Czym charakteryzują się izolacje zimnochronne?

Instalacje przemysłowe muszą być właściwie zabezpieczane, tak, by można było chronić je przed uszkodzeniem i utrzymać prawidłowe parametry, niezbędne przy poszczególnych procesach technologicznych. Jeśli chodzi o izolacje zimnochronne, to są one na ogół potrzebne w przypadku rurociągów i stosowanej w nich armatury, a także zbiorników oraz wszelkiego typu komór. Korzystanie z odpowiednich materiałów jest konieczne także ze względów bezpieczeństwa.

Dlaczego stosowanie izolacji zimnochronnych jest niezbędne?

Wiele przemysłowych procesów technologicznych wymaga korzystania z instalacji służących do przesyłu gazów lub cieczy o znacznie obniżonej temperaturze. Substancje te są używane zarówno jako składniki wytwarzanych produktów, jak i materiały pomocnicze stosowane do inicjowania reakcji chemicznych, zmniejszenia temperatury innych materiałów albo ich wydajnego chłodzenia lub studzenia. Zdarza się też, że są wykorzystywane do modyfikowania bądź tworzenia atmosfery ochronnej, podtrzymywania palenia czy zasilania procesów termicznych i chemicznych. Znacznie wyziębione gazy i ciecze mogą też być pomocne w kształtowaniu niezbędnego mikroklimatu czy konieczne do prawidłowego funkcjonowania różnych urządzeń. Dystrybucja takich substancji wymaga jednak zachowywania ich podstawowych parametrów termicznych z uwagi na wymogi technologiczne, a także wpływ, jaki mogą wywrzeć na inne znajdujące się w pobliżu urządzenia czy osoby oraz koszt, jaki nierzadko wiąże się z ich schłodzeniem 

– wyjaśnia przedstawiciel firmy IzoSerwis, specjalizującej się w izolacjach zimnochronnych, ciepłochronnych oraz akustycznych.

Procesy przekazywania ciepła między gazami i cieczami przesyłanymi przy wykorzystaniu armatury przesyłowej – pomp, rurociągów, zaworów, niezbędnych kompensatorów czy zbiorników – wymagają stosowania prawidłowo dobranej izolacji. Ponieważ na ogół nie ma możliwości stworzenia bariery między transportowaną substancją a ściankami urządzeń służących do jej rozprowadzania, np. z uwagi na skład chemiczny i wysoką reaktywność, konieczne jest wykonanie właściwych osłon, które zapobiegną przenikaniu energii z zewnątrz i niekontrolowanemu ogrzewaniu się elementów instalacji. Montaż warstwy izolacyjnej wykonanej z materiału o odpowiednio niskim współczynniku przewodzenia ciepła λ pozwala na ograniczenie znaczenia zjawisk, które wpływają na potencjalną zmianę temperatury – konwekcji i radiacji, czyli promieniowania cieplnego, a także przewodzenia. Konwekcja jest związana z przejmowaniem ciepła przez strumień powietrza przepływającego w pobliżu instalacji, natomiast radiacja z wysyłaniem energii w postaci promieniowania elektromagnetycznego. Przewodzenie wiąże się natomiast z przenoszeniem ciepła między dwoma substancjami wskutek ich kontaktu i przekazywaniu energii ruchów cząsteczek pomiędzy nimi.

W procesie izolowania instalacji przemysłowych ważne jest przeciwdziałanie skraplaniu się pary wodnej na granicy ośrodków o różnych temperaturach związane z przekroczeniem tzw. punktu rosy. Jest to istotne z kilku powodów – woda jest dość dobrym przewodnikiem ciepła, jej obecność sprawia więc, że jego przepływ staje się bardziej intensywny, duże znaczenie ma również fakt, że ma ona działanie korozyjne i jej pojawienie prowadzi do przyspieszonego zużycia elementów wykonanych z metalu, w tym powstawania niebezpiecznych nieszczelności. Woda wpływa także na przewodnictwo elektryczne, jej obecność może więc powodować zwarcia lub nieprawidłowe działanie czujników albo elementów armatury zasilanych prądem – elektrozaworów bądź pomp. Skraplająca się woda może też zawierać różne substancje chemiczne i w niesprzyjających warunkach tworzyć silnie agresywne chemikalia. Nie bez znaczenia jest jej zdolność do zwiększania objętości podczas krystalizacji w czasie zamarzania, może więc również powodować uszkodzenia mechaniczne elementów instalacji.

Z jakich materiałów i w jaki sposób wykonywane są izolacje zimnochronne?

Jednym z podstawowych motywów stosowania izolacji przemysłowych jest chęć do ograniczenia strat energii związanych z niekontrolowaną zmianą temperatury. Izolacje zimnochronne są jednak wykonywane również z innych powodów. Jednym z nich jest wpływ niskiej temperatury na znajdujące się w pobliżu materiały. Znaczne wyziębienie prowadzi do zmiany rozmiarów elementów wykonanych z różnych stopów metali, które ochłodzone mogą się znacznie kurczyć, wzrasta także ich kruchość. Jest to niezwykle ważne, jeżeli chodzi o wszelkiego rodzaju podpory i mocowania rurociągów oraz zbiorników, ponieważ w razie kontaktu z zimnem ich wytrzymałość mechaniczna, np. na powstające wibracje, może ulec dużemu obniżeniu. Podobne problemy pojawiają się w przypadku tworzyw sztucznych, a zwłaszcza elastomerów. Znaczne wyziębienie może zmniejszać ich elastyczność i sprawiać, że nie będą dłużej pełniły funkcji amortyzującej lub wygłuszającej. Kolejnym problemem, który sprawia, że korzystanie z izolacji zimnochronnych jest w wielu sytuacjach konieczne, jest znaczne ryzyko odmrożeń, jakie mogłyby spowodować niezabezpieczone fragmenty instalacji.

Materiały używane do zmniejszenia potencjalnego przenikania ciepła w instalacjach zimnochronnych to najczęściej substancje dobrze znane z osłon termicznych stosowanych przy innych typach termoizolacji. W tym przypadku ważne będzie, żeby poza niską przewodnością cieplną materiał miał niewielką gęstość właściwą, co przełoży się na niższą masę oraz ograniczy obciążenie zabezpieczanej instalacji. Liczyć będzie się również trwałość kształtu oraz wysoka wytrzymałość na ściskanie, co ważne przy montowaniu wszelkiego rodzaju obejm i uchwytów. Istotna okazuje się zazwyczaj odporność na wahania temperatury, zwłaszcza przy rurociągach czy zbiornikach, które nie są używane w cyklu ciągłym. Na ogół znaczenie będzie też miała odporność na czynniki chemiczne, które mogą znaleźć się w pobliżu instalacji oraz na korozję biologiczną, w tym na rozwój grzybów i pleśni, a także bezwonność, szczególnie gdy materiały mają być stosowane w ciągach technologicznych związanych z produkcją, przetwarzaniem albo magazynowaniem żywności. Znaczenie ma także reakcja na ogień oraz zachowanie pod wpływem gromadzącej się ma materiale wilgoci.

Przy wykonywaniu izolacji przemysłowej zabezpieczającej przed wpływem niskich temperatur używa się na ogół materiałów mineralnych lub tworzyw sztucznych. Wśród izolacji mineralnych główną rolę odgrywa włókno szklane, z którego tworzone są wszelkiego rodzaju maty oraz płyty, a także otuliny i kołnierze. Jeśli chodzi o tworzywa syntetyczne, to przy montażu izolacji zimnochronnych często używane są płyty z polistyrenu (styropianu), które dobrze sprawdzają się przy izolowaniu wszelkiego rodzaju komór i zbiorników. Styropian swoje właściwości izolacyjne zawdzięcza uwięzionemu w niewielkich porach powietrzu. Niższy współczynnik przewodzenia ciepła może osiągnąć pianka poliuretanowa oraz poliizocyjanuranowa zarówno w wersji otwarto-, jak i zamkniętokomórkowej. Do izolacji wykorzystuje się również pianki mocznikowo-formaldehydowe i spieniony polietylen. Warto wspomnieć, że często izolacja zimnochronna jest wykonywana w wersji natryskowej lub za sprawą nakładanej na poszczególne elementy masy.

Powłoki zimnochronne poza warstwą izolacyjną są często uzupełniane materiałami paroprzepuszczalnymi lub paroszczelnymi, w zależności od miejsca, w którym mają być stosowane, a w wielu przypadkach również powłokami hydroizolacyjnymi. Wzmacnia się je również tak, by były odporne na uszkodzenia mechaniczne, używając do tego celu folii z tworzywa lub metalu, a także siatek i specjalnych osłon. Materiały termoizolacyjne w zależności od rodzaju i przeznaczenia mogą być łączone na różne sposoby. Zazwyczaj stosowane jest klejenie oraz zgrzewanie, jak również także używanie mas, lepików i kitów. W wielu przypadkach do izolowania elementów mogą być wykorzystywane elementy prefabrykowane od płyt warstwowych aż po otuliny o różnej średnicy, grubości ścianek i sposobie zabezpieczenia powierzchni zewnętrznej. Gotowe otuliny są nierzadko wyposażone w elementy ułatwiające montaż np. specjalne zamki czy taśmy pozwalające na sprawne łączenie brzegów. Przy układaniu izolacji zimnochronnej stosuje się również rozwiązania opracowywane z myślą o konkretnym zastosowaniu, nierzadko będące kompozytem, tj. łączące w sobie kilka warstw o różnej charakterystyce.