Изоляция в криогенных и низкотемпературных сооружениях

  • По причине своих уникальных свойств перлитовая изоляция нашла широкое применение в криогенных и низкотемпературных резервуарах-хранилищах, в су­довых контейнерах, холодильных и испытательных камерах и технологиях производства пищевых продук­тов. Температура хранения -100°C и ниже считается криогенной, от -100°C до +4°C — низкой. Сверххолодные и экстремально холодные криогенные жидкости, та­кие, как водород и гелий, обычно хранятся в сфери­ческих двустенных сосудах с кольцевым простран­ством, заполненным вакуумированным перлитом.
  • Существует две основных конструктивных концепции сосудов для низкотемпературного и криогенного хране­ния: безвакуумные и вакуумные криогенные блоки.

 1. Безвакуумные криогенные блоки.  

  • Перлитовая изо­ляция, пригодная для применения в безвакуумных блоках, при криогенных или низких температурах, имеет низкую тепловую проводимость во всем диа­пазоне плотности, обычный же диапазон рекоменду­емой плотности простирается от 48 до 72 кг/м3. В до­полнение к прекрасным термическим свойствам перлитов изоляция относительно дешева, проста в  обра­ботке и установке, не дает усадки и не коробится. Перлит не горюч, удовлетворяет пожарным требованиям и тем самым снижает страховые ставки. Поскольку это неорганический  материал, он устойчив против гнили и паразитов, вследствие своей закрытой ячеистой структуры не удерживает влаги.  Конструктивно эти блоки представляют собой со­суды с двойными стенками с кольцевой зоной, запол­ненной вспученным перлитом, упакованным или засы­паемым (из автоцистерн). Для  изоляции малых сосу­дов может применяться «розлив» или «вдувание» изо­ляции. Портативные производства вспученного перли­та часто применяются для изоляции очень больших  резервуаров-хранилищ, камер холода, кораблей и все­возможных сосудов с двойными стенками, трубопро­водов. В этих случаях перлитовую руду вспучивают на месте изолирования, а  вспученная перлитовая изоля­ция пневматически направляется в кольцевые зазоры. 

2. Вакуумные криогенные блоки. 

  • Для криогенных применений от -101°C и более низких температур тре­бования «сверхизоляции» обеспечивает вакуумиро-ванный перлит с теплопроводностью меньшей до 40 раз, чем 0,029 Вт/м×°С, в зависимости от вакуума и температуры (пенопласт — 0,043 Вт/м°С). Обычно вакуумированный перлит примененяют в двустенных сферических хранилищах гелия и водорода. Он может также использоваться для хранения кислорода, азота и сжиженного природного газа, когда требуется осо­бо низкая теплопроводность. В дополнение к большим полям  сооруженных резервуаров-хранилищ вакуумированный перлит применяется для изоляции многих меньших фабричных сосудов, рассчитанных на хране­ние различных криогенных газов.
  • Перлитовая изоляция, подходящая для вакуумной криогенной работы, показывает низкую теплопровод­ность в широком диапазоне температур, давлений и плотностей. Обычно рекомендуемая плотность про­стирается от 128-152 кг/м3. Криогенной считается температура ниже -100°C. Теплопроводность вакуумированного перлита во много раз ниже, чем невакуумированной перлитовой изоляции. Например, при средней температуре — 82°C обычный невакуумированный криогенный перлит плотностью 64 кг/м3 име­ет теплопроводность в 22 раза  выше вакуумирован-ного перлита плотностью 139 кг/м3 и междуатомным давлением 10 микрон.
  • В добавление к отличным термическим свойствам перлитовая изоляция относительно дешева, легка в применении и установке, не сжимается, не вытекает, не коробится, не дает усадку.  Она также не горюча и соответствует всем положениям пожаробезопаснос-ти, что снижает страховые стоимости. Перлит для при­менения в вакуумировании должен быть сухим. Номинальный предел влажности составляет 0,1% по весу. Влажность в перлите сильно увеличивает время откач­ки, нужной для необходимого уровня вакуума. Таким образом, перлит должен  быть свежим и упакованным во влагонепроницаемые пакеты или загерметизиро­ванные автоцистерны. Нельзя применять перлит, упа­кованный в бумажные пакеты.
  • Установка перлитовой вакуумированной изоляции на месте расположения больших криогенных вакуум­ных сосудов предполагает поддержание вакуума в кольцевых зазорах изолируемых сосудов. Вспученный перлит сжимается с азотом в автоцистерне и вводит­ся в кольцевой зазор в процессе соединения давле­ния и вакуума. Для заполнения в полевых условиях кольцевого  зазора на очень крупных объектах вакуу­мированной перлитовой изоляцией криогенной гра­дации в относительно свободных от пыли и влаги ус­ловиях можно использовать портативные  заводы пер­литового вспучивания, укомплектованные оборудова­нием контроля пыли и промежуточными двухсекционными автоцистернами.
  • Следует отметить, что достаточно широкое исполь­зование вспученный перлит нашел в изоляции блоков разделения воздуха на кислород и азот, применяемых в металлургии. В среднем, на изоляцию одного блока необходимо 10 тыс. м3перлита. Для этих целей ис­пользуется легкий мелкий вспученный перлит с насып­ной плотностью 75 кг/м3 при количестве фракций свы­ше 1,5  мм не более 15%.