізоляції швидко стають очевидними і потенційно можуть пошкодити систему.

Найчастіше це проявляється в утворенні конденсату на зовнішній оболонці або ж, в особливо поганих ситуаціях, льоду на/в ізоляції. Недоліки конструкції системи також призводять до підвищення експлуатаційних і капітальних витрат на систему холодопостачання. У разі порушення протікання технологічного процесу збитки можуть бути ще більшими.

Тому будь-яку промислову систему охолодження потрібно проектувати так, щоб:

Для досягнення цих цілей, практично в усіх процесах охолодження використовується теплоізоляція для:

Найпоширенішими ізоляційними матеріалами, які використовуються для охолодження промислових процесів, не пов’язаних з харчовими продуктами і напоями, є ізоляція з пенополиизоцианурата (PIR) і піноскла.

Обидва ці матеріали мають переваги, які розробники можуть використати для максимально ефективної роботи систем.

Ізоляція PIR представляє з себе  жорстку поліізоціануратну піну, яка може використовуватися як при наднизьких кріогенних температурах, так і при температурах до 149°C. У PIR середній рівень міцності на стиск, що допомагає запобігти пошкодженням системи при неправильній експлуатації або ударі.

При виборі матеріалу ізоляції розробники системи повинні враховувати наступні характеристики:

Щоб зробити правильний вибір, ці характеристики необхідно порівнювати з вимогами кожного проекту.

Необхідна товщина завжди залежить від теплопровідності ізоляції – чим вона нижче, тим краще ізоляційні властивості матеріалу. Це означає, що матеріали з більш високою теплопровідністю повинні бути товщі для досягнення тієї ж продуктивності, що і матеріали з більш низькою. Товщина ізоляції може вплинути на загальну вартість.

По-перше, велика товщина вимагає використання додаткової ізоляції, а також додаткових допоміжних матеріалів, таких як герметик для швів і металева оболонка.

По-друге, чим більше зовнішній діаметр системи ізоляції, тим більші повинні бути опори і стійки для труб.

Важливо враховувати, що коефіцієнт теплопровідності не може бути точно представлений одним значенням (воно сильно залежить від температури). Як правило, в якості приблизної оцінки продуктивності при порівнянні матеріалів, використовується значення коефіцієнта теплопровідності при середній температурі 24°C.

Вода – головний ворог систем теплоізоляції. Коли водяна пара потрапляє в систему, вона конденсується і часто замерзає всередині системи ізоляції, що знижує її ізолюючу здатність. Також це може призвести до більш частої конденсації вологи на зовнішній поверхні та збільшення теплопритоку. При попаданні в систему достатньої кількості водяної пари, може відбуватися утворення льоду всередині і на поверхні, що може зруйнувати її фізично. В результаті, в низькотемпературних і кріогенних застосуваннях, важливим компонентом є пароізоляція, яка запобігає потраплянню вологи всередину.

Зазвичай робочий персонал підприємства може визначити, що в системі вийшла з ладу пароізоляція, оскільки відбуватиметься надмірна конденсація вологи і намерзання льоду.

По мірі того, як в систему ізоляції надходить більше води, а термічні характеристики погіршуються, на зовнішній стороні металевої оболонки може утворюватися лід. Оскільки він має набагато більшу теплопровідність, ніж сама ізоляція, його присутність в системі або на ній є ознакою того, що в систему надходить більше тепла, ніж необхідно. Крім того, замерзла вода і її розширення можуть ще більше зашкодити системі ізоляції і пароізоляції, якщо не усунути проблему.

На жаль, відремонтувати ізоляційну систему, на якій вже утворюється лід, досить важко. Тому краще, що можна зробити – це з самого початку правильно спроектувати і встановити систему з надійною, довговічною і високоефективної пароізоляцією.

Щоб система ізоляції промислового охолодження залишалася ефективною, ізоляція повинна бути заданої товщини. Але міцність на стиск також важлива, тому що ця характеристика може допомогти запобігти пошкодженню системи і пароізолятора під дією зовнішньої сили.

Однак висока міцність на стиск може ускладнити виготовлення ізоляції. Зазвичай PIR має більш низьку міцність на стиск, ніж піноскло, але цього досить для запобігання більшості можливих пошкоджень. При цьому ізоляцію PIR легше виготовити. Існують більш високі класи щільності / міцності PIR, які підходять для використання в таких місцях, як опори труб, де потрібна вища міцність на стиск.

Жодна система ізоляції не буде повноцінною без металевої оболонки, так як вона допомагає захистити систему і пароізолятор від пошкоджень. Крім того, будь-яка металева оболонка повинна мати захист від корозії. Наприклад, один варіант захисту представляє собою тришарову поліетиленову вологонепроникну плівку завтовшки 76 мікрон, яка ламінується на внутрішню поверхню. Такий бар’єр для вологи допомагає знизити схильність оболонки до корозії.

Як правило, системи теплоізоляції потрібно проектувати з урахуванням найгірших кліматичних умов: висока температура та вологість, низька швидкість вітру. Це необхідно навіть в тому випадку, якщо в регіоні спостерігається всього один “складний” місяць в році – наприклад, з відносною вологістю близько 90% і температурою навколишнього середовища понад 30°C.

Проектування системи з урахуванням цього місяця забезпечує ефективну роботу протягом всього року. Але якщо не врахувати один місяць складних умов навколишнього середовища, система може відмовити.

Система ізоляції є важливою і складною частиною всього проекту. Вона повинна бути розроблена досвідченими професіоналами, знайомими з інженерними аспектами таких систем, і встановлена ​​підрядниками, які мають досвід роботи з матеріалами, що використовуються в цих кріогенних системах.

При виборі ізоляції, проектувальники повинні враховувати її фізичні характеристики і порівнювати їх з унікальними потребами системи, а також з бюджетом проекту і його обмеженнями.