Сравнительный анализ плит Superwool Plus Blok и наиболее применяемых кальций - силикатных плит

Часто, при проектировании футеровки различного термического оборудования, возникает вопрос - какие выбрать плиты в качестве теплоизоляционного слоя? Использовать плиты на основе керамического волокна или кальций - силикатные плиты? И ввиду того, что кальций - силикатные плиты имеют меньшую стоимость и высокие заявленные теплофизические показатели, им отдают предпочтение. Но зачастую этот выбор ошибочный. Чтобы обосновать целесообразность применения плит на основе керамического волокна, компания Morgan Thermal Ceramics провела ряд сравнительных экспериментов, детальное описание которых представлено ниже.

1. Принципы теплопередачи и улучшение теплоизоляционных свойств.

Существует 3 простых (элементарных) вида передачи тепла:

• термическое излучение;
• теплопроводность;
• конвекция. 

Высокотемпературная теплоизоляция ограничивает поток энергии от источника высокой температуры  к стороне с низкой температурой. При высоких температурах (> 600°C) преимущественная форма передачи энергии – радиационное излучение. Короткие или грубые волокна обладают недостаточными теплоизоляционными свойствами и поэтому их применение должно быть сведено к минимуму. Волокна с высоким индексом волокна и длиной являются наиболее эффективными теплоизоляционными материалами при высоких температурах.

2. Волокно Superwool – высокоэффективный тепловой барьер.

Волокно Superwool имеет высокий индекс, который определяется пропорцией (по весу) материала, преобразованного в волокно, что и определяет эффективность снижения теплопередачи. Производство волокна, как вальцеванием, так и раздувом, неизбежно сопровождается образованием королька, который представляет собой массу шарикообразных зерен, не превратившихся в волокно в процессе производства. В стандартных рулонных материалах королек составляет половину массы всей продукции. Технология производства волокна Superwool позволяет минимизировать содержание и размер королька, что дает возможность максимально улучшить теплоизоляционные свойства материала.

3. Преимущества Superwool Plus Blok над кальций - силикатными плитами. Высокие экономические показатели при использовании Superwool Plus Blok.

Morgan Thermal Ceramics произвела сравнительное тестирование материалов Superwool Plus Blok с наиболее распространенными кальций - силикатными плитами, применяемыми в теплоизоляционных слоях. В процессе испытаний было выявлено, что все 3 вида плит Superwool Plus Blok имеют показатели теплопроводности значительно ниже, чем теплопроводность кальций - силикатных плит. А также, обнаружено, что все образцы кальций - силикатных плит были разрушены во время проведения тестирования теплопроводности при классификационной температуре.

Для сравнения были взяты наиболее распространенные кальций - силикатные плиты, которые характеризуются низкими показателями теплопроводности и плиты Superwool Plus Blok.

После проведения экспериментов был произведен сравнительный расчет стоимости материалов.

Исходные данные:

Вид применения: циклон предварительного нагрева (производство цемента).
Первый слой футеровки: монолитный огнеупор.
Второй слой футеровки: Superwool Plus Blok 800 или ведущий бренд кальциум - силикатной плиты 1000.
Футерованная поверхность: 380 м2 при 80 мм второго слоя.
Рабочее время: 24 часа/день 335 дней/год.
Стоимость газа: 0,35 евро/м3.

Различие в стоимости второго слоя: примерно €4560.

Результаты расчетов:

Экономия:
882 – 589 = 293 Вт/м2 = 255 м3 газ/м2 в год = экономия €33 915 при использовании Superwool Plus Blok 800 (предотвращая выброс 200 тонн CO2 в год).

Различие в стоимости материалов окупается за 7 недель.

4. Сравнительная характеристика материалов при высоких температурах.

Для проведения сравнения геометрической стабильности материалов их подвергли выдержке при максимальной классификационной температуре в течении 24 часов. 

Наглядные результаты испытания приведены ниже.

Образцы через 24 часа при 1000°C

3 - плита Brand A 1000

5 - плита Brand B 1000
7 - плита Superwool Plus Blok 800
9 - плита Superwool Plus Blok 1000
10 - плита Superwool Plus Blok 1100

 Образцы через 24 часа при 1100°C

3 - плита Brand A 1000
5 - плита Brand B 1000
7 - плита Superwool Plus Blok 800
9 - плита Superwool Plus Blok 1000
10 - плита Superwool Plus Blok 1100

Результаты испытаний показали, что при выдержке классификационной температурой, все плиты Superwool Plus Blok имеют намного меньшую линейную усадку по сравнению с известными марками кальций - силикатных плит.

Сравнение материалов с классификационной температурой 1100 °C

Сравнение материалов с классификационной температурой 1000 °C

Сравнение материалов с классификационной температурой 800 °C

В результате данных полученных при испытаниях выявлено, что максимальная температура применения материалов следующая:

Также, при проведении сравнительного тестирования теплопроводности Superwool Plus Blok и ведущих кальций - силикатных плит было обнаружено, что напряжения, вызванные деформацией размеров у кальций - силикатных плит при воздействии максимальной классификационной температуры, даже в течение короткого времени, вызвали образование мелких и крупных трещин, при охлаждении материала во время первого тестирования. 

Фото кальций - силикатных плит после тестирования

                                Brand A 1000                                                                      Brand B 1100

Фото плит Superwool Plus Blok после аналогичного тестирования

ВНИМАНИЕ! На фото отпечатки термопары, а не трещины

                           Superwool Plus Blok 800                                               Superwool Plus Blok 1000

Фото разрушения кальций - силикатных плит

Систематическое образование трещин у кальций - силикатных плит при первом воздействии классификационной температуры может привести к разрушению второго слоя футеровки. Если, во время длительной работы печи, регулярно не проводится инфракрасное обследование на предмет мест прогаров и теплопотерь, со временем, до удаления и замены отработавшей футеровки, возможно значительное увеличение тепловых потерь, а это дополнительные финансовые затраты.

5. Преимущества работы с плитами Superwool Plus Blok по сравнению с кальций - силикатными.

Наибольшим недостатком в работе с кальций - силикатными плитами является огромное количество пыли, образуемой при резке и установке плит. Это вызывает раздражение респираторных органов, глаз и кожи, а также делает работу неприятной. В то время, как пылеобразуемость плит Superwool Plus Blok при резке или установке значительно ниже.

Кальций - силикатные плиты хрупкие и часто предоставляют следующие проблемы:  

• разрушение во время транспортировки;
• разрушение во время установки;
• крошение/разрушение во время механической обработки.

Волокнистая структура плит Superwool Plus Blok имеет лучшую однородность и, таким образом, не вызывает подобных проблем.

Фото сравнения хрупкости кальций - силикатных плит и  плит Superwool Plus Blok 

6. Водоустойчивость плит Superwool Plus Blok.

Кальций - силикатные плиты имеют большую склонность ко впитыванию воды. Они могут удерживать воды свыше 400% своего веса, даже без погружения (а влажность 90% не является редкостью) и полное пропитывание водой может настать менее, чем за три часа. Данная способность впитывать является очень большой проблемой и приводит к увеличению теплоёмкости и теплопотерь, что приводит к увеличению энергопотребления. Существует большая вероятность физического разрушения теплоизоляции, что разрушает однородность футеровки. Также, данная способность приводит к образованию коррозии и трещин, что снижает безопасность и срок службы оборудования. Чтобы избежать этих проблем необходимо устанавливать гидробарьеры в виде резины, силикона, битума, фольги или других материалов. Это обуславливает дополнительные денежные расходы и увеличивает срок монтажных работ. Плиты Superwool Plus Blok водоотталкивающие и помогают избежать указанных выше негативных факторов во время монтажа и эксплуатации.

 7. Плиты Superwool Plus Blok – новый стандарт теплоизоляционных слоёв футеровки.

Плиты Superwool Plus Blok производятся 3 типов:

• Superwool Plus Blok 800
• Superwool Plus Blok 1000
• Superwool Plus Blok 1100

Характеристики:

• запатентованная технология производства Superwool;
• более низкая теплопроводность;
• не хрупкие;
  
• намного меньше образование пыли, по сравнению с кальций - силикатными плитами;
• прочные, с хорошим межмолекулярным сцеплением;
• не трескаются при высокой температуре;
• минимальная линейная усадка при максимальной температуре, в отличие от кальций - силикатных плит;
• водоустойчивые.

Преимущества:

• неизменный химсостав
• ниже (до 30%), чем у кальций - силикатных плит с самыми лучшими показателями теплопроводности;
• не дают трещин при транспортировке, обработке или установке;
• меньше раздражения кожи, глаз и дыхательных путей, более чистое рабочее место;
• легки при резке и формовании, легкая фиксация анкерами;
• можно подвергать максимальным классификационным температурам без разрушения плит;
• теплоизоляционный слой останется цельным без тепловых утечек;
• нет необходимости в водонепроницаемом барьере – экономия средств и времени на монтаж.