Теплоизоляция. Теплоизоляционные работы

Теплоизоляционные материалы

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

При монтаже и в процессе эксплуатации теплоизоляционные материалы в конструкции подвергаются температурным, влажностным, механическим, в том числе вибрационным, воздействиям, что определяет перечень предъявляемых к ним требований

Физико-технические свойства теплоизоляционных материалов оказывают определяющее влияние на энергоэффективность, эксплуатационную надежность и долговечность конструкций промышленной тепловой изоляции, трудоемкость их монтажа, возможность ремонта в процессе эксплуатации.

Основными показателями, характеризующими физико-технические и эксплуатационные свойства теплоизоляционных материалов являются: плотность, теплопроводность, температуростой-кость, сжимаемость и упругость (для мягких материалов), прочность на сжатие при 10 %-ной деформации (для жестких и полужестких материалов), вибростойкость, формостабильность, горючесть, водостойкость и стойкость к воздействию химически агрессивных сред, содержание органических веществ и биостойкость.

Теплопроводность теплоизоляционного материала при прочих равных условиях определяет необходимую толщину теплоизоляционного слоя, а следовательно, и нагрузки на изолируемый объект, конструктивные и монтажные характеристики теплоизоляционной конструкции. Теплопроводность возрастает с повышением температуры. Расчетные значения теплопроводности мягких и полужестких теплоизоляционных материалов в конструкции определяются с учетом степени их монтажного уплотнения, шовности конструкции, наличия крепежных деталей.

Температура применения теплоизоляционных материалов, оклеенных с одной или двух сторон фольгой, стеклохолстом или крафт-бумагой, определяется с учетом температуростойкости материалов, применяемых для оклейки и клеевого соединения. Учитываются линейная усадка при нагреве, потеря прочности на сжатие и потеря массы при нагревании, степень выгорания связующего.

При выборе теплоизоляционного материала учитывают прочностные и деформационные характеристики изолируемого объекта, расчетные допустимые нагрузки на опоры и другие элементы изолируемой поверхности. Так, при изоляции пластмассовых трубопроводов, с учетом пластичности материала трубопровода при повышенных температурах, наиболее эффективны материалы низкой плотности.

При изоляции стальных вертикальных резервуаров для хранения воды, нефти и нефтепродуктов допустимая нагрузка от изоляции ограничивается значениями 32—34 кг/м2.

Требования пожарной безопасности определяют выбор теплоизоляционного материала и конструкции в соответствии с нормами технологического проектирования соответствующих отраслей промышленности с учетом положений СНиП 2.04.14-88 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов».

Для таких отраслей промышленности, как газовая, нефтехимическая, химическая, производство минеральных удобрений, ведомственные нормы допускают применение только негорючих и трудногорючих материалов в составе теплоизоляционных конструкций.

При выборе материалов теплоизоляционного слоя и защитного покрытия для теплоизоляционных конструкций учитывается поведение теплоизоляционной конструкции в целом в условиях пожара.

Пожарная опасность теплоизоляционных конструкций наряду с другими факторами зависит от горючести и температуростойкости защитного покрытия, его механической прочности в условиях огневого воздействия.

Негорючие или трудногорючие волокнистые теплоизоляционные материалы при определенных условиях могут поглощать горючие вещества (нефтепродукты, масла и др.), которые влияют на горючесть конструкции и способны самовоспламеняться, что также учитывается при проектировании.

Долговечность теплоизоляционного материала зависит от особенностей конструкции, месторасположения изолируемого объекта, режима работы оборудования, агрессивности окружающей среды, механических нагрузок, наличия вибраций. Долговечность теплоизоляционного материала и теплоизоляционной конструкции в целом в значительной степени определяется долговечностью защитного покрытия.

Санитарно-гигиенические требования особенно важны при проектировании объектов с технологическими процессами, требующими высокой чистоты, например в микробиологии, радиоэлектронике, фармацевтической промышленности. В этих условиях применяются материалы или конструкции, не допускающие загрязнения воздуха в помещениях.

Конструктивные решения тепловой изоляции и расчетные характеристики теплоизоляционных конструкций определяются параметрами изолируемого объекта, назначением тепловой изоляции, условиями эксплуатации теплоизоляционных конструкций и характеристиками используемых в конструкции теплоизоляционных и защитно-покровных материалов.

В конструкциях тепловой изоляции промышленного оборудования с температурой 20 °С и ниже допускается применение только гидрофобизированных теплоизоляционных изделий.

Тепловая изоляция промышленных трубопроводов помимо функций энергосбережения обеспечивает возможность проведения технологических процессов при заданных параметрах, позволяет создать безопасные и комфортные условия работы обслуживающего персонала на производстве, обеспечивает транспорт тепла от источника до потребителя, предотвращает замерзание холодной воды в трубопроводах в зимнее время года, позволяет хранить сжиженные и природные газы в изотермических хранилищах, обеспечивает снижение энергозатрат на отопление зданий и сооружений.

Энергоэффективность теплоизоляционных конструкций, их надежность и долговечность прежде всего зависят от эксплуатационных характеристик теплоизоляционных материалов, применяемых в конструкциях в качестве теплоизоляционного слоя.

Номенклатура отечественных теплоизоляционных материалов, предназначенных для тепловой изоляции трубопроводов, не слишком разнообразна и представлена традиционно применяемыми матами минераловатными прошивными безобкладочными или в обкладках из металлической сетки, стеклоткани или крафт-бумаги с одной или двух сторон ГОСТ 21880-94, ТУ 36.16.22-10-89, ТУ 34.26.10579—95 и др.), изделиями минераловатными с гофрированной структурой для промышленной тепловой изоляции  (ТУ 36.16.22-8-91), плитами теплоизоляционными минераловатны-ми на синтетическом связующем плотностью от 50 до 125 кг/м (ГОСТ 9573-96), изделиями из стеклянного штапельного волокна на синтетическом связующем (ГОСТ 10499-95). Для изоляции трубопроводов с температурой до 130 "С применяются скорлупы из трудногорючего фенольно-резольного пенопласта ФРП-1 (ГОСТ 22546-77) и скорлупы из пенополиуретана. Для изоляции трубопроводов с температурой от 400 до 600 С в качестве первого слоя многослойной теплоизоляционной конструкции применяются жесткие формованные известково-кремнеземистые изделия (скорлупы и сегменты по ГОСТ 24748-81) и перлитоцементные скорлупы (ТУ 36.16.22-72-96).

Высокими монтажными и эксплуатационными свойствами характеризуются минераловатные цилиндры для трубопроводов диаметром от 18 до 273 мм при толщине теплоизоляционного слоя от 2<SSo мм, выпускаемые по ТУ 5762-010-45757203-01 ЗАО «Минвата» (г. Железнодорожный Московской области).

Наряду с высокотехнологичными теплоизоляционными конструкциями для трубопроводов на основе формованных изделии (цилиндры, полуцилиндры, сегменты) из минеральной и стеклянной ваты, для изоляции трубопроводов находят применение и менее индустриальные конструкции, требующие больших трудозатрат при монтаже, на основе полотна холстопрошивного стекловолок-нистого ПСХ-Т (ТУ 6-48-97-93) или иглопробивного ИПС-Т-1000 (ТУ 6-00209775.051-95), теплоизоляционных шнуров (1ОС1 1 / /У-83, ТУ 34-26-10258-86) или безобкладочных минераловатных или стекловолокнистых матов.

Для трубопроводов холодной воды и трубопроводов с отрицательными температурами теплоносителя из теплоизоляционных материалов отечественного производства применяются заливочный пенополиуретан(ОСТ6-55-455-90)искорлупы из пенополир(ма ПСБ-С. Оба материала относятся к группе горючих. Для этой цели используются также конструкции на основе мине-паловатных и стекловолокнистых материалов с пароизоляционным слоем, характеризующиеся невысокой теплотехнической эффективностью и долговечностью.

Высокими эксплуатационными и монтажными свойствами обладают упомянутые выше цилиндры производства ЗАО «Минеральная Вата» (ТУ 5762-010-45757203-01). Очевидные преимущества этих изделий (формостабильность, низкая теплопроводность, по-жаробезопасность, индустриальность в монтаже, надежность в эксплуатации и долговечность) в конечном итоге, несмотря на относительно высокою стоимость, должны привести к росту применения этих изделий для изоляции трубопроводов промышленных предприятий, тепловых сетей канальной прокладки и трубопроводов горячего водоснабжения, в том числе в подвалах и на чердаках жилых и общественных зданий. Следует указать, что трудозатраты и сроки монтажа конструкций с применением цилиндров существенно ниже, чем конструкций с применением рулонных и шнуровых теплоизоляционных материалов, что в значительной степени компенсирует высокую стоимость самого теплоизоляционного материала. Применение изделий высокого качества обеспечит высокую эффективность теплоизоляционных конструкций без дополнительных затрат на ремонт в течение срока, соизмеримого со сроком службы трубопроводов.

Для изоляции трубопроводов диаметром 273 мм и более ЗАО «Минвата» производит гидрофобизированные маты из минеральной ваты на синтетическом связующем марки «ТЕХ МАТ» (ТУ 5762-007-4575203-00).

Теплоизоляционные изделия из стеклянного штапельного волокна, характеризующиеся низкой плотностью и температурой применения до 180 °С, рекомендуется применять для трубопроводов надземной прокладки, в том числе тепловых сетей.

Перспективными материалами для этой цели являются теплоизоляционные изделия «URSA», которые выгодно отличаются умеренной ценой и высоким качеством.

Улучшение качества отечественных минераловатных теплоизоляционных материалов связано с модернизацией существующих производств, введением новых технологических линий, использованием качественного сырья, отказом от применения в производстве доменных шлаков. Реализация этих мероприятий позволяет наладить производство высококачественных изделий из минеральной ваты из горных пород с толщиной волокна 5—6 мкм. Такие изделия выпускаются Волгоградским заводом теплоизоляционных изделий АО «Термостепс», ЗАО «Минеральная Вата», Назаровским ЗТИ (Красноярский край), АООТ «Тизол» (г. Нижняя Тура). Высокое качество имеют и изделия, выпускаемые на одном из лучших заводов по производству минераловатных изделий «Изоплит» (г. Тверь).

Результаты теплофизических испытаний этих материалов показывают, что они имеют коэффициенты теплопроводности существенно ниже значений, указанных в государственных стандартах и технических условиях на эти материалы.

При подземной бесканальной прокладке трубопроводов тепловых сетей наряду с традиционными видами изоляции из армопенобетона, битумоперлита и битумовермикулита, имеющими относительно высокие коэффициенты теплопроводности, все более широко внедряется высокоэффективная теплоизоляция из заливочного пенополиуретана в конструкциях типа «труба в трубе» с прочной оболочкой из полиэтилена. Наиболее широкое применение эти конструкции получили в г. Москве [84].

Тепловые сети ОАО «Мосэнерго» с 1995 года начали вести бесканальную прокладку теплотрасс с предызолированными в заводских условиях трубопроводами в ППУ-изоляции. К настоящему времени тепловые сети Мосэнерго имеют на балансе более 200 таких теплотрасс протяженностью от нескольких десятков метров до нескольких километров с общей протяженностью трубопроводов более 100 км. Примерно такое же количество теплотрасс находится на стадии проектирования и монтажа.

Бесканальная прокладка осуществляется по технологиям трех основных фирм: это датское отделен ие компании «АББ АЙ СИ Мюллер» (ABB Alstom Power), совместное американско-российское предприятие «Мосфлоулайн» и немецкая фирма «Маннесман-Зейферт». Подземные бесканальные теплотрассы с ППУ-изоляцией в сравнении с канальной и бесканальной прокладкой с использованием традиционных теплоизоляционных материалов обеспечивают значительное снижение тепловых потерь и увеличение ресурса эксплуатации трубопроводов за счет предотвращения или снижения интенсивности процессов коррозии на наружной поверхности трубы.

Как известно, процессы коррозии интенсивно протекают при контакте металлических поверхностей с водой, содержащей растворенный кислород. Снижение интенсивности коррозии наружной поверхности трубы достигается за счет надежной герметизации ППУ-изоляции, а внутренней — путем снижения концентрации кислорода в сетевой воде.

Нанесение ППУ-изоляции на трубы и запорное оборудование в заводских условиях, а также строгое соблюдение технологии изоляции сварных швов при прокладке трубопроводов гарантируют надежную гидроизоляцию трубопроводов. Для контроля надежности этой изоляции в процессе эксплуатации теплотрассы трубопроводы оборудованы системой сигнализации (система оперативного дистанционного контроля). Непрерывный контроль технического состояния подземных бесканальных теплотрасс позволяет оперативно устранять повреждения ППУ-изоляции, сократить продолжительность контакта наружной поверхности трубы с грунтовыми водами, что в конечном итоге ограничивает до минимума интенсивность коррозионных процессов на наружной поверхности труб.

Проблемы коррозии внутренней поверхности труб определяются в основном водно-химическим режимом и свойствами металла, из которого изготовлен трубопровод.

В системе Мосэнерго существуют нормы, которые регламентируют основные показатели качества сетевой и подпиточной воды, обеспечивающие минимальную интенсивность коррозионных процессов. Нормируемыми показателями являются: общая жесткость, щелочность, содержание растворенного кислорода, показатель рН.

Свойства металла труб, используемых в тепловых сетях, должны соответствовать требованиям, предъявляемым к трубопроводам, работающим при повышенных температурах (до 150 °С) и давлениях (до 2,5 МПа). В нашей стране наиболее часто для трубопроводов теплосетей используется сталь марки Ст.З. Реже применяются стали марок Ст. 10, Ст. 15, Ст.20.

Характерные неисправности, классифицированные при статистическом анализе работы теплотрасс с ППУ-изоляцией, в основном сводятся к следующим: коррозионные повреждения стальных труб; дефекты сварных швов; дефекты заделки муфт с ППУ-изоляцией; неисправности в компонентах систем контроля и механические повреждения ППУ-изоляции. Опыт эксплуатации таких теплотрасс в тепловых сетях Мосэнерго показал, что основную долю неисправностей (до 90%) составляют механические повреждения ППУ-изоляции, связанные с внешним механическим воздействием при проведении различного рода земляных работ. При правильной организации строительно-земляных работ и исключении механических повреждений бесканальная прокладка предварительно изолированных в заводских условиях трубопроводов дает несомненный технический и экономический эффект.

Введение новых норм тепловых потерь для трубопроводов тепловых сетей потребовало практически повсеместного перехода на более эффективную ППУ-изоляцию. Реализация новых норм в практике привела к необходимости отказа от таких традиционных для России теплоизоляционных материалов, как битумокерамзит и битумоперлит, а также часто к необходимости закрытия производивших их предприятий.

Такой жесткий нормативный подход к решению проблемы энергосбережения, очевидно, не является экономически оптимальным как для отрасли, так и для экономики в целом. Этот вывод подтверждается практикой, в соответствии с которой традиционные материалы применяются на основании различного рода согласований и распоряжений местных органов.

При выборе теплоизоляционных материалов необходимо учитывать, что значения их теплотехнических характеристик в конструкциях под воздействием монтажных и эксплуатационных факторов существенно отличаются от указанных в технических условиях.

Теплоизоляционные материалы инофирм представлены достаточно обширной номенклатурой: «Rockwool» (Дания), «Partek Paroc Оу АЬ» (Финляндия), «Isover Oy» (Финляндия), «Izomat» (Словакия) — для изоляции трубопроводов с положительными температурами (цилиндры, маты и плиты без покрытия или покрытые с одной стороны металлической сеткой, стеклорогожей, алюминиевой фольгой и т. д.).

Для изоляции систем холодного водоснабжения и трубопроводов с отрицательными температурами предлагаются изделия К-Иех из вспененного синтетического каучука с преимущественно закрытыми порами и температурой применения от —70 до +150 "С, производимые фирмой «L'isolante К-Flex».

Для изоляции надземных и подземных трубопроводов может применяться пеностекло «Foamglas» бельгийской фирмы «Pittsburgh Corning» — формованный материал (скорлупы, сегменты) с закрытыми порами, негорючий, с температурой применения от —260 до +485 °С и высокими прочностными свойствами.

Наибольшее распространение в промышленной теплоизоляции получили теплоизоляционные конструкции на основе жестких (цилиндры, полуцилиндры, плиты), полужестких (плиты) и мягких (плиты, маты) теплоизоляционных изделий из минерального и стеклянного волокна