Минимизация потерь тепла в промышленных процессах: теплоизоляционные материалы

Когда дело доходит до промышленного применения, теплоизоляция абсолютно необходима. Потери энергии из-за плохой теплоизоляции приводят к финансовым потерям. Это также может препятствовать транспортировке материала через трубопровод, потенциально может повредить качество вещества в трубах и поставить под угрозу безопасность работников завода. Для решения каждой из этих проблем промышленное оборудование должно находиться в определенном температурном диапазоне. Устранить теплопотери возможно при помощи надежной теплоизоляции.

Поддержание оптимальных запланированных температур может иметь решающее значение для обеспечения удовлетворения системы уникальным химическим потребностям, связанным с извлечением и конечным использованием веществ в трубах. Например, материалы с высокой вязкостью могут нуждаться в поддержании более высоких температур, чтобы быть достаточно жидкими для эффективной транспортировки по трубам и слива. Другие материалы могут испортиться из-за перегрева.

Теплоизоляция также имеет решающее значение для безопасности работников.  Стандартное руководство по поверхностным условиям системы с подогревом, которые вызывают контактные ожоги, рекомендует, чтобы максимальная безопасная на ощупь температура не превышала 60 ° C. Было установлено, что обычный человек может при этой температуре касаться поверхности в течение 5 секунд, не нанося непоправимого вреда. Таким образом, многие разработчики систем ориентируются на температуру поверхности 60 ° C или ниже при проектировании системы изоляции.

Управление технологическим процессом требует контроля температуры материала внутри трубы. В то же время, контроль температуры открытой поверхности больше ориентирован на безопасность персонала. Однако во многих случаях, когда система разработана в соответствии со стандартами личной защиты, температура снаружи также регулируется.

Принимая во внимание широкий спектр доступных изоляционных материалов, понимание каждой из этих переменных и того, как изоляция может - или не может - решать задачи, является ключом к обеспечению того, чтобы система изоляции и, следовательно, трубопроводная система работали в соответствии с проектом. Ключевые компоненты каждой из особенностей, которые следует рассмотреть, описаны ниже.

Гидрофобность. В то время как большинство разработчиков систем выбирают гидрофобную (водоотталкивающую) изоляцию как метод уменьшения коррозии под изоляцией (CUI), гидрофобность  также может сыграть решающую роль в помощи поддержки тепловой целостности системы, предотвращая проникновение воды. Вода обладает высокой теплопроводностью, и когда система становится насыщенной влагой, способность изоляции препятствовать передаче тепла существенно снижается, пока изоляция не высохнет или не будет заменена. Время сушки значительно варьируется в зависимости от температуры системы и от того, было ли установлено защитное покрытие с водосточными отверстиями.

Вода обладает высокой теплопроводностью, и когда система изоляции становится насыщенной влагой, может возникнуть коррозия под изоляцией.

Имейте в виду, что, хотя гидрофобная изоляция, такая как вспученный перлит, микропористые одеяла или аэрогель кремнезема, превосходно предотвращает проникновение воды в изоляцию, гидрофобность не является универсальным решением. Когда изоляция подвергается воздействию температур, превышающих 315°C, гидрофобный характер любой изоляции будет сгорать, и изоляция может стать поглощающей. Для случаев, когда температура превышает 315°C, разработчикам следует рассмотреть альтернативные варианты изоляции или гибридные системы, которые используют несколько типов изоляции.

Высокотемпературное микропористое одеяло может быть соединено с водостойким силикатом кальция для создания гибридной системы изоляции. Это учитывает гидрофобность на внутреннем слое и водостойкость на внешнем слое. Кроме того, он использует прочность на сжатие силиката кальция для поддержки оболочки. Низкий профиль микропористого покрытия уменьшает толщину всей системы изоляции без ущерба для тепловых характеристик.

Прочность на сжатие. Поскольку гидрофобность не является панацеей от проникновения воды, разработчикам систем, возможно, придется подумать о выборе изоляции с высокой прочностью на сжатие. Это поможет предотвратить коробление оболочки и возникновение щелей, через которые вода может проникнуть в систему. Изоляция с высокой прочностью на сжатие включает силикат кальция, ячеистое стекло или вспученный перлит. Они особенно важны, если трубопроводная система расположена в зоне, где на трубах много пешеходов. Более мягкие теплоизоляционные материалы, такие как минеральная вата или стекловолокно, будут прогибаться под весом человека. Данные материалы, как правило, являются лучшим решением для вертикальных участков труб или систем, которые находятся слишком высоко над землей.

Тепловой сдвиг. Тепловой сдвиг является относительно новым открытием в индустрии промышленной изоляции. Это относится к снижению теплоизоляции в результате воздействия более высоких температур. Исследователи протестировали несколько промышленных изоляционных материалов, в том числе силикат кальция, минеральную вату, вспученный перлит, микропористое одеяло и аэрогель на основе диоксида кремния, и обнаружили, что термический сдвиг присутствовал только в тестируемом аэрогеле на основе диоксида кремния. Это начинается при температуре около 149 ° C. Испытания показали, что температура вызывает разрушение кремнеземных аэрогелей в изоляции, что впоследствии приводит к ухудшению тепловых характеристик. Чем выше температура, тем быстрее будут разрушаться аэрогели.

К счастью, термическая деградация не является неопределенной. Она стабилизируется и остается последовательной, как только достигает определенной точки. Это позволяет проектировщикам корректировать тепловой сдвиг в своих конструкциях, добавляя в проект дополнительные слои изоляции. Важно уделять первостепенное внимание тепловому сдвигу, поскольку маловероятно, что система будет исправлена ​​после ее установки.

Рекомендации по установке. Помимо конструкции системы изоляции, существуют и другие детали, которые могут влиять на контроль температуры и процесса при установке изоляции. Например, установщики должны убедиться, что стыки изоляции расположены в шахматном порядке, будь то однослойная или многослойная установка. Это помогает обеспечить отсутствие прямого пути от трубы к поверхности для отвода тепла между частями изоляции. Кроме того, если установщики используют канавочную изоляцию, например, минеральную вату с V-образной канавкой (изоляция, имеющая канавки заводской резки для обеспечения плоской транспортировки изоляции и последующего наматывания вокруг трубы на рабочей площадке), они должны быть уверены, что стороны каждой канавки прижаты друг к другу. Любые зазоры между канавками позволяют проходу тепла течь от поверхности трубы к поверхности изоляции.

Эти изображения показывают результаты неправильной установки: края в минеральной вате с V-образной канавкой не были плотно приложены друг к другу при установке. Коричневые пятна на поверхности изоляции - это то место, где тепло могло распространяться непосредственно с поверхности трубы на внешнюю поверхность изоляции. Это привело к выгоранию материала. Неправильная установка привела к тому, что внутренняя часть изоляции сгорела даже сильнее, чем внешняя.

В заключение, хотя управление процессом может показаться просто вопросом задания изоляции, которая имеет максимальную температуру использования, которая находится в пределах параметров рабочей температуры системы, разработчики должны быть осторожными и тщательными при выборе изоляционного материала. Принимая во внимание уникальные потребности, требования и нюансы приложения на этапе проектирования, проектировщики могут гарантировать, что их система изоляции эффективна для поддержания целостности управления процессом, защиты безопасности предприятия и персонала и экономии энергии для системы в целом.