Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов. Устройство теплоизоляции трубопроводов для тепловых сетей

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.

Тепловая изоля­ция устраивается на трубопроводах, арматуре, фланцевых соедине­ниях, компенсаторах и опорах для следующих целей:

уменьшения потерь тепла при его транспортировании, что снижает установленную мощность источника тепла и расход топлива;

уменьшения падения температуры теплоносителя, подаваемого к потребителям, что снижает требуемый расход теплоносителя и по­вышает качество теплоснабжения;

понижения температуры на поверхности теплопровода и воз­духа в местах обслуживания (камерах, каналах), что устраняет-опасность ожогов и облегчает обслуживание теплопроводов.

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!

Не допускается использовать материалы, подверженные горению и гниению, а также содержащие вещества, способные выделять кислоты, крепкие щелочи, вредные газы и серу.

Наиболее тяжелые условия для работы теплопроводов возникают при подземной канальной и особенно бесканальной прокладке вслед­ствие увлажнения тепловой изоляции грунтовыми и поверхностными водами и наличия в грунте блуждающих токов. В связи с этим к важ­нейшим требованиям к теплоизоляционным материалам относятся малое водопоглощение, высокое электросопротивление, а при беска­нальной прокладке высокая механическая прочность.

В качестве тепловой изоляции в тепловых сетях в настоящее вре­мя применяют в основном изделия из неорганических материалов (минеральной и стеклянной ваты), известково-кремнеземистые, совелитовые, вулканитовые, а также составы, изготовляемые "из ас­беста, бетона, асфальта, битума, цемента, песка или других компо­нентов для бесканальной прокладки: битумоперлит, асфальтоизол, армопенобетон, асфальтокерамзитобетон и др.

В зависимости от вида используемых изделий тепловую изоляцию подразделяют на оберточную (маты, полосы, шнуры, жгуты), штуч­ную (плиты, блоки, кирпичи, цилиндры, полуцилиндры, сегменты, скорлупы), заливочную (монолитную и литую), мастичную и засып­ную.

Оберточные и штучные изделия применяют для всех элементов тепловых сетей и могут быть как съемными - Для оборудования, требующего обслуживания (сальниковые компенсаторы, фланцевые соединения), так и несъемными. Крепят их при помощи бандажей, проволоки, винтов и т. п., выполненных из оцинкованных, кадмиро-ванных или коррозионно-стойких материалов, и покровного слоя. Заливочную и засыпную изоляцию применяют обычно для элементов тепловых сетей, не требующих обслуживания. Мастичную изоляцию допускается использовать для запорной и дренажной арматуры и сальниковых компенсаторов при условии выполнения съемных кон­струкций для патрубков сальниковых компенсаторов и сальников уплотнений арматуры.

Теплоизоляционные конструкции стальных трубопроводов при надземной и подземной канальной прокладке, а также при беска­нальной прокладке в монолитной оболочке состоят обычно из трех основных слоев: противокоррозионного, теплоизоляционного и покровного. Противокоррозионный слой накладывается на наружную; поверхность стальной трубы и выполняется из обмазочных и оберточ­ных материалов в несколько слоев (изола или бризола на изольной мастике, эпоксидных или органосиликатных эмалей и красок, стекло-эмали и др.). Поверх него укладывается основной теплоизоляцион­ный слой из оберточных, штучных или монолитных изделий. За ним идет покровный слой, защищающий теплоизоляционный слой от воз­действия влаги и воздуха и от механических повреждений. Выпол­няется он при подземной прокладке из двух-трех слоев изола или бризола на изольной мастике, асбестоцементной штукатурки по ме­таллической сетке, лакостеклоткани с различными пропитками, фоль­гоизола, а при надземной прокладке - из листов оцинкованной ста­ли, алюминия, сплавов алюминия, стеклоцемента, стеклорубероида, стеклопластика и т. п.

Канальные теплопроводы. В каналах с воздушным зазором изоля­ционный слой может выполняться в виде подвесной или монолитной конструкции. На рис. 8.25. показан пример выполнения подвесной изоляционной конструкции. Она состоит из трех основных элементов:

а) антикоррозийного защитного слоя 2 в виде наложенных в заводских условиях на стальной трубопровод 1 нескольких слоев эмали или изола, имеющих достаточную механическую прочность и обладающих высоким электросопротивлением и необхо­димой температуростойкостью;

б) теплоизоляционного слоя 3, выпол­ненного из материала с низким коэффици­ентом теплопроводности, например мине­ральной ваты или пеностекла, в виде мягких матов или твердых блоков, укладываемых поверх защитного антикоррозионного слоя;

в) защитного механического покрытия 4 в виде металлической сетки, выполняю­щей роль несущей конструкции для тепло­изоляционного слоя.

Для увеличения долговечности теплопровода несущая конструкция подвесной изоляции (вязальная проволока или металлическая сетка) покрывается сверху оболочкой из некорродирующих материалов или асбоцементной штукатуркой.

Рис. 8.25. Теплопровод в непроходном канале с воздушным зазором

1 – трубопровод; 2 – антикоррозионное покрытие; 3 – теплоизоляционный слой; 4 – защитное механическое покрытие

Бесканальные теплопроводы . Они находят оправданное применение в том случае, когда по надежности и долговечности не уступают теплопроводам в непроходных каналах и даже превосходят их, являясь более экономичными по сравнению с последними по начальной стоимости и трудозатратам на сооружение и эксплуатацию.

Требования к изоляционным конструкциям бесканальных теплопроводов такие же, как и к изоляционной конструкции теп­лопроводов в каналах, а именно высокое и устойчивое в эксплуатационных услови­ях тепло–, влаго–, воздухо– и электросопро­тивление.

Бесканальные теплопроводы в монолитных оболочках . Применение бесканальных теплопроводов в монолитных обо­лочках – один из основных путей индустриализации строительства тепловых сетей. В этих теплопроводах на стальной трубопровод наложена в заводских условиях обо­лочка, совмещающая тепло– и гидроизоля­ционные конструкции. Звенья таких эле­ментов теплопровода длиной до 12 м дос­тавляются с завода на место строительства, где выполняется их укладка в подготовленную траншею, стыковая сварка отдельных звеньев между собой и накладка изоляцион­ных слоев на стыковое соединение. Принципиально теплопроводы с монолитной изоляцией могут применяться не только бесканально, но и в каналах.

Современным требованиям к надежности и долговечности достаточно полно удовлетворяют теплопроводы с монолитной теплоизоляцией из ячеистого полимерного материала типа пенополиуретана с замкнутыми порами и интегральной структурой, выполненной методом формования на стальной трубе в полиэтиленовой оболочке (типа «труба в трубе»).

При этом предварительно теплоизолированные трубопроводы выполняются с оболочкой из полиэтилена высокого давления. Пространство между оболочкой и трубой заполняется жестким пенополиуретаном. В пенополиуретане заложены медные проводники для контроля наличия влаги в теплоизоляции трубопровода.

Благодаря хорошей адгезии периферийных слоев изоляции к поверхности контакта, т.е. к наружной поверхности стальной трубы и внутренней поверхности полиэтиленовой оболочки, существенно повышает­ся долговременная прочность изоляцион­ной конструкции, так как при тепловой де­формации стальной трубопровод переме­щается в грунте совместно с изоляционной конструкцией и не возникает торцевых за­зоров между трубой и изоляцией, через ко­торые влага может проникнуть к поверхно­сти стальной трубы.

Средняя теплопроводность пенополиуретановой теплоизоляции составляет в за­висимости от плотности материала 0,03 – 0,05 Вт/(м ∙ К), что примерно втрое ниже теплопроводности большинства широко при­меняемых теплоизоляционных материалов для тепловых сетей (минеральная вата, армопенобетон, битумоперлит и др.).

Благодаря высокому тепло– и электросопротивлению и низким воздухопроницаем мости и влагопоглощению наружной поли­этиленовой оболочки, создающей дополни­тельную гидроизоляционную защиту, теплогидроизоляционная конструкция за­щищает теплопровод не только от тепловых потерь, но, что не менее важно, и от наруж­ной коррозии. Поэтому при применении этой конструкции изоляции отпадает необходимость в специальной антикоррозийной защите поверхности стального трубопровода.

Использование трубопроводов с пенополиуретановой изоляцией позволяет снизить потери тепловой энергии в 3-5 раз по сравнению с существующими видами тепловой изоляции (битумперлит, битумкерамзит, пенобетон и др.) и получить годовую экономию около 700,0 Гкал/год в расчете на 1 км.

Строительство тепловых сетей с пенополдиуретановой теплоизоляцией осуществляется в несколько раз быстрее по сравнению с канальными и стоимость в 1,3-2 раза ниже, а срок службы составляет 30 лет при долговечности обычно применяемых конструкций 5-12 лет.

Битумоперлит, битумокерамзит и другие аналогичные изоляционные материалы на битумном вяжущем обладают сущест­венными технологическими преимущества­ми, позволяющими сравнительно просто индустриализировать изготовление моно­литных оболочек на трубопроводах. Но на­ряду с этим указанная технология изготов­ления оболочек нуждается в улучшении для обеспечения равномерной плотности и гомогенности битумоперлитной массы как по периметру трубы, так и по ее длине.

Кроме того, битумоперлитная изоляция, как и многие другие материалы на битум­ном вяжущем, при длительном прогреве при температуре 150°С теряет водостой­кость из–за потери легких фракций, что приводит к снижению антикоррозионной стойкости этих теплопроводов. Для повы­шения антикоррозионной стойкости битумоперлита в процессе изготовления горячей формовочной массы вводят полимерные добавки в портландцемент, что повышает температуростойкость, влагостойкость, прочность и долговечность конструкции.

Бесканальные теплопроводы в засыпных порошках . Эти теплопроводы находят примене­ние главным образом при трубопроводах малого диаметра – до 300 мм.

Преимущество бесканальных теплопроводов в засыпных порошках по сравнению с теплопро­водами с монолитными оболочками заключается в простоте изготовления изоляционного слоя. Для сооружения таких теплопроводов не требу­ется наличия в районе строительства тепловых сетей завода, на который должны предваритель­но поступать стальные трубы для наложения мо­нолитной изоляционной оболочки. Изоляцион­ный засыпной порошок в соответствующей упа­ковке, например в полиэтиленовых мешках, лег­ко транспортируется на большие расстояния железнодорожным или автотранспортом.

В качестве таких порошков применяют самоспекающийся пенобетон, перлитобетон, асфальт или асфальтобетон.

Как известно, в двухтрубных тепловых сетях температурные режимы, а следовательно, и температурные деформации подающего и обратного трубопроводов неоди­наковы. В этих условиях адгезия слоя теплоизоляции к наружной поверхности стальных трубопроводов недопустима. Для за­щиты наружной поверхности стальных трубо­проводов от адгезии с изоляционным массивом они покрываются снаружи слоем антикоррозионного мастичного материала, например асфальтовой мастикой, до заливки жидким пеноцементным раствором.

Литые конструкции теплоизоляции бесканальных трубопроводов. Из литых конструкций бесканальных теплопроводов некоторое применение получили теплопроводы в пенобетонном массиве в качестве материала для сооружения таких теплопроводов может быть использован перлитобетон. Смонтированные в траншеи стальные трубопроводы заливаются жидкой композицией, приготовленной непосредственно на трассе или доставленной в контейнере с производственной базы. После схватывания бетобетонный или перлитобетонный массив засыпается грунтом.

Контрольные вопросы

1. В чем заключаются основные требования к конструкциям современных теплопроводов? Назовите сортамент трубопроводов тепловой сети и типы применяемой арматуры.

2. Сравните подземные теплопроводы в проходных каналах, непроходных и бесканальных. Назовите преимущества и недостатки каждого типа прокладки и основные области их целесообразного применения.

3. Назовите конструкции современных компенсаторов температурных деформаций трубопроводов тепловых сетей. Как производится расчет и подбор П - образных компенсаторов?

4. Охарактеризуйте конструкции опор трубопроводов тепловых сетей. Приведите расчетную формулу для определения результирующего усилия, действующего на неподвижную опору теплопровода.

5. Каковы основные особенности и требования к теплоизоляционным конструкциям теплопроводов?

Необходимо учитывать не только конструктивные особенности оборудования и трубопроводов, когда выбирается подходящей тип изоляционного материала, но и другие факторы. Этого требует СНиП для тепловой изоляции оборудования и трубопроводов.

Рассмотрим факторы, влияющие на выбор изоляционных материалов.

1. Целевое назначение самих изоляционных материалов.
2. Пространственную ориентацию.
3. Возможные атмосферные воздействия.

Какие требования предъявляются к тепловой изоляции трубопроводов и оборудования, рассмотрим ниже в данной статье.

Какую функцию выполняет защита?

Одно из назначений тепловой изоляции оборудования и трубопроводов – в снижении величин по тепловым потокам внутри конструкций. Материалы покрываются защитно – покровными оболочками, которые гарантируют полную сохранность слоя, в любых условиях эксплуатации.

Большое внимание вопросам тепловой изоляции уделяют в разных направлениях промышленности и энергетики. В сооружениях и оборудовании в этих отраслях именно тепловая изоляция становится одним из наиболее важных компонентов.

Результатом становится не только снижение потерь по теплу при взаимодействиях с окружающей средой. Но и расширение возможностей по сохранению оптимального теплового режима.

Тепловая изоляция трубопроводов и её суть

Применяя изоляцию теплового вида, производители облегчают себе осуществление тех или иных процессов по технологии. Это решение широко используется во многих сферах промышленности:

1. Металлургической.
2. Пищевой.
3. Нефтеперерабатывающей.
4. Химической.

Но большего внимания изоляция удостаивается от представителей энергетики. В данном случае объекты теплоизоляции имеют вид:

• Труб для дыма.
• Устройств по обмену тепла.
• Аккумуляторных баков, где хранится горячая вода.
• Турбин с газом и паром.

Тепловая изоляция трубопроводов используется на аппаратах, которые располагаются как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях. Это актуальное решение для теплоизоляции оборудования, например резервуаров, в которых хранится вода вместе с теплоносителями. Ряд жёстких требований предъявляется к эффективности изоляционных покрытий.

Какие именно требования предъявляются в данной сфере?

Перечень необходимых требований к материалам составляется на основе влажностных, механических, температурных и вибрационных нагрузок, которые испытывают конструкции во время монтажа. К теплоизоляционному покрытию предъявляется следующий ряд требований:

• Эффективность в теплотехническом смысле.
• Высокие показатели безопасности, в плане экологии и воздействия огня.
• Долговечность вместе с эксплуатационной надёжностью.

Изоляция и СНиПы

СНиПы – это разновидности нормативных документов. В производстве они получили достаточно широкое распространение. Благодаря использованию СНиПов есть возможность выполнить теплоизоляцию по всем нормам относительно плотности. Учитывается и такой показатель, как коэффициент теплопроводности для различных типов.

Видео

Например, отдельные требования СНиП предъявляют к поверхностям, которые имеют температуру не больше 12 градусов. В данном случае обязательным требованием становится наличие пароизоляционного слоя.

Расчёт проводится по специальной процедуре с поверхностями, у которых нет определённого температурного режима. И которые слишком быстро меняют технические характеристики.

Порядок проведения расчётов

Без выполнения расчётов нельзя выбрать оптимальный материал, определить подходящую толщину. Без этого невозможно определить, какой плотностью будет обладать тепловая изоляция оборудования и трубопроводов. Среди факторов, оказывающих влияние на конечный результат подсчётов:

• проведение тепла.
• Способность защищать от деформаций.
• Воздействия механического типа.
• То, какой является температура на изолируемых поверхностях.
• Вибрация на оборудовании и возможность его появления.
• Температурный показатель в окружающей среде.
• Предел по допустимой нагрузке.

Не обойтись и без учёта нагрузки, которая возникает при взаимодействии оборудования или трубопроводов с окружающим грунтом и транспортными средствами, которые проходят по поверхности. Специальные формулы используются для любых систем по передаче тепла, которые бывают стационарными, нестационарными.

Представляем серию формул для самостоятельного расчета толщины теплоизоляции.

Расчёт для теплоизоляции искусственно адаптируется ко всем условиям эксплуатации, характерным для того или иного и трубопровода или оборудования. Сами условия формируются при участии:

1. Строительных материалов для подготовки к сменам времён года.
2. Влажности, способствующей ускорению теплообмена.

Профессиональные компании предоставляют исполнителям инженерные данные для будущего строительства. Какие именно требования оказывают наибольшее влияние на выбор подходящих изоляционных покрытий?

• Теплопроводность.
• Звукоизоляция.
• Возможность поглощать или отталкивать воду.
• Уровень паропроницаемости.
• Негорючесть.
• Плотность.
• Сжимаемость.

О толщине изоляции трубопровода и оборудования

Обязательно опираться на нормативы, чтобы определить допускаемую толщину для каждого конкретного оборудования. В них производители пишут о том, какая плотность сохраняется в тепловом потоке. В СНиПах приводятся алгоритмы решения разных формул вместе с самими формулами.

Видео

Для выявления минимума толщины трубопроводов в том или ином случае определяют предел по допустимым значениям потерь на тех или иных участках.

Полиуретановая изоляция

Трубопроводы с данным типом изоляции используются, когда надо укладывать конструкцию над поверхности земли, бесканального типа. При изготовлении стараются внедрить как можно больше новых технологий.

Из материалов к процессу допускаются только обладающие максимально высоким качеством. Заблаговременно их подвергают испытаниям в большом количестве, согласно СП, тепловая изоляция оборудования и трубопроводов не допускает брака.

Использование пенополиуретана позволяет снижать тепловые потери. И обеспечивает долговечность для самого материала теплоизоляции. В состав пенополиуретана входят экологически чистые компоненты. Это Изолан-345, а так же Воратек CD-100. По сравнению с минеральной ватой, теплоизоляционные характеристики пенополиуретана гораздо выше.

ППМ и АПБ изоляция

На протяжении более чем тридцати лет в трубопроводах используется так называемая пенополименарльная изоляция. Основным видом в данном случае выступает полимербетон. Его характеристики можно описать следующим образом:

• Включение в группу Г1 при испытаниях на горючесть согласно действующим ГОСТам.
• Температурный режим эксплуатации, позволяющий поддерживать 150 градусов.
• Наличие структуры интегрального типа, которая совмещает в себе функции покрытия для гидроизояции вместе со слоем изоляции от тепла.

Некоторые региональные производители до недавнего времени занимались выпуском армопенобетонной изоляцией. У этого материала очень низкая плотность. А теплопроводность, наоборот, приятно удивляет.

Видео

АПБ обладает следующим набором преимуществ:

1. Долговечность.
2. Гидрозащитное покрытие с высокой паропроницаемостью.
3. Оборудование не подвергается коррозии.
4. Способность трубопровода выдерживать высокие температуры.
5. Сопротивляемость огню.

Такие трубы хороши тем, что их можно применять для теплоносителя практически любой температуры. Это касается как сетей не только с водой, но и с паром. Вид прокладки не имеет значения.

Допустимо даже совмещение с подземной бесканальной и канальной разновидностями. Но продукция с ППУ теплоизоляцией всё ещё считается более технологичным решением.

О коэффициенте теплопроводности

Оборудование, пока оно эксплуатируется, становится возможным увлажнение – вот что больше всего влияет на расчётный коэффициент теплопроводности.

Видео

Особые правила существуют для принятия коэффициента, который предполагает увеличение теплопроводности изоляционных покрытий. Основываются при этом на ГОСТах и СНиПах, но не обойтись и без других факторов:

• влажность грунта согласно СП.
• Разновидности, к которой относится материал для теплоизоляции.

Коэффициент равняется единице, если речь идёт о трубах с ППУ-изоляцией, в оболочке из полиэтилена высокой плотности. Не важно, каков уровень влажности в грунте, где установлено оборудование. Другим будет коэффициент у оборудования и труб с изоляцией АПБ, имеющих интегральную структуру. И допускающих возможность того, что изоляционный слой может высохнуть.

1. 1,1 – уровень коэффициента для конструкций, размещённых в грунтах с большим количеством воды, согласно СП.
2. 1,05 – для грунтов, где количество воды не такое большое.

При практических расчётах используются специальные инженерные методики. Они обычно учитывают сопротивления внешним воздействиям из окружающей среды. Двухтрубная прокладка предполагает учёт взаимного теплового влияния каждого из элементов на другие.

Одним из определяющих факторов при выборе подходящей толщины становится фактор стоимости. А данные показатели могут определяться индивидуально для каждого конкретного региона.

Видео

Есть и другие параметры, которые имеют значения. Вроде расчётной температуры теплоносителя. Важно и то, на каком уровне находится температура в окружающей среде.

Каких ещё правил надо придерживаться?

Производством оборудования и труб вместе с теплоизоляцией занимаются не только российские, но и зарубежные производители.

Некоторые технологические трубопрокатные линии способны за одни сутки выпускать общего объема до трёх километров трубопроката (с длиной самой трубы до 12 метров). Диаметр продукции находится в пределах 57-1020 миллиметров. Защитная обёртка бывает полиэтиленовой, либо металлической.

Но до сих пор существуют определённые недостатки, которые не удаётся устранить на этапе производства. Их выявили специалисты, путём неоднократных практических испытаний.

1. В процессе транспортировки труб с металлическим покрытием могут появляться деформации в изоляционном покрытии.
2. Полиуретановая изоляция отслаивается от трубы, которая подвергается термической обработке.
3. Защитная конструкция отсоединяется от внешних или внутренних слоёв трубы.

Главной проблемой считается способность металлических трубопроводов расширяться. Температурный нагрев приводит к тому, что качественные характеристики портятся. Потому важным фактором становится защита от таких видов воздействия.

На стабильность и устойчивость теплоизоляции объекта наибольшее влияние оказывает длина самой трубы. Не важно, для передачи какого носителя она используется. Чем больше длина – тем выше вероятность, что слой просто разрушится.

Потому и данный параметр необходимо выбирать как можно тщательнее. Сами специалисты разработали оптимальные показатели длины и диаметров труб, которые позволят сохранить конструкцию вне зависимости от того, в каких эксплуатационных условиях она находится.

Они опираются только на СНиП, ведь тепловая изоляция оборудования и трубопроводов особенно требовательна к соблюдению правил.

Записи

ИЗОЛЯЦИЯ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ

В настоящее время для изоляции тепловых сетей наиболее часто применяются минеральная вата, пенополиуретан (ППУ), пенополиэтилен и другие вспененные полимерные теплоизоляционные материалы и штучные изделия из легких бетонов. Минераловатные утеплители обладают низкой теплопроводностью в сухом состоянии. Но из-за нарушений условий транспортировки, хранения на стройплощадке, монтажа в условиях повышенной влажности, неаккуратного крепления, повреждения парозащитной пленки минеральная вата теряет свои теплозащитные свойства, деформируется, оседает, что приводит к необходимости ремонта и замены теплоизоляционного материала. Кроме того, ни одна из минеральных ват, в то числе базальтовая вата, не годятся для утепления труб с температурой теплоносителя выше 250°С, так как происходит разложение пропитывающего состава. Применяемая изоляция из ППУ, в основном, пригодна при температуре теплоносителя до 150°С. При повреждении гидрозащиты и попадания воды ППУ разлагается. Штучные теплоизоляционные материалы, способные обеспечивать надежную тепловую защиту трубопроводов длительное время и обладающие необходимой термостойкостью, изготавливаются в виде скорлуп из перлитобетона, пеностекла и других неорганических материалов, имеют достаточно высокую стоимость и требуют изготовления в заводских условиях. К более дешевым теплоизоляционным материалам относится неавтоклавный монолитный пенобетон естественного твердения - разновидность легкого ячеистого бетона, получаемого в результате твердения раствора, состоящего из цемента, воды и поверхностно-активного вещества, или просто - пены. Пена обеспечивает необходимое содержание воздуха в растворе и его равномерное распределение по всей массе в виде мелких замкнутых ячеек, что придает материалу теплоизоляционные свойства и влагостойкость. Пенобетон обладает высокой адгезией к металлу и надежно защищает металл от наружной коррозии. Коэффициент линейного расширения пенобетона сопоставим с коэффициентом линейного расширения стальной трубы. Пенобетон можно применять для теплоизоляции трубопроводов, оборудования, газоходов и воздуховодов, расположенных как в зданиях, так и на открытом воздухе в непроходных каналах и при бесканальной прокладке с температурой теплоносителя от минус 150°С до плюс 600°С, в том числе трубопроводов тепловых сетей при новом строительстве и ремонтных работах.

При повреждении гидрозащиты пенобетон может набрать до 22-25% воды, которая впоследствии испаряется. При этом пенобетон, вследствие реакции гидратации, становится прочнее и сохраняет свои теплозащитные свойства.

Технология монолитного неавтоклавного пенобетона предполагает использование мобильных комплексов, позволяющих производить непосредственно на объекте теплоизоляционный пенобетон средней плотностью 150 - 200 кг/м3 с заливкой его в межтрубное пространство с последующим твердением в естественных условиях и формированием на поверхности трубопровода долговечного, термостойкого теплоизоляционного слоя. Установка для производства пенобетона состоит из: низкооборотного, исключающего разбивание пены, смесителя цикличного действия, пеногенератора для производства пены, компрессора и героторного насоса, обеспечивающего плавную подачу пенобетона с минимальным разрушением воздушных пузырьков.

Работу можно производить в зимний период при отрицательных температурах до -15°С. При этом нужно обеспечить положительную температуру пенобетона в течение первых 4-5 часов. Это достигается использованием при замесе горячей воды и утеплением места заливки.

Стоимость утепления труб монолитным пенобетоном значительно меньше, чем утепление минеральной ватой или пенополиуретаном.

Технология производства работ

Участки трубопровода очищаются от ржавчины, пыли, грязи, масляных пятен и остатков изоляции при ремонтных работах (рис. 1).

Рис. 1 Участок трубопровода

Расчетная толщина пенобетонного слоя создается при помощи центраторов (рис. 2) из полимерных материалов (при температуре теплоносителя не выше 120°С) или оцинкованной стали, устанавливаемых на изолируемых трубах из расчета 1 центратор на 1 кожух (оболочку).

Рис. 2 Центратор

На начальных и конечных участках трубопровода устанавливаются центраторы-заглушки (рис. 3). Кроме того, заглушки устанавливаются по длине трубопровода так, чтобы объем ограниченного участка соответствовал объему смесителя.

Рис. 3 Центратор-заглушка

На центраторы с помощью саморезов устанавливается кожух (оболочка) из оцинкованной стали или алюминия таким образом, чтобы заливочное отверстие располагалось вверху, строго по центру трубы (рис. 4). Заливочные отверстия, в дальнейшем, заделываются гидроизолирующим, но паропроницаемым материалом, с целью удаления избытка влаги из пенобетона.

Рис. 4 Металлический кожух (оболочка) с заливочными отверстиями.

Заливка пенобетона производится в 2 этапа. Первоначально заполняется небольшой объем ограниченного заглушками участка для контроля возможного протекания пенобетонной смеси в местах стыков кожуха с неподвижными опорами. Места протекания заделываются монтажной пеной. Контроль заполнения пространства между трубопроводом и металлическим кожухом (оболочкой) осуществляется визуально через заливочные отверстия. Аналогично заполняются вертикальные участки трубопровода (рис. 5).

Рис. 5 Вертикальный участок, подготовленный к заливке пенобетона.

Заливку на действующем трубопроводе необходимо производить при температуре теплоносителя не более 60°С. Если температура выше 60°С, необходимо снизить температуру до указанной на время твердения пенобетона (12-24 часа).

Толщина пенобетонного слоя зависит от температуры теплоносителя, температурной зоны (для наружных трубопроводов) и диаметра изолируемого трубопровода. Учитывая, что единица измерения изоляции трубопровода в нормах и расценках принята 1 м3 изоляции, а в расчетах часто оперируют диаметром трубопровода и его длиной, ниже приводится таблица соотношений 1 м3 изоляции с длиной изолируемого трубопровода. Таблица разработана для изоляции наружных трубопроводов в III температурной зоне пенобетоном плотностью 200 кг/м3 при 4-х температурах теплоносителя.

Диаметр изолируемого трубопровода, мм	Длина трубопровода (м пог.), изолируемого 1 м3 монолитного пенобетона марки D 200 при температуре теплоносителя:

Журнал «Ценообразование и сметное нормирование в строительстве», ноябрь 2009 г. № 11

Теплоизоляционные материалы и конструкции предназначены для уменьшения потерь тепла трубопроводами и оборудованием тепловых сетей, поддержания заданной температуры теплоноси­теля, а также недопущения высокой температуры на поверхности теплопроводов и оборудования.

Уменьшение транспортных потерь тепла является главнейшим средством экономии топлива Учитывая сравнительно небольшие затраты на теплоизоляцию трубопроводов (5...8% от капитало­вложений в строительство тепловых сетей), очень важным в во­просах сохранения транспортируемого тепла по трубопроводам является их покрытие высококачественными и эффективными теп- лоизоляциоиными материалами.

Теплоизоляционные материалы и конструкции непосредствен­но контактируют с окружающей средой, характеризующейся ко­лебаниями температуры, влажности, а при подземных проклад­ках - агрессивными действиями грунтовых вод по отношению к поверхности труб

Теплоизоляционные конструкции изготавливают из специальных материалов, главное свойство которых - малая теплопроводность Различают три группы материалов в зависимости от теплопровод­ности: низкой теплопроводности до 0,06 Вт/(мв°С) при средней температуре материала в конструкции 25°С и не более 0,08 Вт/(м*°С) при 125°С; средней теплопроводности 0,06.. 0,115 Вт/(м-°С) при 25°С и 0,08.. .0,14 Вт/(мв°С) при 125°С; повышенной т сплопровод- ности 0,115...ОД75 Вт/(м-°С) при 25°С и 0,14 .0,21 Вт/(м-°С) при 125°С .

В соответствии с для основного слоя теплоизоляционных кон­струкций для всех видов прокладок кроме бескаиалыюй, следует применять материалы со средней плотностью не более 400 кг/м3, и теплопроводностью не более 0,07 Вт/(м*°С) при температуре мате­риала 25°С. При бесканальнойй прокладке - соответственно не более 600 кг/м3 и 0,13 Вт/(мв°С)

Другим важным свойством теплоизоляционных материалов является их устойчивость к действию температур до 200°С, при этом они не теряют своих физических свойств и структуры. Ма­териалы не должны разлагаться с выделением вредных веществ, а также веществ, способствующих коррозии поверхности труб и оборудования (кислоты, щелочи, агрессивные газы, сернистые со­единения и тп.)

По этой причине для изготовления тепловой изоляции не до­пускается применение котельных шлаков, содержащих в своем составе сернистые соединения.

Также важным свойством является водопоглощение и гидро- фобность (водоотталкиванис) Увлажнение тепловой изоляции резко повышает ее коэффициент теплопроводности вследствие вытеснения воздуха водой. Кроме того, растворенные в воде кис­лород и углекислота способствуют коррозии наружной поверх­ности труб и оборудования.

Воздухопроницаемость теплоизоляционною материала также необходимо учитывать при проектировании и изготовлении теп­лоизоляционной конструкции, которая должна обладать соответ­ствующей герметичностью, не допуская проникновения влажно­го воздуха

Теплоизоляционные материалы также должны обладать повы­шенным электросопротивлением, не допускающим попадания блуждающих токов к поверхности трубопроводов, особенно при бесканальных прокладках, что вызывает электрокоррозию труб

Теплоизоляционные материалы должны быть достаточно био- стойкимн, те не подвергаться гниению, действию грызунов и изменениям структуры и свойств во времени

Индустриальность в изютовлсшш теплоизоляционных конст­рукций является одним из главных характеристик теплоизоляци­онных материалов Покрытие трубопроводов тепловой изоляци­ей но возможности должно осуществляться на заводах механизи­рованным способом. Это существенно уменьшает трудозатраты, сроки монтажа и повышает качество теплоизоляционной конст­рукции. Изоляция стыковых соединений, оборудования, ответ­влений и запорной арматуры должна производиться ранее заго­товленными частями с механизированной сборкой на месте мон­тажа.

Теплотехнические свойства теплоизоляционных материалов ухуд­шаются при увеличении их плотности, поэтому минераловатные изделия не следует подвергать чрезмерному уплотнению Детали крепления тепловой изоляции (бандажи, сетка, проволока, стяжки) должны применять из агрессивно стойких материалов или с соот­ветствующим покрытием, противостоящим коррозии.

И, наконец, теплоизоляционные материалы и конструкции дол­жны иметь невысокую стоимость, применение их должно быть экономически оправданным.

ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ, ИЗДЕЛИЯ И КОНСТРУКЦИИ ПРИ НАДЗЕМНОЙ И ПОДЗЕМНОЙ ПРОКЛАДКАХ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ В КАНАЛАХ

Теплоизоляционные материалы

Основным теплоизоляционным материалом в настоящее вре­мя для тепловой изоляции трубопроводов и оборудования тепло­сетей является минеральная вата и изделия из нее. Минеральная вата представляет собой тонковолокнистый материал, получае­мый из расплава горных пород, металлургических шлаков или их смеси. В частности, широкое применение находит базальтовая вата и изделия из нее.

Из минеральной ваты изготавливают путем уплотнения и до­бавки синтетических или органических (битум) связующих или прошивки синтетическими нитями различные маты, плиты, по­луцилиндры, сегменты и шнуры.

Маты минераловатные прошивные изготавливают без обкла­док и с обкладками из асбестовой ткани, стеклоткани, стеклово- локнистого холста, гофрированного или кровельного картона; упаковочной или мешочной бумаги.

В зависимости от плотности различают жесткие, полужесткие и мягкие изделия. Из жестких материалов изготавливают цилин­дры с разрезом по образующей, полуцилиндры для изоляции труб малых диаметров (до 250 мм) и сегменты - для труб диаметром более 250 мм. Для изоляции труб больших диаметров применяют маты вертикальнослоистые, наклеенные на покровный материал, а также маты прошивные из минеральной ваты на металлической сетке.

Для теплоизоляции на месте монтажа стыков трубопроводов, а также компенсаторов, запорной арматуры изготавливается шнур теплоизоляционный из минеральной ваты, который представляет собой сетчатую трубку, как правило, из стеклоткани, плотно на­полненную минеральной ватой. Теплопроводность изделий из минеральной ваты зависит от марки (по плотности) и колеблется в пределах 0,044...0,049 Вт/(м*°С) при температуре 25°С н 0,067. ..0,072 Вт/(м*°С) при температуре 125°С

Стеклянная вата представляет собой тонковолокнистый мате­риал, получаемый из расплавленной стеклянной шихты путем непрерывного вытягивания стекловолокна, а также центробеж- но-фильерно-дутьевым способом Из стеклянной вагы методом формования и склеивания синтетическими смолами изготавлива­ют плиты и маты жесткие, полужесткие и мягкие. Изготавлива­ются также маты н плиты без связующего, прошивные стеклян­ной или синтетической нитью

Величина коэффициента теплопроводности изделий из стек­ловаты также зависит от плотности и колеблется в пределах 0,041...0,074 Вт/(м-°С)

Находят широкое применение в качестве оберточного и покров­ного материала холст стскловолокнистый (нетканый рулонный материал на синтетическом связующем) и полотно холстопрошив- иое из отходов стекловолокна, представляющее собой mhoi ослой- ный холст, прошитый стеклонитями

Вулканитовые изделия получают смешиванием диатомита, не­гашеной извести и асбеста, формованием и с обработкой в авто­клавах. Изготавливают плиты, полуцилиндры и сегменты для изо­ляции трубопроводов Ду 50 ..400 Теплопроводность изделий от 0,077 Вт/(м*°С) при 25°С до 0,1 Вт/(м-°С)при 125°С Известково-крсмнистыс материалы -тонкоизмсльчеиная смесь негашеной извести, кремнеземистого материала (диаюмит, тре­пел, кварцевый песок) и асбеста Выпускают изделия также в виде плит, сегментов и полуцилиндров для изоляции трубопроводов Ду 200.. .400. Теплопроводность материала от 0,058 Вг/(м-°С) при 25°С до 0,077 Вт/(м*°С) при 125°С

Перлит - пористый материал, получаемый при термической обработке вулканического стекла с включениями полевых шпа­тов, кварца, плагиоклазов Сырьем для получения вспученного перлита служат и другие силикатные породы вулканического про­исхождения (обсидиан, пемза, туфы и пр) В виде щебня и песка перлит используется как заполнитель для приготовления тепло­изоляционных бетонов и других теплоизоляционных изделий, как например, битумоперлит.

Смешивая перлитный песок с цементом и асбестом путем формо­вания получают перлитоцементные изделия в виде полуцилиндров, плит и сегментов. Коэффициент теплопроводности от 0,058 Вт/(м*°С) при 25°С до 128 Вт/(м*°С) при 300°С .

Все более широкое применение в качестве основного тепло­изоляционного слоя находят пенопласты. Пенопласты представ­ляют собой пористый газонаполненный полимерный материал. Технология их изготовления основана на вспенивании полиме­ров газами, образующимися в результате химических реакций между отдельными смешивающимися компонентами. К пенопла- стам, допускаемым к применению для изоляции теплопроводов, следует отнести фенолформальдегидные пенопласты ФРП-1 и резопен, изготавливаемые из резольной смолы ФРВ-1А или резо- цела и вспенивающего компонента ВАГ-3. Из этого материала изготавливаются цилиндры, полуцилиндры, сегменты, изолиро­ванные фасонные части марок ФРП-1 и резопен . Теплопроводность составляет 0,043...0,046 при 20°С.

Также перспективно применение пенополиуретановых матери­алов, получаемых в результате смешения различных полиэфиров, изоцианатов и вспенивающих добавок .

Нанесение пенопластовой изоляции производится на заводах путем заливки в формы или набрызга на поверхность труб. Изо­ляция стыков, фасонных частей, арматуры и др. возможна на ме­сте монтажа трубопровода путем заливки в опалубки или в скор­лупы жидкой вспененной массы с последующим быстрым твер­дением пеноизоляции.

Например, разработанная ВНИПИэнергопром пенополиуретано- вая теплогидроизоляция ППУ 308 Н имеет коэффициент теплопро­водности, равный 0,032 Вт/(м*°С) при плотности 40.. .90 кг/м3, на­носится на трубы механизированным способом, при этом не тре­буется антикоррозийное покрытие. Наружный слой плотностью 150...400 кг/м3 с пределом прочности на сжатие 50 кг/см2 исполь­зуется в качестве покровного слоя

Теплоизоляционные конструкции

Теплоизоляционные конструкции включают в себя защитное покрытие поверхности труб от коррозии, основной слой изоля­ции (несколько слоев) и защитное покрытие (покровный слой), пре­дохраняющий основной слой теплоизоляции от механических по­вреждений, воздействия атмосферных осадков и агрессивных сред. К защитному покрытию относятся также средства и детали крепления покровного слоя и изоляции в целом

Выбор защитного покрытия поверхности труб от коррозии про­изводится в зависимости от способа прокладки, от вида агрессив­ных воздействий на поверхность и от конструкции тепловой изо­ляции (прил. 5).

Наиболее распространенным являются масляно-битумные по­крытия по грунту, а также покрытия изолом или бризолом по изоль- ной мастике.

Весьма эффективным является стеклоэмалсвое покрытие, со­стоящее из смеси кварцевого песка, полевого шпата, глинозема, буры и соды. Для повышения сцепления с металлом в состав вводят оксиды никеля, хрома, меди и другие добавки Водный густой состав наносится на поверхность трубы, высушивается и оплавляется на поверхности трубы в кольцевом электромагнит­ном индукторе при температуре около 800°С. Стыковые соеди­нения труб могут покрываться эмалыо при помощи передвиж­ных установок. Недорогим антикоррозийным средством являет­ся покрытие краской ЭФАЖС на эпоксидной смоле Находят применение другие эпоксидные эмали Для теплопроводов, на­ходящихся в жестких температурно-влажностиых условиях, весь­ма эффективна металлизация поверхности алюминием газо1ср- мическим способом Алюминиевое покрытие наносится па по­верхность трубы при помощи газопламенных или электродуго- вых аппаратов газовой или воздушной струей Установка по ме­таллизации алюминием может входить в поточно-механизиро­ванную линию по теплоизоляции труб

Перед нанесением антикоррозионного покрытия поверхность труб зачищается от коррозии и окалины механическими щетками или пескоструйными аппаратами и при необходимости обезжи­ривается органическими растворителями

Полносборные теплоизоляционные конструкции-наиболее ин­дустриальный вид изоляции - изготавливаются на заводе с про­тивокоррозионной обработкой труб и с креплением покровного слоя поверх основного слоя изоляции Изоляция стыков, фасон­ных частей, арматуры, компенсаторов и др. производится после монтажа всех элементов участка теплосети из заготовленных на заводе штучных теплоизоляционных изделий.

Сборные комплектные теплоизоляционные конструкции пред­ставляют собой полный комплектный набор теплоизоляционных изделий, элементов покрытия и крепежных деталей по размерам и диаметрам.

В приложении 4 приведены конструкции теплоизоляционные полносборные и комплектные для тепловых сетей.

Подвесные теплоизоляционные конструкции - основной спо­соб теплоизоляции теплопроводов надземной и подземной каналь­ной прокладок. Выполняется из изделий минеральной ваты, стек­ловаты, вулканитовых изделий, известково-кремниевых и других материалов. В приложениях 1 и 2 приведены допускаемые мате­риалы для основного слоя изоляции в зависимости от способа прокладки теплосети.

В настоящее время изготовление подвесных теплоизоляцион­ных конструкций, как правило, осуществляется сборкой штучных заготовок с закреплением покровным слоем и деталями крепле­ния. Сборка изоляционных конструкций на объекте монтажа из готовых элементов (сегментов, полос, матов, скорлуп и полуци­линдров) связана с большой затратой ручного труда.

При монтаже теплоизоляции из мягких материалов (плит, ма­тов) при нанесении покровного слоя неизбежно уплотнение ма­териала теплоизоляционного слоя. Это должно учитываться при расчете необходимого количества материала коэффициентом уплотнения (прил. 8).

Для изоляции запорной арматуры находят применение съем­ные конструкции набивной изоляции в виде тюфяков, заполнен­ных минеральной или стеклянной ватой, перлитом и другим теп­лоизоляционным материалом. Оболочка тюфяков изготавливает­ся из стеклоткани.

Покровный слой при надземной прокладке на открытом возду­хе, как правило, выполняет функции защитного покрытия от про­никновения атмосферной влаги. Используется фольгоизол, фоль- горубероид, армопластмассовые материалы, стеклотекстолит, стек­лопластик, сталь листовая углеродистая и листовая оцинкованная, листы, ленты и фольга из алюминиевых сплавов (прил. 6 и 7).

При прокладке в непроходных каналах используют более де­шевые армопластмассовые материалы, стеклотекстолит, стекло­пластик, стеклорубсроид, рубероид. В тоннелях допускается так­же применять фольгоизол, фольгорубсроид и алюминиевую фоль­гу дублированную.

При выборе материала для защитного покрытия в зависимости от способа прокладки теплопроводов следует руководствоваться нормами .

Крепление покровного слоя из листового металла производят самонарсзающими винтами, планками или бандажами из упако­вочной ленты или лентами из алюминисвою сплава, оболочки из стеклопластика, фольги и других материалов, крепят бандажами из алюминиевой или упаковочной ленты, оцинкованной стальной ленты и проволоки. Покрытие из кровельной стали окрашивакн атмосферостойкими красками.

На рис. 1 приведен пример теплоизоляции трубопровода мннераловатными плитами.

Оберточные конструкции выполняют из прошивных матов или из мягких плит на синтетической связке, которые сшивают попе­речными и продольными швами. Покровный слой крепится так­же, как и в подвесной изоляции

Оберточные конструкции в виде теплоизоляционных жгутов из минеральной или стеклянной ваты после наложения их на поверх­ность также покрывают защитным слоем. Изолируют стыки, фа­сонные части, арматуру.

Мастичная изоляция применяется также для теплоизоляции на месте монтажа арматуры и оборудования. Применяют порошко­образные материалы: асбест, асбозурт, совелит. Замешенная на воде масса накладывается на предварительно нагретую изолиру­емую поверхность вручную. Применяется мастичная изоляция редко, как правило, при ремонтных работах.

Одной из самых важных задач современной энергетики РФ является энергосбережение. Большое значение в этом играем сокращение теплопотерь посредством и тепловых сетей, теплотрасс и труб ЖКХ. Масштабы потерь огромны: более 70% тепла теряется ежегодно. Из них около 60% в теплоцентралях, а 40% в жилых домах. Теплоизоляция большинства труб сделана по старинке, посредством стекловаты или других прошивных материалов, защищенных снаружи изолом, полимерными лентами, бризолом или армированным пенобетоном. Теплотрассы с таким типом изоляции не обеспечивают надежное и экономичное теплоснабжение потребителей вследствие большей частоты повреждений труб из-за её увлажнения и разрушения.

И хотя в Европе, Америке, Канаде уже более 50 лет как используется теплоизоляция надежным и долговечным материалом - вспененным пенополиуретаном, в Россию эта технология пришла лишь в 1994 году. Количество компаний занимающихся ППУ-изоляций до сих пор невелико, несмотря на то что прощел большой промежуток времени.

C ПОСОБЫ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ ТРУБ С ПОМОЩЬЮ ПЕНОПОЛИУРЕТАНА Существует три основных метода утепления трубопроводов:

ППУ-скорлупы

Способ "труба в трубе"

Напыление вспененного пенополиуретана

Еще называют полуцилиндрами. Изготавливаются они в заводских условиях, путем заливки ППУ в формы. Получившиеся полуцилиндры и заготовки для отводов на месте укладки трубопроводов скрепляются друг с другом различными способами (стяжками, хомутами, полипропиленовыми лентами, проволокой).

Полуцилиндры могут быть как без дополнительной изоляции, так и с ней. Такой способом изолируют нефтепроводы, газопроводы, инженерные сети химических комбинатом и т.д.

Качественный теплоизоляционный материал в два с половиной раза сокращает тепловые потери. Спрятанные в прочную влагоустойчивую упаковку, защищенные от коррозии и механического воздействия трубы служат значительно дольше. Трудоемкость же монтажных работ по установке скорлупы очень низкая. Практически каждое предприятие может установить теплоизоляцию.

Хотя процесс установки скорлупы не очень трудоемкий, но следует соблюдать некоторые технологические правила:

Во-первых установка теплоизоляции должна производиться монтажными замками перпендикулярно трубе. Если не соблюдать это правило, то образуется своего рода лоток снизу трубы, в котором находиться конденсат, который, так или иначе образуется. Продольные замки должны находиться в вертикальном положении.

Во-вторых для стыковки торцов изоляции необходимо применять композиционный клей и хомуты. Хомуты должны вставлять в скорлупы в 3х местах: в начале, в середине и в конце. При соблюдении технологических режимов установки теплоизоляция прослужит не один десяток лет.

Технология «труба в трубе". Так называют предизолированные вспененным полиуретаном трубы. Используется для изоляции трубы из нержавеющей и оцинкованной стали, из полипропилена и полиэтилена. Суть метода в следующем: на трубу, по которой будет транспортироваться вещество, надевается другая, большая по диаметру. В образовавшуюся полость между трубами заливается пенополиуретан, который, вспениваясь и затвердевая, образует теплоизоляционный слой.

В применении технологии «труба в трубе» есть важные требования :

Во-первых изолированная труба должна быть идеального качества (ведь в случае повреждения менять её придется вместе с изоляцией).

Во - вторых труба должна пройти полную подготовку для предизолирования. Кроме того, «труба в трубе должна быть оснащена электронными приборами контроля (каждые 200 метров протяженности), иначе установить «больные» места теплопровода нельзя.

Третий способ теплоизоляции - напыление пенополиуретана с помощью специального оборудования. обладает наименьшим коэффициентом теплопроводности из всех применяемых в настоящее время теплоизоляционных материалов. Для сравнения: он в 25 раз эффективнее силикатного кирпича, в 4,5 раза - керамзитного гравия, в 2 раза - плит из минеральной ваты и стеклянного штапельного волокна и в 1,5-1,7 раз эффективнее пенополистирола. 45-и мм слоя покрытия из ППУ достаточно для воздушной прокладки , даже при условии, что температура теплоносителя до +1100 С, а наружная температура до -250 С.