Термочехлы на арматуре криогенных систем: конструкция, особенности эксплуатации и защита оборудования

Криогенное оборудование работает при сверхнизких температурах, поэтому требует особой защиты. Криохранилища, резервуары, трубопроводы с арматурой должны быть герметичны, хорошо изолированы, защищены от вредных воздействий. Один из способов дополнительно обезопасить такие системы – съемная термоизоляция.

В каких условиях работают криогенные системы

Вещества, используемые в криогенных системах, имеют температуру ниже -150 °С – это в 1,5 раза холоднее, чем мировой рекорд отрицательной температуры, зафиксированный в Антарктиде. При таких условиях почти любые материалы проявляют особые свойства: например, большинство металлов и полимеров становятся ломкими, уплотнители – твердеют, быстрее выходят из строя.

Также трубопроводы для транспортировки криогенных материалов подвержены риску образования конденсата или наледи. Из-за них уменьшается ресурс оборудования, происходит коррозия металлических частей.

Особо уязвимые к тепловым притокам участки оборудования – это арматура (задвижки, запорные краны, вентили, разветвители) и места приварки труб к емкостям. Как правило, они нуждаются в дополнительной изоляции.

Конструкция термочехлов для криогенной арматуры

Факт: приток тепла к жидкому хладагенту способствует его расслоению, из-за чего поток рабочей среды замедляется, а сама она требует повторного охлаждения.

Чтобы сохранить температуру хладагента в нужном диапазоне и защитить оборудование, в системах используют вакуумную изоляцию. Например, криогенный резервуар с трубопроводом оборудуют двойными стенками, воздух между которыми полностью выкачивают. Это помогает уменьшить теплообмен между техникой и окружающим воздухом. Для трубопроводов также могут использоваться:

• гофрированные внутренние трубы – сжимаясь от температурных деформаций, они укорачиваются, но не разрываются;
• вакуумные порты на кожухах – устройства для удаления воздуха из теплоизоляционных полостей;
• гибкие сильфонные шланги, например, для подключения в ограниченном пространстве.

Факт: изоляционный слой в вакуумной системе может монтироваться на внутренний трубопровод. Такая технология называется ЭВТИ – экранно-вакуумная теплоизоляция, при которой в дополнение к изолирующему слою из межстеночного пространства выкачивают воздух.

Но даже таких мер защиты обычно недостаточно для снижения теплопритоков, поэтому дополнительно используется тепловая изоляция в виде многоразовых термочехлов. Такой чехол состоит из наполнителя, внутреннего и внешнего слоев.

Наполнитель

Как основной материал для изоляции используют:

• базальтовую вату – имеет теплопроводность до 0,048 Вт/(м*К), практически не впитывает влагу, не горит;
• аэрогель – твердая, но легкая пена, более чем на 90% состоящая из воздушных пор, которые препятствуют теплообмену между разделяемыми средами;
• фенольные/полиуретановые пеноматериалы – не дают такого уровня термоизоляции, как базальт, но могут применяться на менее ответственных участках трубопровода.

Факт: наполнитель в термочехле удерживается между двумя защитными слоями – внутренним и внешним. Они не позволяют ему контактировать с охлажденной поверхностью, конденсатом, влагой из воздуха.

Внутренний, внешний слой

Внешний слой чехла должен защищать наполнитель от сторонних воздействий – не пропускать к нему воду и УФ-лучи, предохранять от проколов, порезов, истирания. В термочехлах Бекор для него используется стеклоткань – прочный на износ, слабогорючий материал, не вступающий в реакцию с большинством химически активных веществ.

Задача внутреннего слоя – дополнительно защищать утеплитель и сам трубопровод или арматуру от механических воздействий, предохранять от образования конденсата.

Застежки, дополнительные элементы

Термочехол закрепляют на оборудовании посредством металлических хомутов, лент велкро, «молний» или других застежек. При необходимости он легко снимается для ремонта или обслуживания участка, но чтобы избежать частого демонтажа, в полотне предусматривают смотровые окошки и дополнительные застежки для доступа к отдельным узлам или КИП.

5 преимуществ термочехлов для криогенных систем

1. Дополнительная защита от тепловых притоков. Чехлы позволяют защитить систему на самых уязвимых участках, таких, как запорная арматура.
2. Защита от конденсата – плотно прилегающий к трубопроводу чехол не дает влаге скапливаться на поверхности оборудования.
3. Защита от повреждений – чехол с мягким наполнителем выступает естественным защитным барьером.
4. Удобство демонтажа – чехлы надеваются и снимаются вручную за несколько минут, что упрощает обслуживание.
5. Продление общего срока службы оборудования – благодаря защите материалов от термической усталости, ударов, коррозии.

Правила обслуживания

Чтобы чехлы для тепловой изоляции прослужили дольше, рекомендуется:

• При проектировании чехла просчитывать размеры оборудования с учетом теплового расширения.
• Проверять состояние внешней оболочки, наполнителя при каждом монтаже. Утеплитель не должен сбиваться или образовывать складки, сам чехол должен достаточно плотно облегать оборудование.
• Проводить чистку, периодическую дезинфекцию поверхностей чехла. Для очистки от пыли и простых загрязнений подойдет мойка чистой ветошью, смоченной в воде или мыльном растворе.
• Своевременно заменять изношенные застежки, крепления на новые. Они помогают уменьшить холодовые потери от стенок труб и техники.

Практическое применение термочехлов: объекты

Термоизоляционные быстросъемные чехлы могут применяться на объектах, использующих криогенную технику и трубопроводы, в том числе:

• в энергетике для транспортировки сжиженного природного газа;
• в химической промышленности, связанной с производством лекарств и удобрений;
• в медицине для перевозки, хранения жидкого азота;
• в космической отрасли для транспортировки некоторых видов топлива для ракетных двигателей;
• в научных лабораториях, на оборонных предприятиях.

Термочехлы обычно выпускаются под стандартные диаметры труб и арматуры, но могут быть пошиты на заказ по индивидуальным меркам. Это позволяет оснащать ими даже конструктивно сложные или экспериментальные криогенные установки.