Что имеется на рынке на сегодняшний день?

Чтобы написать эту статью, я прочитал литературу и изучил техническую информацию, имеющиеся в Интернете, а также в других источниках. На вебсайте одной компании имеется полезная техническая информация для продукта, который они классифицируются как керамическое покрытие, поскольку он содержит керамические шарики. Продукт обеспечивает теплопроводность 0.097 Вт/м-^°K (0.676 британских тепловых единиц-дюйм  в час-фут2 -^°F) при 23^°C (73.4^°F). Для сравнения теплопроводность силиката кальция, ASTM C533 Типа I Блок, составляет 0.059 Вт/м-^°K (0.41 британских тепловых единиц-дюйм в час-фут2 -^°F) при 38^°C (100^°F), что на сорок процентов меньше при более высокой средней температуре. Получается, что это конкретное керамическое изоляционное покрытие не является таким же хорошим изолятором, как силикат кальция. Тем не менее, теплопроводность, несомненно, соответствует определению, предложенному выше для "теплоизоляционного покрытия", особенно, если оно нанесено в несколько слоев. Теплопроводность представляется достаточно низкой для того, чтобы материал можно было использовать как изоляционный при достаточной толщине.

Мне не удалось получить более подробной технической информации, которую мог бы использовать проектировщик для конструирования системы изоляции, например, несколько сочетаний информации о средних значениях температуры и теплопроводности, а также  излучения поверхности. Вот типичная проблема, с которой я столкнулся в ходе поисков такой технической информации: один производитель рассказывает об испытании для определения теплопроводности при воздействии источника тепла в 212^°F, и отмечает следующее:

...результат продемонстрировал, что теплопередача была значительно снижена при проведении испытаний от 367.20 британских тепловых единиц, измеренных на металле без покрытия, до 3.99 BTU британских тепловых единиц, измеренных на поверхности с покрытием из данного продукта.

Поскольку не указываются значения теплопроводности, полученные в результате использования таких испытаний, это утверждение оставляет читателя с большим количеством вопросов, нежели ответов.

• Какова была температура горячей поверхности?
• Какова была температура холодной стороны?
• Какова была толщина TIC?
• Какая процедура испытаний использовалась?

В литературе по данному конкретному продукту даются "Изоляционные рейтинги коэффициентов теплопроводности"  в 0.019 Вт/м-^°K (0.132 британских тепловых единиц-дюйм  в час-фут2-^°F). Это значение составляет примерно пятую часть от значения для другого TIC, указанного выше, во что трудно поверить.

В литературе другой компании, для продукта которой я не смог найти технической информации, говорится в общих словах об истории компании и ее опытных экспертах, которые помогут конструкторам определить параметры покрытий компании. Хотя я не сомневаюсь в том, что в компании имеются технические эксперты, было бы очень полезно, если бы они обеспечивали потенциальных пользователей их продуктов TIC достаточной технической информацией для создания конструкции. Как минимум, такая информация должна включать несколько значений теплопроводности при соответствующих средних температурах. В качестве альтернативы литература должна предоставлять значения теплопроводности при нескольких эксплуатационных температурах для нескольких значений толщины, а также излучения поверхности. Конструктор изоляции не может осуществлять конструирование без такой технической информации.

В том, что касается трудозатрат на монтаж, один поставщик сообщает, что бригада из трех маляров способна нанести 3,000 квадратных футов покрытия TIC в 20 мил за час, или 1,000 квадратных футов за час квалифицированного труда. Это впечатляет до тех пор, пока не подсчитаешь, какой объем трудозатрат потребуется для того, чтобы нанести все дополнительные покрытия. Для нанесения покрытия с общей толщиной в одну восьмую дюйма, для чего потребуется шесть слоев, ожидаемая производительность составит около 167 квадратных футов на час квалифицированного труда. Толщина покрытия в четверть дюйма, для которой потребуются примерно двенадцать слоев, потребует производительности труда около 83 квадратных футов в час. Этот расчет производительности, а также затрат, связанных с такой производительностью, сделанный на основе коэффициента использования рабочего времени для местных рабочих, следует сравнить с расчетами для традиционной изоляции (что не входит в задачи данной статьи).

Что необходимо инженерам и конструкторам для того, чтобы сконструировать систему изоляции

Некоторые производители TIC утверждают, что их материалы действуют еще лучше при использовании на отражающих поверхностях с низким излучением, а также что невозможно предсказать их эксплуатационные характеристики при использовании стандартных методик расчетов. Тем не менее, для инженера-конструктора и прочих конструкторов систем теплоизоляции, наличие такой информации имеет решающее значение. Обычно для того, чтобы сконструировать теплоизоляцию (т. е. определить необходимую толщину изоляции), конструктору необходимо иметь кривую теплопроводности (или минимум из трех значений средних температур минус пары теплопроводности) и доступную толщину. Для того чтобы обеспечить правильное нанесение покрытия, конструктор также должен знать значения максимальной и минимальной температуры использования. И, наконец, если изоляция будет использоваться без кожуха, что как раз и происходит при использовании TIC, конструктору понадобится значение излучения поверхности.

Имея такую информацию, конструктор сможет определить нужную толщину изоляции для определенной ориентации, размера трубы (если это применимо), температуры поверхности трубопровода или оборудования, температуры окружающей среды и скорости ветра. При использовании традиционной изоляции конструктор может применять такие инструменты, как 3E Plus® (которую можно бесплатно загрузить с сайта Североамериканской ассоциации производителей изоляции по адресу www.pipeinsulation.org). Независимо от выбора инструмента для конструирования, данные о теплопроводности и излучении поверхности будут нужны для конструирования для применений с горячими и холодными поверхностями.

Для применений с температурой ниже температуры окружающей среды, в дополнение к указанной выше информацией, конструктору понадобятся данные о паропроницаемости и влагопоглощении материала. Конструктор должен удостовериться, что конструкция  будет препятствовать проникновению влаги в TIC, а затем и на охлажденную поверхность.

Где лучше всего использовать теплоизоляционные покрытия?

Для того чтобы определить, где лучше всего можно использовать TIC, автор данной статьи провел несколько анализов потери тепла с использованием 3E Plus и данных о теплопроводности, предоставленных одним из производителей. Для того чтобы у TIC были изначально более выгодные условия, я использовал постоянную теплороводность 0.019 Вт/м-^°K (0.132 британских тепловых единиц-дюйм  в час-фут2-^°F), самую низкую из двух упомянутых выше значений. У меня нет значений теплопроводности при других температурах, а не при принятых в среднем 75^°F, поэтому я предполагал, что теплопроводность TIC повышается на один процент на каждое повышение средней температуры на 10^°F, что примерно соответствует истине для силиката кальция. Кроме того, для того, чтобы обеспечить защиту персонала, я принял как максимально допустимую температуру поверхности 160^°F, а не традиционную температуру в 140^°F, поскольку последняя предполагает использование металлических изоляционных кожухов (или же никаких кожухов вообще). Как нам известно, у горячего металла высокая контактная температура, а это означает, что при данной температуре тепло будет передаваться телу человека быстрее, чем в случае использовании материала с более низкой контактной температурой. И, наконец, я предположил, что у TIC излучение поверхности составляет 0.9, что создает возможности для более простой изоляции для обеспечения безопасности персонала, чем при использовании материала с низким излучением поверхности. Мне представляется, что это, скорее всего, хорошее свойство, которое можно использовать, хотя это и противоречит предпочтениям некоторых производителей TIC, которые относят высокие эксплуатационные характеристики своих продуктов на счет высокой отражательной способности поверхности.

Что же продемонстрировали мои расчеты в области обеспечения защиты персонала после того, как я сделал все эти допущения? Использование толщины TIC в диапазоне от 0.20 дюйма (то есть десяти слоев при 20 мил на один слой) на трубе с 350^°F и при номинальном размере трубы (NPS) восемь дюймов при температуре окружающей среды 90^°F и при ветре 0 м в час, позволило получить температуру поверхности менее 160^°F. Таким образом, при достаточном количестве слоев на трубе в 350^°F можно обеспечить адекватную защиту персонала.