CC BY
4
Четвертухин Н.В.
Ларионов М.В.
Чернобров А. Р.
Журавлев М.Д.
Широнин Е.В.
ООО «НПК Изотермик» ПРИМЕНЕНИЕ НАИЛУЧШИХ ДОСТУПНЫХ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИЗОТЕРМИЧЕСКИХ РЕЗЕРВУАРОВ
СЖИЖЕННЫХ ГАЗОВ
Изотермические резервуары представляют собой одностенные и двустенные технологические ёмкости.
Одностенный изотермический резервуар - вертикальный цилиндрический резервуар с наружной тепловой изоляцией, поверх которой оборудуется металлический защитно - покровный слой, предохраняющий изоляцию от повреждений и проникновения атмосферных осадков.
Двустенный изотермический резервуар представляет собой сооружение, состоящее из двух резервуаров - внутреннего, где непосредственно хранится вещество, и наружного. Внутренний резервуар концентрически расположен относительно наружного. Межстенное пространство между резервуарами заполнено тепловой изоляцией, как правило, из вспученного перлитового песка. В межстенное пространство подается инертный газ для осушки теплоизоляции в процессе эксплуатации.
Так как в конструкциях двустенных изотермических резервуаров обычно используют традиционную тепловую изоляцию, более актуальной задачей является оснащение эффективной теплоизоляцией одностенных резервуаров.
Кроме больших размеров, они могут иметь сферическую форму, что затрудняет проведение работ по монтажу тепловой изоляции.
Следует отметить, что на объектах повышенной опасности запрещается применение горючих изоляционных материалов, которыми в частности являются ячеистые полимерные материалы на основе полиуретана.
Применяемые изоляционные материалы должны обеспечивать заданный температурный режим эксплуатации резервуара, поэтому весьма значимы такие параметры как эффективность изоляционного материала, а также его долговечность, определяющая как долго тепловая изоляция может эксплуатироваться без дорогостоящего капитального ремонта.
Традиционно, в силу отсутствия альтернативных вариантов, тепловая
изоляция одностенных изотермических резервуаров производится минеральной ватой или газонаполненными ячеистыми полимерными материалами на основе полиуретана. Все эти материалы в той или иной мере обладают паропроницаемостью, что приводит к увлажнению самой изоляции и изолируемого оборудования за счет конденсации влаги в «точке росы», располагающейся или в толще материала, или на поверхности оборудования. Ячеистые полимерные материалы также обладают и капиллярным впитыванием влаги.
Одной из проблем, с которой сталкиваются при эксплуатации изотермических резервуаров, является увлажнение поверхности резервуара за счет конденсации на его поверхности влаги из воздуха. Образование влажной среды способствует возникновению коррозионных процессов, срок эксплуатации резервуара при этом существенно снижается, и в то же время увеличивается риск аварий, связанных с уменьшением прочности коррозируемого оборудования.
Другой проблемой является потеря теплоизоляционными материалами своих свойств вследствие увлажнения. Пропитанные влагой теплоизоляционные материалы перестают выполнять свою функцию, а при последующем промерзании, их коэффициент теплопроводности стремится к коэффициенту теплопроводности льда, который более чем в 100 раз хуже минимального значения данной величины, принятой для теплоизоляционных материалов. Как правило стоимость выработки одной гигакалории холода в 5-8 раз превышает стоимость выработки гигакалории тепла, соответственно энергетические затраты при эксплуатации изотермических резервуаров с неэффективной тепловой изоляцией могут быть весьма высоки.
В результате повышения температуры, хранящиеся в резервуаре вещества начинают переходить из жидкого состояния в газообразное, и через различные предохранительные устройства сбрасываются в атмосферу, что является прямой потерей рабочего продукта.
В большинстве случаев испаряющиеся вещества необходимо сжигать в целях безопасности, поэтому, к примеру, факелы постоянно горящие на производствах аммиака считаются обычным явлением. Потери аммиака на крупном аммиакохранилище могут составлять до нескольких тонн в сутки.
Одним из решений проблем, связанных с потерей традиционно применяемых материалов своих свойств, является применение в качестве изоляции пеностекла - теплоизоляционного материала, обладающего уникальным комплексом свойств, срок службы которого в то же время значительно превышает аналогичные параметры традиционно применяемых утеплителей.
Остановимся более подробно на его свойствах.
Пеностекло торговой марки FOAMGLAS® представляет собой ячеистый материал со структурой пены, получаемый из стекла специального состава методом вспенивания диоксида углерода,
образующимся при сгорании тонкодисперсного угольного порошка. Диаметр ячеек (закрытых газонаполненных пузырьков) составляет всего 0,5-1 мм. Из пеностекла можно изготавливать элементы разнообразных форм, что позволяет изолировать конструкции любых сложных конфигураций.
Пеностекло FOAMGLAS® абсолютно негорючий материал, не выделяющий при нагревании токсичных веществ и дыма, который к тому же не обладает впитывающей способностью, что позволяет применять его на объектах повышенной опасности. Не способствует распространению огня, благодаря чему пеностекло, помимо собственно теплоизоляции, применяется для конструкционной защиты оборудования от воздействия открытого огня в течение расчётного времени, например в качестве противопожарных вставок.
По теплотехническим свойствам пеностекло находится на уровне качественных минеральных ват и иных традиционных теплоизоляционных материалов, а его температурный диапазон применения позволяет использовать его при изоляции как криогенного и низкотемпературного, так и высокотемпературного оборудования.
Пеностекло жесткий материал: значение предела прочности на сжатие составляет до 1600 кг/см2. Данное свойство позволяет применять его при изоляции днищ изотермических резервуаров любой емкости, а если учесть, что срок службы пеностекла сравним со сроком службы изолируемого им оборудования, данное конструктивное решение является максимально эффективным. Гарантия изготовителя на пеностекло торговой марки FOAMGLAS® на данный момент составляет 40 лет.
Пеностекло FOAMGLAS® не подвержено воздействию влаги и не снижает своих теплотехнических характеристик в процессе эксплуатации, совместимо с углеродистыми и нержавеющими сталями всех марок, не разрушается и не теряет своих физических свойств под воздействием основных кислот, щелочей, горюче-смазочных материалов и морской воды. Не деформируется (не усыхает и не вспучивается) даже в самых неблагоприятных условиях. Является абсолютно паро- влагонепроницаемым материалом. В составе теплоизоляционной конструкции образует герметически замкнутый контур вокруг изолируемого им оборудования, и не допускает образования влажной среды, способствующей возникновению коррозионных процессов. Таким образом, помимо решения задачи тепловой изоляции, обеспечивается и защита поверхности изолируемого резервуара от поверхностной коррозии.
Не случайно пеностекло FOAMGLAS® как теплоизоляционный материал и защита от коррозии входит в стандарты ведущих мировых компаний, таких как Statoil, Amec, Shell, NorSok, BP.
С учетом средне и дальнесрочной перспектив эксплуатации, а также уникального комплекса свойств пеностекла, начиная с 70-х годов прошлого века практически все резервуарные парки в Европе изолируются именно
этим материалом. А в 76 странах на всех континентах пеностеклом были теплоизолированы более 1000 резервуаров для хранения сжиженных газов промышленного назначения от бутана (-0,5 С°) до азота (-196 С°).
Теплоизоляционная конструкция представляет из себя двухслойную конструкцию из пеностекла. Блоки БОАМОЬАБ® наклеены на поверхность резервуара и склеенных друг с другом клеем РС 88.
Защитно - покровный слой выполнен из гофрированного алюминия, с его внешней стороны установлены металлические полосы.
Основными элементами теплоизоляционной конструкции из пеностекла при изоляции резервуаров являются блоки различных размеров, используемые для изоляции их днищ, стенок и крыш. Люки, патрубки и иные конструктивные элементы резервуаров изолируются с помощью специально изготовленных комплектов фасонных элементов. В состав теплоизоляционных конструкций для изоляции резервуаров кроме пеностекла входят различные сопутствующие материалы - мастики, клеи, герметики и т.д. Необходимость применения того или иного сопутствующего материала определяется в зависимости от назначения, состава и условий эксплуатации теплоизоляционной конструкции.
Одним из последних объектов, на которых в качестве тепловой изоляции применено пеностекло, является изотермический резервуар для хранения аммиака емкостью 30 тыс. тонн в ОАО «Минудобрения», г. Россошь.
Необходимость в проведении замены тепловой изоляции была обусловлена энергетическими потерями и потерями продукта, которые несло предприятие при эксплуатации резервуара в результате промерзания существующего теплоизоляционного слоя.
Для создания давления в резервуаре были постоянно задействованы 4 компрессорные установки мощностью 150 кВт каждая, тем не менее происходила потеря продукта: переход аммиака из жидкой фазы в газообразную, испаряющийся аммиак сжигается на факельной установке. Работы были проведены в рекордно короткие сроки - в течении двух месяцев, прошедших с момента слива аммиака до момента ввода резервуара в эксплуатацию, был выполнен полный цикл работ, начиная с демонтажа старой изоляции и заканчивая установкой новой изоляции из пеностекла на стену и крышу резервуара и монтажом металлического защитно-покровного слоя (рис.).
Аналогичный цикл работ при изоляции резервуара путем напыления ППУ занимает в среднем 5-6 месяцев. Значительное сокращение сроков монтажа изоляции резервуара с применением пеностекла FOAMGLAS® позволяет достигать существенного экономического эффекта.
Применение пеностекла при изоляции изотермического резервуара позволило в 3-4 раза уменьшить мощность задействованных компрессорных установок и полностью исключить потери аммиака, связанные с его
испарением и последующим сжиганием. Результаты экономической оценки применения пеностекла БОАМОЬАЗ® в сравнении с изоляцией из ППУ представлены в таблице.
Таблица
Показатель БОАМОЬАБ® ППУ
Потеря продукта в результате перехода аммиака в газообразное 0 2,4
состояние, тонн в сутки
Потребляемая энергия 75 600
компрессорами, кВт/ч
Стоимость эксплуатации (24 часа), руб. (75кВт/ч*3руб * 24час) =5 400 (2,4 тонн*12 500 руб.) + (600кВт/ч * 3руб. * 24час) =73 200
Стоимость эксплуатации (1 год), 5 400 руб. *365 дней 73 200 руб.*365 дней
руб., в ценах 2014 г. = 1 971 000 = 26 718 000
Необходимо отметить, что срок выполнения работ по изоляции изотермического резервуара хранения аммиака объемом 30 тыс. тонн (от слива до залива продукта) с применением изделий из пеностекла БОАМОЬАЗ® составляет всего 60 дней, а с применнием двухкомпонентного ППУ 180 дней. Упущенная выгода от простоя резервуара в сутки ориентировочно составляет 2 000 000 руб.
Только на стадии выполнения работ по замене тепловой изоляции предприятие могло недополучить 240,0 млн. руб. (120 дней * 2 млн. руб. = 240,0 млн. руб.).
Четвертухин Н.В.
Ларионов М. В.
Чернобров А. Р.
Журавлев М. Д.
Широнин Е. В.
ООО «НПК Изотермик» КОНСТРУКЦИОННЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ ПО ПОВЫШЕНИЮ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ИЗОТЕРМИЧЕСКИХ
РЕЗЕРВУАРОВ СЖИЖЕННЫХ ГАЗОВ В настоящее время в наиболее ответственных случаях (вблизи городской застройки, вблизи пожаро- и взрывоопасных объектов и т.п.) в отечественную практику входит применение двустенных ИР с двумя силовыми стальными корпусами, обеспечивающих "полное сдерживание" хранимого продукта при его аварийном проливе из внутреннего резервуара. В рамках такой конструкции проектируются две ее разновидности: 1) и наружный, и внутренний резервуары имеют герметичную стационарную купольную крышу; 2) внутренний резервуар имеет подвесную паропроницаемую крышу, крепящуюся к крыше наружного резервуара.
