• 22/05/2012

Effecten van betere isolatie in de chemische industrie

Aangezien de chemische industrie te maken heeft met toenemende internationale concurrentie, is het van groot belang dat ze gebruik maken van de bestaande mogelijkheden om energiekosten te besparen.

Trefwoorden: #chemische industrie, #isolatie

Lees verder

maint_art

Download het artikel in

Het verrassende is dat veel van deze mogelijkheden nog niet zijn aangeboord, terwijl de isolatiemaatregelen voor technische installaties relatief eenvoudig te implementeren zijn.

Veel technische installaties binnen de chemische industrie zijn al geruime tijd in gebruik. Bij het oorspronkelijke ontwerp was de isolatie vooral gericht op de veiligheid op het werk (persoonlijke bescherming), condensatiepreventie en procesbeheersing. Economische aspecten, energiezuinigheid en klimaatbescherming speelden nauwelijks een rol van betekenis, en dat had zichtbare en meetbare gevolgen.

Vandaag echter is bijvoorbeeld slechts 30 mm steenwolisolatie voor een 150 °C DN200 pijpleiding voldoende om onder de maximaal toegestane oppervlaktetemperatuur van 60°C te blijven. Het feit dat deze leiding met zo’n kleine isolatiedikte tot circa 150W/m2 warmteverlies genereert en daarmee gedurende zijn levensduur tot enorme kosten zou leiden, werd voorheen meestal genegeerd.

Brancheregelgeving voor energiebesparing?
Wanneer we de isolatiedikte binnen de industrie vergelijken met de algemeen geldende en aanbevolen isolatienormen voor de woningbouw, is het beeld grotesk te noemen. De standaard isolatiedikte in de spouwmuur voor nieuwbouwwoningen is momenteel circa 100 mm. Naar de toekomst wordt in energieneutrale woningen (zogenaamde passieve huizen) een isolatiedikte van 300 mm de norm.

Dit terwijl het temperatuurverschil tussen het binnen- en buitenoppervlak van het dak ‘slechts’ 20 tot 40°C bedraagt. In ons voorbeeld van de pijpleiding met 30 mm isolatie is het temperatuurverschil 130°C, ofwel drie- tot zesmaal zo hoog. Voor grote stoomketels is het verschil zelfs nog groter. Hoewel de stoom temperaturen van ruim 600°C bereikt, komt de isolatievereiste niet eens in de buurt van de 300 mm welke in de energieneutrale woningen bij 20°C wordt toegepast.

Een complete aanpak
Naast de kleine isolatiedikte voor leidingen of installatieonderdelen als ketels of tanks worden er eveneens hoge kosten veroorzaakt door warmteverliezen over installatiespecifieke onderdelen zoals appendages, flenzen, ophangingen en ondersteuningen. De gebruikelijke specificaties voor isolatiewerken schrijven een warmtestroomdichtheid (‘q’) voor van bijvoorbeeld 150 W/m of W/m².

Deze omvat echter alleen het warmteverlies dat ontstaat op het oppervlak van het geïsoleerde object, zoals de leiding in ons voorbeeld en houdt geen rekening met de installatiespecifieke warmteverliezen. Een eenvoudige voorbeeldberekening illustreert de impact van afzonderlijke variabelen (zie tabel onderaan).

De hierboven genoemde leiding heeft een lengte van 50 m. De warmtestroomdichtheid q is 150W/m. De leiding is geplaatst op 10 leidingondersteuningen die elk een verlies van 250W genereren. De leiding bevat drie appendages elk goed voor een warmteverlies van 350W. Het totale warmteverlies Q is gelijk aan 50m x 150W/m + 10 (leidingondersteuningen) x 250W + 3 (appendages) x 350W = 11,05kW. Dit komt overeen met een warmtestroomdichtheid van 221 W/m.

Isoleren loont!
Indien het doel is om het warmteverlies (Q) over deze leiding met 30% terug te brengen, dan is het niet toereikend om het warmtestroomdichtheid (q) door de isolatie te verlagen van 150 naar 105 W/m door bijvoorbeeld de isolatie dikte te verhogen (van 30 naar 50mm).

Hiermee zou het totale warmteverlies Q afnemen naar 8,8 kW en dit bespaart slechts circa 20%. Voor een totale besparing van 30% door uitsluitend de leidingisolatie te optimaliseren, mag de warmtestroomdichtheid q niet hoger zijn dan 83,7 W/m. In ons voorbeeld zou dit een verhoging van de isolatiedikte betekenen van 30 mm naar 70 mm.

In veel gevallen zal een zodanige verhoging van de isolatiedikte niet mogelijk zijn voor een bestaande installatie. Het zou in deze gevallen het beste zijn om de isolatie van de appendages te verbeteren of de leidingondersteuningen energetisch te optimaliseren. Het voorbeeld laat duidelijk zien dat er veel mogelijkheden voor verbetering zijn en dat er om te slagen een economisch evenwichtige combinatie nodig is van alle optimalisatiemaatregelen.

De impact van het isoleren van met name appendages begint inmiddels langzaam door te dringen. De daadwerkelijke inschatting van de specifieke warmteverliezen valt in de praktijk vaak tegen. Een interessante ontwikkeling op dit gebied is de Duitse norm VDI4610 die dit probleem duidelijker in kaart wil brengen. Deze is momenteel in ontwikkeling door het VDI. Naar verwachting is deze in 2012 gereed.

Forse energiebesparingen
Stoomleidingen vereisen een zeer goede isolatie om een hoog energierendement te behalen. Over één ding is men het vandaag de dag eens: er zijn binnen vrijwel alle energie-intensieve industriële processen waarbij materialen voor verder gebruik worden verhit, opgeslagen, getransformeerd of getransporteerd via leidingnetwerken, forse energiebesparingen mogelijk. Gezien de gestaag stijgende energieprijzen en het streven naar verlaging van de CO2-uitstoot is energiezuinigheid op dergelijke installaties een echte must. De isolatiesector levert een breed aanbod aan hoogwaardige en in de praktijk geteste oplossingen.

Bepaalde fabrikanten bieden alvast een breed assortiment hoogwaardige isolatieproducten van steenwol aan voor het isoleren van industriële installaties. Al deze producten zijn ontwikkeld met het oog op specifieke toepassingen, zoals leidingen, ketels en opslagtanks. << (foto’s: Rockwool Technical Insulation)
door Dipl.-ing. Andreas Nowoczin, Rockwool Technical Insulation

VDI 2055 is de belangrijkste richtlijn voor technische isolatie. Deze richtlijn dekt onder meer warmte- en koude-isolatie voor industriële- en gebouwsinstallaties en strekt zich uit tot bijvoorbeeld leidingen, kanalen en ketels, apparaten, machines en koelhuizen. ‘Verein Deutscher Ingenieure’ (VDI) is een organisatie van ingenieurs en wetenschappers. VDI werd opgericht in 1856 en is tegenwoordig een van de grootste ingenieursverenigingen van West-Europa.