Теплоизоляция труб.

Теплоизоляция труб предназначена для уменьшения потерь тепла в трубопроводах и тепловых сетях, а так же для поддержания заданной температуры теплоносителя. Теплоизоляцию труб используют в качестве защиты от образования высоких температур на поверхности труб, теплопроводов, оборудования. Уменьшение транспортных потерь тепла является главнейшим средством экономии топлива. Учитывая сравнительно небольшие затраты на теплоизоляцию труб (5...8% от капитала вложений в строительство тепловых сетей), очень важным в вопросах сохранения транспортируемого тепла по трубам является их покрытие высококачественными и эффективными теплоизоляционными 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 теплопроводности 0,115...ОД75 Вт/(м-°С) при 25°С и 0,14 .0,21 Вт/(м-°С) при 125°С.

В соответствии с требованиями для основного слоя теплоизоляционных конструкций для всех видов прокладок кроме бесканальной, 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 бесканальной 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 используемый для теплоизоляции труб не должны разлагаться с выделением вредных веществ, а также веществ, способствующих коррозии поверхности труб и оборудования (кислоты, щелочи, агрессивные газы, сернистые соединения .) По этой причине для изготовления тепловой изоляции не допускается применение котельных шлаков, содержащих в своем составе сернистые соединения.
Также важным свойством является водопоглощение и гидрофобность(водоотталкивание). 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 теплоизоляционного материала также необходимо учитывать при проектировании и изготовлении тепло изоляционной 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 труб, особенно при бесканальных прокладках, что вызывает электрокоррозию труб. Теплоизоляционные материалы должны быть достаточно биостойкими, те не подвергаться гниению, действию грызунов и изменениям структуры и свойств во времени.

Индустриальность в износостойкость теплоизоляционных конструкций является одним из главных характеристик теплоизоляционных материалов. Покрытие труб тепловой изоляции желательно 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.

Необходимые материалы для теплоизоляции труб, а так же изделия и конструкции используемые при надземной и подземной прокладки труб в каналах.

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, стекловолокнистого 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 вертикально слоистые, наклеенные на покровный материал, а также маты прошивные из минеральной ваты на металлической сетке. Для теплоизоляции труб на месте монтажа стыков, 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 центробежно фильерно-дутьевым способом. Из стеклянной ваты методом формования и склеивания синтетическими смолами изготавливают плиты и маты жесткие, полужесткие и мягкие. Изготавливаются также маты, плиты без связующего, прошивные стеклян­ной или синтетической нитью. Величина коэффициента теплопроводности изделий из стекло ваты 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 стекловолокнистый (нетканый рулонный материал на синтетическом связующем)и полотно холсто-прошивное из отходов стекловолокна, представляющее собой многослойный 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-кремнистые материалы – тонкоизмельченная 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 пенопластам, допускаемым к применению для изоляции труб, следует отнести фенолформальдегидные пенопласты ФРП-1 и резопен, изготавливаемые из резольной смолы ФРВ-1А. 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 ППУ 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 ВНИПИ энергопром пенополиуретановая гидро- теплоизоляция ППУ 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 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. Наиболее распространенным являются масляно-битумные по­крытия по грунту, а также покрытия изолом или бризолом по изольной мастике. 

Весьма эффективным является стекло-эмалевое 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 эмалью при помощи передвиж­ных установок. Недорогим антикоррозийным средством является покрытие краской на эпоксидной смоле. Находят применение другие эпоксидные эмали. Для теплопроводов, на­ходящихся в жестких температурно-влажностиых условиях, весьма эффективна металлизация поверхности алюминием газотермическим способом. Алюминиевое покрытие наносится па поверхность трубы при помощи газопламенных или электродуговых 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. Полносборные теплоизоляционные конструкции. Изоляция данных конструкций имеет наиболее индустриальный вид. Изготавливаются на заводе с антикоррозионной 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.

Подвесные теплоизоляционные конструкции - основной спо­соб теплоизоляции труб 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. 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. 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 самонарезающими 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 окрашивают красками стойкими к атмосферным явлениям.