В криогенните преносни системи първоначалната покупна цена е само една част от уравнението. За кратки и прости инсталации конвенционалната изолация все още може да бъде практично решение. Въпреки това, при непрекъсната промишлена експлоатация, особено за работа с втечнен природен газ (LNG), течен азот, аргон или водород, експлоатационните загуби и изискванията за поддръжка обикновено стават по-важни от първоначалната цена на оборудването.

Въз основа на полевите приложения, които сме наблюдавали през годините, вакуумно изолираните системи обикновено възстановяват по-високата първоначална инвестиция в рамките на приблизително 1,5 до 2 години, в зависимост от експлоатационните условия, стойността на продукта и дължината на тръбата.

Защо конвенционалните изолационни характеристики се променят с времето

Конвенционалните криогенни изолационни материали като полиуретанова пяна, клетъчно стъкло или перлит могат да осигурят приемливи топлинни характеристики, когато са нови. Типичната топлопроводимост често е в диапазона от 0,015–0,030 W/m·K при идеални условия.

Предизвикателството е, че криогенните системи рядко работят при идеални условия за дълги периоди.

Във влажна среда е трудно да се избегне напълно проникването на влага. Перлитът може да се утаи с времето, а изолацията от пяна може да претърпи стареене, компресия или механични повреди по време на експлоатация и поддръжка. В някои приложения топлинните характеристики се влошават значително след няколко години експлоатация.

При преносните линии за течен азот или втечнен природен газ (LNG), дори относително малко увеличение на изтичането на топлина може значително да увеличи генерирането на пари. При дълги разстояния на пренос това пряко влияе върху загубата на продукт и ефективността на системата.

Поддръжката е друг фактор, който понякога се подценява по време на етапа на снабдяване. След като изолацията се напои или повреди, ремонтните дейности често са трудоемки, особено за външни инсталации или тръбни етажерки в действащи съоръжения.

Предимства на топлинните характеристики на вакуумната изолация

Вакуумно изолирани тръбиработи на различен принцип. Чрез евакуиране на пръстеновидното пространство до високо ниво на вакуум, газопроводимостта и конвекцията се намаляват до много ниски нива. Излъчването се превръща в основния оставащ механизъм за топлопреминаване, който се свежда до минимум чрез многослойна изолация.

При стабилни вакуумни условия, ефективната топлопроводимост обикновено може да остане в диапазона от приблизително 0,0005–0,002 W/m·K, в зависимост от конфигурацията на системата и работната температура.

На практика това намаляване на топлинните загуби може да има измеримо въздействие върху загубите от изпаряване. Например, в едно индустриално газово приложение, включващо пренос на течен аргон, изпаряването е намаляло значително след замяната на конвенционалните изолирани тръбопроводи с вакуумно изолирана система. Точните икономии, естествено, зависят от дебита, работния цикъл, условията на околната среда и разстоянието на пренос.

Дългосрочната стабилност на вакуума е от значение

Един важен момент, който често се пренебрегва, е, че качеството на вакуума трябва да остане стабилно във времето.

Статичните вакуумни системи могат постепенно да претърпят намаляване на производителността поради отделяне на газове, проникване на уплътнения или малки нива на течове, натрупани в продължение на много години работа. Ефектът обикновено е бавен, но при дългосрочна непрекъсната работа става значим.

За да се справим с това, нашата система може да бъде оборудвана сДинамична вакуумна помпа, който периодично отстранява некондензиращите се газове от пръстеновидното пространство и спомага за поддържане на вакуумната производителност по време на работа.

Този подход е особено полезен за голяма инфраструктура за втечнен природен газ (LNG), полупроводникови съоръжения и приложения с непрекъснати работни цикли, където дългосрочната термична стабилност е от решаващо значение.

В едно съоръжение за полупроводници в Азия, нивото на вакуум остава под 5×10⁻⁵ mbar след няколко години работа с периодична поддръжка на вакуума. При подобни експлоатационни условия, някои конвенционални статични вакуумни системи може евентуално да изискват повторно евакуиране във фабриката.

Компоненти извън самата тръба

Производителността на криогенната система за пренос не се определя само от правия тръбен участък.

Вентили, гъвкави връзки, фазови сепаратори и други компоненти също могат да се превърнат в значителни източници на проникване на топлина, ако не са правилно изолирани.

Например, конвенционалните криогенни вентили могат да създадат локализирани топлинни мостове.Вакуумно обвит вентилконструкциите помагат значително да се намали този ефект и да се подобри цялостната топлинна ефективност на системата.

Фазови сепараториса важни и в приложения, където образуването на пари влияе върху стабилността на оборудването след веригата. Във водородните и втечнените природни източници (LNG) системите, поддържането на стабилно подаване на течност може да помогне за намаляване на оперативните колебания и удължаване на интервалите за поддръжка на чувствителни компоненти.

В разпределените промишлени газови системи, гъвкавите вакуумно изолирани маркучи, комбинирани с малкивакуумно изолирани резервоари за съхранениеможе също така да опрости монтажа в сравнение с напълно твърди тръбни схеми, особено когато има ограничения в пространството или движение на оборудването.

Пример от инсталация за влажен втечнен природен газ (LNG)

Проект в Югоизточна Азия включваше инсталиране на тръбопроводи за пренос на втечнен природен газ (LNG) близо до товарни рампи за камиони в крайбрежна среда с висока влажност. Първоначалната система използваше тръбопроводи, изолирани с пяна.

С течение на времето, многократното излагане на влага е довело до влошаване на изолацията и повтарящи се дейности по поддръжка. Според оператора, подмяната на изолацията и свързаният с нея труд са представлявали значителни повтарящи се разходи по време на експлоатацията на инсталацията.

По-късно системата беше обновена до вакуумно изолирани тръбопроводи и гъвкави вакуумно изолирани маркучи, свързани към централизирана система за вакуумна поддръжка.

След подобрението, изискванията за поддръжка, свързани с изолацията, бяха значително намалени и непрекъснатостта на работата се подобри. Въпреки че вакуумно изолираната система изискваше по-висока първоначална инвестиция, операторът изчисли, че дългосрочните експлоатационни и поддръжка разходи са били значително по-ниски през прогнозния експлоатационен период.

Оценка на общата цена, вместо само на покупната цена

За екипите по снабдяване, оценяването само на разходите за оборудване в първия ден понякога може да даде непълна картина на цялостната икономическа картина на системата.

В много приложения за непрекъсната криогенна работа, кумулативният топлинен изтичане през годините на работа има пряко въздействие върху енергията и разходите за продукти. Разликата става по-видима с увеличаване на разстоянието на прехвърляне и работните часове.

Нашите системи са проектирани в съответствие с изискванията на ASME B31.3 и EN 13458.Вакуумно изолирана тръбаПредлагат се профили от неръждаема стомана 304 и 316L, с компенсация на разширението, проектирана за многократно термично циклиране.Гъвкав маркучВъзлите могат да бъдат конфигурирани и за приложения с по-високо работно налягане в зависимост от изискванията на проекта.

Реалната производителност и възвръщаемостта на инвестициите ще варират от проект до проект, поради което термичният анализ в идеалния случай трябва да се основава на реални експлоатационни условия, а не на опростени предположения.

Кога конвенционалната изолация може все още да е подходяща

Конвенционалната изолация все още е разумен вариант в определени ситуации.

За много къси тръбопроводни участъци, временни инсталации или периодична работа с ниско годишно натоварване, допълнителните разходи за вакуумна изолация не винаги са икономически оправдани.

Въпреки това, за постоянна инфраструктура с непрекъсната или високонатоварена криогенна експлоатация, вакуумно изолираните системи често са по-изгодни, когато се оценяват през целия експлоатационен цикъл.