На главную Обратная связь Карта сайта

Статьи по теплоизоляции

Поход жидко-керамического «супертеплоизоляционного» покрытия по тепловым сетям Рф
 по тепловым сетям Рф К.х.н. В.Т. Ширинян,
начальник отдела контроля свойства,
ЗАО «Петерпайп», г. Санкт-Петербург
 «Теплоэнергоэффективные
технологии», № 1, 2007)
Сначала 1970-х гг. в США было создано специальное
жидко-керамическое теплоизоляционное покрытие (ЖКП) марки «Thermal-Coat», в состав которого входили
наполнители – вакуумированные стеклянные микросферы и
оксиды металлов (кремния, титана, кальция и цинка). В роли связующего
были выбраны латексы бутадиенстирольных и винилакриловых полимеров.
ЖКП предназначались для нанесения на
поверхность летательных аппаратов с целью защиты, как от воздействия
космической радиации, так и от температурных градиентов, имеющих место внутри
объектов управления. Из-за низкой механической прочности и износостойкости ЖКП
сверху покрывалось железной конструкцией для исключения прямого контакта с
окружающей средой космоса.
. компания, производящая покрытие марки «Thermal-Coat», стала расширять область
применения ЖКП, решив создавать его новейшую марку «ТМ» для внедрения на
трубопроводах, котлах, кораблях, также на промышленных объектах и в частных
домах. В зависимости от цели и назначения подбиралась толщина послойно
нанесенного покрытия [1]. Позже, опосля возникновения первой открытой публикации о
ЖКП подобные материалы возникли в Рф. В НПО «Специальные технологии»
было создано ЖКП под заглавием «Изоллат» [2],
далее вариант комбинированной термоизоляции ЖКП с пенополиуретаном
(ППУ) в гидрозащитной оболочке – в ЗАО «Петерпайп» [3].
Поход ЖКП по Рф начался
в 2001-2002 гг., а наиболее широкую известность покрытие получило опосля того, как
ЗАО «Предприятие Итиль» (г. Волжский, Волгоградская обл.) разработало технические
условия на его применение в РФ (ТУ 5768-001-54965774-2004).
Сейчас все по порядку.
О свойствах ЖКП В нормативно-технической документации (ТУ и
инструкциях по применению) чрезвычайно нередко приведены противоречивые сведения о
значениях характеристик ЖКП. Так, к примеру, указанная теплопроводимость составляет l=0,01 Вт/мЧ°C, но есть ссылка с оправдательным заключением, что в связи
с отсутствием методик для определения коэффициента теплопроводимости тонких и
сверхтонких образцов введено понятие расчетной теплопроводимости. Интересно
знать, почему нельзя получить толстые эталоны, ежели это нужно?
В ТУ приводится и другое значение расчетной
теплопроводности, равной l=0,001
Вт/мЧ°C.
Как она рассчитывается? Ежели через термическое сопротивление R=d/l, где d – толщина покрытия,
то при какой толщине покрытия? Дальше приведена теплопроводимость l=0,1 Вт/мЧ°C и термическое
сопротивление R=0,4 м
Ч°C/Вт. Тут также непонятно, при какой толщине изоляции и
теплопроводности изготовлен расчет?
Ежели значение теплопроводимости, полученное
расчетным методом, не соответствует вправду имеющимся в природе
материалам, то это значит, что методика расчета некорректная. Понятно, что
газообразные продукты имеют наиболее низкую теплопроводимость, чем твердый
материал. Посреди газообразных веществ фаворитом по низкой теплопроводности
является элегаз (l=0,016 Вт/мЧ°С).
Условия нанесения ЖКП и температурный спектр эксплуатации По вопросцу спектра температуры при нанесении
покрытия на поверхности в упомянутых ТУ есть указания: от +10 до +93 °С
и от +7 до +150 °С,
а в аннотации по нанесению изоляции указан спектр от +7 до +180 °С. А что реально? Настоящая наибольшая температура
различных поверхностей для нанесения рассматриваемой изоляции была нами
установлена на лабораторном щите и составляла от +15ё+20 °С до +80 °С. Выше данной температуры ЖКП преобразуется в рыхловатое и
неплотное покрытие, в каком тяжело контролировать толщину изоляции; на
поверхности возникают комки скоагулированного
латекса.
То же самое о температурном спектре эксплуатации
ЖКП. В преамбуле к ТУ о применении трубопроводов с ЖКП есть
указание: от –43 до +260 °С. В том же ТУ (в таблице «Основные технические
показатели») область рабочих температур определена: от –43 до +180 °С,
однако дальше (Приложение. «Характеристики покрытия»),
температура эксплуатации: от –60 до +204 °С.
«Супернизкая»
теплопроводность ЖКП (l=0,001
Вт/мЧ°С)
и высочайшая эксплуатационная температура Т
эксп.
=+260
°С
вызвали посреди почти всех профессионалов не только лишь большой энтузиазм, да и колебание в
возможности существования такового рода материала.
Иной важной характеристикой
теплоизоляционного материала является его теплостойкость. Тут без высокого
драматизма рекламодатели не обошлись, оценивая эксплуатационную температуру ЖКП
– Т
эксп.
=+260 °С.
Для композиционных материалов, содержащих полимерные латексы, такая
температура, характеризующая их теплостойкость, является чрезвычайно высочайшей, в связи
с чем, вызвала у нас некие сомнения. Проверка теплостойкости показала, что
ЖКП имеет теплостойкость +145ё+150 °С, а долговечность составляет
10 лет. В подобных критериях ресурс эксплуатации ППУ-изоляции
составляет 10-15 лет [4].
Наилучшим доказательством относительно низкой
температуры эксплуатации ЖКП, чем регламентируемая в ТУ и
информационно-рекламной литературе, являются результаты термогравиметрического
анализа (ТГА) материала, приобретенного на дериватографе
при скорости нагрева эталона на 1 °С/мин. Подъем
температуры с относительно низкой неизменной скоростью дозволяет фиксировать
потери массы ЖКП уже при температурах в области +128ё+130 °С.
Далее, при подъеме температуры до +150 °С утрата массы составляет 8-10%. Может быть, это выделение
остатков воды и низколетучих товаров, находящихся в
не высушенном покрытии, т.е. предполагается, что они не являются продуктами деструкции.
При предстоящем повышении температуры до +165 °С
потеря массы становится значимой и составляет ~18%, что явно
свидетельствует о протекании термоокислительной
деструкции в материале связывающего. Процесс разложения материала с повышением
температуры от +170 °С до +180 °С происходит с неизменной скоростью, а утраты массы при
этом добиваются 22-26%, что значит фактически полную утрату им
физико-механических параметров. Выделяющиеся газообразные продукты неизвестного
состава имеют соответствующий ядовитый запах. Таковым образом, проверка термического
воздействия на ЖКП одним из более чувствительных способов (способ ТГА) показала,
что «супертеплоизоляционный» материал «Thermal-Coat» имеет довольно низкую
эксплуатационную температуру по сопоставлению с рекламируемой.
Попытка расширения области применения
материала без предварительно подтвержденных данных о его свойствах не может
привести к удачным конечным результатам.
Создатели ТУ и рекламодатели несут
ответственность в случае обнаружения суровых нарушений по части
эксплуатационных черт. Есть один таковой пример «криминального
характера», который может быть скоро станет общеизвестным. Идет речь о пожарной
безопасности ЖКП. Русские «толкатели» этого материала по тепловым сетям,
имея в наличии разные сертификаты соответствия, в том числе и сертификат
пожарной сохранности, чрезвычайно серьезно ввели в заблуждение почти всех руководителей
теплоэнергетического комплекса Рф, которые решили применить у себя
указанный «суперматериал» не только лишь для изоляции трубопроводов
в относительно замкнутом пространстве с температурой теплоносителя от +80 до
+180 °С, да и в открытом – контактирующем с атмосферным
воздухом. У рекламодателей, возможно, чрезвычайно «короткая память» – они
категорически игнорируют истинное предназначение ЖКП с учетом его низких
физико-механических параметров (см. начало статьи). На
некоторых объектах энергетического комплекса указанная термоизоляция была
нанесена на поверхности трубопроводов в помещениях котельных, где не только
запрещено внедрение сгораемых теплоизоляционных материалов (к примеру, ППУ),
но и внедрение в качестве гидрозащиты оболочки из
оцинкованной стали, которая служит источником образования статического
электричества. Потратив миллионы муниципальных средств, заказчики получили
теплотрассу, не отвечающую требованиям СНИПа.
Сущность этого факта заключается в последующем:
совершены две недопустимые и непоправимые ошибки.
1-ая ошибка : поверив
компании, гарантирующей огнезащитную сохранность ЖКП (а именно, по степени
сгораемости ЖКП в согласовании с ТУ относится к категории тяжело сгораемых
материалов Г1), без подготовительной проверки покрытия
начали его эксплуатацию.
Несложно представить, что, если
композиционный материал в собственном составе содержит наиболее 20% сгораемых органических
полимеров, как к примеру, бутадиенстирольные и винилакриловые латексы, то навряд ли он быть может трудносгораемым.
Может быть придание трудносгораемости
композициям методом введения в их состав 30-40% хлор-, азот- либо фосфорсодержащих антиперенов,
способных всасывать кислород из окружающей среды и препятствующих при этом
процессу горения.
В лабораторных критериях экспресс-методом нами дана оценка горючести ЖКП с
использованием «огневой трубы» [5]. Эталон в виде пластинок шириной 1,2 мм
, высушенный по рекомендуемой
технологии, шириной 12ґ14 мм и высотой 60-80 мм
был зафиксирован в вертикальном положении
в огневой трубе. Источником пламени служила спиртовая горелка [6]. Образец
предварительно взвешивали, поджигали, начиная с нижней части, с помощью
горелки. Потом горелку удаляли и замеряли длительность его
самостоятельного горения либо тления. После чего эталон опять взвешивали.
Горючими считают те материалы, которые теряют
при горении наиболее 20% массы, и продолжают гореть опосля удаления горелки более
минуты. К трудносгораемым относятся материалы,
которые теряют наименее 20% массы и горят без помощи других опосля прекращения подачи
огня менее 30 с.
В составе сгораемых товаров, взятых на хромотографический анализ, наличие каких-нибудь антипиренов
не найдено.
Результаты проверки сгораемости приведены в
табл. 1.
 
Таблица 1. Сгораемость и утраты массы ЖКП в «огневой трубе».
Результаты, приведенные в табл. 1, демонстрируют,
что ЖКП по горючести относятся к группе «горючих – Г4»,
а не к Г1, как указано в ТУ. Внедрение ЖКП как средства термоизоляции трубопроводов
в помещении котельной – наигрубейшее нарушение!
Основное даже не в том, что ЖКП имеют горючесть
Г4, а неверное информирование потребителей о их
свойствах, приводящее к заблуждению почти всех профессионалов и, как итог,
нанесение плохой термоизоляции на трубопроводы. Может быть, теперь
потребители будут наиболее пристально и осторожно относиться к выбору новых
теплоизоляционных материалов.
2-ая ошибка: ЖКП, нанесенное на все трубопроводы с различной температурой
теплоносителя в спектре от +85 до +135 °С,
имеет схожую толщину 2,4-2,5
мм
.
Расчеты по выбору толщины ЖКП были сделаны
монтажной организацией, производящей теплоизоляционные работы на трубопроводах.
Вероятнее всего в базу этих расчетов легли ложные свойства ЖКП по
теплопроводности (l=0,001
Вт/мЧ°С).
Но, в любом случае, с повышением температуры теплоносителя от +85 °С до +135 °С, толщина изоляции обязана была пропорционально
расти, что не было соблюдено.
Приведем обычный расчет, исходя из условия,
что толщина термоизоляции составляет 2,4 мм
, а температура теплоносителя 85 °С
и, представим, эта толщина удовлетворяет требованиям СНИПа.
Таковая информация значит, что: &10182;Т
=85–40=45 °С, где DТ
и температурой на поверхности термоизоляции, требуемой по СНИПу T
; 45 °С – поглощенная теплоизоляцией температура. Если
теплоизоляция, шириной 2,4
мм
поглощает энергию, равноценную температуре 45 °С,
то она, в случае температуры теплоносителя равной 135 °С (&10182;Т
=135–40=95 °С), никак не может всасывать 95 °С. В первом случае (при &10182;Т
=45 °С) на долю каждого слоя термоизоляции шириной 0,2-0,23 мм
(опосля сушки одного
слоя начального ЖКП) приходится: (45 °Сґ0,215 мм)/2,4 мм=4 °С, а во 2-м (при &10182;Т
=95
°С) – 8,5 °С.
В действительности при измерении температуры на
поверхности изоляции трубопроводов с температурой теплоносителя 85, 110, 135 °С
соответственно, были получены: 53-55, 66-68, 103-105 °С, т.е. разность температур теплоносителя и поверхности
теплоизоляции трубопроводов при схожей толщине слоя изоляции (2,4 мм
) оставалась
постоянной и составляла 30-32 °С (измерения температуры проводили пирометром марки MT4 Raynger, Германия). Эти результаты отлично согласуются с
результатами, приобретенными при измерениях теплопоглощения, проведенными на
лабораторном щите [7]. Лабораторный щит представляет собой железную трубу
диаметром 133 мм
с закрытыми торцами, длиной 1000
мм
. Теплоносителем снутри металлической трубы служил глицерин
марки «ч».
На внешную поверхность металлической трубы
наносили послойно ЖКП (размером 50ґ50 мм, шириной 0,4-0,45 мм
), высушивали при температуре помещения
в течение 20-24 ч, потом включали нагрев теплоносителя и измеряли температуру
на поверхности металлической трубы и термоизоляции. Нагрев теплоносителя до
температуры 150-165 °С осуществлялся с
помощью ТЭНа с регулятором напряжения. Для
поддержания равномерности температуры теплоносителя по всему объему
использовали электрическую мешалку лопастного типа (со скоростью вращения лопастей
110-120 о/мин). Измерения температуры производились
на ячейке в форме квадрата (размеры внутренней площади 30ґ30 мм), шириной стены 30 мм
, сделанной из ППУ,
для исключения влияния краевого эффекта и рассеивания тепла с измеряемой
площади на точность результатов измерения.
Таковым методом производились измерения
теплопоглощения (до заслуги количества слоев ЖКП, равных 40).
Результаты измерений приведены в табл. 2.

Таблица 2. Зависимость температуры
поглощения
 от количества слоев изоляции ЖКП при
различных температурах теплоносителя.
 Как
видно из таблицы, для обеспечения требования СНИПа по
температуре на поверхности термоизоляции трубопроводов надземной прокладки
многократное нанесение слоев изоляции (от 20 до 40) делает ЖКП нетехнологичным.
Эти результаты отлично согласуются с
результатами, приобретенными при измерениях теплопроводимости ЖКП при помощи прибора
«МИТ-1» с измерительным зондом (Наша родина, ГОСТ 30256-94), по методике, аналогичной методике измерения
теплопроводности ППУ при температуре 50 °С
(ГОСТ 30732).
Приобретенное значение теплопроводимости ЖКП
составляет l=0,04-0,045 Вт/мЧ°С, заместо рекламируемого l=0,001 Вт/мЧ°С.
Экономические характеристики ЖКП Значение экономического эффекта от применения
ЖКП является вершиной фантазии рекламодателей. Для сопоставления они использовали
ППУ теплоизоляцию. При расчетах экономической эффективности хоть какого материала
необходимо исходить из настоящих производственных характеристик, включая все
технологические операции по выпуску единицы продукции за единицу времени.
Любители создавать
«сказочные рекламы» на этом не тормознули, решили продолжить атаку на
тепловые сети и дают, чуток ли, не заменить обычно используемый во
всем мире теплоизоляционный материал ППУ на ЖКП и приводят «фантастические»
результаты расчета экономического эффекта ЖКП по сопоставлению с ППУ.
и шириной термоизоляции ЖКП, равной 0,9 мм
, и ассоциируют с
вариантом ППУ-изоляции шириной 40 мм
в покрытой цинком оболочке
с проводами системы ОДК и применением термоусаживающейся
муфты.
Отсутствие расчета либо методики подхода к
трактовке приобретенных результатов экономического эффекта убирают читателя или
пользователя данной продукции далеко-далеко от понятия «экономическая
эффективность». При всем этом уверено показывается в цифрах двух-
,трехкратная финансовая необходимость внедрения ЖКП. Степень соблазна
настолько велика, что не спецу тяжело найти, где «ложь», а где
«правда», хотя для сравнительного расчета отсутствуют почти все существенные
факторы.
Во-1-х, непрофессиональный подход при
сравнении 2-ух материалов: ЖКП и ППУ.
Во-2-х, непонятно, по ценам какого года
сделан расчет. Основное, нигде в расчетах не учитывается продолжительность
процесса послойного нанесения изоляции, сушки до набора требуемой толщины по
нормам СНИПа.
И, в конце концов, нужно отметить, что толщина
ППУ термоизоляции не рассчитана для теплоносителя с температурой 100 °С,
как это желают сделать для сопоставления создатели ТУ, а рассчитана на 130 °С со сроком эксплуатации 25 лет и на 150 °С со сроком эксплуатации 12 лет.
Аналогичную некорректность при расчете толщины
нанесенного слоя и сопоставлении стоимости 1 п
м изоляции из ППУ и ЖКП «Изоллат» допустили
разработчики крайнего НПО «Специальные технологии». Теплопроводимость ППУ при
50 °С составляет 0,03 Вт/мЧ°С, а у «Изоллат» – 0,08 Вт/мЧ°С (правда, не понятно при какой температуре –
прим. авт.
), т.е. в 2,6 раза больше, чем
ППУ. 1 п м металлической трубы D
=325 мм имеет площадь
(pDL) – 0,325ґ3,14ґ1=1,02 м
. Для термоизоляции металлической трубы с
применением ППУ тип 1 по ГОСТ 30732, толщина изоляции составляет 55,5 мм в
оболочке поперечником 450 мм, что просит расхода ППУ 4,5-5 кг на 1 п м при плотности 75-80 кг/м
,
т.е. 5 кг ґ 80 руб.=400 руб./1 п м, а не 2200 руб., как это посчитали создатели «Изоллат».
Отбрасывая в сторону, что «Изоллат»
имеет в 2,6 раза больше теплопроводимость чем ППУ, оставляя только информацию о
расходе «Изоллат» при нанесении 4-х слоев на 1 м
поверхности, что составляет 1 кг по массе,
получим сравнительную стоимость 900 руб. Это без учета нанесенной грунтовки и
дорогостоящего кремнеорганического лака КО-815, а
также трудозатратности нанесения изоляции и сушки, составляющей наиболее 72 часов.
Здесь также не ясно, почему довольно 4-х слоев? Ежели у ЖКП «Thermal-Coat» теплопроводимость в 80 раз ниже,
чем у «Изоллат» и его наносят в 6 слоев шириной 2,4
мм, а у «Изоллат» – 1,6 мм, то почему довольно?
Также не ясно – в которых предельных температурных критериях можно эксплуатировать
этот материал и срок его долговечности.
Расход ЖКП-теплоизоляции и расчет
ее стоимости Начальные данные, принятые для расчета: толщина
ЖКП для сопоставления с ППУ взята 0,9
мм
. Непонятно, откуда взята таковая величина; источник ее
появления остается загадкой.
По нашим представлениям эту толщину можно
определить просто, как это делали мы выше, показав ошибки монтажников при
нанесении изоляции на трубопроводы с различной температурой теплоносителя. Если
исходить из расчета, что один слой ЖКП шириной 0,2-0,25 мм
(в пересчете на
сухую изоляцию) поглощает 2,5-3,0 °С тепла, то для
поглощения 60 °С
тепла (T
=100–40=60 °С), будет нужно 6,3 мм
изоляции при
температуре теплоносителя 100 °С.
Для получения слоя изоляции таковой толщины (6,3 мм
), при длине трассы 1000 м
, поперечником стальной
трубы 108 мм
,
естественно будет нужно уже не 223
кг
массы, как это было принято в расчетах при толщине
изоляции 0,9 мм
,
а намного больше:
н изол.
н ст. тр.
)ЧLЧrЧp/4,           (1)
где m – масса ЖКП, кг; D
изол.
, d
ст. тр.
– наружный
диаметр изоляции и металлической трубы соответственно; L
– длина трассы; r
– плотность ЖКП.
Подставив значения характеристик в формулу (1), а
именно: D
при толщине изоляции 6,3 мм
,
равный 120,6 мм
, получим: m=1334
кг (это на покрытие ЖКП в водянистом виде). Легче делать расчет
стоимости термоизоляции с начальным ЖКП, чем с высушенным, т.к. продукцию
продается по размеру. Таковым образом, исключая из формулы (1) значение плотности, получаем размер ЖКП V, м
н изол.
н ст. тр.
) ЧLЧp/4.           (2)
Размер ЖКП по формуле (2) равен 2,27 м
. При стоимости 0,001 м
ЖКП 700 руб. (по ценам 2006 г
.), стоимость ЖКП 2,27 м
составит
1610000 руб.
Расход ППУ-теплоизоляции
и расчет ее стоимости Формула расчета расхода ППУ схожа формуле
(1) и при толщине 45,4 мм
и шириной 0,55 мм
. Стоимость 1 кг ППУ
(по ценам 2006 г
.)
– 75 руб. Общественная стоимость ППУ-изоляции составит
136600 руб. при плотности ППУ – 80 кг/м
.
с 2-мя видами термоизоляции ППУ и ЖКП с
учетом расходных материалов, как это дают рекламодатели.
Главные расходные материалы для теплопроводов
с ППУ-изоляцией: железная покрытыя цинком оболочка (СтОО), термоусаживающаяся муфта (ТУМ)
для стыковых соединений. Масса СтОО шириной 0,55 мм
, длиной 1000 м
составляет 3550 кг.
Стоимость 1 т – 33800 руб. Общественная стоимость СтОО
составит 120000 руб. (с НДС).
Для данной трассы расход ТУМ составит 87 шт.
Цена 1 ТУМ – 755 руб. Общий расход ТУМ – 65600 руб. (с НДС).
Итого получаем: 136600+120000+65600=323500
(руб.).
Таковым образом, расчет расхода материалов на 1000 м
с применением термоизоляции ЖКП и ППУ показал, что теплотрасса с ППУ теплоизоляцией
без учета издержек на выпуск продукции, приблизительно в 5 раз ниже, чем с ЖКП
изоляцией.
Ворачиваясь к «фантастическому способу» расчета
экономической эффективности рекламодателей, охото направить внимание на сроки
эксплуатации трассы с внедрением ЖКП и ППУ. В разделе «гарантия
изготовителя» ТУ срок эксплуатации ЖКП указан – более 10 лет при нормальных
условиях (о этих критериях, возможно, знают только создатели ТУ). Срок
эксплуатации теплотрассы с внедрением ППУ составляет 25 лет при постоянной
температуре 130 °С и 12 лет – при температуре 150 °С.
Выводы Приведенный анализ технической документации на
ЖКП, применительно к трубопроводам тепловых сетей, и исследование некоторых
физико-механических параметров материала, его теплофизических черт, а
также технологичности процесса термоизоляции трубопроводов и способов расчета
экономической эффективности при применении в тепловых сетях надземной прокладки
по сопоставлению с ППУ теплоизоляцией показал:
·     
нетехнологичность процесса, требующего многократного повторения операции
«нанесение – сушка» до набора нужной толщины изоляции в согласовании со СНИПом.
ЖКП может удачно отыскать применение в других
областях индустрии, где его характеристики могут удовлетворять требованиям
Российских стандартов.
Литература 1.
Thermal - laat –
Прорыв термоизоляционных материалов.
ООО «Термо-Лайн»,
2004
2. Термоизоляционный жидкокерамический
материал. ТУ 2216-001-59277205-2002.
3. Трубный элемент с комбинированной теплоизоляцией в гидрозащитной оболочке. Патент РФ 49167. Б.И. № 31, 2005.
4. ГОСТ 30732-2004.
5. Пожаровзрывоопасность веществ и
материалов. Система стандартов сохранности труда. ГОСТ 12.1.044-89. М
. С. 5.
6. Кодолов В.И. Горючесть и огнестойкость полимерных
материалов. М.: Химия, 1976.
7. Игнатов А.А., Ширинян В.Т., Кривогин А.Н. и др.
Применение комбинированной термоизоляции при производстве элементов
трубопроводов с сохранением традиционной технологии «труба в трубе» для
транспортировки теплоносителя с завышенной температурой // Теплоэнергоэффективные технологии.
2006. № 3. С. 25-29.
Редакция журнальчика «Новости Теплоснабжения» приглашает
специалистов принять роль в дискуссии по вопросцу использования
жидко-керамических покрытий на теплоэнергетических объектах.
Наши филиалы: Нижний Новгород / Самара / Омск / Казань / Челябинск / Ростов-на-Дону / Москва /