Теплоизоляция в криогенной технике (стр. 2 из 5)

Волокна минеральной ваты при монтажных работах поражают кожу и дыхательные пути. Этот недостаток в значительной мере устранен в гранулированной минеральной вате, которая состоит из комочков размером 10—15 мм, образованных из волокон механическим путем. Гранулированная вата не имеет «корольков», ее вес и теплопроводность меньше, чем у обычной ваты.

Минеральная вата представляет собой неорганический и, следовательно, негорючий материал. Однако она обычно содержит до 1% масла, добавляемого при изготовлении для уменьшения пыления. При таком содержании масла вата горит в среде кислорода, а при 1,5% масла становится взрывоопасной при контакте с жидким кислородом. Для изоляции кислородных установок применяют специально изготовленную вату, не содержащую масла,

В технике низких температур используют иногда войлок и маты, изготовленные из минеральной ваты с использованием битума или синтетических смол в качестве связующего вещества.

Стеклянная вата изготовляется двумя способами: дутьевым и способом непрерывного вытягивания. Первый способ более прост и дешев, волокна получаются диаметром от 3 до 30 мкм и длиной до 100 мм. По второму способу нити вытягиваются при помощи быстро вращающегося барабана из струек расплава стекольной шихты, вытекающих через фильеры в специальной пластине. При этом получаются волокна такого же диаметра, но большей длины. Раздув полученных таким образом непрерывных стеклянных волокон потоком горячих газов позволяет изготовить вату с диаметром волокон до 0,5 мкм.

Ее коэффициент теплопроводности при 293°К равен 0,047

. Волокно диаметром менее 15 мкм не ломается, вата из тонкого волокна имеет более низкую теплопроводность.

Маты и полосы из стекловолокна изготовляются путем наложения друг на друга и скрепления прошивкой тонких слоев стеклянных волокон, пересекающихся под прямым углом. Маты марки изготовляются из волокна диаметром 11—13 мкм, покрытого с двух сторон стеклянной тканью и простеганного стеклянными нитками. Они имеют плотность 100—110 кг/м2 и коэффициент теплопроводности 0,043

. Также маты из бесщелочного и более тонкого штапельного волокна диаметром 5—7 мкм и длиной 45—5.5 мм. Они имеют длину 1050 мм, ширину 840 мм и толщину 5—15 см. Коэффициент теплопроводности матов не превышает 0,048 при плотности 75— 85 кг/м2.

Высокими теплоизоляционными свойствами обладает вата из ультратонкого волокна (УТВ), получаемого способом раздува непрерывных волокон горячими газами. Основные показатели ваты: средний диаметр волокна 0,7—-1,5 мкм, плотность (без нагрузки) 5—6 кг/м3, коэффициент теплопроводности 0030—0,032 вт/(м-град) при 273° К, Под нагрузкой 0,002— 0*004 Мн/м2 (0,02—0,04 кГ/см2) вата уплотняется до 50— 60 кг/м2. С такой плотностью ее и следует набивать в изоляционное пространство низкотемпературного оборудования. Коэффициент теплопроводности стекловаты из УТВ при плотности 60 кг/м3 и средней температуре 190°К составляет 0,023

. Этот материал целесообразно применять для изоляции транспортируемого низкотемпературного оборудования, где важно наравне с низкой теплопроводностью обеспечить и малый вес изоляции.

Маты из УТВ представляют собой рыхлый слой волокон, скрепленных между собой естественным сцеплением или связующим из синтетических смол. Основные требования к матам: плотность (без нагрузки) 6—7 кг/м2 без подложки и 10— 12 кг/м2 с подложкой (подложкой служит алюминиевая фольга толщиной 20—25 мкм или органическая пленка толщиной 20 мкм), содержание связующего 15%, коэффициент теплопроводности 0,035

при 273° К.

Стекловолокно из щелочного стекла мало устойчиво по отношению к воде. При длительном хранении оно значительно снижает прочность, а при пребывании во влажной атмосфере со временем совершенно разрушается. Для низкотемпературной изоляции можно применять только волокно из бесщелочных стекол, устойчивых по отношению к воде.

Стекловолокнистые материалы применяют также для вакуумно-многослойной теплоизоляции в качестве теплоизолирующих, прокладок между слоями, отражающими тепловое излучение.

Шелковые очесы представляют собой отходы шелкопрядильной промышленности. По плотности и коэффициенту теплопроводности этот материал близок к лучшим сортам минеральной и стеклянной ваты. Его преимущество — более благоприятные, безопасные условия изоляционных работ. Шелковые очесы применяют иногда для изоляции низкотемпературных установок, в частности установок для разделения природного газа.

Порошкообразные материалы. Порошкообразные материалы применяются в технике низких температур, в основном, для изоляции сосудов со сжиженными газами.

Углекислая магнезия «альба» образуется при «белой варке» углекислой магнезии. Плотность магнезии «альба» 125— 150 кг/ж3, коэффициент теплопроводности при 190°К — в пределах 0,026—0,030

, До недавнего времени магнезию широко применяли и сосудах для сжиженных газов. Наряду с магнезией «альба» использовали углекислую магнезию с плотностью 400 кг/м3 и коэффициентом теплопроводности 0,052 при 190° К. Сейчас магнезия вытеснена более эффективными дешевыми изоляционными материалами.

Пробковая крупа используется в настоящее время для теплоизоляции очень редко.

Диатомит (кизельгур, инфузорная земля) — это легкая пористая порода, образовавшаяся из кремнистых панцирей диатомовых водорослей, состоящая, в основном, из аморфного кремнезема с примесями окислов металлов. Плотность диатомита колеблется от 350. до 950 кг/м3, достигая для лучших сортов 150—200 кг/м3. Коэффициент теплопроводности диатомита 0,05—0,07

при 293° К и 0,03— 0,04 при 190° К

Вспученный вермикулит (термовермикулит) получают из минерала вермикулита, представляющего собой сложный высокогидратированный алюмосиликат магния, который образовался из ферромагнезиальных слюд: флогопита и биотита. При нагревании вермикулита дб 700—1100° С содержащаяся в нем кристаллизационная вода превращается в пар. В результате частицы вермикулита вспучиваются, увеличиваясь в объеме в 20—25 раз и превращаясь в червеобразные гранулы. Технология изготовления вспученного времикулита состоит в дроблении породы в молотковой дробилке, рассеве на фракции, обогащении и обжиге в шахтных или других печах.

Плотность термовермикулита составляет 100—200 кг/м3, размер зерен I —12 мм. Коэффициент теплопроводности материала, имеющего плотность 140—160 кг/м3 и размер зерен менее 3 мм, равен 0,052—0,056

при 293К. Доступность и низкая стоимость вспученного вермикулита и хорошие теплоизоляционные свойства приводят к все более широкому внедрению этого материала г промышленность.

Вспученный перлит также представляет собой материал, получаемый путем обжига минерала. Перлитом называют изверженные кремнеземистые горные породы, состоящие из вулканического стекла с включением плагиоклазов, полевых шпатов, кварца и других минералов. Для перлитов характерна особая, концентрически скорлуповатая структура. Они раскалываются по концентрическим трещинам. Получающиеся при этом шарики имеют перламутровую поверхность, напоминающую жемчуг (отсюда и произошло название породы). Сырьем для производства вспученных перлитов могут служить и другие силикатные породы вулканического происхождения, к которым относятся обсидианы, плотные пемзы, туфы и др.

Перлит состоит на 70% из двуокиси кремния, кроме того, он содержит 10—15% глинозема и 4—8% окислов калия и натрия. В перлите находится также несколько процентов кристаллизационной воды. При нагреве до 700—1000°С порода размягчается, а содержащаяся в ней вода переходит в пар, вспучивая размягченную массу материала. Технология изготовления вспученного перлита: дробление породы в щековой, а затем в валковой дробилках или шаровой мельнице, рассев на виброситах, предварительная сушка и последующий обжиг во взвешенном состоянии в шахтной или вращающейся печи.

Плотность вспученного перлита, полученного из пород различных месторождений, колеблется от 40 до 300 кг/м3, размер зерен не превышает 3 мм. Вспученный перлит является высокоэффективным и дешевым теплоизоляционным материалом. Для изоляции аппаратов и машин низкотемпературных установок используется вспученный перлитовый порошок, изготовляемый по техническим условиям МРТУ 6 № ЕУ-231-62. Перлитовый порошок имеет плотность при свободной засыпке 100 кг/м3, размер зерен не более 1 мм и коэффициент теплопроводности 0,031

при 183°К

Аэрогель кремниевой кислоты является наиболее эффективным из известных в настоящее время теплоизоляционных материалов. Существует несколько способов получения легкого тонкодисперсного порошка кремнезема, представляющего собой в сущности аэрогель кремниевой кислоты, однако, последнее название получил лишь материал, получаемый путем удаления жидкости из геля кремниевой кислоты без заметного сжатия его скелета.