عند اختيار نوع مادة العزل المناسبة، من المهم مراعاة ليس فقط خصائص تصميم المعدات والأنابيب، بل عوامل أخرى أيضاً. هذا ما تنص عليه لوائح البناء (SNiP) فيما يخص العزل الحراري للمعدات والأنابيب.
اطلع على النسخة الحالية من برنامج SNiP بصيغة PDF — SP 61.13330.2012 العزل الحراري للمعدات وخطوط الأنابيب. نسخة محدثة من SNiP 41-03-2003
دعونا نتناول العوامل المؤثرة في اختيار مواد العزل.
- الغرض المقصود من مواد العزل نفسها.
- التوجه المكاني.
- التأثيرات الجوية المحتملة.
سيتم مناقشة متطلبات العزل الحراري للأنابيب والمعدات أدناه في هذه المقالة.
ما هي وظيفة الحماية؟
يتمثل أحد أهداف العزل الحراري للمعدات والأنابيب في تقليل تدفق الحرارة داخل الهياكل. تُغطى المواد بأغلفة واقية تضمن سلامة الطبقة بشكل كامل في جميع ظروف التشغيل.
تحظى قضايا العزل الحراري باهتمام كبير في مختلف القطاعات الصناعية وقطاعات الطاقة. ويُعدّ العزل الحراري أحد أهم مكونات الهياكل والمعدات في هذه الصناعات.
والنتيجة ليست فقط تقليل فقدان الحرارة أثناء التفاعلات مع البيئة، ولكن أيضًا توسيع القدرة على الحفاظ على الظروف الحرارية المثلى.
العزل الحراري للأنابيب وجوهره
باستخدام العزل الحراري، يُبسّط المصنّعون عملياتهم التكنولوجية. ويُستخدم هذا الحل على نطاق واسع في العديد من القطاعات الصناعية.
- المعادن.
- طعام.
- تكرير النفط.
- كيميائي.
لكن شركات الطاقة تولي اهتماماً أكبر للعزل الحراري. في هذه الحالة، تبدو مواد العزل الحراري على النحو التالي:
- أنابيب دخان.
- أجهزة تبادل الحرارة.
- خزانات تخزين المياه الساخنة.
- توربينات تعمل بالغاز والبخار.
يُستخدم العزل الحراري للأنابيب في المعدات الموجودة في المستويين الرأسي والأفقي. ويُعدّ هذا حلاً عملياً لعزل المعدات، مثل خزانات تخزين المياه وسوائل نقل الحرارة. وتخضع فعالية الطلاءات العازلة لعدد من المتطلبات الصارمة.
ما هي المتطلبات المحددة في هذا المجال؟
تعتمد قائمة متطلبات المواد اللازمة على أحمال الرطوبة والأحمال الميكانيكية ودرجة الحرارة والاهتزازات التي تتعرض لها الهياكل أثناء التركيب. وتنطبق المتطلبات التالية على طبقة العزل الحراري:
- الكفاءة بالمعنى الهندسي الحراري.
- مؤشرات أمان عالية من حيث البيئة والتعرض للحريق.
- المتانة المقترنة بالموثوقية التشغيلية.
العزل وقوانين البناء
تُعدّ وثائق SNiPs نوعًا من الوثائق التنظيمية، وقد انتشرت على نطاق واسع في مجال التصنيع. وباستخدام هذه الوثائق، يُمكن تطبيق العزل الحراري وفقًا لجميع معايير الكثافة، مع مراعاة معامل التوصيل الحراري لمختلف الأنواع.
يتم إجراء الحساب باستخدام إجراء خاص للأسطح التي ليس لها نظام درجة حرارة محدد والتي تغير خصائصها التقنية بسرعة كبيرة.
إجراءات إجراء الحسابات
بدون إجراء حسابات، يستحيل اختيار المادة المثلى أو تحديد السماكة المناسبة. وبدون هذه الحسابات، يستحيل تحديد كثافة العزل الحراري المطلوبة للمعدات وخطوط الأنابيب. تشمل العوامل المؤثرة في نتائج الحسابات النهائية ما يلي:
- توصيل الحرارة.
- القدرة على الحماية من التشوه.
- الصدمات الميكانيكية.
- ما هي درجة الحرارة على الأسطح المعزولة؟
- الاهتزازات على المعدات واحتمالية حدوثها.
- مؤشر درجة الحرارة في البيئة.
- حد الحمولة.
من الضروري أيضاً مراعاة الأحمال الناتجة عن تفاعل المعدات أو الأنابيب مع التربة المحيطة والمركبات التي تمر فوق السطح. وتُستخدم معادلات خاصة لجميع أنظمة نقل الحرارة، سواء كانت ثابتة أو متحركة.
نقدم سلسلة من الصيغ لحساب سمك العزل الحراري بشكل مستقل.
تُعدّل حسابات العزل الحراري بشكل مصطنع لتناسب جميع ظروف التشغيل الخاصة بخط أنابيب أو معدات معينة. وتُحدد هذه الظروف باستخدام ما يلي:
- مواد البناء اللازمة للاستعداد لتغير الفصول.
- الرطوبة، التي تعزز التبادل الحراري المتسارع.
تُزوّد الشركات المتخصصة المقاولين ببيانات هندسية للمشاريع الإنشائية المستقبلية. ما هي المتطلبات المحددة التي لها التأثير الأكبر على اختيار الطلاءات العازلة المناسبة؟
- الموصلية الحرارية.
- عزل الصوت.
- القدرة على امتصاص الماء أو صدّه.
- مستوى نفاذية البخار.
- غير قابل للاشتعال.
- كثافة.
- الانضغاطية.
حول سمك عزل الأنابيب والمعدات
من الضروري الرجوع إلى اللوائح لتحديد السماكة المسموح بها لكل قطعة من المعدات. يحدد المصنّعون الكثافة التي يتم الحفاظ عليها أثناء تدفق الحرارة. توفر قوانين ولوائح البناء (SNiPs) خوارزميات لحل مختلف المعادلات، بالإضافة إلى المعادلات نفسها.
لتحديد الحد الأدنى لسمك الأنابيب في حالة معينة، يتم تحديد الحد الأقصى المسموح به لقيم الفقد في أقسام معينة.
عازل البولي يوريثان
تُستخدم الأنابيب ذات هذا النوع من العزل عندما يكون من الضروري مدّ الهيكل فوق سطح الأرض، دون الحاجة إلى حفر خنادق. وخلال عملية الإنتاج، تُبذل الجهود لدمج أكبر عدد ممكن من التقنيات الحديثة.
لا يُسمح إلا باستخدام مواد عالية الجودة في هذه العملية. تخضع هذه المواد لاختبارات مكثفة مسبقًا، ووفقًا لمعايير السلامة، فإن العزل الحراري للمعدات والأنابيب خالٍ من العيوب.
يقلل استخدام رغوة البولي يوريثان من فقدان الحرارة ويضمن متانة مادة العزل نفسها. تحتوي رغوة البولي يوريثان على مكونات صديقة للبيئة، مثل إيزولان-345 وفوراتيك سي دي-100. وبالمقارنة مع الصوف المعدني، فإن خصائص العزل الحراري لرغوة البولي يوريثان متفوقة بشكل ملحوظ.
عزل PPM و APB
لأكثر من ثلاثين عاماً، استُخدم ما يُسمى بالعزل البوليمري الرغوي في خطوط الأنابيب. والنوع الأساسي المستخدم في هذه الحالة هو الخرسانة البوليمرية. ويمكن وصف خصائصها على النحو التالي:
- إدراجها في المجموعة G1 أثناء اختبارات القابلية للاشتعال وفقًا لمعايير GOST الحالية.
- نطاق درجة حرارة التشغيل الذي يسمح بالحفاظ على درجة حرارة 150 درجة.
- وجود بنية متكاملة تجمع بين وظائف الطلاء المقاوم للماء وطبقة العزل الحراري.
حتى وقت قريب، كانت بعض الشركات المصنعة المحلية تنتج عوازل الخرسانة الرغوية المقواة. تتميز هذه المادة بكثافة منخفضة للغاية، إلا أن موصليتها الحرارية مثيرة للدهشة.
تتمتع APB بمجموعة المزايا التالية:
- متانة.
- طلاء عازل للماء ذو نفاذية عالية للبخار.
- المعدات غير معرضة للتآكل.
- قدرة خط الأنابيب على تحمل درجات الحرارة العالية.
- مقاومة للحريق.
تتميز هذه الأنابيب بإمكانية استخدامها لتسخين مواد ذات درجات حرارة مختلفة، سواءً كانت مياه أو بخار، بغض النظر عن نوع التركيب.
حتى الجمع بين تقنيات الحفر تحت الأرض والخيارات غير الحفرية يُعد مقبولاً. ومع ذلك، لا تزال المنتجات التي تستخدم عزل رغوة البولي يوريثان تُعتبر حلاً أكثر تطوراً من الناحية التقنية.
حول معامل التوصيل الحراري
أثناء تشغيل المعدات، يصبح الترطيب ممكناً - وهذا هو ما له التأثير الأكبر على معامل التوصيل الحراري المحسوب.
توجد قواعد خاصة لاعتماد معامل يزيد من الموصلية الحرارية للطلاءات العازلة. وتستند هذه القواعد إلى معايير GOST وSNiPs، ولكن هناك عوامل أخرى ضرورية أيضاً:
- رطوبة التربة وفقًا لـ SP.
- النوع الذي تنتمي إليه مادة العزل الحراري.
يساوي معامل العزل واحدًا للأنابيب المعزولة برغوة البولي يوريثان والمغلفة بغلاف من البولي إيثيلين عالي الكثافة. ولا يتأثر هذا المعامل بمستوى رطوبة التربة في موقع تركيب المعدات. أما بالنسبة للمعدات والأنابيب المعزولة بعازل APB، والذي يتميز ببنية متكاملة تسمح باحتمالية جفاف طبقة العزل، فسيكون المعامل مختلفًا.
- 1.1 - مستوى المعامل للهياكل الموجودة في التربة ذات كمية كبيرة من الماء، وفقًا لـ SP.
- 1.05 – للتربة التي لا تكون فيها كمية المياه كبيرة جدًا.
تستخدم الحسابات العملية أساليب هندسية متخصصة، تأخذ عادةً في الاعتبار مقاومة المؤثرات البيئية الخارجية. ويتطلب تركيب نظام ذي أنبوبين مراعاة التأثير الحراري المتبادل لكل عنصر على الآخر.
السماكة المثلى وتوصيات إضافية
يُعدّ السعر أحد العوامل الحاسمة عند اختيار السماكة المناسبة. ويمكن تحديد هذه العوامل بشكل فردي لكل منطقة على حدة.
هناك معايير أخرى مهمة أيضاً، مثل درجة حرارة سائل التبريد التصميمية. كما أن درجة الحرارة المحيطة مهمة أيضاً.
ما هي القواعد الأخرى التي يجب اتباعها؟
لا يقتصر إنتاج المعدات والأنابيب، إلى جانب العزل الحراري، على الشركات المصنعة الروسية فحسب، بل يشمل أيضاً الشركات المصنعة الأجنبية.
تستطيع بعض خطوط إنتاج الأنابيب المدرفلة إنتاج ما يصل إلى ثلاثة كيلومترات من الأنابيب المدرفلة يوميًا (بأطوال تصل إلى 12 مترًا). تتراوح أقطار المنتجات من 57 إلى 1020 مليمترًا. يتوفر غلاف واقٍ من البولي إيثيلين أو المعدن.
ومع ذلك، لا تزال هناك بعض أوجه القصور التي لا يمكن التخلص منها في مرحلة الإنتاج. وقد حددها المتخصصون من خلال اختبارات عملية متكررة.
- أثناء نقل الأنابيب المطلية بالمعدن، قد تحدث تشوهات في الطلاء العازل.
- يتقشر عازل البولي يوريثان من الأنبوب الذي يخضع للمعالجة الحرارية.
- يتم فصل الهيكل الواقي عن الطبقات الخارجية أو الداخلية للأنبوب.
تكمن المشكلة الرئيسية في قدرة أنابيب المعادن على التمدد. يؤدي التسخين الحراري إلى تدهور خصائصها. لذا، تُصبح الحماية من هذه التأثيرات عاملاً بالغ الأهمية.
يُعدّ طول الأنبوب العامل الأهم في استقرار ومتانة العزل الحراري للمبنى، بغض النظر عن نوع المادة المستخدمة لنقل الحرارة. فكلما زاد طول الأنبوب، زاد خطر انهيار طبقة العزل.
لذا، يجب اختيار هذا المعيار بعناية فائقة. وقد طور الخبراء أنفسهم أطوالاً وأقطاراً مثالية للأنابيب تضمن بقاء الهيكل في حالة جيدة بغض النظر عن ظروف تشغيله.
إنهم يعتمدون كلياً على SNiP، لأن العزل الحراري للمعدات وخطوط الأنابيب يتطلب بشكل خاص الامتثال للقواعد.
