Размещено на http://www.allbest.ru/

Рекомендации по применению теплоизоляционных материалов и конструкций для трубопроводов, оборудования и емкостей

Тепловая изоляция из минеральной ваты

Большая часть магистральных и распределительных тепловых сетей до последнего времени прокладывалась в непроходных подземных каналах с тепловой изоляцией из минеральной ваты (шлаковаты).

Опыт эксплуатации показал, что теплотрассы с таким типом изоляции не обеспечивают надежное и экономичное теплоснабжение потребителей вследствие большой частоты повреждений труб из-за наружной коррозии и значительных потерь тепла через изоляцию из-за ее увлажнения и разрушения.

Шлаковата, являясь материалом гидрофильным, увлажняется от капиллярной влаги даже при отсутствии непосредственного контакта с водой. В результате - ее теплоизоляционные свойства значительно ухудшаются.

В соответствии с требованиями нормативно-технических документов (НТД) при подземной прокладке теплопроводов в непроходных каналах в качестве защитного слоя тепловой изоляции используется асбоцементная штукатурка по металлической сетке или пластиковые материалы с проклейкой швов. На практике, как правило, защитный слой не выполняется или выполняется некачественно, в результате чего увлажняется минеральная вата, а следовательно увеличиваются тепловые потери. Наличие же в шлаковате окислов серы приводит к интенсивной наружной коррозии труб (рис. 1).



Рис. 1

Данные об ухудшении теплоизоляционных свойств в зависимости от состояния и степени увлажнения тепловой изоляции приведены в табл. 1. [3], где К - это отношение фактических тепловых потерь к нормативным.

Таблица 1

№ п/п	Техническое состояние теплоизоляционной конструкции, условия эксплуатации	К
1.	Незначительное разрушение покровного и основного слоев изоляционной конструкции	1, 3 - 1, 5
2.	Уплотнение изоляции сверху трубопровода и обвисание снизу	1, 6 - 1, 8
3.	Частичное разрушение теплоизоляционной конструкции, уплотнение основного слоя изоляции на 30-50%	1, 7 - 2, 1
4.	Уплотнение основного слоя изоляции на 75%	3, 5
5.	Периодическое затопление канала	3, 0 - 5, 0
6.	Незначительное увлажнение изоляции на 10-15%	1, 4 - 1, 6
7.	Увлажнение изоляции на 20-30%	1, 9 - 2, 6
8.	Сильное увлажнение изоляции на 40-60%	3, 0 - 4, 5
9.	Затопление изоляции в канале	8 - 9

Необходимо отметить, что при сильном увлажнении изоляции из минеральной ваты ее теплоизоляционные свойства снижаются и не восстанавливаются в течение всего срока эксплуатации, а при непосредственном контакте с водой (при свищах и разрывах труб, при отсутствии оклеечной гидроизоляции перекрытия каналов, при подтоплении каналов) тепловая изоляция полностью разрушается.

Как показывает опыт эксплуатации фактическая теплопроводность тепловой изоляции из минеральной ваты на эксплуатируемых теплотрассах превышает расчетную в 1, 5 - 2, 5 раза. К примеру, сверхнормативные потери тепла теплотрассы Ду=500 мм протяженностью 100 п. м. при различных состояниях изоляции из минеральной ваты составляют от 48 до 975 Гкал за отопительный период (табл. 2).

Годовые сверхнормативные тепловые потери теплотрассы Ду=500 мм протяженностью 100 п. м. при сильном увлажнении изоляции составляют 366 Гкал (более 83 тыс. руб. при стоимости 227 руб. с НДС за 1 Гкал).

Выше изложенное подтверждается опытом эксплуатации тепловых сетей г. Иваново.

Несмотря на ежегодную замену труб в больших количествах, коэффициент превышения фактических тепловых потерь над нормативными для подземной прокладки в результате проведенных испытаний в 2000 г. составил 2, 24.

Таблица 2. Результаты расчета сверхнормативных потерь тепла со 100 п. м. теплотрассы за отопительный период в зависимости от состояния тепловой изоляции для расчетных условий г. Иваново.

№ п/п	Техническое состояние тепловой изоляции, условия эксплуатации	К	Удельные сверхнормативные потери через тепловую изоляцию Гкал/100 м за отопительный период
			Диаметр, мм
			300	400	500	600
1.	Незначительное разрушение покровного и основного слоев изоляционных конструкций	1, 4	33, 5	40, 6	48, 8	54.2
2.	Уплотнение изоляции сверху трубопровода и обвисание снизу	1, 7	58, 7	71, 1	85, 3	94, 8
3.	Частичное разрушение тепловой изоляции, уплотнение основного слоя изоляции на 30-50%	1, 9	75, 4	91, 4	109, 7	121, 9
4.	Уплотнение основного слоя изоляции на 75%	3, 5	209, 5	254	304, 8	338, 5
5.	Периодическое затопление канала грунтовыми водами или смежными коммуникациями	4, 0	251, 4	304, 8	365, 7	406, 2
6.	Незначительное увлажнение изоляции на 10-15%	1, 5	41, 9	0, 8	61	67, 7
7.	Увлажнение изоляции на 20-30%	2, 3	108, 9	132, 1	158, 5	170
8.	Увлажнение изоляции на 40-60%	4, 0	251, 4	304, 8	365, 7	406, 2
9.	Полное разрушение (отсутствие тепловой изоляции)	4, 0	251, 4	304, 8	365, 7	406, 2
10.	Постоянное затопление тепловой изоляции в канале	9, 0	670, 4	812, 8	975, 2	1083, 2
11.	Нормативные тепловые потери		83, 8	101, 6	121, 9	135, 4

С целью повышения надежности работы тепловых сетей и уменьшения тепловых потерь, при сооружении и ремонтах сетей целесообразно использовать более эффективные теплоизоляционные материалы, например, полистиролбетон и пенополиуретан, а также теплоизоляционные конструкции из этих материалов, выпускаемых предприятиями Ивановской области.

Минеральная вата может применяться для тепловой изоляции теплопроводов, расположенных в помещениях, в проходных тоннелях и при надземной прокладке на высоких опорах, при этом покровный слой изоляции должен выполняться в соответствии с НТД и исключать увлажнение минеральной ваты.

Стоимость тепловой изоляции двухтрубной прокладки теплопроводов Ду=500 мм из минеральной ваты составляет 468 руб. (с НДС) за 1 п. м.

Тепловая изоляция из полистиролбетона

теплоизоляционный полистиролбетон пенополиуретан сеть

Полистиролбетон разработан научно-исследовательским проектно-конструкторским и технологическим институтом бетона и железобетона (НИИ ЖБ) как теплоизоляционный материал для изоляции надземных и подземных трубопроводов тепловых сетей, а также для устройства утепления наружных стен, кровель и других элементов ограждения зданий различного назначения [5].

Таблица 3. Характеристика полистиролбетона (Технические условия ТУ 5870-01-001-263 23137-99)

№ п/п	Характеристика	Един. измер.	Показатели
1.	Температура применения	°С	До +140
2.	Минимальная прочность на сжатие при марке плотности Д -200, Д-250, Д-300	МПа	0, 2 - 0, 75
3.	Коэффициент теплопроводности в зависимости от марки бетона по плотности и вида вяжущего	Вт/м°С	0, 063 - 0, 092
4.	Максимально возможное водопоглощение при различных марках по плотности за 24 часа в % по объему	%	8, 5 - 9, 5
5.	Минимальная морозостойкость (количество циклов замораживания по ГОСТ 10060) при различных марках бетона по плотности. Значения морозостойкости даны для полистиролбетона, не защищенного от атмосферных (влажностных и температурных) воздействий.		10 - 30
6.	Полистирол относится к трудногорючим материалам по СТ СЭВ 2437 с малой дымообразующей способностью по ГОСТ 12.1.044

ООО «Полимерстрой» г. Иваново, при участии управления государственного энергетического надзора по Ивановской области, разработана сборная теплоизоляционная конструкция из полистиролбетона для тепловой изоляции трубопроводов сетей диаметром 300-800 мм при прокладке в непроходных каналах, надземной и бесканальной прокладке.

Конструкция состоит из 2-х скорлуп для труб диаметром до 500 мм и 3-х - для труб диаметром 600 и 800 мм, скрепляемых бандажами из оцинкованной стальной ленты (рис. 2 и 3).

Рис.2

Рис. 3

Для покровного слоя тепловой изоляции трубопроводов при подземной канальной прокладке применяется стеклопластик, пленка винилпластовая, стеклотекстолит покровный, а для бесканальной и надземной прокладки - рубероид или стеклорубероид на битумной мастике.

Монтаж сборной тепловой изоляции из скорлуп показан на фото 4 и 5.

Рис. 4

Сборная конструкция тепловой изоляции из полистиролбетона имеет существенные преимущества перед изоляцией из минеральной ваты:

q Тепловые потери за весь срок работы теплотрассы в 1, 5-2, 5 раза ниже, чем при использовании минеральной ваты.

q Теплоизоляционные характеристики изоляции в продолжении всего периода эксплуатации стабильны, т. к. при работе теплотрассы она высыхает и теплоизоляционные характеристики ее восстанавливаются.

q Изоляция не оказывает агрессивного воздействия на стальные трубы.

q Элементы теплоизоляционной конструкции изготавливаются на базе до начала ремонтной кампании.

q Трудозатраты при монтаже сборной теплоизоляционной конструкции в 2-3 раза меньше, чем при монтаже тепловой изоляции из минеральной ваты.

q Элементы теплоизоляционной конструкции могут многократно использоваться при ремонтах теплотрасс.

q При монтаже сборной теплоизоляционной конструкции исключаются работы с вредными условиями труда, требующими применения специальных мер защиты работающих (респираторы, очки), как при работах со шлаковатой.

Рис. 5

Учитывая преимущества тепловой изоляции из полистиролбетона ОАО «Ивэнерго» приняло решение об отказе от применения минераловатных изделий для изоляции теплопроводов водяных тепловых сетей. При производстве ремонтных работ в 1999 г. тепловая изоляция магистральных теплотрасс водяных тепловых сетей (более 4 км) была выполнена из сборных элементов из полистиролбетона.

Стоимость капитального ремонта теплотрассы с применением такого теплоизоляционного материала в ценах 1999 г. по сравнению с тепловой изоляцией из минваты больше на 2% при ремонте с заменой канала и на 4% без его замены.

Несмотря на некоторое увеличение стоимости капитального ремонта теплотрасс, применение тепловой изоляции из полистиролбетона дает значительный экономический эффект вследствие уменьшения тепловых потерь до нормативных и уменьшения повреждаемости трубопроводов из-за наружной коррозии труб.

Рекомендуется применение сборной конструкции тепловой изоляции из полистиролбетона для теплопроводов водяных тепловых сетей при подземной и надземной прокладке взамен тепловой изоляции из минеральной ваты.

При сооружении новых и капитальном ремонте теплотрасс в случае необходимости замены канала, целесообразно выполнять бесканальную прокладку с применением изоляции из полистиролбетона. Затраты на строительство и ремонт в этом случае будут в 1, 5-2 раза меньше, чем при канальной прокладке.

Таблица 4. Стоимость скорлуп из полистиролбетона для тепловой изоляции 1 п. м. трубопровода

№ п/п	Диаметр трубопровода	Стоимость 1 п. м. скорлуп с НДС
1.	159	160
2.	219	194
3.	273	221
4.	325	243
5.	426	294

Стоимость монтажа тепловой изоляции с НДС за 1 п. м. - 100 руб. (для всех диаметров).

Тепловая изоляция из пенополиуретана (ППУ)

В мировой практике для изоляции тепловых сетей с начала 1970-х гг. используются жесткие пенополиуретаны (ППУ), имеющие существенные преимущества перед другими теплоизоляционными материалами.

Тепловая изоляция из пенополиуретана по сравнению с изоляцией из минеральной ваты имеет существенные преимущества:

q значительное снижение потерь тепла вследствие более низкого коэффициента теплопроводности как в сухом состоянии, так и в состоянии естественной влажности;

q достаточная механическая прочность, исключающая ухудшение теплоизоляционных характеристик от уплотнения при монтаже;

q долговечность без ухудшения теплоизоляционных характеристик;

q коррозионная пассивность по отношению к металлу;

q малое водопоглощение;

q экологическая безопасность.

Таблица 5. Физико-механические показатели пенополиуретана [7]

	Показатель
1.	Плотность, кг/мЗ	35 - 70
2.	Прочность на сжатие, МПа	0, 12 - 0, 4
3.	Водопоглощение, % (по массе)	2
4.	Теплопроводность, Вт/м °С не более	0, 021 - 0, 03
5.	Теплостойкость, °С	130 - 150

ППУ относится к горючим веществам, но горит только при наличии источника пламени (степень пожароопасности определяется маркой ППУ по ОСТ 6-55-455-90). ППУ взрывобезопасен.

Показатели ППУ изоляции определяются применяемыми при изготовлении компонентами и их соотношением.

Пенополиуретан в качестве тепловой изоляции используется:

- в теплоизоляционной конструкции типа «труба в трубе»;

- в виде скорлуп для изоляции трубопроводов;

- в виде плит для изоляции теплообменного оборудования и емкостей;

- в виде напыления на трубопроводы и теплообменное оборудование.

Теплоизоляционная конструкция «труба в трубе»

При такой конструкции изолированные пенополиуретаном стальные трубы защищаются наружной гидроизоляционной трубой-оболочкой из полиэтилена при бесканальной прокладке или оцинкованной сталью при надземной прокладке. Гидротеплоизолирование труб производится в заводских условиях, а на месте монтажа выполняются работы по изоляции сварных соединений скорлупами из ППУ и термоусадочной лентой.

Использование пенополиуретана обеспечивает надежность и долговечность конструкции без ухудшения показателей в течение не менее 30 лет при температуре теплоносителя до 135 °С, при этом допускается кратковременное воздействие температуры до 150 °С.

По сравнению с использованием традиционных теплоизоляционных материалов в трубопроводах с ППУ изоляцией:

q тепловые потери ниже в 2-2, 5 раза;

q удельная повреждаемость конструкции «труба в трубе» почти в 10 раз меньше;

q годовые затраты на эксплуатацию ниже в 9-10 раз [6].

Надежность теплотрассы возрастает при оснащении ее системой оперативного дистанционного контроля за состоянием изоляции, которая позволяет осуществлять непрерывный или периодический контроль состояния изоляции и своевременно выявлять места повреждений с высокой точностью. В тепловых сетях АО «Мосэнерго», где бесканальная прокладка из предварительно теплогидроизолированных труб применяется с 1995 г., теплотрассы в обязательном порядке оснащаются системой контроля состояния изоляции, хотя она и существенно удорожает сооружение теплотрасс.

Применение предварительно теплогидроизолированных труб рекомендуется для подземных бесканальных, канальных и надземных прокладок при соблюдении следующих условий:

1. Качество сетевой воды по содержанию растворенного кислорода и углекислоты должно быть не ниже требований «Правил технической эксплуатации электростанций и сетей».

2. Теплотрассы должны обязательно оснащаться системой контроля за состоянием изоляции.

Таблица 6. Цена теплогидроизолированных элементов производства ООО «ИЗТИМ» на 01.11.2000 г.

№ п/п	Д трубы, Д оболочки	Стоимость гидротеплоизоляции 1 п. м. трубы (с учетом НДС)	Стоимость гидротеплоизолированных отводов (с учетом НДС)	Стоимость комплекта материалов для заделки одного сварного стыка (с НДС)
1.	57/125	230, 40	619, 70	480
2.	76/160	274, 90	792, 12	540
3.	89/180	330, 60	931, 50	580
4.	108/200	355, 70	1089, 90	650
5.	133/225	400, 35	1283, 40
6.	159/250	460, 80	1518, 00	730
7.	219/315	650, 0	2495, 30	850
8.	273/400	1070, 20	3050, 50	1020
9.	325/450	1200, 60	3895, 60	1200
10.	426/560	1650, 00	5200, 50

Тепловая изоляция скорлупами и плитами из пенополиуретана трубопроводов и емкостей

В настоящее время строительной компанией ООО «Теплострой» изготавливаются скорлупы для тепловой изоляции трубопроводов, транспортирующих горячую воду с температурой до 130 °С и пар с температурой до 230 °С, и плиты для тепловой изоляции емкостей.

Скорлупы изготавливаются для трубопроводов диаметром от 20 до 377 мм длиной 1000 и 1500 мм (рис. 6), а плиты имеют размер 500х1500 мм, толщину 50 мм. Наружное покрытие выполняется из пергамина, рубероида или фольги. При монтаже скорлупы и плиты соединяются в «замок» и закрепляются бандажами из оцинкованной ленты (рис. 7, 8, 9).



Скорлупы и плиты могут применяться многократно при ремонтах трубопроводов и емкостей. Тепловая изоляция из скорлуп применяется при прокладке трубопроводов в подземных непроходных каналах, подземной бесканальной и надземной прокладках.

При прокладке трубопроводов в подземных непроходных каналах защитная оболочка скорлуп не требуется. При надземной и подземной бесканальной прокладке гидроизоляция выполняется рубероидом на битумной мастике.

Преимущества тепловой изоляции трубопроводов из скорлуп и емкостей из плит - это все вышеперечисленные положительные качества пенополиуретана в сочетании с низкой стоимостью и малыми затратами при монтаже. Кроме того, значительно удешевляется и упрощается устранение повреждений труб и емкостей.

За счет стабильной теплоизоляционной характеристики пенополиуретана применение скорлуп и плит для тепловой изоляции трубопроводов и емкостей дает значительный экономический эффект.

Например, уменьшение тепловых потерь за отопительный период теплотрассы Ду=300 мм, протяженностью 100 п. м. с тепловой изоляцией из пенополиуретана по сравнению с тепловой изоляцией минеральной ваты, составляет, в зависимости от условий работы теплотрассы, от 34 до 670 Гкал (табл. 2).

Изоляция мазутных баков объемом 1000 м3 и 3000 м3 снижает ежегодные потери на 2700 - 5700 Гкал.

Окупаемость затрат на монтаж тепловой изоляции мазутных емкостей в зависимости от температуры мазута составляет от 2 до 4 месяцев.

Таблица 7. Стоимость теплоизоляционных изделий из пенополиуретана, изготавливаемых ООО «Теплострой» и их монтажа.

Диаметр трубопровода, мм	Для водяных тепловых сетей c t=130°C. Цена за 1 п. м с НДС, руб.	Для паропроводов с t = 230 °C. Цена за 1 п. м. с НДС, руб.	Толщина скорлуп, мм	Длина скорлуп, мм
Д20	78	90	35	1000
Д25	84	96
Д32	90	103
Д40	102	118
Д57	132	166
Д76	137	170
Д89	140	175	40	1500
Д10З	149	186
Д133	156	194
Д159	166	206
Д219	179	232
Д273	203	253
Д325	221	276
Д377	265	331

Цена с НДС тепловой изоляции емкостей за 1 м2 - 336 руб. Стоимость монтажа с НДС:

- тепловой изоляции трубопроводов (для всех диаметров) за 1 п. м - 36 руб.

- тепловой изоляции емкостей за 1 м2 - 240 руб.

Тепловая изоляция трубопроводов и оборудования напылением пенополиуретана

ООО «Теплострой» освоена технология нанесения тепловой изоляции из пенополиуретана методом напыления. По этой технологии тепловая изоляция может наноситься на трубопроводы надземной прокладки, оборудование и емкости. При этом для защиты от действия солнечных лучей изоляция должна быть окрашена.

В каждом конкретном случае толщина напыляемого слоя пенополиуретна определяется расчетом в зависимости от температуры теплоносителя и диаметра трубопровода.

При надземной прокладке трубопроводов должны предусматриваться вставки длиной 3 м из негорючих теплоизоляционных материалов не более, чем через 100 м длины трубопровода.

Использование данной технологии позволяет снизить затраты на изоляцию трубопроводов на 15% по сравнению с изоляцией скорлупами.

Литература

1. СНиП 2.04.14-88. «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов».

2. СНиП 2.04.07-86. «Тепловые сети».

3. Методические указания по составлению энергетических характеристик для систем транспорта тепловой энергии. СПО ОРГРЭС, 1999 г.

4. Справочно-информационные материалы по определению потребного количества тепловой энергии на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение и прочие нужды потребителей. Администрация Ивановской области. РЭК. 1998.

5. Государственный научный центр РФ «Строительство», НИКПТИ бетона и железобетона. «Полистирольная смесь». Технические условия. ТУ 5870-01-001-263231-99, Москва, 1999 г.

6. ЦЭНЭФ, июль-сентябрь 1999 г. «Тепловая изоляция трубопроводов пенополиуретаном - эффективный способ энергосбережения».

7. Пенопласт ППУ. ТУ 2254-215-0576111.

Размещено на Allbest.ru