Теплоизоляция трубопровода

Теплоизоляция трубопровода
Теплоизоляция трубопровода относится к тепловой защите и может применяться в различных отраслях народного хозяйства для энергоресурсосбережения, преимущественно для трубопроводов подачи пара и горячей воды потребителям, а также в строительстве.
Протяженность трубопроводного транспорта ограничивается гидравлическими и тепловыми потерями, величина которых сказывается на снижении эффективности централизованного теплоснабжения, удорожании выработки тепловой энергии, и может привести к потере качества теплоносителя, не позволяющей его дальнейшее использование в технологическом процессе.
Для горячей воды решающим фактором в потере качества является рост гидравлических потерь, для пара, наоборот, в силу его малой плотности, рост тепловых, потерь опережает нарастание гидравлических потерь. Тепловые потери, снижая температуру пара, изменяют его состояние - из перегретого он переходит в насыщенное, из сухого насыщенного - в смесь пара и воды.
По этой причине, а также в виду безудержного роста цен на топливо, задача снижения тепловых потерь приобретает главное значение в теплоснабжении.
Единственным способом снижения тепловых потерь является увеличение термического сопротивление изоляции. Термическое сопротивление изоляционных изделий создается теплопроводностью используемого материала и толщиной изоляционного слоя. Предельная толщина регламентируется Инструкцией по проектированию тепловой изоляции оборудования и трубопроводов промышленных предприятий СН 542 - 81.
Известна теплоизоляция трубопровода по патенту РФ № 2061925 от 18.02.92 «Тепловая изоляция, содержащая облицовку из стеклоткани или нейлона, пропитанных фенольной смолой и теплозащитную арматуру, создающую воздушную прослойку, в виде гофрированных листов из низко теплопроводного материала, каждый из которых повернут рисунком относительно предыдущего на 90 градусов. Такая тепловая изоляция защищает и от коррозии и от тепловых потерь, но не ослабляет лучистого теплообмена и экологически опасна при производстве, требует больших затрат на мероприятия по охране труда.
F 16 L 59/06 59/08
внутреннюю и наружные трубы, между которыми размещена многослойная теплоизоляция, выполненная из гофрированной ленты из низко теплопроводного материала, закрепленной на основании из того же материала. Такая теплоизоляция тоже не способствует ослаблению лучистого теплообмена
Задачей предлагаемого технического решения является снижение тепловых потерь, увеличение термического сопротивления изоляции, ослабление лучистого теплообмена и исключение свободной конвекции, простота осуществления, возможность использования при ремонте существующих теплотрасс, улучшение экологии работ.
Поставленная задача достигается за счет того, что теплоизоляция трубопровода, включающая трубопровод, защитную оболочку и размещенную между ними многослойную теплоизоляцию, которая содержит замкнутые воздушные полости, образованные между экранами из отражающего теплопроводного материала и опорными кольцами, при этом, опорные кольца размещены на трубопроводе, между ними размещены экраны из отражающего теплопроводного материала, один над другим с воздушным зазором; зазор 5 между экранами из отражающего теплопроводного материала, находится в пределах в зависимости от заданного числа Рэлея:
/ if
Ra  (/) -  104; где 8 - толщина воздушного зазора.
/ - отношение длины пути конвективного тока к его проекции на вертикальную ось при Ra,  Ra число Рэлея  104; Д - внешний диаметр полости; количество экранов из
отражающего теплопроводного материала, зависит от расчетной величины зазора и заданной толщины изоляции; защитная оболочка выполнена из пенобетона.
Принципиальной новизной предлагаемой изоляции является использование в качестве изолирующего материала воздуха, заключенного в замкнутое пространство, в отличие от типовых конструкций, где используется воздух, заключенный в поры изоляционного материала. Воздух является самым ценным изолятором, изготовляемым самой природой. Именно его присутствие в структуре традиционных изолирующих материалов определяет изоляционные свойства этих материалов. Его теплопроводность в два - три раза ниже теплопроводности минеральной ваты, и в меньшей мере отзывается на рост температуры: в диапазоне температур от +25 до 250° С теплопроводность воздуха увеличивается от 0,026 до 0,043 вт/м°С, в то время как теплопроводность минеральной ваты - от 0,044 до 0,11вт/м°С. Поэтому естественным является мотив использования в качестве основного изолирующего материала воздуха, без применения традиционных изоляторов.
Но кажущаяся очевидность такого решения ошибочна - организовывая пространство из воздушных прослоек, мы неизбежно сталкиваемся с проявлением сложного теплообмена, в котором участвуют, помимо теплопроводности, лучистый теплообмен и свободная конвекция. Исследования, проведенные в строительстве, показали, что главная доля тепла, проходящего через прослойку, передается излучением - до 79%, около 20% передается свободной конвекцией. В результате, вместо ожидаемого снижения тепловых потерь мы получаем многократное их увеличение.
Для подавления этих двух видов теплопередачи применим следующие технологии: лучистый теплообмен ослабляем установкой экранной системы, созданной оболочками из тонкого листового металла (алюминия или алюминиевой фольги), обладающего повышенной отражательной способностью и малым коэффициентом излучения. Количество экранов определяется расчетом. Воздух размещается в прослойках между экранами. Экраны гасят лучистое тепло и пропускают через себя кондуктивное тепло практически без изменения, так как их теплопроводность неизмеримо выше теплопроводности воздушных слоев.
Для исключения вредного воздействия конвективного тепла, порожденного циркуляцией нагретых и холодных слоев воздуха, проведен расчет геометрических размеров воздушных прослоек, показавший, что при числе Rat  104 свободная конвекция отсутствует.
В замкнутых воздушных полостях расчетных размеров, многослойной воздушной изоляция воздух пребывает в неподвижном состоянии, что позволяет использовать его низкую теплопроводность для формирования кондуктивного теплового потока. Свободная конвекция в полостях такой толщины не присутствует. Лучистый теплообмен подавляется экранами расположенными друг над другом из материала с повышенной отражающей способностью.
Использование физических свойств неподвижного воздуха, как изолятора позволяет повысить термическое сопротивление изоляционной конструкции, в два раза в сравнении с типовыми изделиями и
Повышенное термическое сопротивление новой изоляции может быть востребовано при решении следующих инженерных задач: расширении границ поставки пара без снижения его качества, что в определенных случаях может оказаться решающим доводом в вопросах целесообразности строительства новых источников теплоснабжения: снижении тепловых потерь при транспорте пара по существующим сетям. Применение новой изоляции позволяет снизить тепловые потери в два раза в сравнении с типовыми конструкциями, и в четыре раза - в сравнении с нормативными потерями: поддержании на
всем протяжении транспорта гомогенности (однородного состава) паровой среды, что необходимо для точного измерения расхода пара.
При транспорте горячей воды новую изоляцию можно использовать, как для снижения тепловых потерь, так и для снижения материальных затрат (при сохранении нормативных потерь).
К преимуществам предлагаемой теплоизоляции трубопровода следует отнести: экологичность изделий и облегчение труда изолировщиков ввиду отсутствия сыпучей и раздражающей кожу минеральной ваты; нейтральность изоляции по отношению к металлу трубы даже в случае ее повреждения; при намокании минеральной ваты, что случается особенно часто в подземных сетях, образуется кислотная среда с ,0, приводящая к разрушению металла труб; при нашей конструкции даже при затоплении лотков труба находится в гарантированном сухом состоянии; повышенная устойчивость теплоизоляции против электромагнитной коррозии, вызванной блуждающими токами ввиду наличия экранов и отсутствия контактов их с трубой; применение диэлектриков (резиновых) прокладок под опоры конструкции и во фланцевых разъемах увеличивают независимость конструкции от блуждающих токов.
На фиг. 1 изображен изолированный трубопровод. Где 1 - трубопровод пара или горячей воды, 2 - асбестовые уплотнения, 3 - воздушные полости, 4 - опорное кольцо, 5 защитная оболочка, 6 - крепежные кольца, 7 - экраны, 8 - уплотнительные манжеты, 9 бандаж.
Теплоизоляция трубопровода выполнена следующим образом. На трубопровод пара или горячей воды 1 наложен теплоотражающий теплопроводный материал 6, например алюминиевая фольга, на нее, в месте установки опорного кольца 4 уложено асбестовое уплотнение 2. На уплотнении 2 размещено опорное кольцо 4 из асбоцемента. Между опорными кольцами 4 размещены один над другим с воздушным зазором экраны 7 из отражающего теплопроводного материала, например из жесткой фольги или полированного алюминия. Между опорными кольцами 4 и экранами 7 образуются воздушные полости. Каждый экран 7 прикреплен к опорному кольцу 4 и закреплен крепежными кольцами 6 из вязальной проволоки. На опорные кольца 4 уложены полуцилиндры защитной оболочки 5 и стянуты бандажом 9. В местах стыковки полуцилиндров 5 размещены резиновые уплотнительные манжеты 8.
В случае использования многослойной воздушной изоляции в границах действующих нормативных тепловых потерь применение ее становится рациональным как для пара, так и для горячей воды: достигается существенная экономия материальных затрат, так как конструкция самой изоляции значительно
упрощается - уменьшается количество экранов до 1 - 3 шт.
В случае замены отработавшей свой ресурс минераловатной изоляции на многослойную воздушную на действующих сетях (при проведении летних ремонтов), технология изготовления воздушной изоляции остается прежней - изменяется лишь конструкция опорных колец. В этом случае кольцо изготовляется разъемным.
Сравнение теплотехнических характеристик минераловатной изоляции и многослойной воздушной изоляции при предельной толщине.