Kryogeenisissä siirtojärjestelmissä alkuperäinen hankintahinta on vain yksi osa yhtälöä. Lyhyissä ja yksinkertaisissa asennuksissa perinteinen eristys voi silti olla käytännöllinen ratkaisu. Jatkuvassa teollisessa toiminnassa, erityisesti LNG:n, nestemäisen typen, argonin tai vedyn käsittelyssä, käyttöhäviöt ja huoltovaatimukset ovat kuitenkin yleensä tärkeämpiä kuin alkuperäiset laitekustannukset.

Vuosien varrella havaitsemiemme kenttäsovellusten perusteella tyhjiöeristetyt järjestelmät maksavat korkeamman alkuinvestoinnin yleensä takaisin noin 1,5–2 vuodessa käyttöolosuhteista, tuotteen arvosta ja putken pituudesta riippuen.

Miksi perinteisen eristyksen suorituskyky muuttuu ajan myötä

Perinteiset kryogeeniset eristysmateriaalit, kuten polyuretaanivaahto, solulasi tai perliitti, voivat tarjota hyväksyttävän lämmöneristyskyvyn uutena. Tyypillinen lämmönjohtavuus on usein välillä 0,015–0,030 W/m·K ihanteellisissa olosuhteissa.

Haasteena on, että kryogeeniset järjestelmät toimivat harvoin ihanteellisissa olosuhteissa pitkiä aikoja.

Kosteissa ympäristöissä kosteuden pääsyä on vaikea välttää kokonaan. Perliitti voi painua ajan myötä, ja vaahtoeriste voi kärsiä ikääntymisestä, puristuksesta tai mekaanisista vaurioista käytön ja huollon aikana. Joissakin sovelluksissa lämmöneristysominaisuudet heikkenevät merkittävästi useiden käyttövuosien jälkeen.

Nestemäisen typen tai LNG:n siirtolinjoissa jo suhteellisen pieni lämmönvuodon kasvu voi lisätä höyryn muodostumista huomattavasti. Pitkillä siirtomatkoilla tämä vaikuttaa suoraan tuotehäviöön ja järjestelmän tehokkuuteen.

Kunnossapito on toinen tekijä, jota joskus aliarvioidaan hankintavaiheessa. Kun eristys kyllästyy tai vaurioituu, korjaustyöt ovat usein työläitä, erityisesti ulkoasennuksissa tai toiminnassa olevien laitosten putkitelineissä.

Tyhjiöeristyksen lämpöominaisuuksien edut

Tyhjiöeristetyt putkistottoimii eri periaatteella. Tyhjentämällä rengasmainen tila korkeaan tyhjiöön, kaasun johtuminen ja konvektio vähenevät hyvin alhaisiksi. Säteilystä tulee ensisijainen jäljellä oleva lämmönsiirtomekanismi, jota minimoidaan monikerroksisen eristyksen avulla.

Vakaissa tyhjiöolosuhteissa efektiivinen lämmönjohtavuus voi tyypillisesti pysyä noin 0,0005–0,002 W/m·K välillä järjestelmän kokoonpanosta ja käyttölämpötilasta riippuen.

Käytännössä tällä lämpövuodon vähentymisellä voi olla mitattavissa oleva vaikutus haihtumishäviöihin. Esimerkiksi eräässä teollisuuskaasusovelluksessa, jossa siirrettiin nestemäistä argonia, haihtuminen väheni huomattavasti, kun perinteiset eristetyt putkistot korvattiin tyhjiöeristetyllä järjestelmällä. Tarkat säästöt riippuvat luonnollisesti virtausnopeudesta, käyttösuhteesta, ympäristöolosuhteista ja siirtomatkasta.

Pitkäaikainen tyhjiön vakaus on tärkeää

Yksi tärkeä ja usein unohdettu seikka on, että alipaineen laadun on pysyttävä vakaana ajan kuluessa.

Staattisten tyhjiöjärjestelmien suorituskyky voi vähitellen heiketä kaasun purkautumisen, tiivisteiden läpäisyn tai vuosien käytön aikana kertyneiden pienten vuotojen vuoksi. Vaikutus on yleensä hidas, mutta pitkäaikaisessa jatkuvassa käytössä sillä on merkitystä.

Tämän ratkaisemiseksi järjestelmämme voidaan varustaaDynaaminen tyhjiöpumppujärjestelmä, joka poistaa säännöllisesti tiivistymättömiä kaasuja rengasmaisesta tilasta ja auttaa ylläpitämään tyhjiön suorituskykyä käytön aikana.

Tämä lähestymistapa on erityisen hyödyllinen suurissa LNG-infrastruktuureissa, puolijohdelaitoksissa ja sovelluksissa, joissa on jatkuva käyttöjakso ja joissa pitkäaikainen terminen stabiilius on kriittistä.

Yhdessä aasialaisessa puolijohdetehtaassa tyhjiötaso pysyi alle 5 × 10⁻⁵ mbarissa useiden käyttövuosien jälkeen, vaikka tyhjiötä on huollettu säännöllisesti. Samankaltaisissa käyttöolosuhteissa jotkin perinteiset staattiset tyhjiöjärjestelmät saattavat lopulta vaatia tehtaan uudelleentyhjiöinnin.

Putken ulkopuoliset komponentit

Kryogeenisen siirtojärjestelmän suorituskykyä ei määritä pelkästään suoran putkiosan pituus.

Venttiilit, joustavat liitokset, vaihe-erottimet ja muut komponentit voivat myös olla merkittäviä lämmönlähteitä, jos niitä ei ole eristetty kunnolla.

Esimerkiksi tavanomaiset kryogeeniset venttiilien varret voivat luoda paikallisia kylmäsiltoja.Tyhjiövaippainen venttiiliSuunnittelut auttavat vähentämään tätä vaikutusta huomattavasti ja parantamaan järjestelmän kokonaislämpötehokkuutta.

Vaiheerottimetovat tärkeitä myös sovelluksissa, joissa höyryn muodostuminen vaikuttaa alavirran laitteiden vakauteen. Vety- ja LNG-järjestelmissä vakaan nesteen toimituksen ylläpitäminen voi auttaa vähentämään toiminnan vaihteluita ja pidentämään herkkien komponenttien huoltovälejä.

Hajautetuissa teollisuuskaasujärjestelmissä joustavat tyhjiöeristetyt letkut yhdistettynä pieniintyhjiöeristetyt varastosäiliötvoi myös yksinkertaistaa asennusta verrattuna täysin jäykkiin putkistoihin, erityisesti silloin, kun tila on rajallinen tai laitteita on siirrettävä.

Esimerkki kosteasta LNG-laitoksesta

Kaakkois-Aasiassa toteutetussa projektissa LNG-siirtoputkistoa asennettiin kuorma-autojen lastauslaitureiden lähelle korkean kosteuden rannikkoympäristöön. Alkuperäisessä järjestelmässä käytettiin vaahtoeristettyjä putkia.

Ajan myötä toistuva altistuminen kosteudelle aiheutti eristyksen heikkenemistä ja toistuvia huoltotöitä. Käyttäjän mukaan eristyksen vaihtaminen ja siihen liittyvä työvoima edustivat merkittäviä toistuvia kustannuksia laitoksen käytön aikana.

Järjestelmä päivitettiin myöhemmin tyhjiöeristetyillä putkistoilla ja joustavilla tyhjiöeristetyillä letkukokoonpanoilla, jotka oli kytketty keskitettyyn tyhjiöhuoltojärjestelmään.

Päivityksen jälkeen eristykseen liittyvät huoltotarpeet vähenivät huomattavasti ja toiminnan jatkuvuus parani. Vaikka tyhjiöeristetty järjestelmä vaati suurempia alkuinvestointeja, operaattori arvioi, että pitkän aikavälin käyttö- ja ylläpitokustannukset olivat huomattavasti alhaisemmat suunnitellun käyttökauden aikana.

Kokonaiskustannusten arviointi pelkän ostohinnan sijaan

Hankintatiimeille pelkästään ensimmäisen päivän laitekustannusten arviointi voi joskus antaa epätäydellisen kuvan järjestelmän kokonaistaloudellisuudesta.

Monissa jatkuvissa kryogeenisissä sovelluksissa vuosien aikana kertyvällä lämpövuodolla on suora vaikutus energia- ja tuotekustannuksiin. Ero tulee näkyvämmäksi siirtomatkan ja käyttötuntien kasvaessa.

Järjestelmämme on suunniteltu ASME B31.3- ja EN 13458 -standardien vaatimusten mukaisesti.Tyhjiöeristetty putkiOsia on saatavana 304- ja 316L-ruostumattomasta teräksestä valmistettuina kokoonpanoina, ja niissä on laajenemisen kompensointi, joka on suunniteltu toistuvia lämpösyklejä varten.Joustava letkuKokoonpanot voidaan konfiguroida myös korkeampiin käyttöpaineisiin projektin vaatimuksista riippuen.

Todellinen suorituskyky ja sijoitetun pääoman tuotto vaihtelevat projektikohtaisesti, minkä vuoksi lämpöanalyysin tulisi mieluiten perustua todellisiin käyttöolosuhteisiin eikä yksinkertaistettuihin oletuksiin.

Kun perinteinen eristys voi silti sopia

Perinteinen eristys on tietyissä tilanteissa edelleen järkevä vaihtoehto.

Hyvin lyhyissä putkilinjoissa, tilapäisissä asennuksissa tai ajoittaisessa käytössä, jossa vuotuinen käyttöaste on alhainen, tyhjiöeristyksen lisäkustannukset eivät aina ole taloudellisesti perusteltuja.

Jatkuvassa tai tehokkaassa kryogeenisessä käytössä olevassa pysyvässä infrastruktuurissa tyhjiöeristetyt järjestelmät ovat kuitenkin usein edullisempia, kun niitä arvioidaan koko käyttöiän aikana.