ИЗОЛЯЦИОННАЯ КАССЕТА
INSULATION CASSETTE

Изобретение относится к изоляционной кассете в качестве части оболочки устройств парогенератора, находящихся под давлением среды, например в качестве изоляционного кожуха трубы, содержащей по существу закрытый корпус из металлического листа, который полностью охватывает изоляционный материал-заполнитель.
Такую изоляционную кассету часто используют для теплоизоляции трубопроводов парогенераторов.
Известные изоляционные кассеты представляют собой кассеты из металлического листа, выполненные в виде получаш и заполненные минеральной ватой, стекловатой или подобными изоляционными материалами. Такие устройства описаны, например, в DE 2923094A. При изолировании холодных и нагреваемых трубопроводов обычным является обеспечение изоляционных материалов с оболочкой, которой защищают изоляционный материал от воздействия климатических условий и механических повреждений. Оболочку изоляции часто выполняют путем обшивки изоляционного материала, например, цинковым листом. В некоторых случаях применения, например, в охлаждающих контурах атомных электростанций, была подтверждена пригодность использования закрытых изоляционных кассет, которые полностью охватывают изоляционный материал. В частности, корпус изоляционных кассет из металлического листа предназначен для обеспечения достаточной защиты от механических повреждений изоляционного материала. Однако при авариях на атомных электростанциях, при которых происходит утечка хладагента, может, тем не менее, случиться так, что металлическая обойма разрушается, и изоляционный материал, находящийся в ней, выходит наружу. Например, может возникнуть ситуация, при которой под действием струи, вытекающей из охлаждающего трубопровода, разрушается изоляционная кассета. Изоляционные кассеты описанного выше типа используют, например, для изоляции трубопроводов диаметром приблизительно до 800 мм с внутренним давлением 160 бар при средней температуре около 300°C. Можно легко себе представить, что вытекающая струя из такого трубопровода может создавать относительно большие механические усилия, действующие на изоляционную кассету.
В этом случае теоретически может произойти поломка корпуса изоляционной кассеты из металлического листа, и изоляционный материал будет вымываться из кассеты под действием вытекающей струи хладагента. Вымываемый изоляционный материал может забивать впускные сеточные фильтры насосов, установленных в приямке реактора, в результате чего станет сложно осуществлять ликвидацию аварии.
Стало очевидным, что существует фундаментальная проблема удерживания волокнистых изоляционных материалов с помощью сеток. Лабораторные испытания показали, что волокнистый материал, с одной стороны, сложно удерживать с помощью относительно плотных сеток, а, с другой стороны, при этом возникает большое падение давления на сетках при накоплении волокна на сетках. Это может приводить к разрушению сеток.
Целью, на которой основано изобретение, таким образом, является усовершенствование, в этом отношении, изоляционной кассеты упомянутого ранее типа.
Цель, на которой основано изобретение, достигается посредством использования изоляционной кассеты в качестве части оболочки устройств парогенератора, находящихся под давлением среды, например в качестве изоляционного кожуха трубы, содержащей по существу закрытый корпус из металлического листа, который полностью охватывает изоляционный материал-заполнитель, причем изоляционная кассета отличается тем, что изоляционный материал-заполнитель содержит аэрогель. Под аэрогелем следует понимать, в общем, и в контексте изобретения, высокопористые твердые вещества, в которых до 95% объема составляют поры. Использование этого материала в качестве материала-заполнителя для изоляционной кассеты обладает преимуществом, заключающимся в том, например, что можно более легко предупредить попадание материала, выходящего из изоляционной кассеты, в водяной контур благодаря его физическим свойствам.
3
2
Обеспечиваемый изоляционный материал-заполнитель предпочтительно является неорганическим аэрогелем, являющимся несмачиваемым, плавучим и невоспламеняющимся материалом. Было установлено, что изоляционная кассета, в которой изоляционный материал-заполнитель содержит силикатный аэрогель, является особенно предпочтительной. Такие силикатные аэрогели могут содержать, например, поры диаметром около 20 нм при пористости более 90%. Плотность материала может составлять в диапазоне от 90 до 100 кг/м. Удельная теплопроводность может составлять, например, до около 0,018 Вт/м·K при температуре 25°C. Такой материал может иметь внутреннюю площадь поверхности от около 600 до 800 м/г. Материал, таким образом, в основном пригоден для использования в качестве изоляционного материала для целей, описанных выше.
Например, в качестве пригодного силикатного аэрогеля можно использовать материал под торговой маркой «Nanogel», который продается компанией «CABOT Corporation».
В пригодном варианте осуществления изоляционной кассеты согласно изобретению предложено использование изоляционного материала-заполнителя, содержащего аэрогель в виде гранулята, предпочтительно со средним размером гранул от 0 мм до 4 мм. Такой гранулят обладает, в частности, преимуществами, заключающимися в удобстве обращения с ним. Его можно засыпать через соответствующие отверстия для заполнения в кассетах из металлического листа. Изоляционные кассеты могут быть заполнены с обеспечением наибольшей возможной плотности упаковки.
Альтернативно изоляционный материал-заполнитель может содержать по меньшей мере одно формованное из аэрогеля изделие. Такое формованное изделие может быть подогнано к конфигурации предпочтительного стабильного по размерам корпуса из металлического листа. Корпус из металлического листа изоляционных кассет может быть изготовлен, например, из аустенитной стали. В особенно предпочтительном варианте осуществления изоляционной кассеты согласно изобретению предложено использование аэрогеля, являющегося непросвечивающимся. Аэрогель, обработанный соответствующим образом, можно использовать для этой цели. Преимуществом этого является то, что способность отражения инфракрасного излучения используемого уплотнительного материала увеличивается, и, таким образом, улучшается его изоляционное действие.
С этой целью, например, изоляционный материал-заполнитель может содержать графитовый порошок и/или порошок оксида металла. Порошок может, например, находиться в гомогенной смеси с гранулятом аэрогеля. Изоляционный материал-заполнитель может, например, содержать аэрогель и графитовый порошок и/или порошок оксида металла в гомогенной смеси; при этом доля графитового порошка и/или порошка оксида металла составляет от 1,5 до 4,5 масс.%.
Целесообразно, чтобы изоляционная кассета согласно изобретению имела приблизительно С-образную форму поперечного сечения и была снабжена крепежными средствами, с помощь которых можно собирать изоляционные кассеты, выполненные в виде взаимодополняющих друг друга частей для образования по существу закрытого кожуха трубы.
Однако, в пределах объема изобретения, изоляционная кассета может быть приспособлена к любому требующемуся контуру устройства, по которому транспортируют рабочую среду, подлежащего изоляции.
Изобретение пояснено ниже посредством описания приведенного в качестве примера варианта осуществления, проиллюстрированного на чертежах, на которых изображено:
на фиг. 1 - схематический вид трубопровода, охваченного изоляционными кассетами согласно изобретению;
на фиг. 2 - вид сверху по II-II на фиг. 1;
на фиг. 3 - продольное сечение III-III на фиг. 2;
на фиг. 4 - вид в разобранном состоянии альтернативного варианта осуществления изоляционной кассеты согласно изобретению; и
на фиг. 5 - изоляционная кассета, представленная на фиг. 4, в собранном состоянии.
3
2
На фиг. 1 показана часть 1 трубопровода высокотемпературного трубопровода, по которому транспортируют среду, находящуюся под давлением. Часть 1 трубопровода охвачена изоляционными кассетами 2 согласно изобретению, где изоляционные кассеты 2, имеющие в каждом случае профиль поперечного сечения С-образной формы, и две взаимно дополняющие изоляционные кассеты 2 собраны в каждом случае с помощью крепежных средств 3 для образования закрытой трубообразной изоляционной оболочки 4. В качестве крепежных средств можно использовать, например, известные откидные крепежные средства вилочного типа. Каждая изоляционная кассета 2 состоит из склепанного или сваренного корпуса 5 из металлического листа, предпочтительно изготовленного из аустенитного стального листа. Корпус из металлического листа закрыт по всей окружности и с торцевых сторон 6, и заполнен изоляционным материалом-заполнителем 7. В варианте осуществления изоляционные кассеты 2, показанные на фиг. 1-3, содержат изоляционный материал-заполнитель в виде гранулята силикатного аэрогеля. Здесь гранулят содержит гранулы, имеющие средний размер от 0 до 4 мм, изготовленные из силикагеля, модифицированного окисью триметилсилила, использованного в качестве основного компонента. Этот гранулят обладает пористостью более 90%, содержит поры диаметром около 20 нм, обладает объемной плотностью, составляющей в диапазоне от 90 до 100 кг/м, и удельной теплопроводностью, составляющей около 0,18 Вт/м·K при температуре 25°C. Удельная площадь поверхности составляет от 600 до 800 м/г. Аэрогель является невоспламеняющимся, несмачиваемым и плавучим.
Гранулят вводят в изоляционные кассеты через отверстия 8, выполненные в торцевых стенках последней. Отверстия 8 затем закрывают крышками 9. Крышки 9 могут быть приварены, привинчены или приклепаны.
На фиг. 4 и 5 показан дополнительный, приведенный в качестве примера вариант осуществления изоляционной кассеты 2 согласно изобретению. Изоляционный материал-заполнитель 7 выполнен в виде формованного изделия 10, конфигурация которого подогнана к конфигурации стабильного по размерам корпуса 5 из металлического листа.
Формованное изделие 10 вставляют по плотной посадке в корпус 5 из металлического листа, торцевая сторона 6 которого закрыта выполненной соответствующим образом крышкой 9.
Свойства аэрогеля, либо в виде гранулята, либо в виде формованного изделия 10, улучшены с точки зрения его способности отражения инфракрасного излучения, т.е. улучшены его изоляционные свойства в отношении теплового излучения, посредством окрашивания. Например, может быть предусмотрено напыление графитового порошка и/или порошка оксида металла на формованное изделие 10. Гранулят может быть смешан с графитовым порошком и/или порошком оксида металла, где доля графитового порошка и/или порошка оксида металла может составлять от 1 до 4 масс.%.
Перечень позиций, указанных на чертежах:
1 - Часть трубопровода
2 - Изоляционная кассета
3 - Крепежные средства
4 - Изоляционная оболочка
5 - Корпус из металлического листа
6 - Торцевые стороны
7 - Изоляционный материал-заполнитель
8 - Отверстия
9 - Крышка
10 - Формованное изделие