ИЗОЛЯЦИЯ ГРУЗОВЫХ ТАНКОВ

При транспортировке грузов с температурой ниже -10°С требуется грузовые танки изолировать, чтобы избежать воздействия низких температур на корпус судна. Основная функция изоляции грузовых танков — снижение количе­ства тепла, проникающего внутрь груза, с целью уменьшения количества испаряющегося газа и снижения давления внутри танка.

Чаще всего в качестве изоляции используют следующие материалы:

• полиуретан

• полистирол,

• перлит,

• бальсу.

Передача тепла через изоляционный материал может происходить тремя путями:

• за счет радиации тепла,

• за счет теплопроводности твердых материалов изоляции,

• за счет теплопроводности воздушных барьеров или газов, находящихся в изоляции.

Использование большинства изоляционных материалов основано на теплоизолирующей способности неподвижно­го воздуха. Теплопроводность неподвижного воздуха составляет около 0,024 Вт/(мК).

В принципе все изоляционные материалы изготавливают так, чтобы воздух заполнял поры материала или нахо­дился между слоями различных материалов. Очень важно, чтобы воздух оставался неподвижным, поскольку его движение приведет к конвекции, т. е. передаче тепла. Поэтому основная задача при создании изоляционного мате­риала — заключить воздух в порах или так, чтобы тонкие волокна материала задерживали его молекулы.

Теплопроводность ячеистых, пористых или волокнистых материалов в значительной степени определяет общую теплопроводность изоляции. До тех пор, пока диаметр пор или ячеек материала будет больше, чем длина свободного пути, совершаемого молекулой газа, но меньше, чем требуется для возникновения конвекции, величина теплопро­водности материала данного газа будет постоянной.

Если заменить воздух каким-либо газом, теплопроводность которого меньше теплопроводности воздуха, получит­ся изоляционный материал с теплопроводностью ниже, чем теплопроводность неподвижного воздуха. Такие матери­алы получают при использовании различных пластмасс или полиуретана, где поры материала заполнены не воздухом, а парами фреона, у которого теплопроводность ниже, чем у воздуха.

Виды изоляционных материалов. Все материалы, которые используются в судостроении в качестве изоляции, можно разделить на три основных типа.

• Твердые материалы, которые могут выдерживать значительные нагрузки и использоваться в качестве поддержки танков в корпусе судна. Примером таких видов изоляции могут служить некоторые породы дерева, используе­мые в качестве изоляционного материала (бальса, азоб), или пластики с высокой плотностью. Все эти матери­алы должны выдерживать нагрузки, которые испытывает танк при термальных воздействиях.

• Эластичные материалы, такие как минеральная вата или пористые пластики низкой плотности. Их наносят на поверхность танка с помощью клея и (или) различного крепежа, который обеспечивает надежное крепление изоляции к поверхности танка или же ко вторичному барьеру.

• Изоляционные материалы в виде порошка (типа перлита), которым заполняют все пространство вокруг танка. При этом изоляционный материал, изготовленный в виде порошка, легко (как жидкость) заполняет весь объем трюмного пространства или же вторичного барьера. Материалы такого типа очень часто используются для изоляции танков на судах, перевозящих грузы под атмосферным давлением.

Минеральная вата. Название «минеральная вата» объединяет целый ряд различных органических и неор­ганических тонковолоконных материалов, которые можно также разделить на два вида: стекловата и горная вата. Минеральная вата поставляется и используется в виде листов или матов.

Стекловата производится из расплавленного стекла, которое при его вращении формирует очень тонкие (диамет­ром около 0,005 мм) волокна. После того как в массу стеклянных волокон вводится водоот- талкивающий скрепляю­щий материал (обычно некоторые виды пластмасс), масса затвердевает и разре- зается на листы или маты различных формы и размеров. Плотность стекловаты составляет 18—20 кг/м³.

Горная вата изготавливается из некоторых минералов, которые плавятся при температуре около 1600° С. Произ­водство волокон из такой массы аналогично производству стекловолокна. В качестве скрепляющего материала также используется пластик. Плотность каменной или горной ваты — 40—50 кг/м³ и более.

Стекловату и горную вату можно применять не в виде листов, а в виде наполнителя, в таком случае не потребуется скрепляющий материал, однако плотность его существенно увеличится и составит около 100 кг/м³.

Перлит изготавливают из губчатого вулканического камня. Основу материала составляют кремний (71%) и окислы алюминия (16%). Природный материал содержит в своем составе около 3,5% воды, поэтому при его нагрева­нии свыше 1200°С вода вскипает и «раздувает» материал, образуя при этом множество заполненных воздухом ячеек, которые увеличивают объем перлита в 10—20 раз. При испарении воды происходит отделение заполненных воздухом шариков, и материал «взрывается» с образованием мельчай- ших шариков, заполненных воздухом. Размер таких ша­риков не более 3 мм в диаметре, и они способны выдерживать довольно большие механические нагрузки. Плотность перлита составляет около 50 кг/м³.

Пористые пластики. В мире существует очень много пористых пластиков, однако для изоляции грузовых танков на газовозах производители ограничиваются использованием полиуретана и полистирола.

Полиуретан состоит из изоцианидов и полиола. Оба этих вещества производятся в жидкой форме, изоциа-ниды больше походят на жирное масло, а полиол более напоминает лак. При их смешивании с добавлением воды начинается реакция с выделением большого количества теплоты. Атомы углерода, находящиеся в составе изоциани-да, объединяются с атомами водорода, находящимися в составе полиола, с выделением углекислого газа. Из-за большого количества выделяемого в процессе реакции тепла происходят нагрев углекислого газа и расширение матери­ала с образованием большого количества пены, причем на 90% эта пена содержит замкнутые ячейки, заполненные газом.

Полиуретановую пену наносят распылением жидкого полиуретана на поверхности танка. При этом ценообразова­ние начинается в момент контакта жидкости с поверхностью танка и ведет к увеличению ее объема в 30—40 раз. Плотность полиуретановой пены — 40 кг/м³.

Полистирол. Материал, который используется для производства полистирольной изоляции. При расшире­нии он образует пену с огромным количеством ячеек (пузырьков), заполненных газом. Для заполнения пузырьков используются различные газы, которыми продувают полистирол.

Производство изоляции осуществляется в два этапа. На первом происходит образование в жидкости пузырьков диаметром 1—6 мм, т. е. предварительное расширение материала. На втором этапе через 2—4 дня материал заливают в формы, где его расширение продолжается. После отвердевания материала образуются блоки с зернистой структу­рой, где каждый пузырек газа заключен в свою собственную оболочку. Для того чтобы завершить процесс затверде­ния, необходимо подогреть пластик до необходимой температуры (произвести вулканизацию). Для этого используется перегретый пар или электрические нагревательные элементы.

Влажность изоляции. Атмосферный воздух содержит некоторое количество водяных паров, которые осаждаются на поверхностях с низкими температурами. Поэтому поверхность изоляции грузовых танков должна быть покрыта мате­риалом с очень низким коэффициентом диффузии, предотвращающим проникновение паров воды внутрь изоляции. Однако даже если таким материалом покрыть наружную поверхность изоляции, это не обеспечит 100%-ной задержки паров воды.

Практически такое требование выполняют, покрывая места крепления танков, трубопроводов, куполов танков материалом с низким коэффициентом диффузии. Главной характеристикой таких материалов является их способность противостоять диффузии газов и способности к осаждению паров воды. Перлит, стекловата и горная вата имеют очень низкий коэффициент защиты от диффузии газов, тогда как пористые пластики хорошо защищают танки от влаги. Если коэффициент диффузии воздуха составляет 1,0, то перлита — 1,2, минеральной ваты — 1,4, а пористых пласти­ков - 50-170.

Известны следующие способы предотвращения попадания влаги в изоляцию танков.

• Покрытие изоляции полиэстерами, усиленными стекловолокном, однако такое покрытие легко разрушается и должно быть довольно толстым, чтобы выдерживать значительные нагрузки.

• Покрытие изоляции битумами или асфальтом с использованием слоев стеклоткани в качестве усиления.

• Нанесение алюминиевой фольги непосредственно на пористый пластик.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: