Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов

Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов

Коммунальный комплекс России №1(31), Январь 2007, Трубы

Б. Шойхет

Тепловая изоляция широко применяется в ЖКХ, строительстве, энергетике и других отраслях промышленности. Ее объектами являются наружные ограждающие конструкции зданий, трубопроводы, инженерное оборудование ЖКХ, а также энергетическое и промышленное технологическое оборудование. Применение тепловой изоляции позволяет обеспечить комфортные условия в помещениях и возможность реализации технологических процессов в промышленности.

Тепловая изоляция трубопроводов и оборудования определяет техническую возможность и экономическую эффективность реализации технологических процессов. Она широко применяется в энергетике, ЖКХ, химической, нефтеперерабатывающей, металлургической, пищевой и других отраслях промышленности.

В энергетике объектами тепловой изоляции являются паровые котлы, паровые и газовые турбины, теплообменники, баки-аккумуляторы горячей воды и дымовые трубы.

В промышленности тепловой изоляции подлежат вертикальные и горизонтальные технологические аппараты, насосы, теплообменники, резервуары для хранения воды, нефти и нефтепродуктов. Особенно высокие требования предъявляются к эффективности тепловой изоляции низкотемпературного и криогенного оборудования.

Технические требования к материалам и конструкциям

При монтаже и в процессе эксплуатации теплоизоляционные конструкции подвергаются температурным, влажностным, механическим, в том числе вибрационным, воздействиям.

К теплоизоляционным материалам и конструкциям предъявляются следующие общие технические требования:

- теплотехническая эффективность;

- эксплуатационная надежность и долговечность;

- пожарная и экологическая безопасность.

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

Эффективность тепловой изоляции в значительной степени зависит от коэффициента теплопроводности используемого материала. Этот показатель определяется целым рядом факторов, в первую очередь составом и структурой материала, его плотностью, воздухопроницаемостью, влажностными показателями, условиями эксплуатации и их влиянием на свойства материала.

Теплотехническая эффективность конструкций тепловой изоляции определяется в первую очередь коэффициентом теплопроводности теплоизоляционного материала, который определяет требуемую толщину теплоизоляционного слоя, а следовательно, и нагрузки на изолируемый объект, а также конструктивные и монтажные характеристики конструкции. Расчетные значения коэффициента теплопроводности принимаются с учетом его зависимости от температуры, степени уплотнения теплоизоляционных материалов в конструкции, шовности конструкции и наличия крепежных деталей. При выборе теплоизоляционного материала учитывают его температуростойкость, возможную линейную усадку, потери прочности и массы, степень выгорания связующего при нагреве. Кроме того, учитываются прочностные и деформационные характеристики изолируемого объекта, допустимые нагрузки на опоры и изолируемые поверхности, а также другие влияющие факторы.

Долговечность теплоизоляционных конструкций зависит от их конструктивных особенностей и условий эксплуатации, включающих месторасположение изолируемого объекта, режим работы оборудования, степень агрессивности окружающей среды, интенсивность механических воздействий. Долговечность теплоизоляционного материала и теплоизоляционной конструкции в целом в значительной степени определяется долговечностью защитного покрытия.

Требования пожарной безопасности определяются нормами технологического проектирования конкретных отраслей промышленности с учетом положений СНиП «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов». При выборе материалов учитываются не только показатели горючести теплоизоляционного слоя и защитного покрытия, но и поведение теплоизоляционной конструкции в условиях пожара в целом. Наряду с другими факторами, пожарная опасность конструкций зависит от температуростойкости защитного покрытия и его механической прочности в условиях огневого воздействия.

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

Номенклатура современных теплоизоляционных материалов

Сегодня на российском рынке представлен широкий спектр отечественных и импортных теплоизоляционных материалов.

Номенклатура российских волокнистых теплоизоляционных материалов, предназначенных для тепловой изоляции оборудования, представлена традиционно применяемыми матами минераловатными прошивными безобкладочными или в обкладках из металлической сетки, стеклоткани или крафт-бумаги с одной или двух сторон (ГОСТ , ТУ 36.16., ТУ 34.26. и др.); изделиями минераловатными с гофрированной структурой (ТУ 36.16.22-8-91); плитами теплоизоляционными минераловатными на синтетическом связующем плотностью 50–125 кг/м3 (ГОСТ 9573-96); изделиями из стеклянного штапельного волокна на синтетическом связующем (ГОСТ ).

В небольшом объеме выпускаются изделия из супертонкого стеклянного и базальтового волокна с применением различных связующих и без них (ТУ 05-92, ТУ.95.2348-92, ТУ 5761--95 и др.). Лидерами производства волокнистых теплоизоляционных материалов являются заводы , вата» (г. Железнодорожный), Назаровский ЗТИ, и др.

Импортные материалы для изоляции трубопроводов и оборудования поставляются на отечественный рынок компаниями Saint-Gobain Isover OY (Финляндия), Rockwool (Дания), Partek Paroc (Финляндия), Izomat (Словакия). Поставщики предлагают цилиндры, маты и плиты без покрытия или покрытые с одной стороны металлической сеткой, стеклорогожей, алюминиевой фольгой и т. д.

Возрастают объемы применения высокоэффективных теплоизоляционных цилиндров из минерального ( вата», Назаровский ЗТИ, Paroc) и стеклянного волокна («Изовер», «УРСА») отечественного и зарубежного производства.

Из пенопластов наибольшее применение в конструкциях тепловой изоляции оборудования, преимущественно низкотемпературного, находит пенополиуретан (ППУ) – заливочный, напыляемый и в виде плитных изделий. Отечественным разработчиком ППУ является научно-исследовательский институт синтетических смол (г. Владимир), а также образовавшиеся на его базе предприятия ( и др).

Для изоляции трубопроводов и оборудования с положительными и отрицательными температурами применяются изделия из вспененного синтетического каучука, поставляемые на отечественный рынок фирмами «Армаселл» и L’ISOLANTE K-FLEX. Материалы производятся в виде изоляционных цилиндров (трубок) или эластичных листовых и плитных изделий. Материалы из вспененного каучука характеризуются преимущественно закрытой пористостью и температурой применения –70…+150 оС.

Эффективным материалом для изоляции оборудования и резервуаров является пеностекло Foamglas бельгийской фирмы Pittsburgh Corning – формованный материал (плиты, сегменты) с закрытыми порами, негорючий, с температурой применения –260…+485 оС и высокими прочностными свойствами. В 2004 г. в г. Щелково Московской области введен в эксплуатацию цех по производству фасонных изделий (скорлуп и сегментов) из пеностекла Foamglas производительностью до 30000 м3 в год.

Находят применение в промышленности теплоотражающие покрытия «Термо-Коат» и «Термо-Шилд», используемые для снижения интенсивности радиационного теплообмена с окружающей средой резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов и элементов оборудования. Следует отметить, что указанные покрытия не заменяют тепловую изоляцию, а используются в качестве дополнительного элемента в теплоизоляционных конструкциях для повышения их теплоотражающих характеристик.

При канальной прокладке трубопроводов тепловых сетей используют преимущественно теплоизоляционные маты, мягкие плиты и высокоэффективные цилиндры из минеральной ваты и стеклянного волокна.

Для трубопроводов тепловых сетей подземной бесканальной прокладки применяют, в основном, предварительно изолированные в заводских условиях трубы с гидроизоляционным покрытием, исключающим возможность увлажнения изоляции в процессе эксплуатации. В качестве основного теплоизоляционного слоя в конструкциях теплоизолированных трубопроводов бесканальной прокладки (СНиП «Тепловые сети» и СНиП «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов») рекомендованы к применению армопенобетон (АПБ), пенополиуретан (ППУ) и пенополимерминерал (ППМ).

На сегодняшний день в некоторых регионах существует тенденция к массовому переходу на применение труб с ППУ-изоляцией, основанная на практике стран Европы (Бельгии, Дании и др.). К преимуществам теплопроводов с ППУ-изоляцией относят низкий коэффициент теплопроводности ППУ (0,032 – 0,035 Вт/(м? К)), технологичность при изготовлении и монтаже теплопроводов, долговечность при соблюдении требований монтажа и эксплуатации. Однако, при использовании труб с ППУ-изоляцией следует учитывать, что допустимая температура применения ППУ составляет 130 оС. Повышение температуростойкости теплоизоляционных конструкций с применением ППУ может достигаться за счет использования двухслойной изоляции с термостойким внутренним слоем из минеральной ваты или стеклянного волокна и наружным слоем из ППУ.

Представляется, что наряду с внедрением труб с ППУ-изоляцией следует расширять производство и применение труб с изоляцией из современного армопенобетона и пенополимерминерала.

Армопенобетон характеризуется низкой плотностью (200–250 кг/м3 ) и теплопроводностью (0,05 Вт/(м? К)) при высокой прочности на сжатие (не менее 0,7 Мпа). К преимуществам АПБ относятся его негорючесть, высокая температура применения (до 300 оС), отсутствие коррозионного воздействия на стальные трубы, низкая паропроницаемость гидгозащитного покрытия и, как следствие, высокая долговечность. Опыт его применения в тепловых сетях Северо-Западного региона имеет положительные результаты.

Пенополимерминерал (пенополимербетон) разработан институтом ВНИПИЭнергопром и более 20 лет применяется в конструкциях тепловой изоляции трубопроводов диаметром до 500 мм. Характеризуется интегральной структурой, совмещающей функции теплоизоляционного слоя и гидроизоляционного покрытия. Имеет температуру применения до 150 оС, теплопроводность при 25 ?С – 0,047 Вт/(м? оС), при испытаниях на горючесть по ГОСТ 30244 относится к группе Г1.

Технические решения тепловой изоляции многообразны как по видам применяемых материалов, так и по конструкциям. Например, для тепловой изоляции вертикальных и горизонтальных технологических аппаратов и теплообменников применяются конструкции на основе волокнистых теплоизоляционных материалов с применением приварных штырей или проволочного каркаса. Для горизонтальных аппаратов (емкостей, теплообменников и др.) преимущественно предусматривается крепление теплоизоляционного слоя на проволочном каркасе.

Перспективы

К перспективным направлениям развития тепловой изоляции следует отнести следующие.

1. Внедрение в практику проектирования и строительства новых эффективных теплоизоляционных материалов и конструктивных технических решений, обеспечивающих снижение тепловых потерь в оборудовании и трубопроводах.

Приоритетными направлениями развития тепловой изоляции являются: разработка и внедрение новых видов эффективных теплоизоляционных материалов, новых конструктивных решений тепловой изоляции и совершенствование нормативно-правовой базы в этой области.

В конструкциях тепловой изоляции необходимо расширять применение современных высокоэффективных теплоизоляционных изделий из минерального и стеклянного волокна и теплоизоляционных пенопластов. Сравнительно высокая стоимость, например, теплоизоляционных цилиндров из стекловолокна и минеральной ваты компенсируется их высокой теплотехнической эффективностью, эксплуатационной надежностью и долговечностью.

2. Разработка методик и проведение исследований по определению эксплуатационной надежности и долговечности теплоизоляционных материалов и конструкций.

Долговечность и эксплуатационная надежность теплоизоляционных материалов в конструкциях тепловой изоляции оборудования и трубопроводов, также как и в ограждающих конструкциях зданий, должна определяться в зависимости от вида конструкций и условий эксплуатации на основании долговременных наблюдений и обследований эксплуатируемых конструкций.

3. Совершенствование нормативной базы в области промышленной и строительной тепловой изоляции. Ускорение разработки предусмотренных законом «О техническом регулировании» Технических регламентов и Национальных стандартов в области тепловой изоляции и теплоизоляционных материалов. Гармонизация с международными стандартами.

В связи с расширением номенклатуры современных теплоизоляционных материалов, перспективой вступления России в ВТО и последующего продвижения отечественной продукции на зарубежные рынки актуальным является приведение отечественной нормативной базы в области теплоизоляционных материалов в соответствие с международными (ISO) и европейскими (EN) стандартами. Выработка общих требований и проведение испытаний материалов по идентичным методикам будет способствовать более эффективному их использованию как в России, так и за рубежом.

4. Организация систематического контроля за выполнением требований нормативной документации в области тепловой изоляции в промышленности и строительстве.

Расширение номенклатуры применяемых теплоизоляционных материалов и увеличение количества проектных, строительных и монтажных организаций, выполняющих теплоизоляционные работы, требуют внедрения системы организации контроля эффективности принимаемых технических решений и качества выполняемых работ. Необходимо организовать мониторинг объектов в части их тепловой изоляции, проведение натурных наблюдений, сбор, анализ и обобщение информации об эксплуатационных свойствах новых теплоизоляционных материалов, используемых в конструкциях тепловой изоляции.

В заключение следует сказать, что повышение энергоэффективности изолируемых объектов, совершенствование нормативной базы, а также методов и средств расчета и проектирования тепловой изоляции, расширение номенклатуры и повышение качества применяемых теплоизоляционных и покровных материалов являются реальным вкладом в решение проблемы энергосбережения и экономии топливно-энергетических ресурсов в энергетике, промышленности и ЖКХ России.