Механическая изоляция – типы и материалы

Сравнение традиционной и усовершенствованной изоляции паровых труб

Лучшие парораспределительные системы имеют высокотемпературную изоляцию, защиту от плесени и безопасные материалы для рабочих и окружающей среды. В идеале паропроводы должны быть изолированы долговечными, устойчивыми к коррозии материалами, которые обеспечивают простоту установки и обслуживания. В этой статье сравниваются три варианта изоляции паровых труб: стекловолокно, съемные изоляционные кожухи и трубопроводы с вакуумной изоляцией.

Вы ищете лучший тип изоляции для ваших паровых труб, труб и шлангов? Теплоизоляция является важным фактором из-за высокой рабочей температуры парораспределительных систем. Добавление изоляции к компонентам паропровода снижает теплопередачу и может помочь снизить потери энергии до 90%. В дополнение к тепловым требованиям, паропровод также должен поддерживать надлежащее давление для обеспечения оптимальной безопасности и эффективности.

Традиционная изоляция паровых труб

Изоляция труб из стекловолокна

Стекловолокно традиционно было предпочтительным материалом для большинства участков изоляции труб в системах распределения пара. Это известное решение, обычно в сочетании с универсальным жилетом (ASJ), очень популярно.

Основными преимуществами несъемной стеклопластиковой изоляции являются легкие материалы и относительно низкая стоимость. Тем не менее, у него есть несколько недостатков, которые стоит учитывать, например:

• инспектирование Изоляция из стекловолокна может занять много времени, поскольку трудно добраться до поверхности трубы. Часто приходится вырезать часть материала, что в конечном итоге ставит под угрозу изоляцию.
• Влажность могут попасть в систему через отверстия, прорезанные для осмотра. Конденсация может ухудшить характеристики изоляции (значение R) и увеличить риск коррозии под изоляцией (CUI) и потенциальной технологической утечки.
• Рост плесени может оседать на волокнах, вызывая аллергические реакции или другие вредные побочные эффекты, особенно при наличии черной плесени.
• Жизненный цикл уменьшается по мере того, как стекловолокно оседает или уплотняется с течением времени, уменьшая толщину изоляции и ее характеристики.
• Экологические исследования георадаром последствия могут быть негативными, потому что стекловолокно практически невозможно переработать.
• Отрицательные последствия для здоровья может произойти. Известно, что свободные волокна и пыль, вдыхаемые во время установки и обслуживания, вызывают раздражение дыхательных путей. Регулярное длительное воздействие может в конечном итоге привести к более серьезным проблемам с легкими. Министерство здравоохранения и социальных служб США (HSS) включило стекловолокно в свой 15-й отчет о канцерогенах (2021 г.).

Съемные изоляционные кожухи паровых труб

Съемные изоляционные кожухи паровых труб обычно состоят из силиконового кожуха, покрывающего изоляционный материал. Внутренний материал обычно представляет собой стекловолокно, керамическую бумагу, минеральную вату или пирогель. Съемные изоляционные кожухи поставляются в диапазоне стандартных номинальных размеров труб (NPS) от 2 дюймов до 24 дюймов.

Основным недостатком этого решения являются сложности с рутинной проверкой. Это требует снятия и повторной установки кожуха каждый раз, когда систему трубопроводов необходимо осмотреть и/или обслуживать. Это повторяющееся обращение, вероятно, приведет к сжатию стекловолокна внутри куртки. Как только стекловолокно сжимается, характеристики изоляции начинают страдать, а потери тепла увеличиваются.

Усовершенствованная изоляция паровых труб

Трубопровод с вакуумной оболочкой

Трубки с вакуумной оболочкой Insulon® представляют собой инновационную высокоэффективную альтернативу традиционным изоляционным материалам для паровых труб. Он доступен в широком диапазоне диаметров от миллиметров до 12 дюймов.

Ультратонкая конструкция делает трубки Insulon уникальными и хорошо подходящими для труб малого диаметра, микроотверстия и диаметра в несколько десятков дюймов. Этот тип технологии изоляции идеально подходит для изоляции паропроводов благодаря следующим преимуществам:

• Установка легко и безопасно
• Сверхвысокая производительность, энергосберегающая изоляция
• Нержавеющая сталь конструкция сопротивляется сжатию
• Прочный дизайн для долгосрочной работы
• Неканцерогенный, нетоксичный материалы для здоровья и безопасности
• Неволокнистый материалы подходят для чистых помещений и контролируемых сред
• Длительный срок службы — доказано, что он выдерживает циклическое воздействие высоких температур
• Сопротивление ржавчине металлы снижают риск CUI
• Вторичной переработки нержавеющая сталь для защиты окружающей среды
• Доступно как жесткие трубы, гибкие шланги и изогнутые трубы

Трубопровод с вакуумной изоляцией превосходит традиционные варианты изоляции паровых труб как с точки зрения эксплуатации, так и с точки зрения окружающей среды. Часто это означает дополнительные затраты на начальные этапы, но внедрение передовых технологий обеспечивает преимущества и рентабельность инвестиций в долгосрочной перспективе.

ООО «Концепт Групп»

ООО «Концепт Групп» — теплотехническая фирма, специализирующаяся на передовых решениях по теплоизоляции для решения сложных и сложных тепловых задач. Мы объединяем инновационную инженерию с экспертным производством для разработки собственных решений для клиентов из разных отраслей.

Типы и материалы изоляции

Любая поверхность, которая горячее окружающей среды, теряет тепло. Потери тепла зависят от многих факторов, но доминирующими являются температура поверхности и ее размер.

Нанесение изоляции на горячую поверхность снизит температуру наружной поверхности. За счет изоляции поверхность на объектах увеличится, но относительный эффект снижения температуры будет намного больше, а потери тепла сократятся.

Аналогичная ситуация возникает, когда температура поверхности ниже, чем температура окружающей среды. В обоих случаях теряется часть энергии. Эти потери энергии можно уменьшить, укладывая практичную и экономичную изоляцию на поверхности, температура которых сильно отличается от температуры окружающей среды.

Категории изоляционных материалов

Изоляционные материалы или системы также можно классифицировать по диапазону рабочих температур.

Существуют различные мнения относительно классификации механической изоляции по диапазону рабочих температур, для которого используется изоляция. Например, слово криогеника означает «производство ледяного холода»; однако этот термин широко используется как синоним для многих низкотемпературных применений. Точно не определено, в какой точке температурной шкалы заканчивается охлаждение и начинается криогеника.

Национальный институт стандартов и технологий в Боулдере, штат Колорадо, считает, что область криогеники связана с температурами ниже -180°C. Они основывали свое определение на понимании того, что нормальные температуры кипения так называемых постоянных газов, таких как гелий, водород, азот, кислород и обычный воздух, лежат ниже -180°C, в то время как фреоновые хладагенты, сероводород и другие распространенные хладагенты имеют температуру кипения выше -180°С.

Понимая, что некоторые из них могут иметь другой диапазон рабочих температур, по которым можно классифицировать механическую изоляцию, в отрасли механической изоляции обычно используются следующие определения категорий.

Сотовая изоляция состоят из небольших отдельных клеток, которые либо соединяются между собой, либо изолированы друг от друга, образуя ячеистую структуру. Стекло, пластмассы и резина могут составлять основной материал, и используются различные пенообразователи.

Сотовая изоляция часто дополнительно классифицируются либо как открытые ячейки (т.е. ячейки соединяются друг с другом), либо как закрытые ячейки (ячейки изолированы друг от друга). Как правило, материалы с содержанием закрытых ячеек более 90% считаются материалами с закрытыми ячейками.

Волокнистые утеплители состоят из волокон небольшого диаметра, тонко разделяющих воздушное пространство. Волокна могут быть органическими или неорганическими, и они обычно (но не всегда) удерживаются вместе связующим. Типичные неорганические волокна включают стекло, каменную вату, шлаковую вату и алюмосиликат.

Волокнистые изоляционные материалы подразделяются на шерстяные и текстильные. Утеплители на текстильной основе состоят из тканых и нетканых волокон и нитей. Волокна и пряжа могут быть органическими или неорганическими. Эти материалы иногда поставляются с покрытиями или в виде композитов для определенных свойств, например, атмосферостойкости и химической стойкости, отражательной способности и т. д.

Чешуйчатая изоляция состоят из мелких частиц или хлопьев, тонко разделяющих воздушное пространство. Эти чешуйки могут или не могут быть связаны вместе. Вермикулит, или вспученная слюда, представляет собой чешуйчатый утеплитель.

Гранулированные утеплители состоят из мелких узелков, которые содержат пустоты или полые пространства. Эти материалы иногда считаются материалами с открытыми порами, поскольку газы могут перемещаться между отдельными пространствами. Изоляция из силиката кальция и формованного перлита считается гранулированной изоляцией.

Светоотражающая изоляция & Обработка добавляется к поверхностям для снижения коэффициента излучения длинных волн, тем самым уменьшая передачу лучистого тепла к поверхности или от нее. Некоторые системы отражающей изоляции состоят из нескольких параллельных тонких листов или фольги, расположенных на расстоянии друг от друга для минимизации конвективной теплопередачи. Куртки и облицовки с низким коэффициентом излучения часто используются в сочетании с другими изоляционными материалами.

Сотовая изоляция

эластомерный

Эластомерная изоляция определяется ASTM C 534, Тип I (формованные трубы) и Тип II (листы). В стандарте ASTM есть три класса, которые широко доступны.

Все три сорта представляют собой гибкую и упругую пенопластовую изоляцию с закрытыми порами. Максимальная паропроницаемость составляет 0.10 промилле на дюйм, а максимальная теплопроводность при температуре 75°F составляет 0.28 BTU дюйм/(ч фут 2 F) для классов 1 и 3, а класс 2 составляет 0.30 БТЕ дюйм/(ч фут 2 F). . Состав 3 не содержит вымываемых хлоридов, фторидов, поливинилхлорида или галогенов.

Предварительно сформированная трубчатая изоляция доступна с внутренним диаметром от 3/8″ до 6 IPS, толщиной стенки от 3/8″ до 1.1/2″ и типичной длиной 6 футов. Трубчатый продукт доступен с предварительно нанесенным клеем и без него. Листовая изоляция доступна в непрерывных длинах шириной 4 фута или 3 фута x 4 фута и с толщиной стенки от 1/8 ″ до 2 ″. Листовой продукт доступен с предварительно нанесенным клеем и без него.

Эти материалы обычно укладываются без дополнительных пароизоляторов. При установке на трубопроводе с очень низкой температурой или в условиях постоянной высокой влажности может потребоваться дополнительная защита замедлителем испарения. Все швы и точки соединения должны быть герметизированы контактным клеем, рекомендованным производителем. Для наружного применения необходимо использовать атмосферостойкую оболочку или рекомендованное производителем покрытие для защиты от УФ-излучения и озона.

Ячеистое стекло

Ячеистое стекло определяется ASTM как изоляция, состоящая из стекла, обработанного для образования жесткой пены, имеющей преимущественно структуру с закрытыми ячейками. На ячеистое стекло распространяется стандарт ASTM C552, «Стандартная спецификация для теплоизоляции ячеистого стекла», и оно предназначено для использования на поверхностях, работающих при температурах от -450 до 800°F. Стандарт определяет два класса и четыре типа следующим образом.

Изоляция из ячеистого стекла

Ячеистое стекло производится в виде блоков (тип I). Блоки продукта Типа I обычно отправляются изготовителям, которые производят готовые формы (Типы II, III и IV), которые поставляются дистрибьюторам и / или подрядчикам по изоляции.

Максимальная теплопроводность определяется по классам следующим образом (для выбранных температур).

Стандарт также содержит требования к плотности, прочности на сжатие, прочности на изгиб, водопоглощению, паропроницаемости, горючести и характеристикам поверхностного горения.

Изоляция из ячеистого стекла представляет собой жесткую неорганическую негорючую, непроницаемую, химически стойкую форму стекла. Он доступен с лицевой или без лицевой стороны (с рубашкой или без рубашки). Из-за широкого диапазона температур иногда используются различные технологии изготовления в различных диапазонах рабочих температур.

Как правило, изготовление изоляции из пеностекла включает в себя склеивание нескольких блоков вместе, чтобы сформировать «заготовку», которая затем используется для производства изоляции труб или специальных форм. Используемый клей или клеи различаются в зависимости от предполагаемого конечного использования и проектных рабочих температур. Для применения при температурах ниже температуры окружающей среды обычно используются клеи-расплавы, такие как асфальт ASTM D 312 Type III.

В системах с температурой выше температуры окружающей среды или там, где органические клеи могут представлять проблему (например, работа с LOX), в качестве клея для изготовления часто используется неорганический продукт, такой как гипсовый цемент. Другие клеи могут быть рекомендованы для конкретных применений. При определении изоляции из ячеистого стекла включите условия эксплуатации системы, чтобы обеспечить надлежащее изготовление.

Волокнистая изоляция

Волокнистые утеплители состоят из волокон малого диаметра, которые тонко делят воздушное пространство. Волокна могут быть органическими или неорганическими, и они обычно (но не всегда) удерживаются вместе связующим. Типичные неорганические волокна включают стекло, каменную вату, шлаковую вату и алюмосиликат.

Труба из минерального волокна

Изоляция труб из минерального волокна соответствует стандарту ASTM C 547. Стандарт содержит пять типов, классифицируемых в первую очередь по максимальной рабочей температуре.

Стандарт дополнительно классифицирует продукты по сортам. Изделия класса А можно «надевать» при указанной максимальной температуре использования, в то время как изделия класса В предназначены для использования с графиком нагрева.

Указанная максимальная теплопроводность для всех типов составляет 0.25 БТЕ/дюйм/(ч · фут 2 °F) при средней температуре 100 °F.

Стандарт также содержит требования к сопротивлению провисанию, линейной усадке, сорбции водяного пара, характеристикам поверхностного горения, характеристикам горячей поверхности и неволокнистому содержанию (дробей). Кроме того, в ASTM C 547 есть дополнительное требование к коррозионным характеристикам под напряжением, если продукт будет использоваться в контакте с трубопроводом из аустенитной нержавеющей стали.

Изоляционные материалы для труб из стекловолокна обычно относятся к типу I или типу IV. Изделия из минеральной ваты будут соответствовать более высоким температурным требованиям для типов II, III и V.

Эти изоляционные материалы для труб могут поставляться с различными покрытиями, нанесенными на заводе, или они могут иметь кожух в полевых условиях. Системы изоляции труб из минерального волокна также доступны с «самосохнущим» влагоотводящим материалом, который непрерывно наматывается на трубы, клапаны и фитинги. Эти продукты предназначены для сохранения сухости изоляционного материала трубопроводов охлажденной воды в местах с высокой влажностью.

Секции изоляции труб из минерального волокна обычно поставляются длиной 36 дюймов и доступны для большинства стандартных размеров труб и трубок. Доступные толщины варьируются от 1/2 дюйма до 6 дюймов.

Гранулированные утеплители

Силикат кальция

Теплоизоляция из силиката кальция определяется ASTM как изоляция, состоящая в основном из гидросиликата кальция и обычно содержащая армирующие волокна.

Изоляция из силиката кальция для труб и блоков соответствует стандарту ASTM C 533. Стандарт содержит три типа, классифицируемых в первую очередь по максимальной рабочей температуре и плотности.

Теплоизоляция из силиката кальция

Стандарт ограничивает рабочую температуру от 80°F до 1700°F.
Изоляция для труб из силиката кальция поставляется в виде полых цилиндров, разделенных пополам по длине, или в виде изогнутых сегментов. Секции изоляции труб обычно поставляются длиной 36 дюймов и доступны в размерах, соответствующих большинству стандартных размеров труб. Доступные толщины варьируются от 1″ до 3″ в один слой. Более толстая изоляция поставляется в виде вложенных секций.

Блок-изоляция из силиката кальция поставляется в виде плоских секций длиной 36 дюймов, шириной 6 дюймов, 12 дюймов и 18 дюймов и толщиной от 1 дюйма до 4 дюймов. Блок с канавками доступен для установки блока на криволинейные поверхности большого диаметра.

Специальные формы, такие как изоляция клапана или фитинга, могут быть изготовлены из стандартных профилей.

Силикат кальция обычно имеет металлическую или тканевую оболочку для защиты внешнего вида и атмосферных воздействий.

Указанная максимальная теплопроводность для типа 1 составляет 0.41 БТЕ-дюйм/(ч · фут 2 °F) при средней температуре 100 °F. Указанная максимальная теплопроводность для типов 1A и 2 составляет 0.50 Btu-in/(h ft 2 °F) при средней температуре 100 °F.

Стандарт также содержит требования к прочности на изгиб (изгиб), прочности на сжатие, линейной усадке, характеристикам горения поверхности и максимальному содержанию влаги при поставке.

Типичные области применения включают трубопроводы и оборудование, работающее при температурах выше 250°F, резервуары, сосуды, теплообменники, паропроводы, изоляцию клапанов и фитингов, котлы, вентиляционные и выхлопные каналы.

Изоляция труб: мера энергосбережения

При проведении энергетического аудита теплиц я часто наблюдал неизолированные трубопроводы системы горячего водоснабжения в местах, где тепло не требуется или где можно было бы добиться лучшего контроля, если бы они были изолированы.

Удивительно, сколько тепла отдает неизолированная труба. Один фермер с двумя большими котлами, которые обогревают плиту, подключенную к желобу, сказал мне, что перед изоляцией труб подачи/обратки в своей котельной ему часто приходилось оставлять окна и двери открытыми, чтобы там мог работать обслуживающий персонал. После того, как трубы были изолированы, они должны были добавить дополнительное тепло, чтобы сделать их комфортными.

Потери тепла из труб зависят от нескольких факторов, в том числе от диаметра и длины трубы, температуры воды внутри трубы, температуры воздуха вокруг трубы и времени, в течение которого по трубе проходит горячая вода. Добавление изоляции замедляет эти потери и снижает расходы на топливо.

Оценка ваших сбережений
В таблице 1 приведена примерная годовая экономия от изоляции погонного фута трубы разного диаметра 1 дюймом стекловолокна или пенопласта. Предполагается 2000 часов ежегодного использования, что типично для системы отопления в северном климате.

Чтобы воспользоваться таблицей, выберите диаметр трубы и умножьте длину трубы на экономию из таблицы. Например, производитель может сэкономить 372 доллара в год, изолируя 100 футов трубы системы отопления диаметром 2 дюйма, по которой течет вода с температурой 180 ° F, если котел работает на природном газе стоимостью 1.05 доллара за тепло. Экономия = 100 футов x 3.72 доллара за погонный фут = 372 доллара.

Таблица 1. Приблизительная годовая экономия топлива с изоляцией труб (на погонный фут)*

* Предполагается – стальная труба, температура воды 180°F, температура воздуха в помещении 70°F, 2000 часов в год, пенопластовая изоляция 1″, эффективность системы отопления 70%.

Выбор изоляционного материала
Изоляционные материалы для труб выбираются в зависимости от того, где расположены трубы, максимальной температуры воды и изоляционных свойств материала. Большинство материалов доступны с формованными деталями, подходящими для отводов и тройников.

Все материалы для изоляции труб являются гибкими или полужесткими, за исключением тех, которые заключены в защитную оболочку. Это облегчает их установку в труднодоступных местах. В зависимости от материала длина отдельных частей может составлять от 2 до 6 футов. Их можно отрезать канцелярским ножом до нужной длины. Все материалы могут быть либо разрезаны, чтобы соответствовать существующей трубе, либо состоять из двух частей.

Из-за низкой рабочей температуры полиэтиленовые материалы подходят для использования в бытовых системах горячего водоснабжения, но не должны использоваться там, где температура котловой воды превышает 200°F. Все остальные материалы могут выдерживать более высокие температуры.

В таблице 2 приведены коэффициенты изоляции для различных материалов. Чем ниже значение «k», тем лучше значение изоляции и тем больше экономия. За исключением труб для горячей воды для бытовых нужд, которые могут содержать воду с температурой 140°F, все трубы должны иметь изоляцию толщиной не менее 1 дюйма.

Время установки будет зависеть от материала и доступа к нему. Среднее время варьируется от 250 футов в день для меньших размеров до 80 футов в день для больших размеров. В некоторых теплицах могут потребоваться леса или подъемник. Если подрядчик по отоплению устанавливает изоляцию, вы можете рассчитывать на оплату труда в размере от 2.50 долларов США за погонный фут для небольших размеров до примерно 4 долларов США для больших размеров. Если делать это собственными силами в периоды простоя, это может стоить значительно меньше.

Окупаемость большинства инстилляций труб составит менее 2 лет. Деньги USDA или государственного гранта могут быть доступны, чтобы компенсировать часть затрат. См.: www.dsireusa.org для получения информации о программах грантов.

Таблица 2 Выбор изоляции трубы

*k – проводимость в Btu-in/hr-sq ft – F при 75F

Джон В. Барток-младший, почетный профессор и сельскохозяйственный инженер
Департамент природных ресурсов и окружающей среды Коннектикутского университета, Сторрс, Коннектикут, 2015 г.