VIII. Тема «Теплоизоляционные материалы»

1. Теплоизоляционные материалы. Особенности строения и свойств. Эффективность применения.

Неорганические и органические

Главная функция ТИМ является изоляция ограждающих конструкций промышленного оборудования и трубопроводов. (открытая пористость) ρ_m=10-50 кг/м³ Низкий коэффициент теплопроводности. λ=до 0,21 вт/м°С. Применение ТИМ :

1)Экономит топливно- и энергетические ресурсы.

2)Снижает массу здания

3)Снижает трудозатраты : монтажные и транспортные.

Основные требования к ТИМ

1.Низкая теплопроводность и малая плотность

2.Мех. прочность, которая обеспечивает надежность материала при монтаже и эксплуатации.

3.Высокая биостойкость

4.Хим. стойкость

5.Материал должен быть сухим и не гигроскопичным.

Классификация ТИМ.

Более 100 видов.

1)По структуре : а) пористо волокнистая (мин.вата) б) пористо зернистая (перлитовые, вермекулитовые) в)ячеистые (пенопласты)

2)По форме : а) рулонные (маты, матрацы) б) шнуровые (шнуры и жгуты) в)сыпучие г)штучные (плиты, кирпич)

3)По виду основного сырья : а) неорганические (асбестовые, минероловатные, перлитовые, кремнеземистые, вермокулитовые) б) огранические (торфяные, древесноволокнистые, пробковые, минеральноорганичексие , пенопласты)

4)Объемная масса : а) очень легкие от 10-100 кг/м³ б)легкие от 125-300; в)тяжелые 325-500.. Марка Т.И.М. , характеризует плотность материала.

5)По сжимаемости под нагрузкой = 0,02 кг/см² а)мягкие М, если сжатие >30% б)полужесткие ПЖ 6-30% в)жесткие до 6%

6)По теплопроводности ТИМ : а)малотеплопроводные λ до 0,058 Вт/м°C б)средне теплопроводные λдо 0,11 ; в) повышенная λ=0,21

Коэффициент теплопроводности (λ) с повышением t для ТИМ , несколько повышается, поэтому ГОСТ дается при t=25

Свойства тим

1. Пористость – мелкая и закрытая пористость характерна для эффективных материалов.

2. Плотность – чем ниже плотность тем выше качество. Влияние на качество ТИМ оказывает влажность.

3. Водопоглащение

4. Биологическая пористость (антисептики)

5. Огнестойкость Органические ТИМ – сгораемые ,а не органические не сгораемые.

6. Температуростойкость

Неорганические тим

1. Мин. вата – расплава горных пород (сланцы) горная вата или в результате расплава шлаков – шлаковата диаметр 5-12 мм. Получают в установки «Вангранка» t=1500°C ->расплав->летка (диаметр 20мм)+сжатый воздух->оседает . полученное волокно смешивают с минеральным маслом или бутимом. Чем тоньше волокно тем лучше. В качестве связующего используются полимеры: фенолформальдегидные смолы и фенола спирты при t повышается до 400°С

2. Стекловата : сырье бой стекла, кварцевый песок, известняк, сульфат натрия, кальцинированная сода, От минваты стекловата отличается большей хим. стойкостью λ=0,052-0,064 ; ρ<130 кг/м³ Не горит, не гниет, температуростойкость до 450°С

3. Пеностекло или ячеистое стекло: сырье порошкообразное стекло, куда добав. газообразователь (известняк, каменный уголь, кокс, антроцид, древесный уголь) ->t=800-900°С образуются поры в следствии газовыделения -> охлаждение массы -> отжиг (равномерный прогрев) Достоинства 1) хорошо поддается мех. обработке (пилить, приколотить гвозди , клеить и.т.д). ζ=2-6МПА; λ=0,058-1. Из 1 кг антроцида = 9 м³

4. Перлитовые изделия – песок, который пи нагревании увеличивается в объеме до 20 раз, а t=600°С (теплоизоляционная сухая засыпка в виде зернистого материала) прекрасный заполнитель для бетона. Перлит+битум->теплогидроизоляционный материал.

2. Строение и основные свойства ТИМ. Понятие о марках. Технико-экономическая эффективность применения.

Классификация теплоизоляционных материалов и изделий производится по следующим признакам: структуре, форме, виду основного исходного сырья, плотности, жесткости (относительной деформации сжатия), теплопроводности и возгораемости.

В зависимости от структуры теплоизоляционные материалы делят: на волокнистые (мипераловатные, стекловолокнистые и др.), зернистые (перлитовые, вермикулитовые, совелитовые известково-кремнеземистые и др.), ячеистые (изделия из ячеистых бетонов, пеностекло, пенопласты).

По форме и внешнему виду теплоизоляционные материалы бывают штучные (плиты, блоки, кирпич, цилиндры, полуцилиндры, сегменты), рулонные (маты, полосы, матрацы), шнуровые (шнуры, жгуты), сыпучие и рыхлые (вата минеральная, стеклянная, вспученные перлит и вермикулит).

По виду сырья различают теплоизоляционные материалы неорганические и органические.

В зависимости от плотности теплоизоляционные материалы делят на марки: особо легкие (ОЛ) с марками Д 15, 25, 35, 75 и 100; легкие (Л) — Д 125, 150, 175, 200, 250, 300 и 350; тяжелые (Т) — Д 400, 450, 500 и 600.

В зависимости от жесткости (относительной деформации сжатия) под удельной нагрузкой теплоизоляционные материалы бывают пяти видов: мягкие (М), полужесткие (П), жесткие (Ж), повышенной жесткости (ПЖ) и твердые (Т). Для мягких материалов сжимаемость должна быть не более 30%, полужестких — 6...30% и жестких — до 6%. Величина относительного сжатия для изделий повышенной жесткости и твердых должна быть не более 10% при удельной нагрузке соответственно 0,04 и 0,1 МПа. В зависимости от теплопроводности (важной характеристики4 теплоизоляционные материалы делят на три класса: низкой теп лопроводности — класс А, средней теплопроводности — класс и повышенной теплопроводности — класс В.

Неорганические теплоизоляционные материалы подразделяют на штучные, рулонные, шнуровые, а также рыхлые и сыпучие Штучные материалы бывают волокнистые и ячеистые. Волокнистые неорганические теплоизоляционные материалы производят в виде плит различной степени жесткости, цилиндров, полуцилиндров и сегментов из минеральной ваты на синтетическом, битумном или крахмальном связующем, а также полужестких плит из стеклянного волокна — на синтетическом связующем. К ячеистым материалам относят: совелитовые плиты, получаемые формованием и сушкой основного углекислого магния, углекислого кальция и асбеста; вулканитовые плиты, полуцилиндры и сегменты, получаемые из диатомита (трепела), извести и асбеста; известково-кремнеземистые изделия, изделия в виде кирпича, полуцилиндров, сегментов пенодиатомитовые и диатомитовые; асбестовермикулитовые, перлитоцементнЫе, перлитокерамические и перлитофосфогелевые изделия, а также изделия из ячеистых бетонов на неорганических вяжущих и изделия из пеностекла.

К рулонным материалам относятся волокнистые изделия в виде матов из минерального и стеклянного волокна на синтетическом связующем или прошивные, а также холсты из ультрасупер-тонкого стеклянного или базальтового волокна, скрепленных между собой силами естественного сцепления.

К шнуровым материалам относятся шнуры из минеральной ваты, асбеста или асбестомагнезиального сырья, а также стеклянный жгут.

Рыхлые и сыпучие материалы по структуре бывают двух видов: волокнистые и зернистые. К первым относятся минеральная вата из металлургических и топливных шлаков, вата из силикатных горных пород, стеклянная, из штапельного супертонкого стекловолокна и каолинового состава. К зернистым материалам принадлежат совелит, вспученные перлит и вермикулит, асбесто-магнезиальный порошок (ньювель), асбозурит и крошка диато-митовая или трепельная.

Каждый вид теплоизоляционного материала характеризуется показателем теплопроводности при средней температуре испытания 125°С для материалов, применяемых при температуре изолируемых поверхностей до 500°С, и при 300°С для материалов, применяемых при температуре свыше 500°С.

К теплоизоляционным относятся материалы и изделия, теплопроводность которых не превышает 0,15 Вт/(м-°С) при 25°С, плотностью не более 600 кг/м3, обладающих стабильными физико-механическими и теплотехническими свойствами. Они не должны выделять токсических веществ и пыли в количествах, превышающих допустимые концентрации. Материалы и изделия плотностью свыше 400 кг/м3 используют для тепловой изоляции промышленного оборудования и трубопроводов, а плотностью свыше 500 кг/м3 — для тепловой изоляции ограждающих конструкций зданий и сооружений.

Использование материалов, содержащих органические вещества для изоляции поверхностей свыше 100°С, допускается только при соответствующих указаниях стандарта.

Возгораемость — способность теплоизоляционного материал выдерживать в течение определенного времени действие высоко" температуры и открытого пламени. Предельная температура применения — важная характеристика при изоляции промышленное оборудования; это свойство зависит от состава и структуры материала. По возгораемости теплоизоляционные материалы и изделия делят на три группы: несгораемые, трудносгораемые, сгораемые.

• Органические теплоизоляционные материалы производят в виде штучных изделий волокнистого или ячеистого бетона К волокнистым относятся: изделия в виде плит, получаемые из распушенных древесных или других растительных волокон (костра, солома, камыш и др.), путем формования и сушки-плиты, полуцилиндры, сегменты, получаемые из малоразложившегося торфа, цементно-фибролитовые плиты, а также плиты и другие изделия, получаемые из пробковой крошки и вяжущих. К ячеистым органическим теплоизоляционным материалам относятся плиты, полуцилиндры и сегменты в виде газонаполненных пластмасс, получаемые вспениванием и формованием синтетических смол и полимеров (полистирольных, фенольных полиуретановых, поливинилхлоридных и карбамидных).

3. ТИМ для ограждающих конструкций зданий и их технико-экономическая эффективность.

Навесные панели стен выполняют в основном трёхслойными. Наибольшее снижение массы 1 м2 панели достигается при использовании в качестве утеплителя пористых пластмасс, являющихся эффективной теплоизоляцией.Рациональная эксплутация ограждений возможна, если более проницаемые и малотеплопроводные материалы будут находиться с наружной стороны.(арболит). Теплоизоляция промышленного оборудования: изоляционные конструкции из жёстких изделий – плит, скорлуп, сегментов могут выполняться из одного мате-ла или из двух разных мате-лов, укладываемых послойно. В верхнем слое могут применяться менее температуростойкие материалы. Производят двухслойные изделия, сочетающие огнеупорный и теплоизоляционный слои. Керамические теплоизоляционные изделия изготовляют путём формования, сушки и обжига. По сравнению с другими теплоизол. мате-ми они имеют высокую прочность и температуростойкость до 900 С.В качестве сырья используют диатомит , трепел, огнеупорную глину, перлит. Для тепловой изоляции горячих криволинейных поверхностей теплопроводность должна быть до 0,06 Вт/(м С).

Показатель технико-экономической эффективности теплотехнического сопротивления Э (руб), вычисл. по формуле Э= , где П- приведённые затраты на 1 м3 теплоизоляционного ма-ла (руб) ;

 - теплопроводность ,Вт/(м С). Наиболее прогрессивные конструкции из теплоизоляционных мате-лов

а) полимерные мате-лы, с пониженной плотностью 25-100 кг/м3. б) минераловатные плиты повышенной жёсткости, позволяющие вести устройство гидроизоляционного ковра на покрытиях без подстилающих стяжек; в) минераловатные и стекловолокнистые изделия с облицовочной поверхностью; г) изделия из термостойкого базальтового волокна; д) перлитные изделия.

4. ТИМ и изделия для изоляции промышленного оборудования и трубопроводов.

Тепловая изоляция промышленных трубопроводов не только обеспечивает энергосбережение, но также позволяет проводить технологические процессы при заданных параметрах, создать безопасные и комфортные условия работы обслуживающего персонала, с меньшими потерями транспортировать тепло от источника до потребителя. Кроме того, теплоизляция предотвращает замерзание холодной воды в трубопроводах в зимнее время года, позволяет хранить сжиженные и природные газы в изотермических хранилищах, обеспечивает снижение энергозатрат на отопление зданий и сооружений.

Российский рынок теплоизоляционных материалов в настоящее время достаточно обширен благодаря продукции инофирм, предлагающих широкую номенклатуру теплоизоляционных материалов с различными техническими характеристиками, но по достаточно высокой цене.

Номенклатура отечественных теплоизоляционных материалов, предназначенных для тепловой изоляции трубопроводов, не слишком разнообразна. Она представлена традиционно применяемыми изделями: <> матами минераловатными прошивными безобкладочными или в обкладках из металлической сетки, стеклоткани или крафт-бумаги с одной или двух сторон (ГОСТ 21880-94, ТУ 36.16.22-10-89, ТУ 34.26.10579-95 и др.) <> изделиями минераловатными с гофрированной структурой для промышленной тепловой изоляции (ТУ 36.16.22-8-91) <> плитами теплоизоляционными минераловатными на синтетическом связующем плотностью 50...125 кг/м3 (ГОСТ 9573-96) <> изделиями из стеклянного штапельного волокна на синтетическом связующем (ГОСТ 10499-95). В небольшом объеме выпускаются изделия из супертонкого стеклянного и базальтового волокна с применением различных связующих и без них (ТУ 21-5328981-05-92, ТУ 95.2348-92, ТУ 5761-086011387634-95 и др.). Для изоляции трубопроводов с температурой до 130°С применяются скорлупы из трудногорючего фенольно-резольного пенопласта ФРП-1 (ГОСТ 22546-77). Для изоляции трубопроводов с температурой 400...600°С в качестве первого слоя многослойной теплоизоляционной конструкции применяются жесткие формованные известково-кремнеземистые изделия (скорлупы и сегменты по ГОСТ 24748-81) и перлитоцементные скорлупы (ТУ 36.16.22-72-96).

Отечественная промышленность теплоизоляционных материалов, к сожалению, практически не выпускает формованные изделия (цилиндры, полуцилиндры, сегменты) из минеральной и стеклянной ваты для изоляции трубопроводов. В связи с этим вместо высокотехнологичных формостабильных теплоизоляционных конструкций для трубопроводов монтажные организации используют неиндустриальные конструкции, требующие больших трудозатрат при монтаже, с применением полотна холстопрошивного стекловолокнистого ПСХ-Т (ТУ 6-48-97-93) или иглопробивного ИПС-Т-1000 (ТУ У 6-00209775.051-95), теплоизоляционных шнуров (ГОСТ 1779-83, ТУ 34-26-10258-86) или безобкладочных минераловатных или стекловолокнистых матов. Существующий в этой области дефицит начинает заполнять ЗАО «Минеральная вата» (г. Железнодорожный), выпускающее по ТУ 5762-013-04001485-97 минераловатные цилиндры для трубопроводов диаметром 18...273 мм при толщине теплоизоляционного слоя 20...80 мм.

Для трубопроводов холодной воды и трубопроводов с отрицательными температурами теплоносителя применяются заливочный пенополиуретан (ОСТ 6-55-455-90) и скорлупы из пенополистирола ПСБ-С. Оба материала относятся к группе горючих по ГОСТ 30244. Для этой цели используются также конструкции на основе минераловатных и стекловолокнистых материалов с пароизоляционным слоем, характеризующиеся невысокой теплотехнической эффективностью и долговечностью.