книги из ГПНТБ / Специальные вопросы строительной теплофизики учебное пособие

ются: минеральная вата, стеклянная вата, алюминиевая фольга (в конструкции с воздушными прослойками).

Теплозащитные свойства теплоизоляционных конструкций из минеральной и стеклянной ваты зависят от вида применяемого ма­ териала и степени его уплотнения.

Так, например, коэффициент теплопроводности минеральной ва­ ты, полученной центробежно-дутьевым и центробежным способа­

что позволяет при применении этой ваты снизить вес конструкции и улучшить ее теплозащитные свойства.

При выборе теплоизоляционных материалов следует учитывать, что коэффициент теплопроводности материалов увеличивается с ростом средней температуры.

Для изоляции трубопроводов и оборудования допускается при­ менение материалов и изделий с объемным весом не выше

400 кг/м3 [13].

Теплостойкость

Теплоизоляционные материалы, применяемые для изоляции на­ гретых поверхностей, должны обладать соответствующей тепло­ стойкостью. Находясь длительное время под непосредственным воздействием высоких температур, теплоизоляционный материал не должен терять свои качества, т. е. разрушаться, менять свою форму. Теплостойкость теплоизоляционного материала должна быть на 50° С выше рабочей температуры изолируемой поверхно­ сти.

Температурные пределы использования изоляционных материа­ лов, обычно публикуемые в справочной литературе, устанавлива­ ются для условий длительного воздействия температуры.

Если физическая и объемная устойчивость изоляционного ма­ териала зависит от связующих веществ или составных компонен­ тов, которые могут быть разрушены или повреждены при расчет­ ной температуре, то подобный теплоизоляционный материал не мо­ жет быть использован для изоляции поверхностей с высокой тем­ пературой. Изоляционные материалы и изделия, обладающие ус­ тойчивостью при температурах ниже 100—150° С, пригодны в ка­ честве изоляции только в строительной и холодильной технике. По­ этому многие высокоэффективные в теплотехническом отношении изоляционные материалы на базе органического сырья, не обла­ дающие устойчивостью при повышенных температурах, в статье не рассматриваются.

К теплостойким изоляционным материалам относятся: асбесто­

78

известково-кремнистые изделия, вермикулитовые изделия на жид­ ком стекле и др. (см. табл. 17).

Теплостойкость м и н е р а л ь н о й в а т ы зависит от химическо­ го состава и склонности волокон к кристаллизации. Разрушение во­ локон происходит в одних случаях вследствие оплавления с после­ дующим спеканием их, в других — в результате повышения хруп­ кости при кристаллизации.

Минеральную вату можно применять согласно ГОСТу при тем­ пературе до 600° С. Однако исследование изоляции на Черепецкой ГРЭС показало, что при длительном воздействии близких к 600° С' температур в ряде случаев минеральная вата изменила свои свой­ ства, причем волокна становились хрупкими и разрушались с об­ разованием игл [19]. Поэтому есть предложения снизить предель­ ную температуру использования минеральной ваты до 550° С.

С повышением содержания глинозема и кремнезема в мине­ ральной вате повышается ее теплостойкость. Высокоглиноземистое волокно (около 50% А120з) выдерживает температуру 800—900° С, а базальтовое до 1100° С [15].

Теплостойкость с т е к л я н н о г о в о л о к н а определяется хи­ мическим составом волокна. С увеличением в составе стекла коли­ чества щелочей теплостойкость понижается. Волокна, содержащие

температуре до 350—400° С, так как при более высоких температу­ рах (450—500° С) фольга тускнеет, вследствие чего понижается ее отражательная способность. В последнее время некоторые ино­ странные фирмы рекомендуют более широкую температурную об­ ласть применения фольги специальных марок.

Большой теплостойкостью обладают асбестовые изделия, одна­ ко применение их ограничивается относительно высоким коэффи­ циентом теплопроводности, большой стоимостью и значительными выделениями токсичных газов и паров при высокой температуре.

Выделения токсичных газов и паров

Теплоизоляционные материалы и изделия по количеству выде­ ляемых при нагреве токсичных газов и паров могут быть разбиты на три группы:

— материалы, не выделяющие токсичные газы и пары;

— материалы, слабо выделяющие токсичные газы и пары. К этой группе относятся материалы, при использовании которых предельно допускаемая концентрация в воздухе какого-либо выде­ ляемого ими газа или пара достигается не ранее чем через

24часа;

— материалы, выделяющие много токсичных газов и паров.

Кэтой группе относятся материалы, при использовании которых

79

предельно допускаемая концентрация в воздухе одной из выделяе­ мых ими вредностей достигается в течение 3 часов или раньше.

Вкачестве материалов и изделий для изоляции горячих поверх­ ностей в невентилируемых помещениях могут использоваться толь­ ко неорганические теплоизоляционные материалы.

По техническим условиям на некоторые теплоизоляционные ма­ териалы (например, на минеральную вату) допускается выделение окиси углерода при эксплуатации. В действительности же вместе с окисью углерода выделяются и другие токсичные газы и пары (уг­ леводороды, формальдегид и др.). В невентилируемых и плохо вен­ тилируемых помещениях такие материалы применять нельзя.

Втаблице 17 приведены характеристики изоляционных мате­ риалов в отношении выделений токсичных газов и паров. Рассмот­ рим некоторые материалы более подробно.

М и н е р а л ь н а я ва т а . По санитарно-гигиеническим сообра­ жениям для обеспыливания минеральной ваты применяются нефтя­ ные битумы, синтетические смолы (фенолоформальдегидные, карбомидноформальдегидные, мочевиноформальдегидные и др.), поливинилацетатные связки, минеральные масла, мазут, которые распыляются в камере волокноосаждения при помощи сопел и фор­ сунок. По ГОСТу в минеральной вате содержание связующих не должно превышать 1%. Практически количество подаваемого в ка­ меру сланцевого масла (и других связующих) часто достигает 4— 5%, причем нередко используются случайные сорта масел.

Минеральная вата и изделия из нее на органических связую­ щих, как показал опыт, обладают токсичностью. При нагреве свя­ зующие разлагаются с выделением большого количества ядовитых газов и паров (окиси углерода, углеводородов, формальдегида и др.). При разложении карбомидноформальдегидной смолы выделя­ ется наряду с другими вредностями цианистый водород [15].

Испытания, проведенные в лаборатории Академии, показали, что скорость разложения связующих в минеральной вате и изде­ лиях из нее зависит от вида и количества связующего, от темпе­

Температура минеральной ваты в конструкции изменяется от температуры изолируемой поверхности до температуры на наруж­ ной поверхности изоляции. Ввиду этого, как показала практика ис­ пытаний изоляции трубопроводов (для удаления дымовых газов), выгорание (разложение) связующих в минеральной вате происхо­ дит медленно, причем полное выгорание не может наступить. В проходном невентилируемом канале, в котором проложен тру­ бопровод с температурой на поверхности 290—320° С и с изоляци­ ей шлаковой ватой на синтетических связующих, концентрация оки­ си углерода через 3,5 часа достигла 0,1%. При прокаливании при температуре 350—450°С в лаборатории образца из шлаковой ваты, которой был изолирован трубопровод, выделялось в пересчете на

80

Т а б л и ц а 18

Скорость выгорания фенолформальдегидной смолы в минеральной вате

1 кг ваты 11 —13,2 г окиси углерода. При этом визуально отменалось выделение дыма

В одном из выступлений на совещании по расширению производства и ассортимента теплоизоляционных материалов [16] отме­ чалось, что было несколько конфузов, когда на электрической стан­ ции котлы изолировали минеральным войлоком и во время пуска нельзя было войти в станцию из-за дыма.

Все это говорит о том, что в невентилируемых помещениях нельзя применять для изоляции горячих поверхностей трубопрово­ дов и оборудования минеральную вату и изделия из нее с органи­ ческими связующими (синтетические смолы, масла, битум и др.). Следует применять минеральную вату и изделия из нее без связую­ щих или с неорганическими связующими.

Предварительное прокаливание минеральной ваты с органиче­ скими связующими в печах при температуре 400°С для выгорания связующих экономически нецелесообразно.

Применение минеральной ваты без связующих не противоречит условиям ГОСТ 4640-66 и ТУ-21-3-1-66, по которым введение свя­ зующих в вату допускается, но не является обязательным. Так, в примечании к вводной части ГОСТа и ТУ указано: «Для предот­ вращения пылеобразования допускается при раздувке расплава вводить добавки (масло, эмульсии и др.) в количестве не более 1% от веса ваты».

Минеральная вата на неорганических связующих веществах не выделяет при нагреве вредные для человека газы и пары. В качест­ ве неорганических связующих при изготовлении ваты и изделий из нее могут использоваться растворимое стекло, цемент, глина и др. Неорганические связующие вещества, несмотря на их доступ­ ность и сравнительную дешевизну, в настоящее время редко при­ меняют для получения минераловатных изделий. Причиной этого является высокий объемный вес (400—500 кг/м3) и сравнительно высокий коэффициент теплопроводности ваты на неорганических

связующих. Так, например, при добавлении к минеральной вате 40% цемента (от веса ваты) объемный вес доходит до 500 кг/м3; со­ ответственно при 27% — до 400 кг/м3.

Наиболее эффективной неорганической связкой для минераль­ ной ваты является жидкое (растворимое) стекло. С целью ликви­ дации недостатков минераловатных изделий на жидком стекле И. С. Будько и В. А. Ясечко из Краснодарского политехнического института [17] предложили новую технологию введения жидкого стекла в минеральную вату. Перемешивание минерального волок­ на с вяжущим осуществляется во взвешенном состоянии. В качест­ ве вяжущего используется жидкое стекло с незначительными до­ бавками цемента или глины; смесь размешивается в воде. Новая технология позволяет получать из минерального волокна на жид­ ком стекле мягкие маты, полужесткие и жесткие изделия, причем процесс может быть автоматизирован.

Исследования по использованию жидкого стекла в минерало­ ватных и стекловатных изделиях проводились кафедрой физики Московского института химического машиностроения [18]. На 1 ж3 минеральной плиты объемным весом 180 кг/м3 требуется 6 кг жид­ кого стекла удельным весом 1,42, разведенного в 0,8 ж3 воды. Ми­ нераловатный слой нагревается газами и воздухом с температурой 350° С, после чего подвергается термической обработке при 650° С для придания водостойкости.

Жидкое стекло является перспективным связующим веществом для получения изделий из минеральной ваты по новой технологии.

С т е к л я н н а я вата . При производстве в стеклянную вату и изделия из нее обычно добавляют связующие вещества (синтетиче­ ские смолы), содержание которых может доходить до 2%, а иног­ да до 5% и более.

При нагревании связующие в стеклянной вате разлагаются с выделением окиси углерода, фенола, формальдегида и др. В про­ ходном канале, в котором проложен трубопровод (для удаления дымовых газов) с изоляцией из стеклянной ваты на формальдегидной смоле, концентрация окиси углерода при отсутствии механиче­ ской вентиляции поднималась в течение 2—3 часов до 100 жг/ж3 [24]. Замеры производились после прожига изоляции в течение нескольких десятков часов.

В лаборатории Академии было прокалено в муфельной печи при температурах 350—450°С несколько образцов стеклянной ва­ ты, которые помещались в закрытые стеклянные колбы. Образцы были взяты из поверхностного слоя изоляции трубопровода. Со­ держание фенолоформальдегидной смолы в вате составляло около 1,5%. При анализе газов, выделяемых при прокаливании образцов, было определено количество окиси углерода, водорода, углеводо­ родов и углекислого газа. Из расчета на 1 кг стеклянной ваты вы­ делялось 2,7—4,8 г окиси углерода.

Для контроля один из образцов стеклянной ваты был исследо­ ван на газовыделения в лаборатории Санэпидстанции г. Москвы.

82

Количество выделяемой окиси углерода составило 2,8 г в пересчете на 1 кг ваты.

Вневентилируемых и плохо вентилируемых помещениях можно применять для изоляции нагретых поверхностей стеклянную вату и изделия из нее без связующих или с неорганическими связующими.

Вкачестве неорганического связующего может служить жидкое стекло.

Всоответствии с ВТУ-11-54 «допускается по согласованию с за­ казчиком поставка ваты без замасливателя».

Всоответствии с ГОСТ 10727-64 при изготовлении отдельных

марок стеклянных нитей и волокон в качестве замасливателя при­ меняется вода. Кроме того, в примечании указано, что «по согласо­ ванию с потребителем стеклянные однонаправленные нити и волок­ на могут вырабатываться ... без замасливателя или без воды».

Этими положениями заказчик должен руководствоваться в слу­ чае заказа стеклянной ваты.

А с б е с т о в ы е и з д е л и я часто применяются для тепловой изоляции арматуры. В асбестовые изделия обычно вводится в ка­ честве связующего хлопок, который при нагреве обугливается и разлагается, выделяя токсичные газы. При прокаливании в лабо­ ратории Академии при температуре 300—400° С образцов асбесто­ вого шнура, которым была изолирована арматура на выхлопном трубопроводе дизельной электростанции, выделялось 12—26 г оки­ си углерода на 1 кг шнура. При этом выделялся дым.

Таким образом, использовать асбестовые изделия для изоля­ ции нагретых поверхностей в невентилируемых и плохо вентилируе­ мых помещениях нельзя.

А л ю м и н и е в а я фо л ь г а . Альфолевая изоляция представля­ ет собой высокоэффективную теплоизоляционную конструкцию из воздушных прослоек, отделенных друг от друга алюминиевыми пленками.

При производстве фольги на прокатных станах применяют ох­ лаждающие смазывающие жидкости на основе легких минераль­ ных масел, в которые добавляют поверхностно активные вещества и иногда керосин. Безвозвратные потери (унос, испарение) охла­ дителя при прокатке достигают 5 кг на 1 г фольги. Испарение при­ меняемых охлаждающих смазок начинается при температуре 170—230° С и полностью заканчивается при 300—350° С.

Если отжиг фольги производится на заводе при температуре 400° С и выше, то остатки смазки с поверхности фольги удаляются полностью во время отжига. Если отжиг фольги осуществляется при температуре 260—280° С, то смазка удаляется не полностью, и при использовании такой фольги в качестве изоляции необходимо прогреть горячие поверхности. Так, например, при изоляции вы­ хлопных трубопроводов от четырехтактных дизелей дизели долж­ ны проработать при установившемся тепловом режиме нагретых поверхностей в течение 4 часов со 100%-ной нагрузкой и 1 час с

нагрузкой 110%. После такого прожига алюминиевая фольга не выделяет токсические вредности.

Из других изоляционных материалов не выделяют токсичные газы и пары при нагреве изделия из следующих материалов: асбестовермикулита на жидком стекле, перлита на цементной связке, асбестокремнезема.

Экономичность

Когда предъявляемые к материалу технические требования до­ пускают применение нескольких видов теплоизоляционных мате­ риалов, выбор того или другого из них решается по экономиче­ ским соображениям и в зависимости от удобства применения.

Калькуляция сметной стоимости материалов франко-приобъект­ ный склад (см. таблицу 17, графу 10) включает оптовую отпускную цену поставщика, расходы на тару, упаковку, приспособления, транспортные средства и т. я., расходы по доставке до участковых или приобъектных складов, заготовительно-складские расходы.

Нормы затрат труда (человеко-дней и машино-часов) и зара­ ботная плата на теплоизоляционные работы приводятся для одно­ го измерителя — 1 м3 изоляции в деле. Расценки зависят от терри­ ториального района места строительства.

На сметную стоимость теплоизоляционных работ, определенную на основании расценок, начисляются накладные расходы с плано­ выми накоплениями в размере, установленном для данного строи­ тельства.

В табл. 19 приведены данные, характеризующие экономическую эффективность некоторых теплоизоляционных конструкций при изоляции трубопроводов (стоимость изоляционных конструкций для изоляции плоских поверхностей близка к приведенным в таб­ лице значениям или несколько ниже).

Стоимость материалов (графа 3) принята для первого терри­ ториального района, Московская область. В графе 2 указана об­ щая стоимость прямых затрат.

Из сравнения общей стоимости 1 м3 теплоизоляционных конст­ рукций следует, что наиболее экономичными являются конструк­ ции из алюминиевой фольги, минеральной и стеклянной ваты, диа­ томовых изделий. Однако диатомовые изделия мало применяются из-за высокого коэффициента теплопроводности. Высокая стои­ мость у конструкций из асбестовых изделий; кроме того асбестовые изделия выделяют токсичные газы, требуют больших затрат труда.

Из дополнительных требований к изоляционным материалам рассмотрим вопрос т р а н с п о р т а б е л ь н о с т и их. Под транспор­ табельностью понимается способность изоляционного материала со­ хранять свои качества после транспортировки, а также норма по­ грузки на транспортную единицу.

Теплоизоляционные материалы в основном плохо транспорта­ бельны. Особенно это относится к минеральной вате и изделиям из

84

нее; перевозка ваты, как правило, приводит к увеличению ее объ­ емного веса и пылению вследствие разрушения и поломки волокон.

Наиболее транспортабельным изоляционным материалом явля­ ется алюминиевая фольга, которая не теряет своих свойств и зани­ мает мало места. Так, Ленинградский завод цветных металлов ук­ ладывает 2 рулона алюминиевой фольги общим весом 32 кг в де­ ревянный ящик объемом 0,12 м3 (габариты ящика 850Х550Х Х260 мм). Из 32 кг фольги получается 5—6 ж3 изоляции при ис­ пользовании гладкой фольги толщиной 0,02 мм или 3,5 ж3 изоля­ ции при использовании мятой фольги. В табл. 20 приведены срав­ нительные данные по нормам погрузки теплоизоляционных мате­ риалов в железнодорожный вагон грузоподъемностью 20 т.

Из таблицы следует, что из указанных материалов наиболее транспортабельной является фольга.

Т а б л и ц а 20

120кг/м3.

ИРЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ

МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ОСНОВНОГО СЛОЯ

В невентилируемых и плохо вентилируемых помещениях в ка­ честве материала и изделий для изоляции горячих поверхностей могут использоваться только неорганические теплоизоляционные материалы, не выделяющие или слабо выделяющие токсичные га­ зы и пары. Рассмотрим основные характеристики таких материа­ лов.

Минеральная вата и изделия из нее

Минеральная вата высокоэффективный и дешевый теплоизоля­ ционный материал. Представляет собой волокнистый материал, по­ лучаемый из силикатных расплавов. Качество минеральной ваты регламентирует ГОСТ 4640-66 и ТУ-21-3-1-66.

В указанных помещениях рекомендуется использовать мине­ ральную вату, изготовленную из изверженных или осадочных гор­ ных пород, боя красного и силикатного кирпича. Лучшим сырьем для изготовления ваты являются изверженные породы: базальт, габбро, гранит, диабаз, диорит, сиенит. Однако с успехом могут быть использованы осадочные породы: кремнеземистые, глинистые и карбонатные (известняки, доломиты, мергели) в определенной смеси.

Не рекомендуется применять минеральную вату из шлаков вви­ ду большого содержания в них сульфидной серы. При наличии се­ ры и сернистых соединений минеральная вата во влажной среде и при высоких температурах способствует коррозии и снижает хи­ мическую стойкость изолируемых поверхностей.

Высококачественной разновидностью минеральной ваты явля­ ется базальтовая вата, получаемая из расплава базальта и обла­ дающая повышенной теплостойкостью (выдерживает температуру до 1100° С).

86