Покрытие Изоллат для теплоизоляции резервуаров

Генеральный директор ООО ”Специальные технологии”

доктор химических наук Беляев В.С.

Активное использование интеллектуального потенциала созданного и накопленного в России за все предыдущие поколения как досоветского, так и последующего периода более чем назрело. Ресурс, выражающийся в виде человеческого фактора способного на поиск и реализацию прорывных научно-технических и технологических идей, является, пожалуй, одним из самых главных ресурсов любого государства. Не использование его сродни стране, имеющей гигантские подземные залежи нефти, газа, золота и алмазов, но не использующих их. К общепризнанному фактору богатства российских недр уже давно следует добавить и интеллектуальный потенциал, которому по ряду причин (главная из которых отсутствие рыночных отношений в длительном историческом периоде) не удавалось реализоваться в виде готовых прорывных технологий в большинстве областей. Лишь только в тех из них, где государство, стараясь решить для себя задачи жизни и смерти, ставило ученым и инженерам конкретные задачи, удавалось достичь блестящих технологических прорывов.

Компания ”Специальные технологии” была создана в 2002 году. Не имея практически никаких материальных ресурсов, кроме горячего желания хоть как-то использовать имеющийся у нас и у многих российских ученых интеллектуальный потенциал, мы приступили к реализации первого проекта – созданию, продвижению и коммерциализации жидко-керамического, теплоизоляционного покрытия Изоллат имеющего широчайшую область применения, которое в 2003 году было запатентовано. К 2005 году продукт был полностью сертифицирован. После чего было выдано еще 7 патентов на развитие продукта и его применения, 1 патент в развитии второго проекта алмазоподобных покрытий, а также 4 Свидетельства на торговые знаки. С января 2005 компания резко увеличила объем продаж и производства. Этот рост продолжился в 2006, 2007 и 2008 годах, в 2009 кризисном году объемы производства сохранились на уровне 2008 года. В настоящее время общая площадь собственных освоенных, и строящихся своими силами площадей предприятия ~ 1600 кв. метров.

В нефтегазовом комплексе, как и в других областях, достаточно широко востребованы различные теплоизоляционные материалы. Задача эффективной, и в, то же время, компактной теплоизоляции весьма актуальна при перекачке сырой нефти в трубопроводах, хранения нагретого мазута как резервного топлива в больших резервуарах, защиты хранящихся в больших емкостях легких фракций нефтепереработки (бензина и керосина) от перегрева солнечными лучами, изоляции газоперекачивающих турбин и другого газоперекачивающего оборудования.

«Изоллат» представляет собой особую водную дисперсию для создания теплоизоляционного и антикоррозионного покрытия любых поверхностей. Это полимерный композиционный материал, который включает полые керамические или силикатные микросферы, заполненные разряженным воздухом. Поэтому получаемое покрытие обладает низкой теплопроводностью, высокой способностью отражать 90% падающих лучей света и рассеивать до 90% инфракрасного излучения. Различные комбинации наполнителей придают материалу особые свойства – способность обеспечивать высокотемпературную изоляцию до 5000С, огнестойкость, сейсмоустойчивость, коррозионную устойчивость. В компании серийно выпускают 5 модификаций покрытия «Изоллат», есть и новые разработки. При этом благодаря особым технологиям изготовления «Изоллат» вдвое дешевле зарубежных аналогов, примерно на треть легче и превышает их по теплозащитным качествам. В настоящее время компания разработала, испытала и приступила к производству еще одной модификации – Изоллат-Нано, содержащей наночастицы, обладающей помимо качества теплозащитного покрытия способностью к самоочищению от органических загрязнителей благодаря эффекту фотокатализа. Использование этого материала в случае, например, окрасочного материала для фасадов зданий позволит обеспечить им лучшую энергоэффективность, а также сохранность и долговечность внешнего вида фасада в течение длительного срока их эксплуатации.

Эффективность использования покрытия Изоллат, как средства уменьшающего нагревание хранящихся в емкостях бензина и керосина от воздействия солнечных лучей приводящее к их испарению можно продемонстрировать следующим модельным экспериментом. На Рис. 1 представлена металлическая поверхность, находящаяся под воздействием солнечных лучей при температуре окружающего воздуха +160С. На часть пластины было нанесено 1, 2-х и 3-х слойное покрытие Изоллат (на фотографии эта часть имеет белый цвет). Пластина после нанесения на нее покрытия Изоллат находилась на открытом воздухе под воздействием солнечных лучей, жары, дождя и снега в течение 15 месяцев. После чего было проведено ее обследование с помощью тепловизора. Замеры температур проводились с двух сторон металлической пластины при температуре окружающего воздуха +16С.

Не защищенная поверхность металлической пластины была нагрета из-за воздействия солнечных лучей до температуры 420С с обеих сторон, в то время как температура пластины в области, где был нанесено покрытие Изоллат составляла величину 240С на трехслойном покрытии (красная линия) и 260С на двухслойном (синяя линия) причем как со стороны покрытия, так и с противоположной металлической стороны.

Подобным же образом вела себя температура внутри и снаружи модельного металлического дома.

Согласно вышеприведенным измерениям, солнечное излучение в теплый период года может нагревать неизолированную поверхность освещаемых солнцем участков резервуара до температур выше 45оС. При этом плотность теплового потока направленного через стенку внутрь резервуара на этих участках составляет (0,7-1,1) кВт/м2. Все это ведет к быстрому нагреву прилегающих к стенке, локализованных вблизи металлической поверхности объемов бензина и конвективному перемещению их в верхнюю часть резервуара. Т. к. температура кипения данного нефтепродукта равна примерно 40оС, то одновременно наблюдается интенсивный процесс испарения, и образования паров бензина в верхней части резервуара – в воздушной прослойке над зеркалом нефтепродуктов.

Например, в случае вертикально расположенного резервуара с бензином емкостью 1000 м3 цилиндрической формы размерами (D10,43м ×12,01м) можно рассчитать нагрев бензина в случае воздействия на нее солнечной радиации в течение светового дня. Площадь поверхности такой емкости составляет величину 477 м2. Предположим, что освещенная часть (с учетом верхней крышки) поверхности емкости составляет величину порядка 2/3 от ее полной поверхности и равна 318 м2. На эту поверхность будет падать общий тепловой поток от солнечной радиации порядка 318 кВатт или 273000 кКал/ч. С учетом теплоемкости бензина С=0,47 кКал/кГ?0С и его плотности ρ=0,73 кГ/л, а также предположив степень черноты поверхности 0,.9 можно рассчитать дневной подъем температуры за счет воздействия солнечных лучей в течение светового дня 12 часов в летнее время.            

Однако, с учетом нагрева боковой поверхности и верхней крышки емкости можно предположить, что нагретая жидкость конвекционно переместиться в верхние слои и температура верхних слоев (поскольку отсутствует нагрев нижних слоев) может быть существенно выше температуры рассчитанной для всего объема. Повышение температуры верхних слоев может быть в два, три и более раз выше, тем более что верхняя крышка греется наибольшим образом. Т.е. при учете температуры окружающего воздуха 20-25 0С температура верхних слоев может существенно превосходить температуру кипения бензина.

Теплоизоляционное покрытие Изоллат обладает большим коэффициентом отражения и рассеяния солнечной радиации и инфракрасного излучения (более 90%) и малой теплопроводностью. Поэтому при изоляции металлической поверхности резервуара покрытием Изоллат можно ожидать значительного снижения температура на поверхности металлической стенки резервуара, уменьшения процесса аккумуляции солнечного тепла и как следствие существенного снижения потерь бензина за счет испарения.

Подобным образом покрытие Изоллат может быть использовано и для предотвращения перегрева сжиженного газа помещенного в соответствующие емкости.

Весьма эффективно использование покрытия Изоллат для хранения нагретого мазута как резервного топлива в больших резервуарах.

В качестве примера применения жидко-керамического покрытия Изоллат для теплоизоляции резервуара с мазутом (РВС-20000) можно привести расчет тепловых потерь этой емкости, две из которых были покрыты на Мозырьском НПЗ (Белоруссия) в 2007 и 2008 годах и хорошо себя зарекомендовали за это время.

Время охлаждения мазута в резервуаре РВС 20000 от температуры 35 0С до 10 0С при температуре окружающего воздуха – 20 0С и теплозащите покрытием Изоллат 02 (03) толщиной 2 мм составит более 11суток.

Высокую эффективность демонстрирует применение жидко-керамического покрытия Изоллат для тепловой изоляции участков газопровода или нефтепроводов, расположенных на открытом воздухе.

Так, например, для теплоизоляции участка газопровода с минимальной температурой атмосферы – 430С и при минимальной температуре выхода газа из ПЗРГ + 3,9 0С, с целью недопущения снижения температуры природного газа в трубе ниже – 20 0С, можно привести следующие расчеты.
?
Расчеты были выполнены для тепловой изоляции трубопроводов данных объектов на основе комбинации Изоллат-Эффект. Следует понимать особенности покрытия Изоллат работающего наиболее эффективно в случае создания дополнительных воздушных зазоров, которые позволяют ему проявить себя с наиболее выгодной стороны.

В основе расчета теплоизоляционного слоя лежали методики СНиП 2.04.14-88, 41-03-2003 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов» (расчет по изменению температуры транспортируемого вещества). Численные расчеты с учетом всех указанных конкретных характеристик и параметров газопровода и теплоносителя (природного газа) выполнялись в компьютерной программе «Mathcad».

Результаты расчетов температуры представлены в таблице:

В случае использования покрытия Изоллат для тепловой изоляции технологического оборудования и трубопроводов на площадке ДНС с ПНН и отдельным ПНН в районе куста скважин (регион Удмуртия), расположенных на открытом воздухе при минимально возможной температуре – 50 °С с целью снижения тепловых потерь и предотвращения снижения температуры теплоносителя (нефти) ниже + 5 °Сдля теплоизоляции нефтепроводов и емкостного оборудования можно привести следующий расчет, который также выполнялся по вышеуказанным методикам СНиП и программе Mathcad. На площадке ДНС с ПНН теплоизоляцию различных трубопроводов диаметров (100, 150, 200, 250 мм) и длиной 200 м, аппаратов емкостных V=200 м3, сепараторов нефтегазовых V=50 м3, газоосушителя горизонтального V=25 м3 с температурами теплоносителя (нефть) 10 оС можно выполнить жидко-керамическим покрытием Изоллат-02,-03 с общей толщиной 2,5 мм

На площадке ПНН в районе куста скважин, в связи со значительно меньшими расходами вещества в потоках нефти и газа и экономии финансовых затрат, теплоизоляцию трубопроводов диаметров (80, 100 мм) и длиной 100 м, аппарата емкостного V=25 м3, сепаратора нефтегазового V=6,3 м3, с температурами теплоносителя (нефть) 10 оС рекомендовано выполнить комбинированным способом – покрытие Изоллат-Эффект.

Таким образом, теплоизоляционное покрытие Изоллат может быть рекомендовано в качестве эффективного и, в то же время компактного средства, позволяющего решить большинство задач по теплоизоляции тех объектов в нефтегазовой отрасли, которые у этом нуждаются. При этом приведенные в статье примеры не исчерпывают все возможные области его применения. Следует также отметить относительную легкость нанесения покрытия сравнимую с окрасочными работами. А также высокую долговечность практического использования, благодаря используемым материалам (микросферы минимизируют факторы, разрушающие покрытие, не пропуская ультрафиолетовое излучение в глубину покрытия и не позволяя активно воздействовать температурным факторам деструкции) и его антивандальным свойствам.