چگونه یک عایق مناسب انتخاب کنیم؟

انتخاب یک سیستم عایق کاری مناسب با توجه و بر طبق موارد زیر انجام می گیرد.

کارآ بودن بهینه
وسعت سیستم
مسائل عمومی

به طور کلی باید سیستم را شناخت. مثلاً عایقی که در هوای آزاد استفاده می شود با نوع عایقی که در قسمت های درونی مورد استفاده قرار می گیرد فرق دارد.

دما
پایداری مکانیکی
مقاومت در برابر تجزیه شدن
کارآیی حرارتی
نوع و ابعاد سیستمی که مورد عایق کاری قرار می گیرد.
سازگاری اجزاء سیستم
وزن کلی سیستم
میزان آسیب رسانی به سلامتی

امروزه عایق های دارای آزبست به دلیل آسیب هایی که به سلامتی افراد می رسانند مورد استفاده قرار نمی گیرند.

مسائل خوردگی
مسائل آتش زایی

در انتخاب پوشش مناسب نظیر دما، مقاومت سایشی، نوع سرویس، نفوذ آب و … باید مورد توجه قرار گیرند. پوشش ها هر 10 الی 15 سال یک بار بایستی مورد تعویض قرارگیرند.

انتخاب بر اساس محدوده دمای کاری:

از نقطه نظر مصرف کننده عایق، حد حرارتی بالا یا ظرفیت حرارتی عایق مهم ترین عامل طبقه بندی عایق هاست. که به ترتیب زیر کلاسه بندی می شوند.

1- درجه حرارت بالای 2000 درجه فارنهایت

در این درجه حرارت و بالاتر از آن مواد نسوز سرامیکی و عایق های انعکاسی مورد استفاده قرار می گیرند. مواد نسوز از محدوده آجر های ضد آتش ارزان قیمت تا محلول های فوم خالص مثل آلومینیا، دامنه مصرف دارد.
مواد نسوز به طور عمده دارای استحکام و استقامت بالا، هزینه نصب بالا، و راندمان حرارتی پایین می باشند. به هر حال مواد نسوز در شرایط محیط خیلی گرم، سطوح بزرگ و صاف، بالاخص جائیکه سازه دستگاه یا ظرف مورد نظر قرار گرفته باشد معمولاً ارزانترین عایق کاری است. در این گونه موارد طراحان معمولاً از مواد نسوز یا عایق های دانه ای که بتوان به راحتی در محل تزریق نمود استفاده می کنند.
عایق های انعکاسی در مواردی که تشعشع عامل اصلی انتقال حرارت باشد مورد استفاده قرار می گیرد. این نوع عایق کاری نیاز به مهندسی بسیار دقیق داشته و برای کاربرد های درجه حرارت خیلی بالا استفاده می شود.
معمولاً هزینه مواد بسیار بالا و هزینه کارگر و نیروی انسانی کم تر است . درحقیقت یکی از محاسن این نوع عایق کاری این است که براحتی قابل جابه جایی، جهت بازرسی و تعمیر هستند. هزینه نصب عموماً از 2 الی 5 دلار در هر فوت مربع و یک ایننج صخامت متغیر است.

2- درجه حرارت های 1200 الی 2000 درجه فارنهایت

در این محدوده درجه حرارت نیز عایق های انعکاسی و مواد نسوز کاربرد دارند. ولی به طور عموم عایق هایی با راندمان سرامیک ها یا خاک پرلیت و دیاتمی در مواقع پرکردنی هستند.
در تجارت انی محصولات به محصولات سخت اطلاق می شود و در پانلهایی به شکل و در ابعاد 12*12*1 اینچ مکعب مستطیل ساخته و به بازار عرضه می گردند. بدیهی است در این حالت مقاومت و استحکام مکانیکی محدود شده و فقط مقاومت جهت خود گیری و نگهداری خود عایق مد نظر می باشد. در مقایسه با مواد نسوز این عایق ها راندمان حرارتی بهتر و هزینه نصب کمتری دارند. به طور معمول مابین 25/1 تا 3 دلار است.
همچنین طراح باید خواص مهم عایق از جمله چروک خوردگی در حرارت های بالا و تمایل به واکنش شیمیایی در محیط را در نظر بگیرند.
عایق های سیلیکات کلسیم و یا پتو های Resin Bonded Wool در محدوده این حرارت کاربرد وسیعی دارند که گذشته از راندمان بالا خواص آن ها با هم متفاوت است.
سیلیکات کلسیم، محصول سخت و خشکی اس که در پانل های متعدد عرضه می شود و علی رغم استحکام در برابر شکست، بسیار ترد و شکننده هستند و معمولاً در حمل و نقل و نصب، خرد و شکسته می شوند ولی براحتی قابل تعیر هستند.
مینرال وول که به صورت پتویی عرضه می شوند از محدوده دانسیته 5/2 الی 12 پوند بر فوت مکعب ساخته می شوند. لایه های سخت و لایه های قابل ارتجاع نیز ساخته می شوند. مینرال وول عموماً به صورت صاف، سفارش شده و در محل کارگاه یا کارخانه به شکل ها ی مختلف از جمله برای لوله ها و برج ها، شکل و فرم داده می شوند. هزینه آن کمتر از سیلیکات کلسیم است و شکنندگی آن را نیز ندارند.
این دو نمونه عایق، معمولاً برای درجه حرارت ها ی بالا و برای دستگاه های توربین، برج های تقطیر، بویلر ها و کانال های هوای گرم استفاده فراوان دارد.

3- حرارت های زیر 600 درجه فارنهایت

در این محدوده حرارتی به طور تقریبی 80 درصد از عایق پشم شیشه الیافی در صنایع استفاده می شود. این محصول در فرم های مختلف و دانسیته های مختلف و خواص فیزیکی متعدد و متفاوت ساخته و عرضه می گردد. آن ها فوق العاده مفید بوده و با روکش های مختلفی تولید و عرضه می گردند. نصب آن ها سریع و ارزان بوده و در بعضی موارد نیاز به نگهدارنده های اسکلت فلزی دارند. معمول ترین فرم آن، رول پتویی با دانسیته پایین است.
محصولات متعدد دیگری از جمله سلولزی Macerated Paper و فوم های پلاستیکی در محدود زیر 300 در جه فارنهایت استفاده دارد سلولارگلاس و یورتان در سردخانه، سیستم تبدیل و مخازن سرد، مورد استفاده قرار می گیرند.

مواد مناسب جهت عایق کاری در دماهای مختلف:

محدوده حرارتی بالا 1000 تا 1600 درجه فارنهایت

این محدوده مواد، که بیشتر نزدیک به مواد نسوز هستند از درجه حرارت 1600 درجه شروع می شوند. با بالا رفتن درجه حرارت تعداد و تنوع آن ها کم می شوند. بهترین انواع این مواد عبارت است از:
• الیاف معدنی 1000 درجه تا 1900 درجه فارنهایت
• سیلیکات کلسیم 1200 الی 2000 درجه فارنهایت
• سیستم های فویل چند لایه در خلاء برای حرارت تا 2500 درجه فارنهایت
• الیاف سرامیکی به پایه اکسید آلومینیوم و سیلیس برای حرارت های 1600 الی 2600 درجه فارنهایت
• مواد ریختگی نسوز از نوع سرامیکی برای 2000 الی 3000 درجه فارنهایت
• الیاف اکسید آلومینیوم و ZrO2 برای 2800 الی 3000 درجه فارنهایت
• آجر های سرامیکی نسوز برای 2000 الی 3200 درجه فارنهایت
• الیاف کربنی تا 3600 درجه فارنهایت

محدوده زیر صفر 150 تا 455 درجه فارنهایت

عایق های مورد استفاده در این محدوده به دو دسته Vacuum و Massive تقسیم می شوند.
سیستم خلاء شامل ورقه پولیش شده در حد عالی، که در فضای بین آن ها خلاء ایجاد می کنند به طور معمول طراحی و نصب می گردند.
سیستم توده ای، شامل توده های جرمی مختلف که توسط گاز یا هوای خشک توزیع و پخش شده و در مجموع یک سیستم با هدایت حرارتی پایین ایجاد می کند. تئوری عایق کار خلاء در دیواره دو جداره در حقیقت مبتنی بر خلاء بین دو جداره و انتقال حرارت از طریق تشعشع است. بدون وجود گاز در جداره، انتقال گرما به طور عموم توسط تشعشع صورت می گیرد. پوشش دادن سطح داخلی جداره گرم، انتقال حرارت را متناسب با میزان تشعشع کاهش می دهد.
پودر های عایق از جمله پرلیت منبسط شده سیلیس، کربن دوده و سلیکات کلسیم به عنوان مواد پرکردنی بین دو جداره بکار گرفته شده و بعداً هوای داخل مکیده می شود. سیستم چند جداره شامل فویل آلومینیوم که بوسیله مواد پرکن با هدایت حرارتی پایین بین آنها پر می شوند مثل الیاف شیشه به عنوان عایق های انعکاسی مورد استفاده قرار می گیرند.

محدوده درجه حرارت 212 تا 150 درجه فرانهایت

بعضی از انواع سیستم های خلاء در محدوده پایین یعنی 150 درجه فارنهایت استفاده می شود ولی اکثراً از فوم ها در این گونه موارد استفاده می شود.
مسئله اصلی در این محدوده، نفوذ، حفاظت در برابر آتش و انتقال حرارت در درجه حرارت های پایین است. از آنجایی که هزینه سرد خانه ها بیش از هزینه تولید گرما (عایق کاری) می باشد بنابراین کاربرد عایق در سرویس ها ی زیر بیشتر توجیه پذیر است.
مسئله رطوبت: در محدوده درجه حرارت های پایین مهمترین مسئله مشکل رطوبت است. نفوذ پذیری آب برای تعدادی از مواد در زیر آمده است.
نفوذ بخار آب می تواند به طور غیر مترقبه ای هدایت حرارتی عایق را افزایش دهد. مهاجرت بخار تا زمانی که تبدیل کندانس نشده مسئله مهمی نیست. در این جا است که غلاف بخار نقش مهم و اساسی در کارکرد صحیح عایق بازی می کند. البته خواص عایق را دگرگون می سازد، بالاخص در سرویس های سرد و زیر صفر، لذا حفاظها نقش مهمی در حفظ عایق به عهده دارند.

محدوده حرارتی 222 تا 1000 درجه فارنهایت

این محدوده حرارتی از زمره شرایط حرارتی خاصی است که اکثر فرآیندهای شیمیایی و پتروشیمی و در نیروگاه هیا بخار در این محدوده کار می کنند. مهم ترین نوع عایق استفاده شده در این دریگر عایق ها در این محدوده حرارتی :
• سیلیکات کلسیم
• سیلیس دیاتمی
• شیشه سلولی ( تاحدود 850 درجه فارنهایت)
• الیاف شیشه ای با مواد چسبی در درجه حرارت های بالا
• کربنات منیزیم با آزبست یا الیاف دیگر ( تا حدود 600 درجه فارنهایت)
• پشم سنگ یا الیاف پشمی
• پرلیت منبسط شده
• سیستم های ورقه ای فلزی منعکس شده
عامل انتخاب در این محدوده حرارتی هدایت حرارتی است، که معروفترین و پر استفاده ترین آن ها را مورد تحث قرار می دهیم.

1- سیلیکات کلسیم:

ماده ایست که از مخلوط آهک و سیلیس مسلح با الیاف آلی و غیر آلی بدست می آید و در شکل های مختلف ریخته می شود.
محدوده حرارتی کاربرد آن از 100 الی 1500 درجه فارنهایت است. استحکام بدنی بسیار خوب و مقاومت فشاری نسبتاً بالایی دارد.
سیلیکات کلسیم دارای مشخصات فنی جهت پیشگیری از خوردگی فولاد های زنگ نزن می باشد. آن ها در فرم های نیمدایره و ربع دایره برای لوله ها و به شکل پانل هیا مختلف عرضه می گردند.

2- الیاف معدنی:

که شامل سنگ و سرباره متصل شده به یکدیگر با ماهده اتصال ضد گرما است. حد بالایی حرارت تا 1200 درجه فارنهایت می باشد. این ماده بطور معمول خنثی است مقاومت فشاری کمتر از سیلیکات کلسیم داشته و در شکل های پیش ساخته برای لوله ها و مخازن و ظرفیت و همچنین به شکل پتو برای سطوح ناصاف ساخته و عرضه می شود.

3- سیلیس یا پرلیت منبسط شده :

در اشکال مختلف کاربرد های متعددی از سرویس های بسیار سرد تا حرارت های 1200 درجه فارنهایت دارد. در بعضی موارد با برخی ویژگی ها، محصولات خاص شیشه تا درجه حرارت 1800 درجه فارنهایت کاربرد دارند. از شکل های متداول، مانند پتوئی از الیاف بدون رزین یا با رزین، پانل های نیمه سخت(تا 850 درجه)، شکل های پیش ساخته برای لوله ها و فوم یا به شکل سلولی جهت کاربرد سرویس های سرد می باشند.
شیشه دارای درجه جذب بخار بسیار پایینی است و به آسانی خشک می شود. بعد از خشک شدن مقاومت وخواص حرارتی خود را باز می یابد. به دلیل پایین بودن کلراید، اجازه استفاده در آلیاژ های استیل را می یابد.