Izolace chladicích a klimatizačních systémů – 6. část: Izolace pro velmi nízké teploty
V této závěrečné části seriálu článků o elastomerových izolacích a zásadách jejich správného zpracování, se věnujeme izolování nízkoteplotních – kryogenních zařízení pracujících s velmi nízkými teplotami. Takové izolace vyžadují například nádrže pro kapalné plyny LPG / LEG / LNG / LN a jejich rozvody. Zhotovení takových izolací klade velmi vysoké nároky jak na výběr druhu izolace, tak na zpracovatele. Proto má tyto izolace provádět k tomtu účelu proškolený kvalifikovaný personál. V článku jsou uvedeny jen základní poznatky pro přiblížení problematiky.
Kritéria výběru
Důležitými kritérii pro výběr izolačního materiálu jsou nízké ztráty vznikající odpařováním uskladněné látky, minimální ztráty energie v průběhu rekondenzace a přirozeně též bezpečnost při skladování a přepravě. Izolace musí být odolná vůči namáhání teplotními dilatacemi a pohybovými rázy způsobenými extrémními rozsahy teplotních podmínek a vůči mechanickému namáhání z vnější strany. Velmi důležitým požadavkem, kladeným na nízkoteplotní izolace, je předcházení kondenzace a minimalizace rizika koroze pod izolací. Kromě tepelně-technických požadavků musí být výběr materiálu proveden i s ohledem na jeho mechanické vlastnosti. Tradičně se v tomto rozsahu teplot používají tuhé pěny (např. na základě PUR / PIR), pěnové sklo včetně parotěsné zábrany, které jsou, a nebo mohou, být opatřeny i dilatačními vložkami. Byly však vyvinuty i speciální vysoce pružné elastomerové izolační systémy, které nabízejí značné výhody zejména při jejich instalacích.
Na správném izolačním materiálu záleží
Elastomerové izolační výrobky se řadu let osvědčují k izolaci chladicích zařízení, ale i v oblasti velmi nízkých teplot. Běžné výrobky na bázi NBR inklinují ke ztvrdnutí při teplotách pod –50 °C. Je nutné, aby izolace zachovala dostatečnou flexibilitu, aby plnila i svou mechanickou funkci. Materiál musí být reverzibilní, tj. se vzrůstající teplotou musí získávat pružnost a vyrovnávat délkové změny.
Splnit vysoké nároky na nízkoteplotní izolace se podařilo zajistit výzkumem elastomerových izolací na bázi dien-terpolymeru. Takový materiál si zachovává vysokou pružnost i při kryogenních teplotách. Tato flexibilita zajistí, že izolace pohlcuje vibrace, nárazy a pohyby a riziko vzniku trhlin vnějšími vlivy je, v důsledku extrémních teplotních cyklů a mechanického namáhání, značně omezeno. Uzavřený buněčný materiál má také velmi nízkou tepelnou vodivost. Teplota použití se pohybuje od –200 °C do +125 °C.
Pro jaké konstrukce, pro které aplikace?
Vzhledem k extrémním teplotním rozdílům mezi teplotou pracovní látky a okolní teplotou a vlhkostí vzduchu je obvykle vyžadována vícevrstvá konstrukce izolace. Pro střední teploty do –50 °C mohou být použity „běžné“ pryžové výrobky na základě NBR nebo EPDM. Pod touto teplotou lze použít nově vyvinutý výrobek Armaflex LTD. Tloušťka první izolační vrstvy se matematicky určuje tak, aby na jejím vnějším povrchu byla teplota větší než –50 °C. Další izolační vrstvy pak lze zhotovit z běžných elastomerů (obr. 2).
Na částech zařízení s teplotou látky pod –110°C, jako je například zkapalněný zemní plyn (LNG), se mezi potrubí od DN50 a izolaci vkládá speciální tzv. antiotěrová fólie. Tato fólie zajišťuje zvýšenou ochranu izolace proti poničení zevnitř následkem dilatačních pohybů a zvyšuje se tak bezpečnost izolačního systému. Při zhotovování izolace se na antiotěrovou fólii celoplošně lepí nejspodnější izolační vrstva.
V potrubí se zkapalněným dusíkem a střední teplotou okolo –196 °C se podkračuje bod varu kyslíku –183 °C. To může vést k tomu, že na potrubí nebo částech zařízení začne kondenzovat kyslík ze vzduchu, který může chemicky reagovat s organickým materiálem. Proto se v takových zařízeních jejich povrch nejprve celoplošně polepuje hliníkovou fólií o tloušťce ³ 50 mm. Spoje jsou přes sebe překládány minimálně o 50 mm. Pro potrubí od DN 50 je doporučeno překrytí 100 mm. Zařízení, která jsou určena pro zkapalněný kyslík, by v zásadě neměla být izolována elastomerovými izolačními výrobky vzhledem k možnosti úniku kapalného kyslíku.
Zhotovení vícevrstvé izolace
Při zpracování elastomerových izolačních materiálů pro nízkoteplotní aplikace je nutné překrývání spojů izolačních dílů (obr. 3). Řezání a lepení materiálů probíhá podle standardních pokynů pro elastomerové izolační materiály. Odlišností je, že nejspodnější vrstva izolace se nelepí na povrch potrubí. To neplatí pro připojení k přírubám a podobně. Naproti tomu konce trubek nebo desek druhé a dalších vrstev se k podkladovým vrstvám zásadně lepí. Pokud dosáhne vnější průměr potrubí se dvěma izolačními vrstvami více než 500 mm, pak se izolace v dolní čtvrtině potrubí celoplošně lepí se základní izolační vrstvou, aby se zabránilo průvěsům (obr. 4). Mezi lepením jednotlivých vrstev je v ideálním případě vhodné zachovat odstup asi 24 hodin, aby se zajistilo úplné vyschnutí lepidla z lepení předchozí vrstvy.
Izolace svislých potrubí
V protikladu k izolaci vodorovně vedeného potrubí, na svislém potrubí nepostačuje jen částečné lepení izolace. Zde platí, že všechny izolační vrstvy musí být celoplošně slepeny. Rovněž tak, na rozdíl od vodorovného potrubí, musí být spodní vrstva izolace celoplošně slepena s povrchem potrubí. U potrubí velkých průměrů a více vrstev izolace je nutné instalovat podpůrné kruhové vložky na každé cca 2 metry délky potrubí. Od instalace antiotěrové fólie na povrchu potrubí může být upuštěno.
Dilatační vložky
Při zhotovovávání běžných nízkoteplotních izolačních systémů na bázi tuhé pěny nebo pěnového skla se instalují dilatační vložky (např. minerální vlna). Při použití elastomerových izolačních systémů nejsou nutné. Funkci dilatačních vložek plní pružný izolační materiál. To je výhodné i vzhledem ke skutečnosti, že podmínkou vzniku kvalitních spojů elastomerových materiálů je jejich lepení pod tlakem.
Při uzavírání izolace okolo různých vývodů z potrubí nebo podpěr, se příslušný díl z hadicové izolace nebo desky řeže bez ohledu na velikost potrubí o 30 mm delší, pokud je rozměr izolací zaplňovaného otvoru menší než 300 mm a o 50 mm delší při rozměrech otvoru nad 500 mm (obr. 5). Tento postup zabraňuje vnikání vlhkosti na nejslabších, nejzranitelnějších místech izolace.
Potrubní podpěry a závěsy
Pro trubkové závěsy a podpěry jsou v nízkoteplotní oblasti používány speciální materiály, často na bázi polyuretanu nebo polyizokyanurátu. Ke splnění požadavků kladených na izolační systém je nutné věnovat zvýšenou pozornost spojení izolačního systému a podpěry. Testy propojení mezi uvedenými dvěma různými typy materiálů podpěr a elastomerové izolace ukázaly, že dobrých výsledků lze dosáhnout při použití speciálního lepidla na elastomery.
Pro vytvoření bezpečného spoje se lepení provádí takto:
- Čištění plochy spoje na PUR materiálu.
- Nátěr očištěné plochy speciálním lepidlem na elastomery a proschnutí vrstvy lepidla.
- Poté naneste lepidlo tence a rovnoměrně na obě slepované plochy, tedy materálu podpěry a elastomerní izolace a nechte lepidlo odvětrat. Pak se lepené plochy k sobě pečlivě přiloží a pevně stisknou. Při lepení švů, které jsou samy o sobě pod tlakem (přesahy materálů), lze aplikovat tzv. „mokré“ lepení bez nutnosti udržovat spoj pod tlakem stisknutím.
- Pro pojištění tupých spojů, například hadic na potrubí, se přes celý spoj nalepuje další pás elastomerové izolace.
Zvýšené jistoty se dosáhne, když je podpěra na svých krajích, určených pro napojování na navazující izolační systém, ve tvaru stupňů (obr. 6).
Závěr
Vyvinutím nového elastomerového izolačního materiálu, který si zachovává pružnost i při nízkých teplotách, nabídl Armacell pro izolaci nízkoteplotní kryogeních zařízení systém, který kombinuje výhody všech elastomerových izolačních výrobků. Lze jej použít na izolace zařízení do teplot až –200 °C.
podle článku „Kälte– und Klimaanlagen richtig dämmen. Teil 6: Tieftemperaturdämmungen“, autora Huberta
Helmse, technické slslužby společnosti Armacell GmbH,
upravil JH