В статье рассматриваются системы изоляции трубопроводов, предназначенных для транспортировки охлажденных жидкостей, к примеру, аммиака.

Барьеры против пара, первая линия обороны

Соответствующий требованиям ингибитор пара является самым важным компонентом любой системы холодоизоляции. Многие считают, что барьер против пара следует рассматривать как вторую линию защиты, но, по моему мнению, это первая линия защиты. Ингибитор пара предупреждает разрушающее проникновение влажного пара в системы холодоизоляции. В настоящее время на рынке имеется широкий выбор материалов для производства ингибиторов пара, из которых можно выбрать подходящий, и при осуществлении такого выбора стоимость следует принимать в расчет в последнюю очередь.

Даже при наличии обширной литературы и спецификаций, которые подробно описывают использование ингибиторов пара для систем холодоизоляции, все же имеются применения, где изоляция покрывается барьером против влаги. Важно знать, что барьеры против влаги предназначены для систем изоляции, которые эксплуатируются при температуре, превышающей температуру окружающей среды (70 - 75 F), а барьеры против пара предназначены для систем изоляции, которые эксплуатируются при температуре, ниже температуры окружающей среды. Инженер или создатель спецификаций для изоляции, который работал только с теплоизоляционными системами, иногда не осознает значения использования ингибиторов пара.

Определение оптимального ингибитора пара

Температура эксплуатации, конфигурация поверхности, условия окружающей среды и проектная температура точки росы – все эти факторы предопределяют выбор оптимального ингибитора пара.

Эксплуатационная температура системы и условия окружающей среды обычно предопределяют требования, которые предъявляются к изоляции. Кроме того, частота конденсации на поверхности должная стать определяющим фактором для установления скорости водо- или паропроницаемости в пермах для данного ингибитора пара. Там, где ожидается частое возникновение выпотевания вне изоляционной системы, следует использовать ингибитор пара со скоростью водо- или паропроницаемости в 0.02 перма на дюйм, в соответствии с данными испытаний ASTM E96 (Американское общество по испытанию и материалам), или менее. Частое выпотевание показывает, что термический коэффициент полезного действия изоляции может реализовываться не в соответствии с климатическими условиями, или же что инженер использовал не совсем точные климатические данные. Существует непосредственная связь между объемами выпотевания и объемом влажного пара, проходящего через ингибитор пара; поэтому количество влажного пара, который будет проникать через изоляционную систему, может быть ограничено ингибитором пара с очень низкой степенью водо- и паропроницаемости.

Конфигурация поверхности, на которую наносится ингибитор пара, должна предопределять тип используемого ингибитора пара в зависимости от того, имеет ли такая поверхность цилиндрическую, плоскую форму или же сложную конфигурацию. Если ингибитор пара нельзя надлежащим образом нанести на поверхность, он просто не приносит никакой пользы. А любая негерметизированная поверхность может стать причиной отказа всей изоляционной системы.

Превосходную защиту для цилиндрических или плоских поверхностей, таких как трубы, трубопроводы и ёмкости обеспечивает листовой материал для противофильтрационного покрытия. Он обладает однородной толщиной, обеспечивая одинаковую защиту по всей площади поверхности. Швы и соединения, по которым и происходит большая часть отказов, должны быть сведены к минимуму; поэтому следует устанавливать листовой материал с самыми большими размерами, с которыми можно иметь дело на объекте. На рисунках 1 и 2 показано применение мембранного ингибитора пара.

Для деталей со сложной конфигурацией, таких как фланцы, крышки клапанных коробок и угловые отводы труб, единственным вариантом может оказаться система армированной мастики ингибитора пара. Некоторым компаниям, занимающимся изоляцией, удается разрезать листовой материал на полоски, или же приобретать рулонный материал, такой как клейкие ленты, и наносить их с наложением краев. Этот метод можно использовать только в тех случаях, когда известно, что накладываемые друг на друга края будут полностью герметизированы. На рисунке 3 показано применение клейкой ленты ингибитора пара.

При работе с поверхностями со сложной конфигурацией обычно используется армированная сетчатым холстом мастика ингибитора пара. Необходимо приложить все усилия к тому, чтобы выполнить все рекомендации производителя по данному применению для получения однородной толщины мастики, с тем, чтобы сохранять, по крайней мере, 0.05 пермов на дюйм или менее. Следует соблюдать особую осторожность в тех местах, где происходит  контакт системы мастики и мембранного материала, как, например, точка касания углового отвода трубы. Следует всегда устанавливать сначала систему мастики, и расширять ее, по крайней мере, на два дюйма на цилиндрической поверхности. После этого можно осуществлять перекрестное наложение мастики и мембранного материала ингибитора пара.

Внешние воздействия на ингибитор пара должно оцениваться для любых воздействий, механических или атмосферных. Одними из наиболее часто используемых поверхностных покрытий ингибитора пара являются наносимые в заводских условиях кожух общего назначения (ASJ) и армированный волокном крафт (FRK). Такие поверхностные покрытия могут рассматриваться только в тех случаях, когда не ожидается никакого разрушающего воздействия, и не присутствует никакой влаги. На многих площадках наносят алюминиевые кожухи или кожухи из PVC поверх этого ингибитора пара, но внутренняя коррозия металлического кожуха возникает из-за скопления влаги между двумя кожухами. Для того чтобы предотвратить это, следует заказывать металлический кожух с основой из поли/сурлина толщиной 2.5 мил.

На промышленных предприятиях, где обычным является разрушающее воздействие на изоляционные системы, рекомендуется использовать наносимые прямо на месте мембраны, такие как полиэфирная пленка и подходящая к ней клейкая лента. Полиэфирная пленка должны иметь толщину, по крайней мере, 5 мил. Все клейкие ленты для герметизации швов должны иметь ширину, по крайней мере, 2 дюйма для предотвращения образования волнистых краев из-за расширения или сокращения. Некоторые пленки ламинируются алюминиевой фольгой, которая, как правило, улучшает степень водо- и паропроницаемости. Также имеются мембранные листы из композита каучука и алюминиевой фольги. Tакие ингибиторы пары очень устойчивы к прокалыванию, но они могут быть не устойчивы к воздействию атмосферных явлений и ультрафиолетового излучения. В некоторых цехах по предварительной сборке изоляции могут заранее наносить вышеуказанные мембраны на изоляцию.

Важным вопросом является пожарная безопасность изоляционных материалов, включая и ингибиторы пара. Следует произвести оценку изоляционных систем и их компонентов, таких как ингибиторы пара, на приемлемость параметров пожарной безопасности и безопасного задымления. В настоящее время стандартным методом испытаний для изоляционного материала является ASTM E84, "Стандартный метод испытаний для параметров поверхностного горения строительных материалов". Несмотря на то, что проводятся и другие испытания строительных материалов ингибиторов пара, такие как взаимные фабричные испытания, в настоящее время принятым стандартом для испытания изоляционных материалов труб и оборудования является ASTM E84. Федеральные и местные стандарты признают значения 25 для распространения пламени и 50 для оптической плотности дыма в качестве допустимых пределов для изоляционных материалов в строительных зонах, где работает персонал.

Во всех случаях, когда необходима пожарная безопасность и безопасное задымление, все компоненты изоляции, включая ингибиторы пара, должны соответствовать стандартным требованиям. На рынке имеются мастики и мембранные продукты, которые соответствуют установленным пределам 25/50. Покрытие изоляционного материала, который не соответствует требуемым 25/50, кожухами из алюминия или PVC, которые соответствуют стандартному значению 25/50, неприемлемо для создания системы изоляции, такое указание имеется во многих федеральных и местных стандартах. Поэтому многие из более старых материалов и мастик на основе растворителя, которые использовались несколько лет тому назад, были бы неприемлемы в наши дни.

Выбор изоляции для оборонительной линии

Один и тот же материал для холодоизоляции может оказаться приемлемым не для всех применений. И здесь, вновь, выбор должны предопределять условия окружающей среды. Изоляцию можно выбирать в качестве второй линии защиты от проникновения влажного пара. Некоторые типы изоляции обеспечивают незначительную защиту или же не обеспечивают ее вовсе.

Ниже приводится список изоляционных материалов с указанием их общей способности не допускать проникновения влажного пара (проницаемость измерена в пермах на дюйм). Испытания проводились в соответствии с требованиями ASTM E96.

Некоторые из вышеупомянутых материалов поставляются с различными плотностями, которые могут менять степень водо- и паропроницаемости; тем не менее, данный список позволяет произвести общую сопоставительную оценку.

Хотя проницаемость изоляции является важным фактором, основным соображением здесь должна быть способность изоляции противостоять условиям окружающей среды, а также ее тепловой коэффициент полезного действия (рентабельность).

Существуют также и иные условия окружающей среды, которые должны приниматься во внимание для определения необходимого вида изоляции. Там, где присутствуют легковоспламеняющиеся продукты, следует рассмотреть вариант с изоляцией из ячеистого стекла. Если имеется существенное механическое воздействие, такое как хождение по трубам эксплуатационного или обслуживающего персонала, или давление утрамбованной почвы поверх подземного трубопровода, ячеистое стекло является предпочтительным вариантом благодаря своей высокой прочности при сжатии.

При создании коммерческих и легких промышленных применений, где холодообслуживание полностью защищено поверх потолков или пазов трубопровода, рентабельным вариантом может оказаться стекловолокно. Гибкая эластомерная изоляция также может стать одним из вариантов, особенно, в условиях высокой влажности окружающей среды, где изоляция способна предотвращать проникновение влажного пара без добавления ингибитора пара.

Для многих промышленных и некоторых коммерческих применений стоит рассмотреть вариант с использованием органических пенопластов. Тем не менее, значение распространения огня и оптической плотности дыма 25/50 может здесь стать препятствием в зависимости от толщины изоляции и места ее размещения. См. литературу производителя. С применениями, расположенными вне помещений, обычно не возникает проблем. Проблемы возникают только внутри помещений или же вокруг воздухозаборников HVAC.

Существует несколько факторов, которые предопределяют подходящую температуру точки росы для условий окружающей среды ингибитора пара. Во-первых, температура конденсации будет определять частоту конденсации изоляционной системы. Не существует изоляционной системы, которая была бы способна не допускать конденсации на протяжении всего времени воздействия внешних климатических условий. Когда относительная влажность составляет 100 процентов, температура по сухому термометру и температура конденсации одна и та же.

В некоторых публикациях указывается, что в Соединенных Штатах проектная температура точки росы редко превышает 75 F (24 C). Такая температура точки росы будет создавать конденсацию, превышающую 2 процента или 200 часов в год в южной и юго-восточной части страны, в соответствии с современными климатическими данными. Я считаю, что такая конденсация слишком высока для любой части страны. Конденсация на изоляционной системе не должны быть выше 1 процента или 88 часов в год.

Так, например, согласно графику температуры точки росы, при температуре по сухому термометру 90 F и при относительной влажности 75 F имеется температура точки росы 81 F с депрессией точки росы 90 - 81 = 9 F. Это означает, что следующие средние депрессии точки росы для 1 процента конденсата в год составят:

   a. Для климатических условий с низкой влажностью, используйте 11 F.
   b. Для климатических условий со средней влажностью, используйте 7 или 8 F.
   c. Для климатических условий с высокой влажностью, используйте 6 F.

Конденсацию на системе изоляции следует минимизировать, как указано выше, для предотвращения скопления воды, капающей снизу и создающий условия, при которых персонал может поскользнуться. Водоросли и мхи, в дополнение к прочей растительности, будет развиваться на поверхностном покрытии изоляции. Это может вызвать деградацию поверхностного покрытия, а также создать непривлекательный внешний вид. Избыточное скопление влаги показывает, что у ингибитора пара должна быть очень низкая (или даже нулевая) степень водо- паропроницаемости, и он должен быть устойчивым к деградации для того, чтобы не допускать постоянного проникновения в изоляцию влажного пара при повышенном отрицательном давлении, и, соответственно, в подложку, где может произойти коррозия.

Давление пара повышается по мере того, как повышается температура точки росы. Например:

Тепловой коэффициент полезного действия и стоимость изоляции

После того, как будут определены условия окружающей среды, выбор типа изоляции сужается до нескольких вариантов, а, возможно, и просто до одного. Там, где возможно использованием нескольких видов изоляции, определяются тепловой коэффициент полезного действия и рентабельность. Теперь инженер может осуществить сопоставление видов изоляции с использованием программы 3E Plus® 3.2.

При сравнении теплового коэффициента полезного действия толщина может колебаться от 1 до 3 дюймов при сохранении соответствия тем же требованиям. Должен быть представлен стоимостной вклад изоляции и трудозатрат и представлено размещение проекта. Инженер должен запросить несколько ценовых предложений от подрядчика, создающего изоляцию, в тех случаях, когда рассматривается более одного вида изоляции. Следует помнить, что программа 3E Plus предназначена только для осуществления оценки. Окончательным результатом является ценовое предложение подрядчика. Инженер должен непрерывно сравнивать данные программы с реальными ценовыми предложениями, а затем обновлять данные на непрерывной основе.

При выборе изоляционного материала существуют некоторые исключительные условия. Иногда составитель спецификации имеет дело с системой с двумя диапазонами температур. Если существуют какие-либо сомнения относительно эксплуатационной температуры или температуры воздействия, следует всегда предпочитать использование ингибитора пара использованию ингибитора влаги.

Системы с двойным диапазоном температур могут потребовать отдельного рассмотрения в том, что касается соответствующих ингибиторов пара, герметиков и изоляции, поскольку каждый из них может быть подходящим для низкой температуры, но не способным подвергаться воздействию повышенных температур.

Так, например, химическое предприятие на юго-востоке Соединенных Штатов имеет технологию, для которой требуется, чтобы несколько крупных емкостей и трубопроводы оставались холодными за счет трассировки морской водой при -20 F. Периодически возникает необходимость внутренней очистки труб и оборудования с помощью пара. Система была изолирована одним слоем ячеистого стекла. Поверхностное покрытие из герметика и ингибитора пара на разжиженном асфальте, поверх установлен алюминиевый кожух. Система была сконструирована для очистки 10-фунтовым паром (240 F); тем не менее, стало очевидным, что это не давало полной очистки системы. Отдел эксплуатации решил использовать 50-фунтовый (297 F) пар, но температура пара была выше предела для материалов и конструкции изоляционной системы.

Неожиданное повышение температуры вызвало множественное растрескивание однослойной изоляции; соединение герметика и ингибитора пара растаяло и вытекло через швы. Когда была включена трассировка морской водой, произошло проникновение влажного пара в трещины и соединения. Эта влага скопилась в виде льда на поверхности трубы и оборудования. Вся система изоляции была разрушена.

Решение: Двойной слой изоляции из ячеистого стекла позволит иметь внешний слой, свободный от трещин. Соединения и окончания могут быть герметизированы высокотемпературным эластомерным герметиком. Ингибитор пара поверх изоляции может быть листовым мембранным материалом с покрытием кожухом, устойчивым к нагрузкам при эксплуатации.

Если бы инженер-проектировщик поддерживал связь с персоналом на площадке на протяжении еще нескольких месяцев после завершения проекта, можно было бы модернизировать изоляцию и избежать полной замены всей системы. Опыт показывает, что персонал на площадке (инженеры) редко информирует инженера-проектировщика об изменениях процедуры.

Ниже представлена некоторая информация, которую следует знать о поверхностных покрытиях изоляционных систем. Во-первых, при нанесении материалов кожуха поверх ингибитора пара, коэффициент теплового излучения кожуха должен быть 0.8 или выше. У кажите точно, будет ли это метал с покрытием (акрил) или PVC. Убедитесь, что PVC не пропускает ультрафиолетовое излучение. Например, при использовании программы 3E Plus 3.2 предлагается толщина изоляции для 6-дюймовой горизонтальной трубы из углеродистой стали, которая эксплуатируется при температуре -20 F (-29 C) при 90 F температуре сухого термометра, 80 F относительной влажности и скорости ветра 5 миль в час:

Примечание: различие в толщине изоляции возрастает по мере того, как снижается эксплуатационная температура.

Там, где поверх ингибитора пара монтируется кожух из металла или PVC, необходимо принять все возможные меры для герметизации кожуха, ограничивая, таким образом, количество влажного пара между кожухами. На металлическом кожухе необходимо герметизировать все накладывающиеся друг на друга швы  с помощью подходящего герметика. На корпусах из PVC необходимо соединение с помощью растворителя всех перекрестных швов с толщиной минимум 30 мил. Подрядчик, поставляющий изоляцию, должен монтировать кожухи, не надрезая и не срезая ингибитор пара.

В заключение, можно сказать, что самым существенным компонентом любой системы холодоизоляции является ингибитор пара. Успешная эксплуатация системы холодоизоляции зависит от функционирования каждого компонента, а также того, насколько они дополняют и поддерживают друг друга.

С анализом рынка аммиака Вы можете познакомиться в отчете Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок аммиака в России».

www.newchemistry.ru