Теплоизоляция резервуаров, печей, трубопроводов

Сбережение материальных и энергетических ресурсов является общим направлением технической политики в мире в рамках так называемого „устойчивого развития“. От экстенсивного (количественного) наращивания производства и генерации человечество перешло к рациональному потреблению. При этом даже в 21 веке больше половины вырабатываемой планетой полезной энергии тратится на нагрев чего-либо, чаще всего — воздуха и воды. Поэтому в энергосбережении большое значение уделяется повышению теплозащиты помещений, ёмкостей и оборудования.

Особое внимание в решении этой проблемы обращается не только на новое строительство, но и на используемый фонд машин и сооружений, тепловые характеристики которых не соответствуют современным требованиям. Например, теплоизоляция промышленного оборудования, помимо энергосбережения, обеспечивает возможность более точного проведения технологических процессов при нужных параметрах, позволяет создать безопасные условия труда на производстве, снижает потери легко испаряющихся жидкостей (типа нефтепродуктов) в резервуарах и в принципе позволяет хранить сжиженные газы в изотермических хранилищах.

При выборе теплоизоляционного материала учитывают прочностные и деформационные характеристики защищаемого объекта, расчётные допустимые нагрузки на поверхности, опоры и другие его элементы. Так, при изоляции стальных вертикальных резервуаров для хранения воды, нефти и нефтепродуктов допустимая нагрузка от теплозащиты ограничивается значениями 32–34 кг/м2.

Требования пожарной безопасности определяются нормами технологического проектирования конкретных отраслей с учетом положений СНиП 2.04.14-88 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов». Для газовой, нефтехимической и химической отраслей, а также производства минеральных удобрений ведомственные нормы допускают применение в составе теплоизоляционных конструкций только негорючих и трудногорючих материалов. При выборе материалов учитывается не только показатели горючести изоляционного слоя и защитного покрытия, но и поведение конструкции в условиях пожара в целом. Пожарная опасность теплоизоляционных конструкций наряду с другими факторами зависит от температурной стойкости защитного покрытия и его механической прочности при огневом воздействии. Негорючие волокнистые теплоизоляционные материалы при определённых условиях могут поглощать горючие вещества (нефтепродукты, масла и прочие), влияющие на горючесть конструкции и способные самовоспламеняться, что также учитывается при проектировании.

Долговечность теплоизоляционных конструкций в целом в значительной степени определяется долговечностью защитного покрытия, но в общем случае зависит и от других конструктивных особенностей, а также от условий эксплуатации: месторасположение защищаемого объекта, режим работы оборудования, агрессивность окружающей среды и интенсивность механических воздействий.

Санитарно-гигиенические требования особенно важны при проектировании объектов с технологическими процессами, требующими высокой чистоты; например — в радиоэлектронике, микробиологии, фармацевтике. В этих условиях применяются материалы или конструкции, не допускающие загрязнение воздуха в помещениях.

Сегодня на российском рынке теплоизоляционных материалов представлена продукция и отечественных, и зарубежных производителей. Номенклатура отечественных волокнистых теплоизоляционных материалов для защиты оборудования такова:

1. Традиционно применяемые минераловатные прошивные маты (безобкладочные или в обкладках из металлической сетки или стеклоткани с одной или двух сторон — ГОСТ 21880-94, ТУ 36.16.22-10-89, ТУ 34.26.10579-95 и др.);

2. Минераловатные маты с гофрированной структурой (для промышленной теплоизоляции — ТУ 36.16.22-8-91);

3. Минераловатные плиты на синтетическом связующем плотностью 50–125 кг/м3 (ГОСТ 9573-96);

4. Изделия из стеклянного штапельного волокна на синтетическом связующем (ГОСТ 10499-95).

5. В небольшом объёме выпускаются изделия из сверхтонкого стеклянного и базальтового волокна с применением различных связующих и без них (ТУ 21-5328981-05-92, ТУ.95.2348-92, ТУ 5761-086-11387634-95 и др.).

В ходе изучения зарубежного опыта и обследований систем с наружной теплоизоляцией нами выявлены два основных типа теплоизоляции:

• Традиционное крепление изоляционного слоя штырями предусматривается для вертикальных и горизонтальных поверхностей с большим радиусом кривизны и плоских поверхностей: резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов‚ баков-аккумуляторов горячей воды, резервуаров для питьевой воды и для технических нужд (в том числе противопожарных), металлических стволов дымовых труб и другого крупногабаритного оборудования. Штыри для крепления теплоизоляционного слоя могут быть вставными (если предусмотрены скобы для их крепления) или приварными.
• Новое направление в тепловой изоляции — сверхтонкое теплоизоляционное покрытие. На современном рынке изоляционных материалов доля таких покрытий составляет лишь 3%; однако за этим направлением будущее.

Одним из лидеров по соотношению „цена-качество“ являются сверхтонкие теплоизоляционные покрытия серии АКТЕРМ Металл. Материалы этой серии обладают уникальными теплоизоляционными, антикоррозионными, гидроизоляционными и звукоизоляционными свойствами. Её приведённый коэффициент теплопроводности (средневзвешенный коэффициент теплопроводности теплотехнически неоднородной ограждающей конструкции) — всего 0,001 Вт/(м·°С). Трудоёмкость нанесения покрытия сравнима с покраской: материалы наносятся распылителем, кистью или валиком. Срок службы изоляции при нормальной эксплуатации — не менее 20 лет. Покрытие влагонепроницаемо, поэтому легко моется при загрязнении.

Материал наносится на все виды и конфигурации поверхностей, температуры которых находятся в пределах от +7 до +150 °С, что даёт возможность наносить изоляцию без остановки технологического процесса. Материалы эксплуатируются при температурах от –60 до +260 °С. Область применения — теплоизоляция технологических трубопроводов и оборудования, трубопроводов горячего и холодного водоснабжения, технологического оборудования котельных; наружных ограждающих конструкций промышленных, общественных и жилых зданий (как нового строительства, так и реконструкции); а также защита любых металлических поверхностей от коррозии. Материал является экологически чистым продуктом, что позволяет работать с ним в помещении даже без дополнительной вентиляции. Материалы серии АКТЕРМ Металл не поддерживают горение.

АКТЕРМ Металл позволяет технологично и комплексно решить вопросы по теплоизоляции, гидроизоляции и антикоррозионной защите оборудования. Значительно упрощается эксплуатация и техническое обслуживание трубопроводов и запорной арматуры за счёт быстрого обнаружения свищей и других мест утечек.

АКТЕРМ Металл на 97% сокращает расходы на восстановительный ремонт теплоизоляции, увеличивая межремонтные интервалы. Соответственно увеличивается срок службы защищённого оборудования.

КТЕРМ Металл эстетичен, экологически безопасен, не представляет интерес для вандалов и „охотников за вторсырьём“. Небольшие местные повреждения изоляционного слоя (сколы, царапины) легко восстанавливаются кистью.

Технология устройства наружной теплоизоляции для отечественной практики относительно нова, поэтому неизбежно появление ряда вопросов при выборе наиболее подходящего способа тепловой защиты. Расчёт и проектирование тепловой изоляции оборудования выполняется по инженерным методикам в соответствии с требованиями СНиП 2.04.14-88 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов». Толщина теплоизоляционного слоя определяется в зависимости от назначения тепловой изоляции оборудования. 

Основные критерии таковы:

• по плотности теплового потока: нормированной и регламентируемой указанным СНиП, либо по заданной и обусловленной технологическими факторами;
• по требованию предотвращения конденсации влаги на поверхности изолируемого объекта;
• для обеспечения заданной температуры на поверхности изолированного объекта;
• по условиям обеспечения безопасности персонала.

Тепловая изоляция является необходимым элементом промышленного оборудования, обеспечивающим принципиальную возможность проведения высоко- и низкотемпературных технологических процессов в энергетике и промышленности при оптимальном потреблении топливно-энергетических ресурсов.

Повышение энергоэффективности, эксплуатационной надёжности и долговечности теплоизоляционных конструкций промышленного оборудования достигается применением высококачественных теплоизоляционных и защитно-покровных материалов, совершенствования конструктивных решений, улучшения качества монтажа теплоизоляции. Всё это составляет одно из важных направлений в реализации программы энергосбережения.

ПРИМЕР ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКОГО РАСЧЁТА

Пример носит рекомендательный характер. Для получения полноценного проектного решения по тепловой изоляции необходимо заключить договор на проектирование с компанией «АКТЕРМ».

В большинстве расчётов теплоизоляции пренебрегают сопротивлением теплоотдачи от теплоносителя к стенке изолируемого объекта и потери через днище, что даёт некоторый запас в результатах расчёта.

Дано: требуется изолировать мазутный резервуар в Санкт-Петербурге, заполненный на 70%.

Особые условия: обеспечить падение температуры теплоносителя не более 3°С/сутки или 0,125°С/ч.

Тепловой изолятор.

В качестве изоляции для расчёта толщины изоляционного слоя примем сверхтонкий теплоизоляционный материал АКТЕРМ Металл. Технологическая толщина одного слоя такой теплоизоляции равна 0,4 мм. Нужное количество слоёв определим расчётом.

Теплофизические свойства теплоизоляции АКТЕРМ Металл:

Расчёты (для простоты приведены без формул):

1. Потери тепла при охлаждении теплоносителя: 403844 ккал/час или 468459 Вт.

2. Геометрия резервуара:

3. Допустимые потери тепла: 223 Вт/м2.

4. Тепловые потери от резервуара; используются константы (по СНиП II-3-79 «Строительная теплотехника»):

• коэффициент тепловосприятия стенкой: 15 Вт/(м2·°С)
• коэффициент теплоотдачи от стенки в окружающий воздух: 29 Вт/(м2·°С)

Вариант 1 — без изоляции: 643 Вт/м2.

Вариант 2 — с теплоизоляцией АКТЕРМ Металл: 81 Вт/м2.

Вывод: Теплопотери неизолированного резервуара превышают допустимые. Для обеспечения теплозащиты необходимо выполнить изоляцию сверхтонким материалом АКТЕРМ Металл. Падение температуры мазута не превысит заданные параметры даже с одним изоляционным слоем толщиной 0,4 мм.

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ

Примечание: расчёты выполнены в относительных ценах, актуальные цены уточняйте у менеджеров компании исходя из своего проекта.

Вариант 1 — теплоизоляция ограждающих конструкций резервуаров стандартными минераловатными плитами (цены — в руб./м2):

Итого:

Гарантийный срок службы теплоизоляции из минераловатных плит — 5 лет. В течении этого времени материал рассыхается, распадается и осыпается. Через 5 лет теплоизоляции практически не остаётся.

Вариант 2 — теплоизоляция ограждающих конструкций резервуаров сверхтонким покрытием АКТЕРМ Металл (цены — в руб./м2):

Итого:

Сравнение вариантов: