УСТРОЙСТВО ТЕПЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ ТРУБОПРОВОДА И/ИЛИ ОБОРУДОВАНИЯ (ВАРИАНТЫ)
THERMAL INSULATION DEVICE FOR PIPELINES AND/OR EQUIPMENT (OPTIONS)

Предлагаемое изобретение относится к технологии тепловой изоляции и может быть использовано в нефтегазоперерабатывающей, нефтехимической и других отраслях промышленности для тепловой изоляции трубопроводов теплохолодоснабжения и/или промышленного оборудования.
Из уровня техники известен мобильный теплозвукоизоляционный модуль для объектов сложной геометрической формы (см. патент РФ на полезную модель №118393, F16L 59/16, опубл. 20.07.2012), содержащий наружную защитную оболочку, внутри которой размещен неорганический или полимерный наполнитель, выполненный в виде вкладыша толщиной от 3 мм до 200 мм, имеющего в развернутом виде конфигурацию в зависимости от геометрии объекта теплозвукоизоляции, наружная защитная оболочка выполнена в виде замкнутой полости, внутренний объем которой составляет 1,1 объема вкладыша, и состоит из армированной стеклоткани с полимерным покрытием на силиконовой основе, при этом наружная защитная оболочка имеет форму, идентичную конфигурации вкладыша в развернутом виде, прошита или полиамидными, или полиэстеровыми, или водоотталкивающими полиамидными нитями, а на наружной стороне защитной оболочки размещены жестко связанные с ней элементы фиксации и герметизации мобильного теплозвукоизоляционного модуля на объекте.
Недостатком известного устройства является применение в конструкции модуля нескольких слоев армирующего, теплоизоляционного, покровного материалов, что приводит к увеличению тепловых потерь, по сравнению с накладной тепловой изоляцией из минеральной ваты, а также к высокому удельному весу модуля и, как следствие, к сложностям в ее транспортировке и монтаже. Кроме того, конструкция модуля на изолируемой поверхности, имеющей границы примыкания кромок чехла друг другу, приводит к снижению герметичности теплоизоляционного устройства и, соответственно, к увеличению теплового потока в окружающую среду (тепловым потерям), увеличению теплового потока из окружающей среды через теплоизоляционный модуль (хладопотерям), в связи с чем известная конструкция не применима для изолирования оборудования с температурой ниже плюс 12°С.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является устройство для тепловой изоляции, выполненное в виде композитной вакуумной оболочки теплоаккумуляционной емкости (см. патент РФ на полезную модель №193768, F16L 59/06, опуб. 14.11.2019), опоясывающей теплоаккумуляционную емкость, содержащей единую структурную слоистую конфигурацию из полимерных материалов, заключающую теплоаккумуляционную емкость в замкнутый теплоизолированный объем, включающая вакуумную прослойку, выполненную из двух рядов полимерных труб, и композитную воздушную прослойку с ребрами жесткости.
Общим признаком известного и предлагаемого устройства является элемент тепловой изоляции, выполненный в виде замкнутой оболочки из полимерного материала с нанесенным на него армирующим слоем.
Недостатком известного устройства является необходимость обеспечения достаточной прочности оболочки от деформации под воздействием атмосферного давления и температурного расширения изолируемого трубопровода, оборудования, что ухудшает теплоизоляционные свойства. Также недостатком данного устройства является необходимость постоянного контроля заданной величины вакуума в оболочке, влияющей на показатели по теплопроводности. Эти факторы значительно снижают эффективность тепловой изоляции данного устройства. Кроме того, данное устройство имеет высокую стоимость изготовления и высокие эксплуатационные затраты на поддержание работоспособности устройства.
Техническая задача предлагаемого изобретения заключается в повышении эффективности тепловой изоляции и снижении эксплуатационных затрат.
Технический результат заключается в высокой степени эффективности тепловой изоляции трубопроводов и/или оборудования любой конфигурации и низких эксплуатационных затратах.
Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом устройстве тепловой изоляции трубопровода и/или оборудования по первому варианту, включающем элемент тепловой изоляции, выполненный в виде замкнутой оболочки из полимерного материала с нанесенным на него армирующим слоем, согласно предлагаемому изобретению оболочка выполнена в виде не менее одного сегмента, имеющего замкнутую полость кольцевого сечения, охватывающее поверхность трубопровода и/или оборудования, при этом сегмент снабжен патрубком для подачи воздуха или инертного газа до расчетной величины давления, обеспечивающей расчетную геометрию сегмента оболочки.
Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом устройстве тепловой изоляции трубопровода и/или оборудования по второму варианту, включающем элемент тепловой изоляции, выполненный в виде оболочки из полимерного материала с нанесенным на него армирующим слоем, согласно предлагаемому изобретению оболочка выполнена в виде не менее одного сегмента, имеющего замкнутую полость кольцевого сечения, при этом сегмент выполнен разъемным по длине сегмента и снабжен крепежными элементами, обеспечивающими крепление сегмента на поверхность трубопровода и/или оборудования, при этом сегмент снабжен патрубком для подачи воздуха или инертного газа до расчетной величины давления, обеспечивающей расчетную геометрию сегмента оболочки.
Кроме того, по обоим вариантам предлагаемого изобретения оболочка элемента тепловой изоляции выполнена из полимерного материала, армированного стекловолокном.
Кроме этого, по обоим вариантам предлагаемого изобретения сегмент оболочки тепловой изоляции может быть выполнен рукавообразной, цилиндрической, конусообразной или куполообразной формы.
Выполнение элемента тепловой изоляции в виде оболочки, выполненной в виде не менее одного сегмента, имеющего замкнутую полость кольцевого сечения, охватывающее поверхность трубопровода и/или оборудования, и снабжение сегмента патрубком для подачи воздуха или инертного газа до расчетной величины давления, обеспечивающей расчетную геометрию сегмента оболочки, позволяет устанавливать заявляемое устройство тепловой изоляции на трубопроводы и/или оборудование любой конфигурации, во всех пространственных положениях, а также осуществлять многократный монтаж и демонтаж на изолируемом трубопроводе и/или оборудовании и обеспечивать возможность монтажа на разъемные соединения (фланцевые, муфтовые) трубопровода.
За счет заполнения оболочки воздухом или инертным газом до расчетной величины давления обеспечивается плотное примыкание оболочки элемента тепловой изоляции к поверхности трубопровода и/или оборудования, и, тем самым, повышается эффективность тепловой изоляции, поскольку исключается образование конденсата на поверхности трубопровода и/или оборудования с отрицательными температурами. Кроме того, это позволяет исключить использование теплоизоляционных материалов в твердом состоянии, а также не требует выполнения полости вокруг изолируемого трубопровода и/или оборудования с образованием вакуума.
Выполнение сегмента разъемным по длине сегмента и его снабжение крепежными элементами по второму варианту предлагаемого изобретения позволяет устанавливать заявляемое устройство тепловой изоляции на трубопроводы и/или оборудование любой конфигурации, во всех пространственных положениях, а также осуществлять многократный монтаж и демонтаж на изолируемом трубопроводе и/или оборудовании и обеспечивать возможность монтажа на разъемные соединения (фланцевые, муфтовые) трубопровода.
Выполнение оболочки элемента тепловой изоляции из полимерного материала, армированного стекловолокном, по обоим вариантам предлагаемого изобретения, позволяет повысить уровень тепловой изоляции, поскольку оболочка, заполненная воздухом или инертным газом, обладает низкими показателями по рассеиваемому тепловому потоку, хладопотерям в окружающую среду, позволяет устанавливать заявляемое устройство тепловой изоляции на трубопроводы и/или оборудование любой конфигурации, во всех пространственных положениях.
Выполнение сегмента оболочки тепловой изоляции в виде рукавообразной, цилиндрической, конусообразной или куполообразной формы по обоим вариантам предлагаемого изобретения также позволяет устанавливать заявляемое устройство тепловой изоляции на трубопроводы и/или оборудование любой конфигурации, во всех пространственных положениях.
Кроме того, заявляемая совокупность признаков изобретения позволяет использовать предлагаемое устройство для тепловой изоляции трубопроводов и/или оборудования с положительными и отрицательными температурами. При использовании предлагаемого устройства отсутствует необходимость в тепловой энергии на испарение влаги из теплоизоляционного элемента (просушка тепловой изоляции) при эксплуатации на трубопроводах и/или оборудовании с положительными температурами, а также необходимость в нанесении на тепловую изоляцию пароизоляционного и покровного слоя. Заявляемое устройство обеспечивает постоянную расчетную величину теплового потока в течении всего срока службы, при этом теплоизоляционные свойства оболочки обеспечиваются наличием воздуха или газа в замкнутом объеме оболочки, что позволяет исключить применение теплоизоляционных материалов.
2
Кроме этого, предлагаемое устройство обладает малым весом и имеет низкую эксплуатационную стоимость, исключает использование теплоизоляционного материала, необходимость обеспечения и поддержания вакуума в оболочке. Стоимость материала, применяемого для изготовления элементов предлагаемого устройства, ниже стоимости теплоизоляционных матов минераловатных по ГОСТ 21880-2011 применительно к 1 м изолируемой поверхности. Толщина цилиндра, заполненного воздухом с теплопроводностью не более 0,034 Вт/м К, меньше толщины цилиндра минераловатного с теплопроводностью не более 0,048 Вт/м К, на 29,2%.
Таким образом, достижение технического результата заявляемого изобретения обуславливается совокупным влиянием всех перечисленных признаков предлагаемого устройства, что позволяет по сравнению с известными аналогами повысить эффективность тепловой изоляции и снизить эксплуатационные затраты.
На фигурах 1 и 2 представлен общий вид заявляемого устройства на примере тепловой изоляции трубопровода, при этом на фигуре 1 показан первый вариант заявляемого устройства, а на фигуре 2 - второй вариант.
Устройство включает элемент тепловой изоляции 1, выполненный в виде замкнутой оболочки 2 из полимерного материала с нанесенным на него армирующим слоем. Оболочка 2 элемента тепловой изоляции 1 заполнена воздухом или инертным газом до расчетной величины давления, обеспечивающей плотное примыкание оболочки элемента 2 тепловой изоляции 1 к поверхности трубопровода 3.
Оболочка 2 элемента тепловой изоляции 1 выполнена цилиндрической формы, круглого поперечного сечения по всей длине цилиндра. По оси цилиндра предусматривается отверстие, диаметром соответствующее наружному диаметру трубопровода 3. Сечение цилиндра зависит от диаметра изолируемого трубопровода 3. Длина цилиндра зависит от диаметра трубопровода 3 и материала оболочки 2.
В качестве материала оболочки 2 элемента тепловой изоляции 1 предусматривается использование полимера, армированного стекловолокном или другого материала, соответствующего следующим требованиям:
- расчетная температура материала при эксплуатации от минус 60 до плюс 150°С;
- марка материала по группе горючести не выше П по ГОСТ 30244-94;
2
- показатель по паропроницаемости не ниже 13 (м чПа)/г
- условная прочность не менее 8,0 МПа по ГОСТ 30547-97;
3
- удельный вес материала не выше 200 кг/м;
- прочность материала к механическому воздействию наружной поверхности - устойчив к механическому повреждению;
- нейтрален по отношению к ультрафиолетовому излучению; срок службы не менее 15 лет.
Также устройство снабжено вентилем 4 для подачи воздуха или инертного газа.
Оболочка 2 элемента тепловой изоляции 1 может быть сегментирована (см. фиг. 2). Сегмент 5 тепловой изоляции 1 выполнен разъемным по длине и снабжен крепежными элементами 6, обеспечивающими крепление сегмента 5 на поверхность трубопровода и/или оборудования.
Заявляемое устройство для тепловой изоляции трубопровода работает следующим образом:
Элемент тепловой изоляции 1 устанавливается на трубопроводе 3 после завершения монтажных работ. Монтаж элемента тепловой изоляции 1 предусматривается надеванием на трубопровод 3 торообразного элемента (на фигуре не показан) с последующим заполнением через вентиль 4 воздухом или инертным газом до расчетной величины давления.
При длине трубопровода 3 больше длины элемента тепловой изоляции 1, предусматривается установка нескольких сегментов 5 тепловой изоляции (см. фиг. 2) 1, которые соприкасаются друг другом при заполнении воздухом или инертным газом до расчетного давления.
По окончании заполнения воздухом или инертным газом до расчетной величины давления оболочка 2 плотно прилегает к поверхности трубопровода 3, а также к смежным сегментам 5 тепловой изоляции (при их наличии) 1, обеспечивая, тем самым, высокую степень тепловой изоляции 1.
Тепловая изоляция готова к эксплуатации. Теплоизоляционные свойства элемента тепловой изоляции соответствуют замкнутой воздушной оболочки с теплопроводностью не выше 0,034 Вт/м К.
Периодически, в процессе эксплуатации, предусматривается контроль давления воздуха или инертного газа в элементе тепловой изоляции.
Заявляемое устройство для тепловой изоляции оборудования работает аналогичным образом.