Tài liệu kỹ thuật

Bảo ôn đường ống là loại vật liệu hoặc kết hợp vật liệu cách nhiệt bọc xung quanh ống làm chậm dòng nhiệt năng. Bảo ôn làm giảm phần lớn tổn thất năng lượng do đó làm giảm chi phí sử dụng năng lượng. Bảo ôn đường ống phải tuân thủ cấp cách điện cách nhiệt (insulation class), nhiệt độ vận hành, và độ dày trong bản vẽ Sơ đồ Đường ống và Thiết Bị (P&ID).

Chức năng của bảo ôn đường ống

Bảo ôn đường ống có ba chức năng chính:

• Giảm đáng kể sự truyền nhiệt năng đến và đi từ bề mặt đường ống (tránh tổn thất nhiệt năng). Vì vậy bảo ôn đường ống là bảo toàn năng lượng.
• Chống lại sự hình thành và tụ hơi ẩm trên bề mặt đường ống do ngưng tụ trên mặt lạnh (bảo ôn lạnh).
• Tránh nhân viên bị thương khi tiếp xúc bề mặt đường ống (bảo vệ cá nhân).

Các lợi ích thu được khi sử dụng bảo ôn

Bảo ôn đường ống làm thuận lợi cho quá trình kiểm soát nhiệt độ.

Chặn hơi và nước ngưng tụ trên bề mặt lạnh.

Tăng cường hiệu quả năng lượng cho việc sởi ấm, làm lạnh, tiêu thụ năng lượng, vận hành hệ thống.

Giảm hư hỏng đường ống khi có hỏa hoạn hoặc xảy ra tai nạn.

Ngăn chặn phần lớn phát sinh khí thải ô nhiễm vào không khí.

Lượng hơi nước thoát ra, cách điện, cách nhiệt, che phủ ... được quy định trong cấp phép / vận hành.

Khả năng chống cháy, cách âm được quy định trong tài liệu kỹ thuật dự án.

Các loại bảo ôn đường ống

Hình 1. Bảo ôn ống nóng và bảo ôn ống lạnh

Bảo ôn đường ống được phân chia ra làm các loại:

Phân loại dựa trên chức năng

• Bảo ôn ống nóng
• Bảo ôn ống lạnh
• Bảo ôn bảo vệ nhân viên
• Bảo ôn cách âm

Dựa trên loại vật liệu bảo ôn

Bảo ôn bông thủy tinh

Bảo ôn phân tử (Cellular Insulation)

Bảo ôn xốp dạng hat (Granular Insulation)

Các loại bảo ôn đường ống dựa trên chức năng

Bảo ôn ống nóng

Bảo ôn ống nóng được bọc lên trên bề mặt ống nhằm tránh thất thoát năng lượng chất lỏng chảy qua. Vì vậy chức năng chính của bảo ôn ống nóng là bảo toàn nhiệt. Các vật liệu bông sợi khoáng (Mineral Wool), bông thủy tinh (Glass Wool), Calcium Silicate thích hợp làm bảo ôn ống nóng.

Bảo ôn ống lạnh

Bảo ôn lạnh được áp dụng trên bề mặt lạnh của đường ống nhằm tăng nhiệt từ bên ngoài vào hoặc tránh gây ngưng tụ. Các vật liệu bảo ôn bọt Polyurethane, bảo ôn dạng bọt hạt nở Expanded Perlite, bọt nở Polystyrene hay được sử dụng làm vật liệu cách nhiệt lạnh.

Bảo ôn bảo vệ nhân viên

Bảo ôn bảo vệ nhân viên tránh cho nhân viên bị bỏng. Tất cả đường ống có nhiệt độ hoạt động trên 65 độ C phải được bọc bảo ôn bảo vệ nhân viên. Những khu vực không có nhân viên xây dựng hoặc vận hành tiếp cận được thì có thể không cần bọc. Các vật liệu như lưới thép, bông khoáng ... được sử dụng làm bảo ôn bảo vệ nhân viên.

Tiêu chí của bảo ôn bảo vệ cá nhân là phải cách bề mặt tiếp xúc 600 mm theo chiều ngang và 2100 mm theo chiều dọc với lối đi hoặc khu vực làm việc.

Cách âm

Các đường ống gây nên tiếng ồn cần phải cách âm để giảm tiếng ồn đến mức chấp nhận được. Độ dày của lớp cách âm tối thiểu là 75 mm. Các vật liệu bọt tiêu âm (Acoustic Foam), sợi thủy tinh, bọt nở polyester  Polyurethane, rockwool, Mass Loaded Vinyl được sử dụng làm vật liệu cách âm.

Hình 2. Bảo ôn bảo vệ nhân viên trong nhà máy .

Phân loại dựa trên vật liệu bảo ôn

Bảo ôn dạng sợi

Bảo ôn dạng sợi bao gồm các sợi nhỏ cách nhau giúp chia nhỏ không gian một cách tinh vi. Các sợi có thể vuông góc hoặc song song với bề mặt cách nhiệt, có thể liên kết hoặc không liên kết với nhau. Các loại sợi dùng trong cách nhiệt đường ống bao gồm sợi thủy tinh,  slag wool, rock wool, alumina-silica. Trong đó sợi thủy tinh và sợi bông khoáng được sử dụng phổ biến nhất. Các sợi được liên kết bằng chất kết dính hữu cơ để bảo toàn cấu trúc.

Bảo ôn cấu trúc ô cell

Bảo ôn ô cell bao gồm các cell nhỏ độc lập với nhau. Vật liệu cell phổ biến dùng trong bảo ôn đường ống là thủy tinh hoặc bọt nhựa như ô thủy tinh (cellular glass), bọt phenolic, hoặc cao su nitrile.

Bảo ôn xốp dạng hạt (Granular Insulation)

Các nốt sần chứa không gian rỗng tạo thành cách nhiệt dạng hạt. Vì khí vẫn có thể dịch chuyển giữa các không gian nên bảo ôn này không được coi là loại ô kín. Vật liệu điển hình là Calcium silicate và vermiculite.

Vật liệu bảo ôn đường ống

• Bảo ôn nhiệt độ thấp thường làm từ nhựa xốp hoặc cao su xốp.
• Bảo ôn nhiệt độ trung bình được làm từ sợi thủy tinh glass fiber.
• Bảo ôn nhiệt độ cao làm từ vật liệu cement, vật liệu định hình chịu lửa từ ceramic.
• Vật liệu bảo ôn và phụ kiện phải 100% không chứa Amiăng (asbestos-free).
• Thông thường các loại sợi khoáng, ô thủy tinh, sợi gốm, sợi thủy tinh, polyisocyanurate, bọt  Polyurethane được dùng làm vật liệu bảo ôn.

 Bảng dưới đây là đặc tính một số loại vật liệu bảo ôn hay được sử dụng

Loại vật liệu	Mật độ (kg/m3)	Nhiệt độ giới hạn sử dụng
Sợi thủy tinh khoáng		đến 535°C
Bông khoáng (Mineral Wool)	140	700°C
Len đá Rock Wool	140	550°C
bông thủy tinh Glass Wool	80	450°C
Calcium Silicate	200-280	815°C
Expanded Perlite	192	550°C
Expanded Silica		535°C
Cách nhiệt sợi định hình Refractory Fiber	150	1750°C
Polyurethane Foam	40	từ -150°C đến 110°C
Polyisocyanurate	40-64	từ -150°C đến 125°C
ô thủy tinh (Cellular Glass)	147	350°C
Ceramic Fibre	250	760°C

Hình 3. Bảo ôn đường ống đoạn uốn cong.

 Hệ thống bảo ôn đường ống

Phần chính của hệ thống bảo ôn đường ống là vật liệu cách nhiệt. Ngoài ra còn có các thành phần khác bao gồm:

• Lớp phủ bảo vệ
• Lớp chặn bay hơi
• Lớp phủ bằng tấm kim loại
• Các miếng đệm để tấm phủ kim loại giữ nguyên hình dạng.
• Vật liệu điền đẩy khoảng trống nếu cần thiết.

 

Dạng vật liệu bảo ôn 

Bảo ôn đường ống được sản xuất theo nhiều dạng khác nhau tùy theo chức năng và cách sử dụng. Phương pháp lắp đặt sẽ tùy theo việc kết hợp dạng bảo ôn được sản xuất và loại bảo ôn. Các loại bảo ôn được dùng phổ biến bao gồm:

Bảo ôn cứng dạng tấm, khối và được định hình: ô kín, hạt, sợi.

Bảo ôn mềm dạng tấm và được định hình: ô kín, dạng sợi.

Bảo ôn tấm mềm (Flexible blankets): sợi cách nhiệt được sản xuất dưới dạng tấm mềm.

Xi măng: sản xuất từ sợi và hạt xi măng.

Bọt foam: dùng điền đầy cho các khoảng trống. Loại xịt dùng cho bề mặt phẳng.

Tiêu chuẩn áp dụng cho bảo ôn đường ống

Các tiêu chuẩn sau dùng áp dụng cho bảo ôn đường ống.

ASTM C533, ASTM C547, ASTM C552, ASTM C591, ASTM C592, ASTM C610, ASTM C612, ASTM C795, ASTM C892, ASTM C165, ASTM C240, ASTM C302, ASTM C303, ASTM C335, ASTM C356, ASTM C390, ASTM C446, ASTM C449, ASTM C195  
BS 1902 Part 6, BS 4370 Part 2, BS 5608
IS 11239, IS 12436, IS 9428, IS 8183, IS 4671, IS 3690
ISO 15665

JIS A9504

An toàn

Các tiêu chuẩn để đảm bảo độ an toàn, thời hạn sử dụng của sản phẩm sử dụng. Tiêu chuẩn cho bảo ôn sử dụng trong công nghiệp và thương mại  nhằm đạt được hiệu suất sử dụng khi lắp đặt theo tiêu chuẩn thiết kế, đạt độ an toàn và bền vững khi sử dụng.

Chất lượng sản phẩm

Tiêu chuẩn áp dụng cũng nâng cao chất lượng và hiệu suất sản phẩm bằng cách áp dụng đồng nhất và nhất quán sản phẩm do chúng liên quan đến đô an toàn. Mục tiêu cuối cùng là giúp tất cả các bên nhà cung cấp và bên sử dụng đạt đươc chất lượng và độ an toàn cho sản phẩm.

ASTM là tổ chức tiêu chuẩn quốc tế lớn nhất thế giới cho vật liệu, sản phẩm, hệ thống và dịch vụ với hơn 30.000 thành viên là nhà sản xuất, người sử dụng, cơ quan chính phủ từ hơn 120 quốc gia.

Tiêu chuẩn ASTM cho bảo ôn và vật liệu ốp bề mặt

Calcium Silicate	ASTM C533 – Tiêu chuẩn ký thuật cho bảo ôn khối và đường ống Calcium Silicate.
Bông khoáng	ASTM C547 – Tiêu chuẩn Đặc điểm kỹ thuật cho sợi khoáng cách nhiệt đường ống. ASTM C195 - Tiêu chuẩn cho xi măng cách nhiệt sợi khoáng.
Perlite	ASTM C610 – Tiêu chuẩn kỹ thuật cho bảo ôn Perlite trương nở (Expanded Perlite) đường ống và khối đúc sẵn
Cellular Glass	ASTM C552 - Tiêu chuẩn kỹ thuật cho bảo ôn Cellular Glass (không chuyên cho đường ống nhưng có thể sử dụng cho đường ống)
Bảo ôn sợi khoảng phủ lưới kim loại	ASTM C592
Tiêu chuẩn bảo ôn ống sợi khoáng và bọc bồn	ASTM C1393
Vật liệu bọc ngoài cho bảo ôn cách nhiệt	ASTM C921 – Tiêu chuẩn thực hành để xác định thuộc tính Vật liệu bọc ngoài cho  Vật liệu cách nhiệt

 

ASTM C610 Tiêu chuẩn kỹ thuật cho bảo ôn Perlite trương nở (Expanded Perlite) đường ống và khối đúc sẵn

Tiêu chuẩn cho bảo ôn expanded perlite, phụ kiện, bảo ôn dùng cho bề mặt có nhiệt độ từ 27-649 độ C. Bao gồm các bài test phải thực hiện để xác định tính chất của khối, phụ kiện, bảo ôn đường ống: mật độ, độ dẫn nhiệt biểu kiến (apparent thermal conductivity), độ co (linear shrinkage) sau thử nghiệm ngâm nhiệt (heat soaking), cường độ kéo uốn (lexural strength), độ bền nén (compressive strength), weight loss by tumbling, độ ẩm, hấp thụ nước sau lão hóa nhiệt, đặc tính bề mặt chịu lực, ăn mòn ứng lực (stress corrosion cracking) của thép không rỉ austenitic.

Bảo ôn perlite đường ống đúc sẵn dạng ống, dạng 2 hoặc 4 mảnh, độ dài 0.914 m (36 inch), có các size cho kích thước ống khác nhau. Chiều dày lớp bảo ôn tùy chọn theo nhiệt độ tối đa làm việc. Bảo ôn thường 1 lớp với bọc bên ngoài bằng băng kim loại hoặc vải chịu nhiệt để bảo vệ chống thời tiết. Độ dẫn nhiệt cho bảo ông đường ống và khối tối đa 0.48 Btu•in/(h•ft²•°F) tại nhiệt độ 37 °C.

Ứng dụng chủ yếu cho đường ống và thiết bị hoạt động trên 121 độ C (250 độ F) bao gồm bồn chứa, bộ trao đổi nhiệt, ống dẫn hơi, van, nồi hơi, thông gió, ống xả. Perlite đặc biệt thích hợp cho môi trường dễ bị nước xâm nhập gây ăn mòn, ống thép không rỉ.

ASTM Hiệu suất kỹ thuật và tiêu chuẩn thử nghiệm cho cách nhiệt đường ống

Đặc tính	Tiêu chuẩn ASTM
Nhiệt độ sử dụng tối đa	ASTM C411 - Phương pháp thử nghiệm hiệu suất bề mặt nóng của bảo ôn cách nhiệt nhiệt độ cao. ASTM C447 - Tiêu chuẩn thực hành để ước tính nhiệt độ tối đa bảo ôn cách nhiệt.
Độ dẫn nhiệt	ASTM C177 -  Phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn thông lượng nhiệt ở trạng thái ổn định và tính chất truyền nhiệt sử dụng Guarded-Hot-Plate Apparatus (cho vật liệu dạng phẳng). ASTM C335 - Phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn đặc tính truyền nhiệt ở trạng thái ổn định của bảo ôn đường ống (dành cho vật liệu có thể đặt xung quanh ống thử nghiệm, đồng nhất hoặc không đồng nhất. ASTM C518 - Phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn đặc tính truyền nhiệt ở trạng thái ổn định sử dụng Heat Flow Apparatus.
Kích thước	ASTM C302 - Phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn cho mật độ và kích thước bảo ôn cách nhiệt kiểu bao phủ đường ống định hình sẵn. ASTM C450 - Tiêu chuẩn thực hành chế tạo vỏ bọc phụ kiên cách nhiệt cho kích thước đường ống tiêu chuẩn (NPS Piping), lớp bọc ngoài tàu (Vessel Lagging).  ASTM C585 – Tiêu chuẩn thực hành cho đường kính bên trong và bên ngoài của bảo ôn cách nhiệt rigrid cho ống kích thước tiêu chuẩn.
Độ ổn định kích thước	ASTM C356 - Phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn độ co rút tuyến tính của cách nhiệt nhiệt độ cao định hình sẵn. C547 - Tiêu chuẩn kỹ thuật cho bảo ôn đường ống sợi khoáng. - mục 11.1.7.4 (chống võng).
Độ bền cơ học	ASTM C165 – Phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn để đo tính chất nén của vật liệu cách nhiệt (phương pháp này không phù hợp với bảo ôn đường ống mà phù hợp với vật liệu cắt thành khối. ASTM C446 – Phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn độ bền (Breaking Load) và độ bền uốn đứt gãy (Modulus) của bảo ôn đường ống định hình sẵn. ASTM C421 – Phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn độ quay rối mài mòn (Tumbling Friability) của bảo ôn cách nhiệt đường ống khối đúc sẵn và bảo ôn cách nhiệt tấm che phủ đường ống sẵn.
Độ hấp thụ hơi nước	ASTM C1104/C1104M – Phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn để xác định độ hấp thụ hơi nước của vật liệu cách nhiệt sợi khoáng không tráng mặt.
Độ thẩm thấu hơi nước của lớp bọc tại nhà máy với môi trường ứng dụng	ASTM E96/E96M – Phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn đối với vật liệu truyền hơi nước.

 

Các thử nghiệm khác cho vật liệu cách nhiệt

Tính chất	Tiêu chuẩn ASTM tương ứng
Cháy lan	ASTM E84 – Phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn đặc tính cháy bề mặt của vật liệu xây tòa nhà. CAN/ULC-S102 –Phương pháp thử đặc tính cháy bề mặt của vật liệu xây dựng và lắp ráp tòa nhà.
Khả năng không bắt lửa	ASTM E136 –  Phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn tính chất vật liệu trong lò nung ống đứng tại 750°C. CAN/ULC-S114 – Phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn khả năng không bắt lửa của vật liệu tòa nhà.
Thử nghiệm bọt thủy tinh Cellular Glass	ASTM C240 – Phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn khối bảo ôn bọt thủy tinh. Tiêu chuẩn này bao gồm các phương pháp thử nghiệm về tỷ trọng, độ hút nước, độ bền nén, độ bền uốn, độ dẫn nhiệt và lựa chọn mẫu để phân tích hóa học.
Facing/Vapor Retarders	ASTM C1136

 

Phương pháp thử nghiệm ASTM cho lớp bề mặt

Độ bục (Burst Strength)	ASTM D774/D774M – Phương pháp thử nghiệm độ bục của giấy.
Độ bền kéo (giấy và bìa)	ASTM D828 – Phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn về độ bền kéo với giấy và bìa sử dụng thiết bị có tốc độ giãn dài không đổi
Độ bền kéo (tấm nhựa mỏng)	ASTM D882 – Phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn độ bền kéo của tấm nhựa mỏng.
Ổn định kích thước	ASTM D1204 – Phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn đối với sự thay đổi kích thước tuyến tính của tấm hoặc màng nhựa nhiệt dẻo Nonrigid ở Elevated Temperature.
Thấm hơi nước	ASTM E96 – Phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn đối với sự truyền hơi nước của vật liệu.
Lan truyền lửa	ASTM E84 – Phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn cho các đặc tính cháy bề mặt của vật liệu tòa nhà.

 

Tiêu chuẩn chế tạo ASTM

cách nhiệt ống bọt thủy tinh Cellular Glass

ASTM C1639 – Tiêu chuẩn kỹ thuật chế tạo bảo ôn bọt thủy tinh dạng ống.

 

Các tiêu chuẩn ASTM liên quan cho bảo ôn đường ống

Bảo ôn cách nhiệt tiếp xúc với thép không rỉ Austenitic	ASTM C795 – Tiêu chuẩn kỹ thuật cho bảo ôn cách nhiệt tiếp xúc thép không rỉ Austenitic
Đóng gói, vận chuyển ... Bảo ôn cách nhiệt tiếp xúc với thép không rỉ Austenitic	ASTM C929 – Tiêu chuẩn kỹ thuật đóng gói, vận chuyển, lưu kho, nhận và sử dụng Bảo ôn cách nhiệt tiếp xúc với thép không rỉ Austenitic
ăn mòn kim loại	ASTM C1617
Tần suất kiểm tra và kiểm soát chất lượng	ASTM C390 – Thực hành tiêu chuẩn để lấy mẫu và nghiệm thu  lô  bảo ôn.
	ASTM C449 - Tiêu chuẩn sợi khoáng thủy lực - đắp xi măng cách nhiệt và hoàn thiện.

 

ASTM C591 - Tiêu chuẩn cách nhiệt định hình sẵn Rigid Cellular Polyisocyanurate

Tiêu chuẩn đề cập chủng loại, tính chất lý học, kích thước của cách nhiệt định hình sẵn rigid cellular polyisocyanurate dùng cho bề mặt từ –183°C đến  149°C. Tùy theo ứng dụng cụ thể mà dải nhiệt độ tối đa sẽ được nhà sản xuất điều chỉnh theo ý người mua.

Tiêu chuẩn chỉ đề cập đến vật liệu cách nhiệt polyurethane được thay đổi gọi là polyisocyanurate. Tiêu chuẩn này không bao gồm các loại cách nhiệt polyurethane. polyisocyanurate, polyurethane và các loại vật liệu polyurethane khác được sử dụng cho các điều kiện khác nhau.

 Tiêu chuẩn chỉ đề cập đến tính chất vật liệu, không đề cập đến cách thiết kế. Tính chất vật lý sẽ phụ thuộc ứng dụng và nhiệt độ. Dưới (–51°C) cách nhiệt  polyisocyanurate sẽ có yêu cầu đặc biệt, người sử dụng phải thỏa thuận với nhà sản xuất khi sử dụng cách nhiệt dưới nhiệt độ này.

 Tiêu chuẩn đề cập đến cách nhiệt unfaced preformed rigid cellular polyisocyanurate sản xuất bằng tạo bột có khả năng suy giảm tầng ozon bằng 0 (ODP 0).