Судовые изоляционные материалы и конструкции

Изоляционные материалы.Для уменьшения теплопритока в грузовые охлаждаемые помещения огражде­ния их покрывают изоляционными материалами, имею­щими малую теплопроводность λ[в Вт/(мּК)]. Лучшим изоляционным материалом является сухой неподвижный воздух [λ = 0,023 Вт/(мּК)]. Изолирующие свойства других материалов определяются количеством воздуха, содержащегося в материале, и величиной воздушных ячеек. Чем больше воздушных ячеек и чем они мельче, тем меньше коэффициент теплопроводности материала.

Изоляционные материалы характеризуются малой теплопроводностью [примерно 0,035-0,175 Вт/(мּК)], малой плотностью (q = 15÷600 кг/м³), незначительной гигроскопичностью и влагоемкостью, отсутствием запаха и способности к впитыванию посторонних запахов, морозоустойчивостью, огнестойкостью, стойкостью про­тив поражения грибками и против грызунов, долгим сроком службы, небольшой стоимостью.

Применяемые на практике в холодильной промыш­ленности изоляционные материалы не отвечают всем предъявляемым требованиям. Многие из них способны увлажняться. При увлажнении воздушные ячейки, имеющиеся в изоляционном материале, заполняются водой, которая при низких температурах замерзает, и изоля­ционный материал теряет изолирующие свойства. Это объясняется тем, что λводы равна 0,58 Вт/( мּК)., а λ льда равна 2,2 Вт/( мּК).

Увлажняется изоляция не только при попадании в нее капельной влаги, но и при эксплуатации изоляционной конструкции. Парциальное давление водяных паров зависит от температуры воздуха и будет тем больше, чем выше температура воздуха. Перепад температуры по обеим сторонам ограждений охлаждаемого помеще­ния обусловливает разность парциальных давлений во­дяного пара и, следовательно, диффузию водяных паров через ограждение. Теплоизоляционные материалы слу­жат защитой от увлажнения.

Большое значение имеет правильный выбор места установки; гидроизоляционного слоя в конструкции. Он должен быть расположен по ходу влажностного потока перед зоной возможного увлажнения, т.е. с теплой сто­роны изоляции. В большинстве случаев температура на­ружного воздуха выше температуры воздуха в трюме и поток пара направлен снаружи в помещение. Однако для судов, плавающих в северных широтах, наружная температура бывает ниже температуры в охлаждаемом трюме и поток влаги будет иметь обратное направление. В таких случаях требуется ставить парозащитный слой с внутренней стороны ограждения охлаждаемого поме­щения.

Роль гидрозащитного покрытия может выполнять внутренняя металлическая зашивка трюма, которая од­новременно предохранит изоляционный материал от ме­ханических повреждений, грызунов, свободной влаги, а также улучшит санитарное состояние трюма и позво­лит обрабатывать трюм паром. Выбор теплоизоляцион­ного материала определяется конкретными условиями работы, типом судне и размерами рефрижераторного трюма.

Теплоизоляционные материалы подразделяют на группы по степени эффективности: на высокоэффектив­ные [λ< 0,047 Вт/( мּК)], эффективные [λ=0,047÷0,0815 Вт/( мּК)], средней эффективности [λ=0,0815÷0,175 Вт/( мּК)]; по происхождению: орга­нического происхождения и неорганического происхож­дения; по виду изготовления: штучные жесткие изделия (плиточные, блочные, фасонные), штучные гибкие (ма­ты, рулонные материалы, изоляционный шнур), засып­ные изоляционные материалы (шлак, опилки, пробковая крошка).

Материалы органического происхожде­ния. К ним относятся: пробка, применяемая в виде плит, фасонных изделий и крошки; экспанзит — пробко­вая крошка, обладающая хорошими теплоизолирующи­ми свойствами; торфоплиты; изделия из древесины и др. Эти материалы, за исключением пробки и экспанзита, недостаточно механически прочны, гниют, горят, увлаж­няются, способствуют разведению грибков и грызунов. Применение их вызвано малой теплопроводностью, не­большой объемной массой, дешевизной.

Особую группу образуют материалы из синтетическо­го сырья, главным образом из пластической массы на полистирольной, .мочевиноформальдегидной, фенолформальдегидной и полиуретановой основах и резины. Газо­наполненные массы подразделяют на поропласты и пе­нопласты. Поропласты состоят из сообщающихся меж­ду собой ячеек, заполненных газом, а пенопласты — из несообщающихся ячеек. Оболочка ячеек образована тон­чайшей пленкой полимера. Ячеистые материалы на осно­ве полистирола называют пенополистиролами. Они име­ют высокие теплоизолирующие: свойства, высокую водо­устойчивость, морозостойкость, малую влаго- и паропроницаемость, не поражаются грибками, грызунами, не гниют. В СССР наиболее распространены пенопласты марок ПС-Б и ПС-БС.

В судовых установках также находит применение воздушно-пленочная изоляция, в которой используются теплозащитные свойства воздуха, заключенного в полостях склеенных гофрированных пленок. К таким матери­алам относится винидур, представляющий собой 6 - 10 склеенных гофрированных плёнок толщиной 0,2 мм полученных пластификацией полихлорвиниловых смол, и изофлекс, изготовленный из ацетилцеллюлозной пленки.

Изоляционные материалы минерально­го происхождения. К ним относятся различные ячеистые камни естественного происхождения, например туф, пемза, ракушечник, известняки (в судовых усло­виях они не применяются), а также материалы, полу­ченные искусственным путем, — минеральная и стеклян­ная вата и изделия из них в виде полотнищ (минераль­ный войлок, стеклянный войлок) и плит (минеральная пробка), блоки пенобетона, пеностекла, пеносиликата, котельный и доменный шлак. Эти материалы обладают малой гигроскопичностью, не горят, не гниют, не пора­жаются грибками. Многие из них имеют коэффициент теплопроводности и объемную массу значительно выше, чем у материалов органического происхождения.

Альфоль относится к группе материалов, в которых используется способность гладких блестящих поверхно­стей отражать лучистую тепловую энергию, а также ма­лая теплопроводность воздушных прослоек, заключен­ных между листами алюминиевой фольги толщиной 0,07—0,1 мм. Фольгу применяют в мятом виде или глад­кую, которую натягивают между фиксаторами.

Пароизоляционные материалы. В качест­ве таких материалов используют битум, битумные эмуль­сии и мастики, специальные клеи (идитоловый клей, изолит и др.), а также рулонные материалы — рубероид, пергамин, металлоизол, гидроизол и др.

Битум бывает естественный и искусственный. Искус­ственный битум — смолистое вещество, получаемое как конечный продукт при перегонке нефти. В зависимости от температуры размягчения различают 5 марок би­тума.

Битум марок I, II, III имеет температуру размягче­ния ниже 50° С, марок IV и V — соответственно 70 и 90° С. Для изоляции холодильных сооружений применя­ют их сплавы. Битум служит одновременно пароизоляционным и склеивающим материалом, но пароизоляционные свойства его при большой разности температур недостаточны, и он плохо пристает к холодным и влаж­ным поверхностям.

Битумная эмульсия состоит из частиц битума, взве­шенных в воде, и эмульгатора, препятствующего слипа­нию частиц битума. Битумную эмульсию можно нано­сить на холодную и влажную поверхность.

Рубероид и пергамин представляют собой кровель­ный картон, пропитанный и покрытый битумом.

Гидроизол — асбестовая бумага, пропитанная биту­мом. Металлоизол — алюминиевая фольга с двусторон­ним покрытием битумом. Гидроизол и металлоизол не подвержены загниванию.

Изоляционные конструкции. Судовые изоляционные конструкции должны обеспечивать минимальные теплопритоки в охлаждаемые помещения (трюмы, морозиль­ные устройства, провизионные камеры), защиту тепло­изоляционного слоя от увлажнения, грызунов и зани­мать минимальный объем грузового помещения. Судо­вые изоляционные конструкции бывают четырех типов: не содержащие металлических включений; с воздушной прослойкой; так называемые нормальные; с высадкой.

Конструкция, не содержащая металли­ческих включений (рисунок 9.1, а). Она состоит из деревянных брусков и изоляционного материала. Такой тип изоляционной конструкции применяется для изоля­ции настила второго дна судна и переборок с гладкой стороны.

Конструкция с воздушной прослойкой (рисунок 9.1, б). Такая конструкция позволяет уменьшить влияние тепловых мостиков (материал набора), но со­кращает полезный объем трюма, так как изоляционный слой выносят за профиль набора и укладывают так, что­бы между обшивкой борта и наружным слоем досок ограждения трюма образовалась воздушная прослойка.

В воздушной прослойке появляются конвективные токи, способствующие увеличению теплообмена, а контакт изо­ляции с воздухом способствует ее увлажнению. Изоля­ционную конструкцию с воздушной прослойкой применя­ют для- изоляции двойного дна, отделяющего охлаждае­мые помещения от отсеков, в которых хранятся нефте­продукты. В остальных случаях она не рекомендуется.

Конструкция, называемая нормальной (рисунок 9.1, в). Она состоит из стального набора, наруж­ной и внутренней обшивок и изоляционного материала, заполняющего пространство между обшивками.

Такую конструкцию применяют для изоляции бортов, палуб, переборок, подволоков. Уменьшение влияния тепловых мостиков достигается включением в конструкцию деревянных брусков. При нормальной конструкции изоляции полезный грузовой объем меньше сокращается, чем при изоляционной конструкции с воздушной прослойкой, и уменьшается возможность увлажнения изоляции.

Конструкцию с высадками или с обхо­дом набора (рисунок 9.1, г) применяют при высоком профиле набора, главным образом на речных рефриже­раторах.

Пиллерсы и мачты, находящиеся в охлаждаемых трюмах, изолируют на всю высоту или частично. В по­следнем случае среднюю часть не изолируют, а части, примыкающие к палубе и подволоку, покрывают изоля­цией. Промежуточные палубы и переборки, отделяющие одно охлаждаемое помещение от другого, изолируют со стороны набора полностью, с другой стороны — частич­но, полосой шириной 1—1,5 м, называемой риббандом.

Увеличение ширины риббанда свыше 1,5 м нецеле­сообразно, так как значение коэффициента теплопередачи при этом уменьшается незначительно. Устройство риббандов снижает массу изоляции и уменьшает потери полезной кубатуры трюмов.

Изолируют также трубопроводы холодильного аген­та и хладоносителя, проходящие вне охлаждаемого по­мещения, испарители, промежуточные сосуды, отделите­ли жидкости и др.

На рисунке 9.1, д показана изоляционная конструкция трубопровода. Расчет изоляционной конструкции. Он состоит в определении необходимой толщины основного изоляционного материала, при этом коэффициент тепло­передачи k и схема изоляционной конструкции должны быть заданы. Расчёт может быть произведен другим ме­тодом: заданы все размеры изоляционной конструкции, в том числе и толщина изоляционного слоя, а следует определить коэффициент теплопередачи конструкции k.

Трудность расчета судовой изоляции заключается в пересеченности изоляционного материала металлическим набором, который создает тепловые мостики. Имеется несколько методов расчета коэффициента теплопереда­чи, но все они дают только приближенное значение k.

Значение коэффициента теплопередачи судовых изоляционных конструкций колеблется в пределах 0,45-0,7 Вт/(м²ּК) для трюмов с плюсовыми и близкими к 0⁰ С температурами и 0,35-0,40 Вт/(м²ּК) – для низкотемпературных трюмов.

Рисунок 9.1 – Судовые изоляционные конструкции:

а – не содержащие металлических включений; б – с воздушной прослойкой; в – нормальная; г – с высадками или обходом набора; д – изоляционная конструкция трубопровода сегментами; 1 – трубопровод; 2 – изоляционные сегменты; 3 – битум; 4 – гидроизол; 5 – проволока; 6 – сетка металлическая; 7 – штукатурка; 8 – покраска.