RO120002B1 - Procedeu şi instalaţie de termoizolare a cisternelor de cale ferată - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la un procedeu şi o instalaţie de termoizolare a cisternelor de cale ferată, destinate transportului de produse lichide, a apelor minerale, a soluţiilor apoase saline, acide sau bazice, de concentraţie mică sau medie (maximum 50% concentraţie), a hidrocarburilor alifatice, a produselor petroliere (petrol, combustibili, benzine, motorină) şi a uleiurilor minerale. Procedeul conform invenţiei constă în curăţirea, în prealabil, prin sablare, a suprafeţei metalice a unei cisterne aflată la o temperatură de minimum 15°C şi maximum 30°C, preferabil 20°-25°C, se pulverizează cu unamestec de două componente, înalt reactive, o componentă (A) poliolică şi o componentă (B) izocianică, într-un raport de debite de 1:1, aflate la 20°-40°C, preferabil 25°-30°C, pulverizarea amestecului reactiv, încă lichid, realizându-se cu aer comprimat, la o presiune de 4-10 bari, preferabil 5-7 bari, cu un utilaj de spumare, fix (6), în capul căruia se realizează amestecul celor două componente, iar cisterna efectuând, în timpul pulverizării, o mişcare de rotaţie cu o viteză periferică de 5-90 m/min, preferabil 10-50 m/min, şi o mişcare de translaţie, cu viteza 5-25 mm/sec, preferabil 8-20 mm/sec, după care se aplică 3-5 straturi succesive de spumă poliuretanică rigidă, şi se finisează suprafaţa stratului de izolaţie obţinut, cu un dispozitiv abraziv, rotitor, şi se acoperă suprafaţa finisată, cu o răşină poliuretanică, epoxidică sau poliesterică, conţinând un stabilizator UV pentru protecţia împotriva degradării fotochimice, datorată radiaţiilor ultraviolete. ŕ

Description

Invenția se referă la un procedeu și la o instalație pentru termoizolarea cisternelor de cale ferată, destinate transportului de produse lichide, a apelor minerale, a soluțiilor apoase saline, acide sau bazice de concentrație mică sau medie (max. 50% concentrație), a hidrocarburilor alifatice, a produselor petroliere (petrol, combustibili, benzine, motorină) și a uleiurilor minerale.

Este cunoscut faptul că spumele poliuretanice rigide sunt cei mai buni izolatori termici cunoscuți, comparativ cu materialele tradiționale, precum polistirenul expandat, vata de sticlă sau vata minerală.

Spumele poliuretanice rigide asigură aceeași eficiență a izolației termice la o grosime mult mai mică, ceea ce face ca acestea, deși costul lor este relativ ridicat, să fie deosebit de economice mai ales indirect, prin substanțiala economie de energie realizată. Spumele poliuretanice rigide asigură o excelentă izolație termică între 60 și 80‘C, fiind rezistente la apă dulce și de mare, soluții apoase acide și bazice de concentrații mici și medii, hidrocarburi alifatice, produse petroliere (petrol, combustibili, benzine, motorina etc.) și uleiuri minerale. Nu rezistă la soluții concentrate de acizi și baze (concentrații mai mari de 50%) și se gonflează sub acțiunea hidrocarburilor clorurate, cetonelor și esterilor.

Se cunosc utilizări ale spumelor poliuretanice rigide ca material de termoizolare pentru construcții (acoperișuri, pereți) pentru rezervoare de stocare produse chimice, pentru cisterne de transport produse lichide (alimentare sau chimice).

Se cunoaște că pentru cisternele de transport procedeul tradițional de izolare termică utilizează vata minerală ca izolator termic. Dezavantajele acestui procedeu constau în durata mare a procesului de realizare, necesitatea folosirii unor elemente de susținere a izolației și un gradient termic diferit în anumite zone ale izolației datorat grosimii variabile a stratului izolator.

Se mai cunoaște un procedeu de termoizolare a cisternelor de cale ferată, care se realizează manual, prin stropire. Stropirea se face cu un amestec înalt reactiv pe suprafața cisternei, grosimea de izolație realizîndu-se prin stropiri succesive. Dezavantajele stropirii cu mânuirea manuală a pistolului de stropire constau în realizarea unei suprafețe exterioare neuniforme a spumei, pierderi de material la netezirea suprafeței, durata mare de realizare a termoizolației, manoperă mare.

De asemenea, se mai cunoaște un procedeu de izolare a cisternelor prin spumare strat după strat, procedeu care constă în turnarea succesivă a amestecului de reacție lichid în spațiul constituit din suprafața exterioară a cisternei și o manta exterioară. Dezavantajul spumării strat după strat constă în faptul că instalarea mantalei exterioare este anevoioasă și nu se asigură etanșarea perfectă a spațiului.

Problema tehnică pe care o rezolvă invenția este de a obține un strat termoizolator din spumă poliuretanică pe suprafața exterioară a mantalei cisternelor de cale ferată, destinate transportului de lichide, utilizând un procedeu și o instalație eficiente.

Procedeul de termoizolare a cisternelor de cale ferată, conform invenției, elimină dezavantajele procedeelor cunoscute prin aceea că suprafața metalică a unei cisterne, curățată în prealabil prin sablare și aflată la o temperatură de min.15'C și max. 30‘C, preferabil 20-25’C,se pulverizează cu un amestec de două componente înalt reactive, o componentă A poliolică și o componentă B izocianică, într-un raport de debite de 1:1, aflate la 20-40*C, preferabil 25-30’C, pulverizarea amestecului reactiv, încă lichid, realizându-se cu aer comprimat la o presiune de 4-10 bari, preferabil 5-7 bari, cu un utilaj de spumare fix, în capul căruia se realizează amestecul celor două componente, iar cisterna efectuează în timpul stropirii o mișcare de rotație cu o viteză periferică de 5-90 m/min, preferabil 10-50 m/min,

RO 120002 Β1 și o mișcare de translație cu viteza 5-25mm/s, preferabil 8-20 mm/s, după care se aplică 3-5 1 straturi succesive de spumă poliuretanică rigidă, se finisează suprafața stratului de izolație obținut cu un dispozitiv abraziv rotitor și se acoperă suprafața finisată cu o rășină poliu- 3 retanică, epoxidată sau poliesterică conținând un stabilizator UV pentru protecția împotriva degradării fotochimice datorată radiațiilor ultraviolete. 5

Instalația conform invenției este alcătuită dintr-un utilaj fix de spumare, un sistem de ridicare-poziționare a cisternei pe un ansamblu de cărucioare de translație, pentru aducerea 7 cisternei în dreptul utilajului de spumare, cărucioarele fiind prevăzute cu niște blocuri de role ce susțin cisterna, în timpul operațiilor, prin intermediul unor virole, fixate pe aceasta, și cu 9 niște dispozitive de rotire a blocurilor de role și respectiv, un dispozitiv de translație a ansamblului de cărucioare, care asigură deplasarea cisternei în raport cu utilajul fix de 11 spumare.

Procedeul conform invenției prezintă următoarele avantaje:13

- termoizolarea cisternei se realizează într-un timp de circa 5 ori mai redus decât la spumarea manuală prin stropire;15

- calitatea suprafeței exterioare a spumei poliuretanice rigide este net superioară și mult mai uniformă;17

- în urma finisării suprafeței exterioare se pierde o cantitate de material de circa 4-

6%, de cîteva ori mai mică decât în cazul spumării manuale prin stropire, unde pierderile se 19 situează între 20 și 30 %;

- manopera necesară la instalarea izolației este foarte redusă.21 în continuare se dau 3 exemple de realizare a invenției, în legătură și cu fig. 1 ... 3, care reprezintă:23

-fig. 1, instalația de termoizolare a cisternelor de cale ferată cu spumă poliuretanică aplicată prin stropire;25

- fig. 2, vedere laterală a instalației de termoizolare;

- fig. 3, secțiune prin stratul izolator depus pe cisternă.27

Procedeul de termoizolare a cisternelor de cale ferată, conform invenției, constă în aplicarea unei spume poliuretanice rigide, destinată izolației termice a cisternelor, care se 29 obține prin reacția dintre doi componenți lichizi reactivi: o componentă A, constituită din polieteri polioli pentru spume poliuretanice rigide, care sunt compuși de adiție ai 31 propilenoxidului la polioli precum zaharoza, sorbită, glicerina, pentaeritrita, și o componentă B, care este un poliizocianat aromatic de tip difenilmetandiizocianat (MDI) brut. Componenții, 33 într-un raport de debite perfect controlat, sunt alimentați în capul (pistolul) de spumare al unui utilaj fix de spumare 6, unde sunt amestecați foarte eficient, într-un timp extrem de 35 scurt. Amestecul reactiv al celor doi componenți, care la simpla contactare încep să reacționeze rapid, este pulverizat în particule mici cu aer comprimat direct pe suprafața 37 metalică a cisternei 1. Pulverizarea se face cu ajutorul utilajului fix 6, în timp ce cisterna efectuează simultan mișcări de rotație și translație. Suprafața metalică a cisternei este în 39 prealabil pregătită, fiind curățată prin sablare.

După efectuarea acoperirii cu spumă a corpului cisternei, suprafața rezultată în urma 41 procesului de protecție are unele neregularități care se elimină prin utilizarea unui sistem abraziv rotativ de finisare. După finisarea suprafeței exterioare a termoizolației din spumă 43 poliuretanică, aceasta se acoperă cu un strat de rășină poliuretanică (sau epoxidică sau poliesterică) conținînd un stabilizator UV care are rolul de a proteja spuma poliuretanică 45 împotriva degradării datorată radiațiilor ultraviolete.

RO 120002 Β1

Exemplul 1. Se alimentează spuma poliuretanică rigidă, destinată izolației termice, obținută prin reacția dintre doi componenți lichizi reactivi, componenta A poliolică și componenta B izocianică, în capul de spumare al unui utilaj de spumare fix 6, la presiune ridicată, într-un raport volumetric al componentelor A și B de 1:1. Amestecul reactiv al celor doi componenți care, la simpla contactare, încep să reacționeze rapid, este pulverizat în particule mici, cu aer comprimat,la o presiune de circa 5-7 bari, direct pe suprafața metalică a cisternei.

Suprafața metalică a cisternei se pregătește în prealabil, fiind curățată prin sablare. Prin stropirea directă pe peretele cisternelor, polimerul poliuretanic în formare expandează și crește pe suprafața metalică la care aderă foarte bine, formându-se într-un timp scurt, un material solid cu o structură celulară uniformă, având majoritatea celulelor închise (spuma poliuretanică rigidă) care este un material polimeric compozit gaz-solid. Timpul de cremare (timpul în care amestecul componentei Ă și componentei B nu expandează încă fiind un amestec lichid) este de 8-10 s, iar timpul de creștere (timpul în care amestecul expandează cu formarea poliuretanului rigid și a structurii celulare, trecînd treptat de la o fază lichidă la una solidă) este foarte scurt, de 15-20 s.Temperatura optimă a celor două componente A și B pentru realizarea în bune condiții a spumării prin stropire (denumită tehnica spray) este situată în domeniul 25-30°C. Temperaturile mai mici micșorează reactivitatea la spumare, spuma fiind încă neîntărită poate curge pe pereții verticali, și mărește în mod nedorit viscozitatea celor două componente. De asemenea, un parametru important este și temperatura suprafeței metalice a cisternelor, care trebuie să aibă minimum 15'C pentru o bună aderență.

Pentru aplicarea procedeului se introduce cisterna 1, în prealabil pregătită, în spațiul de lucru cu ajutorul unor cărucioare de translație pe orizontală 2, și se poziționează sub un sistem de ridicare 4, se fixează niște virole 3 pe corpul cisternei și, cu ajutorul sistemului de ridicare 4, se suspendă cisterna.

Se îndepărtează din spațiul de lucru șasiul vagonului, iar sub corpul cisternei se poziționează ansamblul cărucioarelor de translație pe orizontală 2, după care se coboară cisterna astfel încât viralele 3 să se centreze pe niște blocuri de role 5, montate pe ansamblul cărucioarelor.

Se deplasează cisterna spre locul de spumare și se poziționează una din calotele sferice ale acesteia în dreptul capului de spumare al utilajului fix de spumare 6.

Pentru izolarea calotei sferice se coboară pistolul până la axa de simetrie a cisternei și se acționează dispozitivul de rotire a blocurilor de role concomitent cu pulverizarea amestecului de spumare, pistolul ridicându-se progresiv.

Se trece la izolarea suprafeței cilindrice a cisternei prin poziționarea pistolului de spumare la 0,3-0,5 m de suprafața de spumat și se acționează dispozitivele de rotire și translație concomitent cu pulverizarea spumei poliuretanice. Debitul pistolului de spumare este de 3,5 l/min. Cisterna efectuează simultan o mișcare de rotație cu o viteza periferică de 14,2 m/min și o viteză de translație de 9,43 mm/s. Spotul de spumă descrie pe corpul cisternei o traiectorie elicoidală.

Se izolează cealaltă calotă sferică, parcurgându-se etapele prezentate anterior. La o aplicare, grosimea stratului de spumă este de 1,3-1,5 cm. Timpul pentru aplicarea unui strat de protecție este de 0,3 h. Grosimea de izolație, determinată prin calcule de transfer termic, se realizează prin stropirea succesivă a 3-5 straturi.Suprafața rezultată în urma procesului de spumare are unele neregularități care se elimină cu ușurință prin utilizarea unui sistem abraziv, rotativ, de finisare. în urma acestei finisări a suprafeței exterioare se pierde o cantitate de material de aprox.5%.

RO 120002 Β1

După finisarea suprafeței exterioare a termoizolației din spumă poliuretanică rigidă, aceasta se acoperă cu un strat de rășină poliuretanică (se mai pot utiliza rășini epoxidice sau poliesterice) conținând un stabilizator UV, care, după întărire, protejează spuma poliuretanică la degradare fotooxidativă, datorită radiațiilor luminoase. Astfel protejată, izolația de spumă poliuretanică rigidă are o viață mai lungă decât o spumă rigidă, neprotejată.

Astfel realizată, spuma poliuretanică rigidă, aplicată în 3-4 straturi consecutive, are o grosime totală de 45-55 mm, o densitate de 45-55kg/m³, o rezistență la comprimare de 300-400 Kpa, o conductivitate termică scăzută de 0,026-0,03 W/mK și o bună aderență la suprafața metalică a cisternei.

Exemplele 2 și 3. Se procedează ca în exemplul 1, modificîndu-se doar cîțiva parametri de lucru. în tabelul de mai jos sunt prezentați parametrii de lucru pentru exemplele 1, 2 și 3, un exemplu de comparație și rezultatele obținute după realizarea termoizolației.

Exemplu	1	2	3	comparație
Diametru cisternă, m	2,4	2,2	2,2	2,2
Lungime, m	10	10	10	10
Debit utilaj de spumare, l/min	3,5	3,5	4	3,5
Viteza periferică de rotație a cisternei, mm/s,	14,2	14,4	16,25	—
Viteza de translație a cisternei, mm/s	9,43	10,4	11,76	-
Timp pentru aplicarea unui strat, h	0,3	0,27	0,236	6,6
Grosime strat, cm	1,3-1,5	1,3-1,5	1,3-1,5	1,3-2
Cantitate material, kg	62,3	56,7	56,7	76,6
Aspect	corespunzător	denivelat
Pierderi la netezire, %	5	5	5	30

Termoizolația din spumă poliuretanică rigidă, aplicată prin pulverizare, conform procedeului mai sus menționat, prezintă grosime uniformă și aspect de suprafață corespunzător.

Pierderile de material la netezirea suprafeței stratului termoizolant sunt de circa 5% față de 30%, în cazul spumării manuale.

Timpul de aplicare a unui strat de spumă conform procedeului este de circa 5 ori mai mic decât în cazul spumării manuale.

Claims (3)

Revendicări

1. Procedeu de termoizolare a cisternelor de cale ferată, prin acoperire cu un strat 39 de spumă poliuretanică rigidă, caracterizat prin aceea că suprafața metalică a unei cisterne, curățată în prealabil prin sablare și aflată la o temperatură de min. 15’C și max. 41 30°C, preferabil 20 - 25°C, se pulverizează cu un amestec de două componente înalt

RO 120002 Β1 reactive, o componentă (A) poliolică și o componentă (B) izocianică, într-un raport de debite de 1:1, aflate la 20 - 40’C, preferabil 25 - 30’C, pulverizarea amestecului reactiv, încă lichid, realizându-se cu aer comprimat la o presiune de 4 -10 bari, preferabil 5 -7 bari, cu un utilaj de spumare fix (6), în capul căruia se realizează amestecul celor două componente, iar cisterna efectuând, în timpul pulverizării, o mișcare de rotație cu o viteză periferică de 5 -90 m/min, preferabil 10-50 m/min, și o mișcare de translație cu viteza 5 -25 mm/s, preferabil 8 -20 mm/s, după care se aplică 3 - 5 straturi succesive de spumă poliuretanică rigidă, se finisează suprafața stratului de izolație obținut cu un dispozitiv abraziv rotitor și se acoperă suprafața finisată cu o rășină poliuretanică, epoxidică sau poliesterică, conținând un stabilizator UV pentru protecția împotriva degradării fotochimice, datorată radiațiilor ultraviolete.

2. Procedeu conform revendicăriil, caracterizat prin aceea că, inițial, capul utilajului de spumare (6) se situează la nivelul axei de simetrie a cisternei, pentru pulverizarea amestecului de spumat pe o calotă și, concomitent cu pulverizarea, se acționează dispozitivul de rotire a cisternei, capul ridicându-se progresiv până la o distanță de 0,3 -0,5m, pentru izolarea suprafeței cilindrice a cisternei, moment în care se acționează și dispozitivul de translație a cisternei, pentru izolarea celeilalte calote sferice parcurgându-se aceleași etape.

3. Instalație pentru aplicarea procedeului de la revendicarea 1, caracterizată prin aceea că este alcătuită dintr-un utilaj fix de spumare (6), un sistem de ridicare-poziționare (4) a cisternei (1) pe un ansamblu de cărucioare de translație (2), pentru aducerea cisternei în dreptul utilajului de spumare, cărucioarele fiind prevăzute cu niște blocuri de role (5) ce susțin cisterna (1), în timpul operațiilor, prin intermediul unor virole (3) fixate pe aceasta și cu niște dispozitive de rotire a blocurilor de role (5) și, respectiv, un dispozitiv de translație a ansamblului de cărucioare, care asigură deplasarea cisternei în raport cu utilajul fix de spumare (6).