4.5. Выбор и расчет тепловой изоляции оборудования и труб

4.5.1. Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов

Тепловая изоляция является важнейшим конструктивным элементом всех видов оборудования и трубопроводов систем централизованного теплоснабжения - теплогенераторов, тепловых сетей и установок теплового потребления. Снижая тепловые потери и уменьшая охлаждение теплоносителей, она повышает технико-экономическую эффективность, надежность и долговечность установок в целом, возможность индустриализации строительства и является основным средством экономии топливных ресурсов. В бесканальных теплопроводах тепловая изоляция выполняет также функции несущей конструкции.

Для тепловой изоляции оборудования и трубопроводов применяют полносборные или комплектные конструкции заводского изготовления, а также наносят на трубы тепловую изоляцию на заводах.

Тепловую изоляцию трубопроводов тепловых сетей, включая арматуру, фланцевые соединения и компенсаторы, необходимо предусматривать независимо от температуры теплоносителя и способа прокладки. Конструктивно она выполняется из следующих элементов: теплоизоляционного слоя; армирующих и крепежных деталей; пароизоляционного слоя; покровного слоя.

В качестве теплоизоляционного слоя СП 61.13330.2012 «Тепловая изоляция оборудования и теплопроводов. Актуализированная редакция СНиП 41-03-2003» рекомендует применять более 30 основных видов материалов, изделий, заводских продуктов общего назначения, обеспечивающих: тепловой поток через изолированные поверхности оборудования и трубопроводов согласно заданному технологическому режиму или нормированной плотности теплового потока; исключение выделения в процессе эксплуатации вредных, пожароопасных и взрывоопасных, неприятно пахнущих веществ в количествах, превышающих предельно допустимые концентрации; исключение выделения в процессе эксплуатации болезнетворных бактерий, вирусов и грибков.

К числу таких эффективных традиционно используемых в тепловых сетях материалов относятся армопенобетон автоклавного твердения, битумоперлит, асфальтокерамзитобетон, газосиликат, фенольные пенопласты, теплоизоляционные маты и плиты из минеральной ваты, вулканитовые и некоторые другие материалы. Основные усредненные данные теплоизоляционных материалов и изделий показаны в табл. 1.

В качестве материалов для покровного слоя тепловой изоляции при строительстве применяют конструкции заводского изготовления:

 

Таблица 1.

Основные данные теплоизоляционных материалов и изделий

Материалы или изделия	Максимальная температура теплоносителя, °С	Теплопроводность, Вт/(м·°С), при 20°С и влажности, %		Плотность, кг/м3
		0	20
Минеральная вата	600	0,05	0,13	200
Изоляция:
из минеральной ваты	400	0,06		0,17	200
из штапельного стекловолокна	180	0,05		0,12	75*
Изделия:
совелитовые	500	0,08		-	400*
вулканитовые	600	0,085		-	400*
известково-кремнеземистые	600	0,065		-	225*
Монолитные:
армопенобетон	150	0,1	0,16	400
битумоперлит	150	0,09	-	350
асфальтокерамзитобетон	150	0,12	-	750
пенобетон	400	0,12	0,16	400
фторопласт	150	0,06	-	120
асфальтоизол	150	0,1	-	750
плиты торфяные	100	0,065	0,09	220*

* Максимальное значение.

1) из металла (листы и ленты из алюминия и его сплавов, сталь тонколистовая кровельная и оцинкованная, оболочки гофрированные, металлопласты и др.);

2) на основе синтетических полимеров (стеклотекстолит конструкционный, стеклопластик рулонный, армопластмассовые материалы и другие);

3) на основе природных полимеров (рубероид, стеклорубероид, толь, пергамин кровельный и другие);

4) минеральные (стеклоцемент, листы асбоцементные плоские и волнистые, штукатурка асбоцементная и другие);

5) дублированные фольгой (фольга алюминиевая дублированная, фольгоизол и другие).

В качестве противокоррозионных и гидроизоляционных покрытий используются покрытия барьерного и протекторного типов - полимерные, металлизационные, силикатные и органосиликатные, а также защитные покрытия на битумном вяжущем.

Для теплопроводов бесканальной конструкции следует применять материалы со средней плотностью не более 600 кг/м³ и теплопроводностью не более 0,13 Вт/(м·°С). Конструкция тепловой изоляции при этом должна обладать прочностью на сжатие не менее 0,4 МПа.

Расчетные технические характеристики материалов, применяемых для изоляции трубопроводов при бесканальной прокладке, указаны в табл. 2.

На рис. 48, 49 показано два варианта традиционных индустриальных конструкций теплопроводов.

Рис. 48. Подвесная теплоизоляционная конструкция:

1 – труба; 2 – антикоррозийное покрытие; 3 – мат из минеральной ваты;

4 – стальная сетка; 5 – асбестоцементная штукатурка.

 

Таблица 2.

Расчетные технические характеристики материалов, применяемых

для изоляции трубопроводов при бесканальной прокладке

Материал	Условный проход трубопровода, мм	Средняя плотность ρ, кг/м3	Теплопроводность сухого материала λ, Вт/(м·°С), при 20°С	Максимальная температура, °С
Армопенобетон	150-800	350-450	0,105-0,13	150
Битумоперлит	50-400	450-550	0,11-0,13	130*
Битумокерамзит	До 500	600	0,13	130*
Битумовермикулит	До 500	600	0,13	130*
Пенополимербетон	100-400	400	0,07	150
Пенополиуретан	100-400	60-80	0,05	120
Фенольный поропласт	До 1000	100	0,05	150

* Допускается применение до температуры 150 °С при качественном методе отпуска теплоты.

Рис. 49. Теплоизоляционная конструкция с битумоперлитной изоляцией:

1 – труба; 2 – антикоррозионное покрытие; 3 – битумоперлит;

4 – гидрозащитное покрытие из стеклоткани по лаку.

 Пенобетонная изоляция представляет собой легкий изоляционный материал, получаемый путем приготовления пеномассы и ее последующего твердения в кассетном автоклаве при давлении пара 0,8-1,0 МПа в течение 11-14 часов.

Учитывая значительную хрупкость пенобетонной изоляции, ее армируют спиральным каркасом, располагаемым в наружной трети толщины изоляции. После автоклава сушку пенобетона производят горячими газами при t = 200 °С в течение суток. Такие конструкции широко применяются в прокладке распределительных и дворовых сетей.

С 1970-х годов в Подмосковье (Дмитровские и Владимирские теплосети) стали применять пенополиуретановую (ППУ) изоляцию трубопроводов теплосети, изготавливаемую первоначально примитивным способом, вручную, в ремонтно-заготовительных мастерских.

Предварительно очищенную от окалины стальную трубу укладывали в корытообразный желоб (разрезанная вдоль труба большего диаметра) и закрывали таким же желобом сверху, а затем в образовавшийся кольцевой зазор заливали под уклоном жидкий полимерный состав, состоящий из смеси смолы «полиизоционата» (компонент «А») и отвердителя - «пол-иола» (компонент «Б»). Этот состав в течение нескольких минут, реагируя, вспенивался, заполняя весь объем, затем застывал и превращался в пористую губчатую массу с открытыми порами. В зависимости от выбранных пропорций компонентов получали изоляцию различной плотности (от мягкой структуры - поролона, до камнеподобной твердой губчатой массы, прочно схватывающихся с металлической поверхностью трубы). После завершения экзотермической реакции смеси компонентов и остывания конструкции желоба снимались и изолированная таким образом труба использовалась.

Эта ручная технология легла в основу заводской, но вместо самодельных коробов на заводах стали применять оболочки трубчатого типа из специально обработанного - экструдированного (для лучшего сцепления с пористой массой ППУ) полиэтилена или тонкостенных металлических труб. В России начали развиваться современные заводские технологии, учитывающие как отечественный, так и зарубежный опыт теплоизоляции труб с применением пенополиуретана.

Для трубопроводов горячего и холодного водоснабжения в качестве рабочей трубы применяют оцинкованные трубы d_y = 32-219 мм. Сборка оцинкованных фасонных изделий в заводских условиях выполняется цинконеразрушающим методом - пайкой.

На рис. 50 и 51 показаны готовые изделия теплоизолированных трубопроводов ЗАО «МосФлоулайн», которые представляют собой жесткую конструкцию типа «труба в трубе», состоящую из стальной (рабочей) трубы, изолирующего слоя из жесткого пенополиуретана (ППУ) и внешней защитной оболочки из полиэтилена низкого давления или оцинкованной стали.

ПРИМЕЧАНИЕ. У пенополиуретановой изоляции есть существенный недостаток, о котором нужно всегда помнить - этот органический материал горюч и в процессе горения его выделяются сильнодействующие ядовитые вещества (СДЯВ), которые при пожарах являются основной причиной гибели людей. Поэтому в подземных конструкциях тепловых сетей с ППУ изоляцией через каждые 300 м в тепловой изоляции устраивают негорючие вставки из минеральной изоляции.

Рис. 50. Конструкция пенополиуретановой изоляции трубопровода

по технологии ЗАО «МосФлоулайн».

 

Рис. 51. Теплоизолированные ППУ трубы для бесканальной

(в полиэтиленовой оболочке) и надземной прокладки тепловых сетей

(в металлической оболочке): показаны провода системы оперативного дистанционного контроля теплотрассы (ОДК).