Изоляционные материалы
В холодильной технике применяют два вида изоляционных материалов, выполняющих функции теплоизоляции и гидроизоляции.
Теплоизоляционные материалы имеют низкий коэффициент теплопроводности и предназначены для изоляции ограждений охлаждаемых или нагреваемых объектов.
Гидроизоляционные материалы предназначены для защиты теплоизоляции от ее увлажнения.
В охлаждаемом помещении поддерживается температура ниже температуры окружающей среды, вследствие чего между температурами охлаждаемого помещения и окружающей среды создается разность температур Δt. При наличии Δt возникает тепловой поток, который направлен внутрь охлаждаемого помещения.
Воздух окружающей среды, имея более высокую температуру, имеет также большее, чем внутри охлаждаемого помещения, парциальное давление водяных паров. Разность парциальных давлений Δр водяных паров способствует проникновению внутрь охлаждаемого помещения влаги. Водяной пар, проходя через изоляцию, может конденсироваться внутри изоляционного материала.
Для предотвращения проникновения водяных паров в изоляционную конструкцию с теплой стороны ограждения наносят слой гидроизоляционного материала. Металлическая обшивка корпуса является надежной защитой от проникновения влаги. Однако в конструкции изоляции с воздушной прослойкой возможно попадание влаги в пространство между корпусом и изоляцией. Интенсивно происходит увлажнение изоляции и при погрузочно-разгрузочных операциях, когда температура в трюме становится выше, чем температура внутри изоляции. В этом случае водяной пар будет проникать внутрь изоляции.
Теплоизоляционные материалы должны иметь низкий коэффициент теплопроводности и малую плотность; низкую гигроскопичность, водопоглощаемость и паропроницаемость; быть прочными, морозостойкими и эластичными, чтобы выдерживать вибрацию и деформацию корпуса судна; быть огнестойкими или трудногорючими; обладать однородной мелкопористой структурой; не иметь запаха и быть невосприимчивыми к нему; иметь длительный срок службы: не вызывать коррозии металла изолируемой поверхности; быть биостойкими и стойкими к грызунам; безвредными для здоровья людей; дешевыми, удобными для транспортировки, монтажа и ремонта.
Используемые теплоизоляционные материалы в большей или меньшей степени отвечают перечисленным выше требованиям.
Теплоизоляционные материалы.
В зависимости от вида исходного сырья теплоизоляционные материалы могут быть неорганическими (минеральные плиты, штапельное стекловолокно и др.) и органическими (пробка, пенополистирол и др.).
Различают слоистые, волокнистые и ячеистые теплоизоляционные материалы.
Слоистые материалы (винидур, альфоль) представляют собой изоляцию, набранную из нескольких листов с точечными контактами между ними. Большое количество воздушных полостей между слоями и способность поверхностей слоев изоляции отражать тепловые лучи обеспечивают хорошие теплоизолирующие свойства материала. В изоляционных конструкциях промысловых судов этот вид изоляции не нашел широкого применения из-за горючести (винидур) и малой прочности (альфоль).
Волокнистые материалы (минеральный войлок, стекловолокно и др.) изготовляют в виде плит, упакованных в герметичные пакеты. Пакеты заполнены беспорядочно переплетенными тонкими волокнами, создающими большое количество воздушных полостей. Малая теплопроводность материала обеспечивается отсутствием хорошего контакта между волокнами и наличием большого количества воздушных полостей.
Ячеистые материалы (пробка, пенопласты и др.) представляют собой пористую структуру, которая образована твердым веществом и замкнутыми ячейками, заполненными газом (чаще всего воздухом). Чем больше воздушных ячеек содержится в материале, тем он легче и его теплопроводность меньше. Теплопроводность неподвижного сухого воздуха λ= 0,02 Вт/(м •°С).
Ниже рассмотрены теплоизоляционные материалы, применяемые в судовых изоляционных конструкциях охлаждаемых помещений и холодильного оборудования судов.
Пробковые плиты получают из смеси измельченной коры пробкового дерева и пробковой композиции, которую спрессовывают и подвергают термической обработке. В качестве связки применяют органические клеящие вещества.
Кора пробкового дерева представляет собой клетки одеревенелой целлюлозы, поры которых заполнены воздухом. Благодаря пористой структуре и наличию смолистых веществ пробка является хорошим естественным теплоизоляционным материалом. Пробковые плиты изготовляют размером 1000 х 500 мм и толщиной 10-120 мм.
Плитами изолируют ограждения жилых и служебных помещений, а сегментами, нарезаемыми из плит, - трубопроводы и арматуру холодильной установки. Пробку применяют для изоляции поверхностей с температурой от - 50 до 100 °С. Плотность плит 240 кг/м3, коэффициент теплопроводности 0,05 Вт/(м•°С). Однако пробка подвержена гниению и горению, поэтому ее применение ограничено.
Экспанзит - спрессованная в металлической форме измельченная и термообработанная кора пробкового дуба или амурского бархатного дерева. Содержащиеся в крошках пробки смолистые вещества при температуре 300 °С склеивают их между собой. Экспанзитовые плиты изготовляют размером 1000 х 500 мм и толщиной 25-120 мм.
Теплоизоляционные качества экспанзита лучше, чем у пробковых плит. Плотность экспанзитовых плит 180 кг/м3. Коэффициент теплопроводности 0,05 Вт/(м•°С). Экспанзит предназначен для изоляции тех же объектов, что и пробковые плиты. Диапазон температуры применения от - 50 до 100 °С. Однако экспанзит подвержен гниению и горению, поэтому имеет ограниченное применение.
Минераловатные плиты - спрессованная в виде плит минеральная вата из синтетического связующего. Они предназначены для тепловой изоляции бортов, переборок, подволоков, палуб и риббандов, используются также как звукопоглотитель в звукоизолирующих конструкциях. Плиты выпускают следующих марок: 50, 75, 175, 200, 300; размеры их 1000 х 500 и 1000 х 1000 мм, толщина 40-100 мм.
В судостроении применяют только плиты марки 125 для поверхностей с температурой не выше 300 °С. Плотность плиты 75-125 кг/м3, коэффициент теплопроводности 0,049 Вт/(м •°С).
Штапельное стекловолокно применяют для изготовления плит, которые получают путем связки стекловолокон синтетическим клеящим веществом. Выпускают плиты марок ПТО-75, ППТ-50 и ППТ-75. В судостроении применяют плиты, оклееные с одной стороны стеклянной тканью или алюминиевой фольгой (ПТО-75), а также и без оклейки (ППТ-50, ППТ-75). Длина выпускаемых плит 1000, 1500 мм, ширина 500, 900 и 1000 мм, толщина 30, 60, 70 и 80 мм. Плотность плит 50-75 кг/м3, коэффициент теплопроводности 0,052 Вт/(м•°С). Предельная температура применения 60 °С. Плитами изолируют борта, переборки, подволоки, палубы и риббанды.
Пеностекло получают из порошкообразного стекла при спекании его газообразователями (уголь) в печах. Материал обладает высокой прочностью. Применяют для настилов второго дна и палуб рефрижераторных трюмов и твиндеков. Изготовляют блоками, размеры которых 500 х 400, 475 х 475, 200 х 125 мм, а толщина 60, 80, 100, 120 мм. Плотность блоков 230 кг/м3, коэффициент теплопроводности 0,09 Вт/(м•°С). Материал устойчив к кислотам, не гниет и не горит. Применяют для изоляции поверхностей, имеющих температуру не выше 150 °С.
Пенополистирол изготовляют из суспензионного вспенивающегося полистирола в виде плит. Для тепловой изоляции бортов, переборок и палуб, риббандов, а также холодных трубопроводов, арматуры применяют плиты марки ПСБ-С (пенополистирол самозатухающий). Допускается применение при температуре поверхностей от - 15 до 70 °С.
Длина выпускаемых плит 900-2000 мм, ширина 500-1000 мм, толщина 25-100 мм. Плотность материала 25-40 кг/м3, коэффициент теплопроводности материала 0,038 Вт/(м•°С), а конструкции - 0,052 Вт/(м •°С). Пенополистирол не рекомендуется применять в помещениях, связанных с приготовлением пищи.
Пенопласт формальдегидный представляет собой жесткий газонаполненный пластик на основе фенолформальдегидной смолы. Выпускается в виде плит длиной 600-3000 мм, шириной 500-1200 мм, толщиной 50-150 мм. Плиты применяют для изоляции бортов, переборок, подволоков, палуб и их риббандов, имеющих температуру не выше 40 °С. Плотность материала марки 50 50 кг/м3, марки 75 75 кг/м3, коэффициент теплопроводности конструкции 0,058 Вт/(м •°С).
Пенопласт пенополиуретановый марки ППУ-304Н -теплоизоляционная газонаполненная пластмасса. Пенопласт, состоящий из двух компонентов, напыляют на поверхность бортов, подволоков и их риббандов (исключение - охлаждаемые помещения). Материал трудновоспламеняемый, применяют для изоляции поверхностей с температурой не выше 50 °С. Плотность ППУ-304Н 30-50 кг/м3, коэффициент теплопроводности 0,041 Вт/(м•°С).
Парогидроизоляционные материалы.
Проникновение водяных паров и влаги в воздушные ячейки изоляции вызывает значительное увеличение коэффициента теплопроводности материала. Если коэффициент теплопроводности сухого воздуха, находящегося в ячейках изоляции, λ = 0,02Вт/(м•°С), то при заполнении их водой λв = 0,58 Вт/(м•°С), а при замерзании воды в ячейках λл = 2,2 Вт/(м•°С).
Для защиты теплоизоляции от увлажнения применяют парогидроизоляционные материалы, которыми покрывают теплую сторону изоляции. Эти материалы должны иметь высокое сопротивление паропроницаемости, быть не гигроскопичными, термостойкими и не иметь запаха.
В качестве материалов для паро- и гидроизоляционных покрытий применяют: битум нефтяной строительный марки БН-70/30; пленку полиэтиленовую марки С; ленту полиэтиленовую с липким слоем марок А и В; ленту поливинлхлоридную электроизоляционную марки ПХВ; рубероид марок РПП-300А и РПМ-300А; изол (ГОСТ 10296-79); фольгу алюминиевую рулонную для технических целей; пленочный гидрозащитный материал ПТГМ-609.
Для изготовления судовой изоляции используют клеи: идитоловый (ИДС), целолит-13, изолитовый (ЛКС), 38-Н, эпоксидный и др.
Битум БН-70/30 применяют в смеси с битумом БН-90/10 в качестве обмазочной пароизоляции, а также для проклейки швов пароизоляционного слоя из рубероида, фольги, изола. Температура размягчения битума выше 70 °C.
Пленку полиэтиленовую марки С выпускают рулонами длиной 25 м, шириной 600 мм, толщиной 0,2 и 0,3 мм. Получаемые швы проклеивают липкой лентой.
Рубероид РПП-ЗООА, РПМ-З00А используют при температуре изоляционного слоя не ниже - 70 °С. Рулоны изготовляют длиной 10 и 20 м, шириной 750, 1000 и 1025 мм с мелкой минеральной посыпкой с двух сторон. Швы рубероида проклеивают битумом.
Изол (ГОСТ 10296—79) применяют в качестве рулонной пароизоляции при температуре поверхности изоляционного слоя не ниже - 70 °С. Толщина пленки 2 мм, ширина рулона 300-1000 мм. Для проклейки швов используют битум.
Для создания гидро- и пароизоляционного слоя в рефрижераторных помещениях и на холодных трубопроводах широко применяют пленочный гидрозащитный материал ПТГМ-609. Материал выпускают в рулонах длиной 40-50 м, шириной 900 мм и толщиной 0,3 мм. Применяют его при температуре от - 45 до 60 °С. Места нахлесток проклеивают клеем 88-Н.
Для соединения плит из пеностекла, пенопласта фенолформальдегидного, а также минераловатных плит повышенной жесткости друг с другом и с металлами применяют клеи ЛКС и ИДС.
Клеи целолит-3 и ЦВА-П используют для соединения плит теплоизоляционного пенопласта и приклеивания к ним ткани (миткаль, бязь, стеклоткань и т. п.).
Клей 88-Н соединяет поролон с поролоном, металлами, деревом, железобетоном, а также с пленкой ПТГМ-609.
Эмульсионные клеи ЭИР (на основе ПВА и цемента), НИР (на основе наирита и цемента) и силикатный клей марок КЖ и АЖ применяют при теплоизоляции поверхностей с высокой температурой.
Судовые изоляционные конструкции
Изоляционные конструкции охлаждаемых помещений рефрижераторных судов делят на три класса: не прорезаемые стальным набором корпуса (рис. 3.5), перекрывающие набор (нормальные) (рис. 3.6), обходящие набор (рис. 3.7).
Изоляционные конструкции первого класса применяют, как правило, для изолирования гладких металлических поверхностей. В охлаждаемых помещениях такая конструкция служит для изолирования второго дна.
Конструкции второго класса, или нормальные, прорезаются стальным набором. Особенность такой конструкции состоит в том, что поверхность изоляционного слоя не имеет выступов. Нормальную изоляционную конструкцию применяют для изоляции рефрижераторных помещений.
Конструкции третьего класса, обходящие набор, используют в охлаждаемых помещениях для изолирования высокого рамного набора (карлингсов, стрингеров, рамных шпангоутов, бимсов и др.).
При изолировании любых поверхностей в охлаждаемых помещениях теплоизоляционным материалом применяют конструкции второго и третьего классов. В этом случае материал устанавливают непосредственно на изолируемую поверхность, исключение - конструкция изоляции второго дна, которую выполняют с воздушной прослойкой или без нее (см. рис. 3.5).
Переборки и палубы, отделяющие одно помещение от другого, изолируют с обеих сторон, однако одну сторону ограждения покрывают изоляцией полностью, а другую изолируют только по периметру, образуя так называемый риббанд, ширина которого обычно 1 м.
Как правило, все изоляционные конструкции имеют зашивку, которая предохраняет изоляционный материал от механических повреждений. Деревянный брус обрешетника служит для крепления зашивки, которую со стороны трюма обшивают листами из легких антикоррозионных алюминиево-магниевых сплавов АМг. Зашивку выполняют из шпунтованных досок толщиной 16-25 мм или из листов / АМг, применяют также неметаллическую зашивку.
На рис. 3.8-3.11 представлены некоторые типовые конструкции теплоизоляции рефрижераторных трюмов. На рис. 3.12 показаны конструкции плиточной изоляции трубопроводов и арматуры судовой рефрижераторной установки.
Тепловую изоляцию аппаратов холодильной установки выполняют из тех же материалов и по той же технологии, что и теплоизоляцию трубопроводов. Конструкция теплоизоляции должна обеспечивать непрерывность всего изоляционного слоя, включая и гидропароизоляцию.
При тепловой изоляции двойного дна доступ к льялам осуществляется через люки, которые закрываются изолированными крышками. Конструкции изоляции крышек грузовых, льяльных и других люков рефрижераторных трюмов одинаковы. На рис. 3.13 показана конструкция тепловой изоляции двойного дна 1 и люка льял 2.
Применяемые гидро- и пароизоляционные материалы не полностью защищают изоляцию от увлажнения в судовых условиях. Изоляционные судовые конструкции почти постоянно находятся под воздействием вибрации. Незначительные трещины в гидроизоляционном слое снижают его эффективность в несколько раз. Проникая в изоляционную конструкцию, водяные пары конденсируются и увлажняют теплоизоляционные материалы, в результате этого коэффициент теплопроводности изоляции, а следовательно, и коэффициент теплопередачи конструкции увеличиваются, что приводит к необходимости повышения холодильной мощности установки. Влага в изоляции вызывает гниение деревянных частей конструкции, а при замерзании - разрушение изоляционного материала и ограждения.
Источником увлажнения изоляции рефрижераторных трюмов является влажный наружный воздух, поступающий в трюм во время грузовых операций. В процессе работы холодильной установки происходит естественное осушение изоляции. При низкой температуре воздуха в трюме водяной пар движется из пор материала в охлаждаемое помещение и конденсируется на поверхности охлаждающих приборов в виде инея.
Для осушения изоляции применяют также специальные дегидратные установки. Такая установка состоит из воздухоохладителя и системы воздуховодов. Воздухоохладитель подключен к общей холодильной установке или к отдельному компрессорно-конденсаторному агрегату. Вентилятор установки принудительно прогоняет воздух через каналы, расположенные в осушающем слое изоляции непосредственно за зашивкой. Из осушаемых слоев теплоизоляции вентилятор всасывает увлажненный воздух, который, проходя через батарею воздухоохладителя, осушается и нагнетается обратно в слой изоляции.
Литература
Судовые холодильные машины и установки (Петров Ю.С.) 1991 г.
