Современные теплоизоляционные материалы для тепловой изоляции трубопроводов.

Современные теплоизоляционные материалы

для тепловой изоляции трубопроводов.

Экономия топливно-энергетических ресурсов имеет значительно более высокую рентабельность по сравнению с наращиванием добычи топлива и строительством новых мощностей по производству энергии.

Существенную роль в этой энергетической программе призвана сыграть высокоэффективная тепловая изоляция.

Тепловая изоляция обеспечивает возможность проведения технологических процессов в заданных параметрах с наименьшими энергетическими затратами, позволяет создать безопасные и комфортные условия работы обслуживающего персонала на производстве, обеспечивает транспорт тепла от источника до потребителя с наименьшими потерями, 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 качества теплоизоляционных материалов, применяемых в конструкциях в качестве теплоизоляционного слоя.

В настоящее время рынок теплоизоляционных материалов достаточно обширен за счет внедрения инофирм, предлагающих широкую номенклатуру теплоизоляционных материалов на все случаи жизни, но достаточно высокой стоимости.

Рынок отечественных теплоизоляционных материалов, применение которых возможно для тепловой изоляции трубопроводов, не слишком разнообразен и представлен традиционно применяемыми матами минераловатными прошивными безобкладочными или в обкладках из крафт-бумаги, металлической сетки или стеклоткани 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 минераловатными на синтетическом связующем плотностью от 50 до 125 кг/м³ (ГОСТ 9573-96), изделиями из стеклянного штапельного волокна на синтетическом связующем (ГОСТ 10499-95). В небольшом объеме выпускаются изделия из супертонкого стеклянного и базальтового волокна с применением различных связующих и без них (ТУ 21-5328981-05-92, ТУ.95.2348-92, ТУ 5761-086011387634-95 и др.). Для изоляции трубопроводов с температурой до 130^оС применяются скорлупы из трудногорючего фенольно-резольного пенопласта ФРП-1 (ГОСТ 22546-77).

Для изоляции трубопроводов с температурой от 400 до 600^оС в качестве первого слоя многослойной теплоизоляционной конструкции применяются жесткие формованные известково-кремнеземистые скорлупы и сегменты (ГОСТ 24748-81) и перлитоцементные (ТУ 36.16.22-72-96).

К сожалению, отечественной промышленностью теплоизоляционных материалов практически не выпускаются формованные изделия (цилиндры, полуцилиндры) из минеральной и стеклянной ваты для изоляции трубопроводов, поэтому вместо высокотехнологичной эффективной формостабильной теплоизоляционной конструкции для трубопроводов приходится использовать неиндустриальные конструкции, требующие больших трудозатрат, с применением полотна холстопрошивного стекловолокгнистого ПСХ-Т (ТУ 6-48-97-93) или иглопробивного ИПС-Т-1000 (ТУ У 6-00209775.051-95), теплоизоляционных шнуров (ГОСТ 1779-83, ТУ 34-26-10258-86) или безобкладочных минераловатных или стекловолокнистых матов.

Для трубопроводов холодной воды и с отрицательными температурами теплоносителя эффективных теплоизоляционных материалов отечественного производства не существует, за исключением конструкций из заливочного пенополиуретана (ОСТ 6-55-455-90) и скорлуп из пенополистирола ПСБ. Оба материала – горючие. Как правило, потребитель вынужден обходиться конструкциями с применением минераловатных и стекловолокнистых материалов с пароизоляционным слоем, эффективность и долговечность которых весьма сомнительна.

Область применения перечисленных теплоизоляционных материалов приведена в таблице.

Таблица. Область применения теплоизоляционных материалов.

Ужесточение энергосберегающей политики и введение новых норм плотности теплового потока, которые на 25 – 30 % ниже, чем принятые до 1997 г. (изм. № 1 СНиП 2.04.14-88 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов») потребовало применения теплоизоляционных материалов нового поколения с улучшенными теплотехническими свойствами.

Так для трубопроводов тепловых сетей традиционная изоляция из битумоперлита и битумовермикулита с относительно высоким коэффициентом теплопроводности заменяется на высокоэффективную теплоизоляцию из заливочного пенополиуретана в конструкции типа “труба в трубе” с прочной оболочкой из полиэтилена высокого или низкого давления.

Такими свойствами обладают цилиндры производства ЗАО «Минеральная Вата» (ТУ 5762-013-04001485-97), высокие теплотехнические качества которых подтверждены исследованиями проведенными институтом «Теплопроект», на основании которых разработан документ «Минераловатные цилиндры ЗАО «Минеральная Вата» в конструкциях тепловой изоляции трубопроводов. Рекомендации по применению».

Документ содержит подробные технические решения по конструкциям тепловой изоляции с применением цилиндров в качестве теплоизоляционного слоя для трубопроводов, фланцевых соединений и трубопроводов, в том числе тепловых сетей, трубопроводов горячего и холодного водоснабжения, методики расчета с таблицами рекомендуемых толщин, рассчитанных для вариантов изоляции:

- по нормам плотности теплового потока для технологических трубопроводов и трубопроводов тепловых сетей надземной и канальной прокладок;

- с целью предотвращения конденсации влаги на поверхности изоляции при изоляции трубопроводов холодной воды и с отрицательными температурами теплоносителя;

- с целью сохранения заданной температуры на поверхности изоляции (от ожогов);

- с целью предотвращения замерзания холодной воды приостановке её движения для трубопроводов малых диаметров, расположенных на открытом воздухе.

В рекомендации включены также таблицы расхода крепежных и покровных материалов при изоляции трубопроводов для всей номенклатуры выпускаемых цилиндров.  

Очевидное преимущество этих изделий (формостабильность, низкая теплопроводность, пожаробезопасность, высокое качество, легкость монтажа, надежность и долговечность) в конечном итоге, несмотря на относительно высокою стоимость, должно привести к росту применения этих изделий для изоляции трубопроводов промышленных предприятий, тепловых сетей и трубопроводов горячего водоснабжения, в том числе в подвалах и на чердаках жилых и общественных зданий. Кроме того, следует указать, что трудозатраты и сроки монтажа конструкций с применением цилиндров существенно ниже, чем конструкций с применением рулонных и шнуровых теплоизоляционных материалов, и затраты на монтаж во многом 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 большого диаметра рекомендуется применение гидрофобизированных матов из минеральной ваты на синтетическом связующем марки “ТЕХ МАТ” (ТУ 5762-007-4575203-00) того же производителя, для которых в ближайшее время будут проведены исследования по определению оптимального коэффициента уплотнения и теплопроводности в конструкциях в зависимости от температуры для разработки рекомендаций по их применению.

Теплоизоляционные изделия из стеклянного штапельного волокна, имеющие низкую плотность и температуростойкость до 180^оС рекомендуется применять для трубопроводов надземной прокладки, в том числе тепловых сетей.

Неплохую перспективу имеют теплоизоляционные изделия «URSA»          (ТУ 5763-002-00287697-97), выгодно отличающиеся ценой и высоким качеством. Обоснованное применение этих изделий сдерживает отсутствие рекомендаций по применению этих материалов в конструкциях промышленной теплоизоляции, связанное с необходимостью проведения дополнительных исследований по определению плотности и оптимального коэффициента теплопроводности материала в конструкции в зависимости от температуры изолируемого объекта. Однако, в ближайшее время институт «Теплопроект» восполнит этот пробел, выполнив необходимые исследования и разработав рекомендации, что позволит включить теплоизоляционные материалы «URSA», наряду с продукцией ЗАО «Минеральная Вата», в нормативные документы по проектированию тепловой изоляции, в том числе СНиП 2.04.14-88 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов» при его пересмотре в 2001 г. и разрабатываемый в настоящее время свод правил по проектированию и монтажу промышленной тепловой изоляции.

Улучшается положение и в производстве отечественных теплоизоляционных материалов. Дело в том, что в России для производства минеральной ваты повсеместно использовались доменные шлаки, что отражалось на качестве минеральной ваты. В настоящее время в России налаживается производство изделий из минераловатной ваты из горных пород с толщиной волокна 5 – 6 мкм. Изделия из ваты из горных пород выпускают Волгоградский завод теплоизоляционных изделий АО «Термостепс», Назаровский ЗТИ (Красноярский край) (ТУ 5761-001-00126238-96) и ЗАО «Минеральная Вата». Высокое качество имеют и изделия, выпускаемые на одном из лучших заводов по производству минераловатных изделий «Изоплит» (АО «Термостепс»).

Теплофизические испытания этих материалов показывают, что они имеют коэффициент теплопроводности существенно ниже, чем указано в государственных стандартах и технических условиях на эти материалы. Этот фактор требует их срочного пересмотра.

Однако, в настоящее время для всех материалов, в том числе и выпускаемых по старой нормативно-технической документации, не определены показатели зависимости коэффициента теплопроводности от температуры в зависимости от коэффициента уплотнения в конструкциях.

Теплопроводность теплоизоляционного материала – основная характеристика, определяющая эффективность всей теплоизоляционной конструкции. От величины теплопроводности зависит толщина теплоизоляционного слоя, а значит и нагрузки на изолируемый объект, и конструктивные и монтажные особенности.

Теплопроводность теплоизоляционного материала зависит от его температуры и повышается с повышением температуры изолируемой поверхности.

Расчетная теплопроводность теплоизоляционных материалов, рекомендуемых к применению в конструкциях изоляции, определяется с учетом плотности материала в конструкции (с уплотнением), температуры теплоносителя, шовности и наличия крепежных деталей.

Чем ниже теплопроводность теплоизоляционного материала, тем меньше требуемая толщина теплоизоляционного слоя и поверхность защитного покрытия при одной и той же линейной плотности теплового потока, а следовательно, и затраты на материалы.

При проектировании рекомендуется выбирать материал с более низкой теплопроводностью при рабочей средней температуре теплоизоляционного слоя, что позволяет обеспечить минимальный тепловой поток и стоимость теплоизоляционной конструкции.

Данные по коэффициентам теплопроводности теплоизоляционных материалов в конструкции, приведенные в СНиП 2.04.14-88 по проектированию тепловой изоляции для применения в расчетах, давно устарели и не могут использоваться при проектировании теплоизоляционных конструкций.

Институт «Теплопроект», как разработчик СНиП по проектированию тепловой изоляции, считает, что в сложившейся ситуации, требуется срочная переработка указанного нормативного документа, при которой в таблицы материалов с указанием рекомендуемого расчетного коэффициента теплопроводности могут включаться только те материалы, которые прошли испытания по определению расчетной теплопроводности в конструкции в зависимости от коэффициента уплотнения и температуры изолируемой поверхности.

Теплоизоляционные материалы и изделия, традиционно применяющиеся, вновь разработанные, а также материалы инофирм, могут быть включены в нормативно-техническую документацию (СНиП, СП, ТСН) при соответствии их физико-технических характеристик требованиям к теплоизоляционным конструкциям и материалам и наличии рекомендаций по их применению в теплоизоляционных конструкциях для промышленных объектов.

Теплоизоляционные материалы, применяемые в качестве теплоизоляционного слоя для трубопроводов, должны быть сертифицированы (иметь гигиенический, пожарный сертификаты и сертификат соответствия качеству продукции).

Материалы инофирм, прежде всего, представлены достаточно обширной номенклатурой волокнистых теплоизоляционных материалов финских фирм «Partek Paroc Oy Ab» (изделия из минеральной ваты из горных пород с температурой применения до 750^оС) и «Isover Оу» (изделия из стекловолокна с температурой применения до 500^оС зависимости от марки), и минераловатных изделий с максимальной температурой применения до 650^оС фирмы «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.). Их теплотехнические характеристики и область применения указаны в рекламных проспектах.

Для изоляции систем холодного водоснабжения и трубопроводов с отрицательными температурами предлагаются изделия «K-FLEX» из вспененного синтетического каучука с преимущественно закрытыми порами в форме трубок фирмы «L’ISOLANTE K-FLEX», которые также могут быть применены и для изоляции трубопроводов с температурой до 150^оС.

Для изоляции надземных и подземных трубопроводов может применяться пеностекло «Foamglas» бельгийской фирмы «Pittsburgh Corning» - жесткоформованный материал (скорлупы) с закрытыми порами, негорючий, с температурой применения от минус 260 до 485^оС, выдерживающий значительные нагрузки.

Однако, вышеперечисленные материалы инофирм не могут быть включены в нормативно-техническую документацию, регламентирующую нормы проектирования, поскольку характеристики материалов из рекламных проспектов не могут служить надежным основанием для применения в проектах тепловой изоляции.

Институт «Теплопроект» - головная организация Госстроя России в области теплотехнического строительства, включая теплоизоляционный профиль работ, считает, что рекомендовать материалы инофирм для конструкций тепловой изоляции трубопроводов без проведения исследований и разработки рекомендаций по их применению не допустимо.

В настоящее время специалистами института разрабатываются свод правил по проектированию и монтажу тепловой изоляции и территориальные строительные нормы по проектированию тепловой изоляции оборудования и трубопроводов для некоторых регионов России, что поможет проектным и монтажным организациям, а также потребителю квалифицированно использовать теплоизоляционные материалы в теплоизоляционных конструкциях. Это даст возможность повысить энергоэффективность, надежность и долговечность конструкций тепловой изоляции.

Б.М. Шойхет , Л.В.Ставрицкая - АО “Теплопроект”