УНИФИЦИРОВАННЫЙ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЙ МОДУЛЬ ТЕПЛОИЗОЛИРУЮЩЕГО ПОКРЫТИЯ ТРУБОПРОВОДА

Область техники.
Полезная модель относится к теплоэнергетике и может быть использована в области тепловой изоляции трубопроводов различного назначения, преимущественно, котельных трубопроводов.
Уровень техники.
Известно теплоизолирующее покрытие горизонтально расположенного трубопровода, выполненное из монолитного слоя из заливного теплоизоляционного материала (например, пенополиуретана, пенобетона), при этом, с целью снижения тепловых потерь указанного трубопровода, толщина монолитного слоя увеличивается от низа к верху трубы (см. RU 123490 U1).
Известно теплоизолирующее покрытие трубопровода, содержащее несущий кожух, внутри которого расположены один или несколько слоев теплоизоляционного материала с низким коэффициентом теплопроводности (см. US 4037751 А).
Недостаток известных покрытий состоит в том, что они формируются с расчетом на конкретный диаметр теплоизолируемого трубопровода.
В настоящее время используются технические решения, согласно которым теплоизоляция трубопроводов осуществляется скорлупами в виде цилиндра или полуцилиндра. При этом на каждый диаметр трубы изготавливается своя скорлупа с последующими скорлупами в зависимости от толщины тепловой изоляции. Толщина тепловой изоляции в соответствии с тепловым расчетом набирается из нескольких слоев скорлуп разных диаметров.
Примером подобного технического решения является теплоизоляционное покрытие трубопровода, имеющее сборо-разборную конструкцию, включающую съемные теплоизолирующие скорлупы из базальтового волокна фирмы Paroc или Rokwool, сегменты из экструзионного пенополистирола. Каждый сегмент или полуцилиндр имеет радиусную поверхность, предназначенную для сопряжения с изолируемой трубой, и боковые кромки «выступ-впадина» с одной стороны и «впадина-выступ» с другой для зацепления с соседним сегментом покрытия (см. RU 98523 U1). Выполнение теплоизолирующих элементов с поперечным сечением в форме кольцевого сегмента не обеспечивает унификации теплоизоляционного покрытия, поскольку для каждого типоразмера трубопровода необходимо изготавливать теплоизолирующие элементы с размерами, соответствующими его внешнему диаметру, т.е. не представляется возможным использовать одни и те же теплоизолирующие элементы для трубопроводов с существенно различающимися внешними диаметрами.
Наиболее близким по технической сущности - прототипом является патент DE 2836957 A1, «Теплоизолированный трубопровод», МКИ F16L 59/026, опубл. 13.103.1980. Термически изолированная система трубопроводов, которая включает внутреннюю трубу, наружную трубу и распорные конструкции между ними, проставки (прокладки) в виде конической или трапециевидной формы из пенополиуритана. Вырезы после монтажа проставки и внешней трубы заполняются вспененным теплоизоляционным материалом. Для обеспечения скрепления про ставок при монтаже служит спирально обернутая бумажная лента.
Недостаток данного решения в том, что проставка, и соответственно конструкция рассчитана на подбор труб определенного диаметра - внутренней и внешней труб. Если меняется температура трубы внутренней, то необходимо изменять размер проставки и внешней трубы. Также вспененные теплоизоляционные материалы имеют ограниченную температуру применения, например, для пенополиуретана (ППУ изоляция) составляет 150С-170С. Аналогов или материалов с более низкими коэффициентами теплопроводности в диапазоне температур от 700С и выше по сравнению с волокнистыми материалами и силикатом кальция в настоящее время нет.
Заявляемая полезная модель направлена на решение задачи по созданию сборного унифицированного теплоизоляционного модуля для тепловой изоляции трубопроводов различных диаметров.
Техническим результатом, проявляющимся при решении поставленной задачи, является создание унифицированного теплоизоляционного модуля, обеспечивающего значительное снижение затрат на изготовление теплоизолирующего покрытия для трубопроводов, различающихся по диаметру наружной поверхности, в повышении теплоизолирующих свойств покрытия, уменьшение тепловых потерь, исключение провисания тепловой изоляции на горизонтальных участках трубопроводов, повышение температуры применения тепловой изоляции.
Для достижения указанного технического результата предлагается унифицированный теплоизоляционный модуль для формирования теплоизолирующего покрытия трубопровода, состоящего из теплоизоляционного слоя, образованного рядом параллельно расположенных друг относительно друга длинномерных сегментов, имеющих в поперечном сечении треугольный профиль и примыкающих друг к другу таким образом, что основания треугольников профилей сегментов образуют единую наружную поверхность, охватывающую трубопровод. Между боковыми сторонами соседних сегментов образованы пространства, служащие для заполнения керамическим волокнистым теплоизолятором, расположенным с внутренней стороны теплоизоляционного слоя. Для обеспечения скрепления сегментов при монтаже модуля на трубопроводе служит лента, приклеенная к поверхности, на которые нанизываются сегменты.
В качестве материала сегментов теплоизоляционного слоя может быть использован материал на основе силиката кальция или вермикулита, или перлита.
В качестве керамического волокнистого теплоизолятора может быть использовано керамическое теплоизоляционное одеяло или керамические теплоизоляционные шнуры.
Лента может быть выполнена из кремнеземной ткани.
Сущность данной полезной модели поясняется чертежами, где:
На фиг. 1 показан участок трубопровода, охваченный теплоизоляционным модулем;
На фиг. 2 - укладка теплоизоляционного слоя на керамическое одеяло;
На фиг. 3 - положение теплоизоляционного модуля на участке трубопровода после установки бандажей;
На фиг. 4 - сегмент теплоизоляционного модуля, в поперечном сечении.
Предлагаемый теплоизоляционный модуль для формирования теплоизолирующего покрытия трубопровода содержит, теплоизоляционный слой 1, набранный из длинномерных сегментов 2, расположенных в один ряд параллельно друг другу. Как показано на фиг. 1 сегменты 2, при монтаже теплоизоляционного модуля на участке трубопровода 3, располагаются вдоль оси 4 трубопровода.
Сегменты 2 выполнены из теплоизоляционного материала преимущественно, на основе силиката кальция, или вермикулита, или перлита. Каждый сегмент 2 имеет в поперечном сечении треугольный профиль.
Предлагаемый сегмент 2 может применяться на весь ряд котельных диаметров трубопроводов. Поперечное сечение сегмента 2 представляет собой треугольник со скругленным углом (вершина 5), превышающим 90°, длина L сегмента составляет, например, 300 мм - 1000 мм, ширина Н - 100 мм - 135 мм
С внутренней стороны теплоизоляционного слоя 1 располагается керамическое теплоизоляционное одеяло 6 (материал с плотностью 96-128 кг/м3 или МКРВ-200).
Монтаж теплоизолирующего покрытия осуществляется следующим образом.
Из сегментов 2 набирается теплоизоляционный слой 1, при этом количество сегментов подбирается в зависимости от длины окружности, соответствующей диаметру трубопровода, подлежащего теплоизоляции. При формировании теплоизоляционного модуля для трубопровода большего диаметра необходимо добавлять дополнительные сегменты 2. Сегменты 2 выстраиваются в один ряд параллельно друг другу таким образом, что, при монтаже модуля на трубопровод, основания 7 треугольного профиля сегментов образуют единую наружную окружную поверхность 8 теплоизоляционного слоя 1 модуля. Скругленные вершины (поз. 5) сегментов, при монтаже модуля на трубопроводе, обращены в сторону оси трубопровода. Сегменты 2 соединяются по ширине лентой из кремнеземной ткани, которая наклеена на наружную поверхность или временным креплением, например, они просверлены поперек в двух местах и все нанизываются на проволоку.
Установка сегментов 2 на трубопровод производится с подкладным материалом - керамическим теплоизоляционным одеялом 6, которое укладывается на трубопровод толщиной 75 мм и фиксируется проволокой. Затем на трубопровод на керамическое теплоизоляционное одеяло 6 накладываются сегменты 2 в сборе, скрепленные между собой, например, наклеенные на ленту из кремнеземной ткани. Сегменты в теплоизоляционном модуле стягиваются одной или двумя стяжками-бандажами 9 из металлической полосы, которые до конца затягиваются специальным упаковочным механическим натяжителем для металлической ленты, керамическое одеяло уплотняется. Стяжной шов выполняется на боковой поверхности для горизонтальных труб. Керамическое одеяло 6 заполняет пространство 10 между боковыми сторонами 11 треугольного профиля сегментов 2 и уплотняется под ними в 2,5 раза. Количество слоев 1 из сегментов 2 и подкладного материала - теплоизоляционного одеяла 6, (что вместе называем унифицированным теплоизоляционным модулем), на заданную температуру трубы определяется в соответствии с тепловым расчетом. Также возможно крепление керамического одеяла или шнуров теплоизоляционных непосредственно на сегментах в сборе и последующая укладка унифицированного теплоизоляционного модуля на трубу.
Таким образом:
- при замене материала сегмента на керамический композиционный материал на основе SiC и замене материала керамического волокнистого теплоизолятора на циркониевое волокно температура применения теплоизоляционного модуля увеличивается до 1500С, т.е. без изменения принципиальной геометрической конструкции модуля, возможность увеличить диапазон температурного применения, что также является элементом унификации конструкции;
- унифицированный теплоизоляционный модуль обеспечивает возможность получения теплоизоляционного модуля на любой диаметр трубопровода;
- с увеличением диаметров (длин окружностей) увеличивается количество сегментов, т.е. для трубы ⌀ 273 необходимо 10 штук, для трубы ⌀ 325 необходимо 11 штук, для - ⌀ 426 необходимо 13 штук; соответственно увеличивается длина теплоизоляционного модуля;
- увеличение радиуса не приводит к новому цилиндру или скорлупе (как принято в производстве современных теплоизоляционных цилиндров у фирм Paroc или Rokwool), а приводит к увеличению количества сегментов на окружности или длины теплоизоляционного модуля, т.е. при отсутствии набора скорлуп или цилиндров на высокую температуру теплоизоляционные работы производить не возможно, а при наличии комплектации бухтами теплоизоляционный модуль отрезается на любой диаметр;
- унифицированный теплоизоляционный модуль унифицирует конструкцию тепловой изоляции за счет изменения длины теплоизоляционного модуля;
- длина зоны контакта с горячей поверхностью вдоль образующей цилиндра через тепловую изоляцию минимальна, по сравнению со скорлупой, цилиндром и старым сегментом, где контакт идет по всей плоскости, в т.ч. и за счет дополнительных вырезов по длине примыкания сегмента к трубе; что значительно снижает тепловые потери, так как основной контакт происходит по керамическому волокнистому теплоизолятору;
- коэффициент теплопроводности рассчитывается как среднеарифметическая величина (большая часть проема между сегментами - одеяло) от суммы коэффициента теплопроводности сегмента из силиката кальция и коэффициента теплопроводности керамического одеяла, среднеарифметическая величина коэффициента теплопроводности данной конструкции на 25-30% ниже теплопроводности существующих цилиндров на основе базальтового волокна при температуре 550С и до 1100С, что уменьшает среднюю температуру на поверхности модуля и приводит к уменьшению толщины изоляции трубопровода при аналогичной плотности теплового потока для существующих скорлуп;
- отсутствует провисание за счет упругого уплотнения керамического одеяла и всего теплоизоляционного модуля; при эксплуатации известных теплоизолирующих покрытий теплоизоляционные маты в верхней точке трубы уплотняются, а в нижней провисают (отслаиваются).
Материал сегмента 2 может быть на основе силиката кальция или вермикулита, или перлита. Цилиндры для температур выше 400°С изготавливаются исключительно из волокнистых материалов. Например, цилиндры на основе перлита или вермикулита изготовить не возможно, так как при надевании на трубу (на цилиндре один разрез) он разломится на две или больше частей, отсутствует гибкость по сравнению с волокнистыми изделиями, поэтому из данных материалов применимы исключительно полуцилиндры. Существующие цилиндры или скорлупы для температур до 700°С изготавливают на основе базальтового волокна. Т.е. расширяется диапазон температур с 700С до 1100С для применения унифицированного теплоизоляционного модуля;
Унифицированные теплоизоляционные модули можно собирать на монтаже из сегментов, скрепленных между собой под любой диаметр трубы, и при этом упрощается монтаж за счет исключения набора разных цилиндров (слоев) для тепловой изоляции трубы при высоких температурах
3
Применение жестких сегментов, например, на основе силиката кальция или вермикулита, или перлита с объемным весом до 250 кг/м позволяет при установке защитного покрытия из металлического листа исключить опорные кольца или перейти на более тонкое покрытие из фольги. Например, для волокнистых материалов - маты, керамические одеяла - обязательны опорные кольца, так как при их отсутствии прямолинейная поверхность защитного покрытия со временем превращается в криволинейную за счет неравномерной усадки в верхней точке трубы на горизонтальных участках.
Форма скругленного треугольника (скругленная вершина 5) и вырезы поперечные по длине сегмента применены для уменьшения теплового контакта с поверхностью трубы и предотвращения разрушения подкладного слоя при окончательном стягивании теплоизоляционного модуля на трубе.
При монтаже теплоизоляционного слоя 1 на участке трубопровода сегменты скрепляются, при этом для обеспечения скрепления сегментов служит лента из кремнеземной ткани или держатели из проволоки, на которые нанизываются сегменты. Окончательно крепятся на трубе стяжками-бандажами 9 из металлической полосы, которые до конца затягиваются специальным упаковочным механическим натяжителем для металлической ленты.