Теплоизоляционные конструкции тепловых сетей предназначены для поддержания заданной температуры теплоносителя, сокращения тепловых потерь трубопроводов и оборудования, а также для снижения температуры их наружных поверхностей, что имеет значение при размещении в помещениях, предназначенных для постоянного или временного пребывания людей. В таких помещениях во избежание ухудшения санитарно-гигиенических условий (опасность ожогов) в нормах оговаривается максимальная температура этих поверхностей, которая составляет 45°С для трубопроводов и оборудования, размещенных в жилых, общественных и производственных зданиях (при температуре воздуха в них не выше 25 °С), и 60 °С для трубопроводов, проложенных в туннелях, коллекторах, а также в доступных для обслуживания местах при надземной прокладке тепловых сетей.
Для изготовления теплоизоляционных конструкций используются специальные теплоизоляционные материалы, характерной особенностью которых являются низкие значения теплопроводности в интервале температур, соответствующем условиям работы конструкции. Чем ниже эти значения, тем при прочих равных условиях меньше тепловые потери и соответствующее снижение температур теплоносителя.
|
|
Согласно ГОСТ 16381-77 теплоизоляционные материалы в зависимости от теплопроводности подразделяются на три группы: низкой теплопроводности не более 0,06 Вт/(м-К) при средней температуре материала в конструкции 25 °С и не более 0,08 Вт/(м-К) при 125 oС; средней теплопроводности 0,06-0,115 Вт/(м-К) при 25oС и 0,08-0,14 Вт/(м·К) при 125 °С; повышенной теплопроводности 0,115 — 0,175 Вт/(м-К) при 25°С и 0,14-0,21 Вт/(м-К) при 125°С Следует учитывать, что из таких теплоизоляционных материалов выполняется только основной слой теплоизоляционной конструкции. Помимо него в эту конструкцию обычно входят другие слои (покровный, гидроизоляционный), а также используются различные вспомогательные материалы (армирующие, крепежные, окрасочные), теплопроводность которых не ограничивается.
По нормам для тепловых сетей с максимальной температурой теплоносителя до 150°С основной слой теплоизоляционных конструкций должен выполняться из материалов с теплопроводностью не более 0,14 Вт/(м-К) при средней температуре слоя 100 °С, т. е. только из мало- и среднетеплопроводных материалов. Это ограничение, однако, не распространяется на подземную бесканальную прокладку тепловых сетей.
Важным свойством теплоизоляционных материалов является их температуроустойчивость — способность сохранять свою структуру и физические свойства при температурах, соответствующих условиям их длительной эксплуатации. Материалы с малой температуроустойчивостью пригодны при температурах изолируемых поверхностей не выше 50 °С. Если эти температуры не превышают 300 СС, то для их теплоизоляции могут применяться материалы, характеризуемые повышенной температуроустойчивостью, а при температурах выше 300 °С — только материалы с высокой температуроустойчивостью. Для тепловых сетей с температурами теплоносителя не выше 200 °С достаточно использование материалов с повышенной температуроустойчивостью, но по технико-экономическим соображениям вместо них иногда применяются материалы с высокой температуроустойчивостью, если они обладают низкой теплопроводностью при умеренной стоимости.
|
|
Для обеспечения длительной и надежной работы теплоизоляции, а также защиты изолируемых объектов, выполняемых из подверженных коррозии материалов (как правило, из обычной углеродистой стали), необходимо соблюдение дополнительных требований к теплоизоляционным материалам: они не должны загораться при максимальных температурах теплоносителя, а также выделять при нагревании до этих температур вредные или способствующие коррозии вещества (агрессивные газы, кислоты, крепкие щелочи, серу и т. д.). Изоляционные материалы не должны быть также подвержены гниению и разрушению микроорганизмами, грибками и г. п. Применение не удовлетворяющих этим требованиям материалов в тепловых сетях запрещено нормами и правилами.
Низкая теплопроводность теплоизоляционных материалов в основном связана с их структурой и прежде всего со значительной пористостью. Для таких материалов характерны большие значения пористости, определяемой как отношение объема части материала, занимаемого порами, ко всему его объему.
Разнообразные теплоизоляционные материалы, применяемые в изоляционных конструкциях тепловых сетей, могут быть классифицированы прежде всего исходя из характеристики сырья, используемого для изготовления таких материалов. По этому признаку различаются материалы из неорганического и органического сырья. В качестве исходного сырья для изготовления органических изоляционных материалов используются торф (в особенности фрезерный), древесина хвойных пород, кора пробкового дуба, камыш, солома и т. п.
Основным ограничением в использовании органического сырья для производства теплоизоляционных материалов является его малая температуроустойчивость (как правило, не выше 100 °С). Кроме того, органические теплоизоляционные материалы легко загораются, подвержены гниению, плесневению и поражению насекомыми и грызунами.
Традиционным видом неорганического сырья для изготовления теплоизоляционных материалов являются минералы, обладающие высокой температуроустойчивостью в сочетании с волокнистой (различные виды асбеста), волокнисто-чешуйчатой (слюда и ее разновидности, например вермикулит) или микропористой (диатомит, трепел) структурой. Из этих видов сырья при термической обработке (обжиге, иногда сопровождаемом вспучиванием) и распушке или дроблении (помоле) могут быть получены сыпучие или волокнистые материалы, применяемые в виде засыпок или для изготовления изделий.
Использование других видов неорганического сырья для получения высококачественных теплоизоляционных материалов связано с технологией их изготовления из расплава различных изверженных горных пород (граниты, базальты, диабазы, пемза и т. д.) или стеклянной шихты, а также из металлургических шлаков.
Полученный таким способом материал в зависимости от исходного сырья называется минеральной ватой (ГОСТ 4640-84), в частности базальтовой (ТУ 21 РСФСР 669-75), а также стеклянной ватой (например, по ТУ 21 РСФСР 224-75). Особенностью таких сортов ваты является их большая сжимаемость даже при малых нагрузках, приводящая к увеличению их плотности и соответственно теплопроводности. Поэтому основным способом использования минеральной и стеклянной ваты для теплоизоляции является изготовление на ее основе с некоторыми связующими добавками штучных изоляционных изделий различной конфигурации.
|
|
Перспективными являются также теплоизоляционные материалы и изделия, получаемые из синтетических полимерных материалов (полистирола, поливинилхлорида, полиуретана) с искусственно создаваемой пористостью за счет введения в жидкую массу порообразующих веществ. Такие теплоизоляционные материалы называются пенопла-стами (иногда поропластами). Для изготовления пенопластов, выдерживающих температуры до 120—150 oС, а потому пригодных в качестве теплоизоляции для тепловых сетей, применяются в основном фенолформальдегидные смолы.
Ассортимент выпускаемых промышленностью штучных теплоизоляционных изделий разнообразен как по материалам, используемым при их изготовлении, так и по форме изделий и их механическим свойствам. Различают жесткие, полужесткие и мягкие изделия, характеризуемые их сжимаемостью под действием стандартной удельной нагрузки на поверхность изделий, равной 2 кПа. Изделия, показывающие под такой нагрузкой сжимаемость менее 6 %, относятся к жестким, а свыше 30% — к мягким. При промежуточных значениях сжимаемости (от 6 до 30 %) изделия называются полужесткими.
Форма жестких изделий должна соответствовать форме изолируемой поверхности, что особенно существенно при теплоизоляции трубопроводов малых диаметров (от 25 до 150-250 мм).
Наиболее удобной формой жестких изделий в таких случаях являются полые цилиндры с продольным разрезом или полуцилиндры с внутренним диаметром, на 4—10 мм превышающим наружный диаметр изолируемого трубопровода, и толщиной, примерно соответствующей заданной толщине основного изоляционного слоя,— обычно от 40 до 100 мм с интервалом 10 мм (иногда до 30 мм). Длина таких изделий составляет 250, 500 и 1000 мм, изредка 1500 мм. При наружном диаметре изолируемых труб более 150 — 250 мм вместо громоздких полых цилиндров или полуцилиндров изготовляются более мелкие штучные изделия в виде сегментов (обычно 3—4, а иногда 6 — 8 шт. по окружности трубы).
|
|
Максимальный внутренний диаметр таких сегментов соответствует наружному диаметру изолируемых труб обычно до 420— 470 мм, иногда до 1000 мм.
Для изоляции трубопроводов больших диаметров применяются сегменты, нарезанные из плит, предназначенных в основном для изоляции плоских и слабо искривленных поверхностей оборудования. Плиты изготовляются шириной от 170 до 500 мм, иногда до 1000 мм, длиной от 250 до 1000 мм и толщиной 30 — 125 мм.
Для изготовления жестких штучных изделий из неорганического сырья используются смеси из различных порошкообразных материалов с распушенным асбестом, выполняющим функции армирующего каркаса для повышения прочности и жесткости изделий. Такие жесткие штучные изделия (совелитовые, вулканитовые, известково-кремнезе-мистые) могут применяться до температур 500- 600 0С.
Штучные изоляционные изделия изготовляются также на основе минеральной ваты с добавлением связующих веществ. В этом случае в зависимости от вида и содержания этих веществ, а также от исходной плотности минеральной ваты помимо жестких могут быть получены полужесткие и мягкие штучные изделия.
Высокая температуроустойчивость штучных минераловатных изделий достигается за счет применения синтетического связующего в количестве 1,5 — 8% по массе.
Минераловатные плиты (по ГОСТ 9573-82) пригодны при температурах до 400 0С и изготовляются жесткими, полужесткими и мягкими. Кроме мягких плит с теми же показателями плотности и теплопроводности выпускаются минераловатные маты (по ГОСТ 21880-76) в рулонах длиной 2—4 м, обычно с прошивкой проволокой и с одно- или двухсторонней обкладкой металлической сеткой, асбестовой или стеклянной тканью. Максимальная температура их применения определяется температуроустойчивостью обкладочного материала и доходит до 450 —600 °С.
Для облегчения монтажа на трубопроводах диаметром свыше 108 мм выпускаются (по ГОСТ 23307-78) минераловатные вертикально-слоистые маты, изготовляемые из полос, нарезанных из мягких и полужестких плит и наклеенных при вертикальном расположении волокон на односторонний слой влагонепроницаемого материала. Максимальная температура их применения составляет 300 °С.
Наряду со штучными изделиями на основе минеральной ваты применяются аналогичные изделия на основе стеклянной ваты. Например, из стеклянного штапельного волокна на синтетическом связующем выпускаются по ГОСТ 10499-78 маты длиной от 1 до 13 м при ширине 500—1500 мм и толщине 30 — 80 мм, а также жесткие и полужесткие плиты с максимальной температурой применения 180°С.