Основные требования к теплоизоляционным материалам

Важное значение в устройстве тепло­провода имеет тепловая изоляция. От каче­ства изоляционной конструкции теплопро­вода зависят не только тепловые потери, но, что не менее важно, его долговечность, При соответствующем качестве материалов и технологии изготовления тепловая изоля­ция может одновременно выполнять роль антикоррозионной защиты наружной по­верхности стального трубопровода. К та­ким материалам, в частности, относятся по­лиуретан и производные на его основе — полимербетон и бион.

Основные требования к теплоизоляци­онным конструкциям заключаются в сле­дующем:

1) низкая теплопроводность как в су­хом состоянии, так и в состоянии естест­венной влажности;

2) малое водопоглощение и небольшая высота капиллярного подъема жидкой влаги;

3) малая коррозионная активность;

4) высокое электрическое сопротив­ление;

5) щелочная реакция среды (рН > 8,5);

6) достаточная механическая прочность.

Требования к теплоизоляционным мате­риалам и конструкциям подземных тепло­проводов существенно отличаются от тре­бований к теплоизоляционным материалам для теплопроводов, расположенных в поме­щениях электростанций, котельных или производственных цехов.

Так, основными требованиями для теп­лоизоляционных материалов паропроводов электростанций и котельных являются низ­кая теплопроводность и высокая температу-ростойкость. Такие материалы обычно ха­рактеризуются большим содержанием воз­душных пор и малой объемной плотностью.

Последнее качество этих материалов предопределяет их повышенные гигроско­пичность и водопоглощение.

Одно из основных требований к тепло­изоляционным материалам для подземных теплопроводов заключается в малом водопоглощении. Поэтому высокоэффективные теплоизоляционные материалы с большим содержанием воздушных пор, легко впиты­вающие влагу из окружающего грунта, как правило, непригодны для подземных тепло­проводов.

Выбор теплоизоляционной конструкции и ее размеров зависит от типа теплопровода и располагаемых исходных материалов и выполняется на основе технико-экономи­ческих расчетов. При современных масшта­бах теплофикации и централизованного те­плоснабжения проблема тепловой изоляции тепловых сетей имеет большое народнохо­зяйственное значение.

Ежегодные тепловые потери действую­щих в настоящее время систем теплофика­ции и централизованного теплоснабжения могут быть оценены в 800 млн ГДж/год, т.е. в 8 % количества передаваемой теплоты.

Даже с учетом эффекта комбинирован­ной выработки тепловой и электрической энергии расход топлива на покрытие теплопотерь составляет 18 млн т топлива в год в условном исчислении. При снижении теплопотерь вдвое, что вполне достижимо при

современных теплоизоляционных кон­струкциях, можно получить экономию око­ло 9 млн т топлива в год в пересчете на условное.

Кроме снижения теплопотерь тепловая изоляция облегчает обслуживание оборудо­вания теплопроводов вследствие пониже­ния температуры воздуха в подземных ка­мерах и проходных каналах, а также устра­няет опасность ожогов обслуживающего персонала. Одновременно со снижением те­пловых потерь уменьшается падение темпе­ратуры теплоносителя вдоль теплопровода, что повышает качество и экономичность те­плоснабжения.

Очень важно сохранение теплоизоляци­онного материала в сухом состоянии. При увлажнении возрастает теплопроводность (рис. 8).

В сухом состоянии минеральная вата (р = 350 кг/м³) имеет теплопроводность λ = 0,045 Вт/(м · К); при объемной влажно­сти w = 20 % теплопроводность λ = 0,14 Вт/ /(м · К), т.е. в 3 раза больше.

Рис. 8. Зависимость теплопроводности мине-ральной ваты от объемной влажности и плотности при t = 20 0C 1 – ρсух = 120 кг/м3; 2 - ρсух = 200 кг/м3; 3 - ρсух = 350 кг/м3. Рис. 8. Подвесная теплоизоляционная конст­рукция 1 - труба; 2 - антикоррозионное покрытие; 3 - мат из минеральной ваты; 4 - стальная сетка; 5 - асбо­цементная штукатурка

При одной и той же влажности тепло­проводность изоляционного мате-риала обычно не совпадает с теплопро-водностью изоляционной конструкции, выполненной из того же материала. Уплотнение изоляци­онного материала и применение различно­го рода добавок при изготовлении конст­рукции в боль-шинстве случаев приводят к увеличению теплопроводности изоляци­онного слоя. При сооружении теплопроводов в кана­лах в качестве тепловой изоляции часто применяются изделия из мине-ральной ва­ты, защищенные битуми-нировкой от ув­лажнения (рис. 9.). На на-ружную поверх­ность стальной трубы накладывается анти­коррозионное пок-рытие (эмаль, изол и др.). На анти-коррозионное покрытие укладыва­ются скорлупы из минеральной ваты, арми­рованные стальной сеткой. Сверху скорлуп укладываются полуци-линдрические асбо­цементные футляры, закрепляемые на теп­лопроводе стальной сеткой, покрываемой сверху асбоце-ментной штукатуркой. В приложении 26 приведены ха-рактери­стики теплоизоляционных изде-лий отечест­венного производства, при-меняемых при прокладке теплопроводов в каналах.