БЛОЧНАЯ СЪЕМНАЯ ТЕПЛОВАЯ ИЗОЛЯЦИЯ ОТРАЖАТЕЛЬНОГО ТИПА

Полезная модель относится к области теплоэнергетики, а именно к тепловым изоляционным конструкциям для теплоэнергетического оборудования и его трубопроводных коммуникаций с арматурой, применяемых на атомных энергетических станциях (АЭС) и в иных областях промышленности.
Одним из приоритетных направлений работ по разработке тепловой изоляции атомных энергетических станций с водо-водяными энергетическими реакторами (ВВЭР) - повышение эффективности и надежности оборотных систем безопасности за счет исключения отрицательного влияния на их работу теплоизоляции с волокнистыми материалами при авариях, связанных с разуплотнением I контура.
Современные общепризнанные мировые подходы к проектированию и изготовлению теплоизоляционных систем для АЭС и других объектов промышленности заключаются в создании теплоизоляции блочного (кассетного) типа. Применение такой теплоизоляции на АЭС полностью удовлетворяет требованиям ядерной энергетики и дает существенные преимущества пользователям в сравнении с изоляцией традиционного (покровного) типа.
Как правило, блочная съемная тепловая изоляция (БСТИ) выполнена в виде отдельных легко монтируемых и демонтируемых блоков (кассет). Блок представляет собой короб, выполненный из коррозионно-стойкой стали с применением контактной сварки и повторяющий форму изолируемой поверхности оборудования и трубопроводов. Внутренний объем короба заполнен теплоизоляционным материалом, выполненным в виде матов из базальтового волокна или стеклянного штапельного волокна в обкладке из стекло- (кремнеземной) ткани.
Толщина блоков выбирается с учетом требований нормативной документации. Крепление БСТИ на оборудовании и трубопроводах осуществляется без применения сварки с помощью специальных замков-защелок. Конструкция БСТИ позволяет использовать ее для изоляции не только оборудования и трубопроводов атомных станций, но и тепловых электростанций и предприятий газонефтехимии. БСТИ может быть успешно применена на надводных и подводных судах с ядерными энергетическими установками (ЯЭУ).
Тем не менее, несмотря на ряд достоинств БСТИ по сравнению с изоляцией традиционного (покровного) типа, последняя имеет серьезный недостаток, в части использования в качестве теплоизоляции - волокнистые материалы. Так, в случае повреждения целостности трубопроводов или корпусов оборудования реакторной установки АЭС в процессе эксплуатации, происходит частичное разрушение БСТИ с выбросом волокнистой изоляции, которая может засорять или блокировать фильтрующие модули и теплообменники системы аварийного расхолаживания реакторной установки АЭС.
Данный фактор учитывается при проектировании современных АЭС как у нас в стране, так и зарубежом, в частности, сейчас в Европе запрещено использование волокнистой изоляции в защитной оболочке АЭС с ВВЭР.
Известна тепловая изоляция в металлической оболочке, содержащая маты из волокнистого материала и защитные металлические листы, прижимающие их к изолируемой оболочке с помощью крепежных элементов. Защитные листы выполнены в виде короба, накрывающего мат и имеющего на двух смежных сторонах отбортовки, параллельные полости короба, в зоне которых короб имеет, по крайней мере, две плоские стойки, расположенные под прямым углом друг к другу и скрепленные с изолируемой оболочкой, а плоскость короба выполнена с нависанием, по крайней мере, над одной из отбортовок, и образует вместе с ней гнездо для удержания стороны соседнего короба, не имеющей отбортовки (см. пат. РФ №2195604, кл. F16L 59/00 публ. 27.12.2002 г.).
Недостатками данной конструкции являются большой вес изоляции за счет применения металлических коробов, невозможность применения данной конструкции для цилиндрической или сложной геометрической формы, а также применение в затесненных местах, длительное время монтажа и демонтажа и необходимость применения инструментов в процессе монтажа и демонтажа, необходимость приварки узлов крепления по предварительной разметке с высокой точностью.
Известна конструкция тепловой изоляции энергооборудования цилиндрической формы, включающая теплоизоляционные блоки и каркас, состоящий из бандажей и стяжек. Теплоизоляционные блоки размещены непосредственно на корпусе оборудования, а бандажи и стяжки размещены на внешней стороне теплоизоляционных блоков, причем бандажи соединены с блоками с помощью резьбовых соединений, а стяжки жестко соединены с бандажами. Теплоизоляционные блоки снабжены крепежными элементами и зафиксированы относительно смежных теплоизоляционных блоков по длине корпуса энергетического оборудования, а внутренняя поверхность теплоизоляционного блока выполнена из эластичного термостойкого материала (см. пат. РФ №2241898, кл. F16L 59/00, публ. 10.12.2004 г.).
Недостатками конструкции являются повышенный вес тепловой изоляции за счет использования металлического корпуса каждого блока и наружного каркаса тепловой изоляции, а также длительное время монтажа и демонтажа, необходимость в инструментах для осуществления монтажа и демонтажа, необходимость в разработке конструкторской документации на изготовление металлического корпуса блока и на размещение блоков на изолируемой поверхности, а в случае размещения оборудования в труднодоступных и затесненных местах монтаж и демонтаж просто невозможен.
На основании вышеизложенного, предлагается новый тип блочной съемной тепловой изоляции - БСТИ отражательного типа, где в качестве теплоизоляционного элемента взамен волокнистой изоляции, используется многослойный пакет из тонких листов нержавеющей стали, разделенных воздушными зазорами.
Наиболее близкой к предложению заявителя является блочная съемная тепловая изоляция оборудования с цилиндрической частью поверхности теплоэнергетического оборудования, содержащая теплоизоляционные блоки с креплениями, теплоизоляционные блоки размещены непосредственно на поверхности теплоизолируемого оборудования, по крайней мере, двух опорных колец, причем теплоизоляционные блоки и опорные кольца скреплены между собой с помощью замков (см. пат. РФ №2298131, кл. F16L 59/00, публ. 27.04.2007 г.).
Недостатками этой теплоизоляционной конструкции являются ее теплоизоляция (наполнение матов - волокнистые материалы). Кроме того, маты, помещенные в сетчатый каркас не имеют облицовочного покрытия, что не позволяет произвести качественно дезактивацию радиационно загрязненных поверхностей, что очень важно для обслуживающего персонала при выполнении ремонтных и регламентных работ.
Заявляемая полезная модель направлена на решение задачи по созданию тепловой изоляции энергетического оборудования и арматуры с отказом от применения от теплоизоляционных матов с применением волокнистых материалов при сохранении теплофизических свойств тепловой изоляции, выполненных из сборно-разборных сопрягаемых между собой модулями, обладающими эксплуатационными свойствами, необходимых для работы в условиях радиационного воздействия, особенно в труднодоступных и затесненных местах, а также повышения безопасности обслуживающего персонала при выполнении регламентных работ. При применении тепловой изоляции подобной конструкции снижается объем радиационно опасных отходов при попадании конструкции в зону действия радиации за счет того, что указанная конструкция подлежит полностью дезактивации и не требует замены теплоизоляционного материала после проведения дезактивационных работ.
Поставленная задача решена за счет замены наполнения теплоизоляционной конструкции, вместо теплоизоляционных матов из волокнистых материалов предлагается устанавливать в конструкцию тепловой изоляции многослойный пакет из тонких листов нержавеющей стали (см. рис. 1 поз. 1), разделенных воздушными зазорами, это очень важно для обеспечения безопасности на АЭС вследствие того, что при аварии, тепловую изоляцию не нужно снимать в полном объеме и заменять (плюс заменять фильтры, куда попадают части волокна, и все это становится радиационным мусором и вредит окружающей среде). Использование легких, радиационно-стойких, негорючих материалов, дезактивируемых материалов резко улучшают эксплуатационные характеристики предложенной полезной модели.
Указанный выше технический результат достигается за счет того в тепловой изоляции для теплоэнергетического оборудования и его трубопроводных коммуникаций, преимущественно с арматурой, выполненной в виде отдельных модулей, сопрягаемых между собой и соединяемых быстроразъемными элементами, образуя единую поверхность изделия, каждый модуль которого состоит из оболочки (см. рис 1 поз. 2), внутри которой размещен, многослойный пакет из тонких листов нержавеющей стали, разделенных воздушными зазорами, форма каждого модуля и количество модулей изделия выбраны из условия максимального прилегания теплоизоляционного изделия к изолируемой поверхности любой сложной геометрической формы, стенки оболочки каждого модуля выполнена из облицовочного, радиационно-стойкого, дезактивируемого, термостойкого, пылеводонепроницаемого и маслостойкого покрытия, количество листов пакета определена величиной температуры изолируемой поверхности, температура каждого последующего слоя уменьшается по мере удаления от нижней стенки (см. рис. 2 поз. 3) оболочки пакета.
Выбор формы каждого модуля и количество модулей изделия из условия максимального прилегания образуемого теплоизолирующего объемного изделия к изолируемой поверхности любой геометрически сложной формы, позволит создать наилучшие условия для уменьшения тепловых потоков в окружающую среду.
Выполнение блочной съемной тепловой изоляции в виде охватывающих изолируемую поверхность соединенных между собой разъемных блоков, образующих модуль, состоящий из внутренней и наружной оболочек с теплоизоляцией из тонких листов нержавеющей стали, разделенных воздушными зазорами, а на внутренней оболочке установлены опоры. Она сохраняет работоспособность тепловой изоляции в условиях радиации, а возможность дезактивации ее значительно повышает безопасность обслуживающего персонала при проведении ремонтных и регламентных работ, пылеводонепроницаемость исключает попадание влаги и пыли во внутренние слои теплоизоляции, маслостойкость защищает от разрушения при попадании масла в процесс работы, а термостойкость обеспечивает нераспространение пламени и не поддерживает горение.
Благодаря высокой радиационной стойкости, устойчивости к воздействию дезактивирующих растворов, тепловым и вибрационным нагрузкам, такая изоляция способна прослужить в течение всего срока эксплуатации АЭС, значительно снизить количество радиоактивных отходов, образующихся из-за необходимости удаления и захоронения использованной загрязненной штатной изоляции.
Нет необходимости применения фильтрующих модулей в защитной оболочке АЭС с ВВЭР. Конструкция исключает аварии из-за нарушения работы системы аварийного охлаждения активной зоны (САОЗ).
Сохраняются все физико-механические и теплофизические характеристики существующих БСТИ (см. табл.).
Признаки, приведенные в формуле предложенной полезной модели являются необходимыми и достаточными для достижения указанного выше нового технического результата (по сравнению с прототипом) теплоизоляционные маты из волокнистых материалов заменены на многослойный пакет из тонких листов нержавеющей стали, разделенных воздушными зазорами, что привело к упрощению конструкции и сокращению номенклатуры используемых материалов это очень важно при изготовлении и ремонте, повышена производительность указанных выше работ и снижена себестоимость всего изделия в целом при повышении его качества: оно более радиационно-стойкое, дезактивируемое. Таким образом, заявлено техническое решение поставленной задачи.
Заявленная полезная модель соответствует всем критериям патентоспособности.
Заявленная полезная модель соответствует уровню техники, так как совокупность ее существенных признаков в процессе анализа не выявлена.
Наличие отличительных признаков предложения по отношению к выбранному прототипу свидетельствует о соответствии заявленного технического решения критерию «новизна» по действующему законодательству.
Полезная модель промышленно применима, так как она может быть использована на АЭС и в промышленности. Заявляемая полезная модель характеризуется конкретными конструктивными признаками, каждый из которых реально воспроизводим и не противоречит применению в промышленных условиях.