Применение новых теплоизоляционных материалов

Тепловые сети - наиболее ответственный и технически сложный участок систем теплоснабжения и всего городского хозяйства. Необходимость соблюдения нормативных потерь тепла, высокие рабочие температуры и давление теплоносителя определяют повышенные требования к теплопотерям и безопасности сетей теплоснабжения.

Применение традиционных материалов (минваты) и традиционных технологий при прокладке и ремонте тепловых сетей приводит к необходимости полной замены труб и теплоизоляции через 10-15 лет и большим потерям при транспорте тепла.

В настоящее время разработаны и применяются в практике теплоснабжения новые энергосберегающие технологии и материалы, которые снижают теплопотери в 2-3 раза по сравнению с нормативными и удлиняют срок эксплуатации до 30 лет. При этом не только улучшаются технологические свойства теплопроводов, но и снижается стоимость прокладки, а также появляется возможность бесканальной прокладки.

На графиках (рис. 4.3) даны сравнительные характеристики традиционной тепловой изоляции (минваты) и новых теплоизоляционных материалов: армопенобетона (АПБ) и пенополиуретана (ППУ).

Рис. 4.3. Сравнительная характеристика трубопроводов с различными видами теплоизоляции

Применяемый для теплоизоляции двухкомпонентный пенополиуретан имеет следующие характеристики:

• среднюю плотность по всей длине трубы - не менее 80 кг/м3;

•  прочность на сжатие - 0,4-0,6 H/ мм2 ;

•  влагопоглощение - не более 10% по объему;

•  объемную долю закрытых пор - не менее 88%;

•  теплопроводность при 20°С - не более 0,03 Вт/(м К).

ППУ изоляция на стальные трубы наносится в заводских условиях с помощью специальных заливочных машин или методом напыления непосредственно на тело трубы. Стальная труба и слой пенополиуретана надежно защищены от влаги оболочкой из тонкостенной полиэтиленовой трубы. При надземной прокладке применяется оболочка из оцинкованной стали. Места стыков труб изолируются готовыми пенополиуретановыми скорлупами, покрываемыми затем специальной полиэтиэтиленовой термоусаживающейся пленкой или термоусаживающимися манжетами с заливкой в них компонентов ППУ на месте монтажа.

Институтом ВНИПИЭнергопром (ВНИПИТеплопроект) разработана и внедрена эффективная конструкция полимербетонной теплогидроизоляции для теплопроводов различного назначения. Теплопроводы с такой изоляцией могут быть использованы для прокладки подземных (бесканальных и канальных) и надземных тепловых сетей, работающих в условиях воздействия температуры теплоносителя до 150°С.

Полимербетонная теплогидроизоляция является моноконструкцией. В процессе ее изготовления образуется антикоррозионное покрытие (корка на трубе), основной теплогидроизоляционный слой и плотный наружный слой, обеспечивающий защиту изоляции от проникновения влаги, а также конструкции от механических повреждений при транспортировке и монтаже.

Корковые слои и основной теплоизоляционный слой формируются одновременно в одной технологической операции.

Высокие физико-механические и антикоррозионные показатели полимербетонной смеси, а также возможность широкого направленного варьирования свойств обеспечивают надежную работу всего монослоя с трубой в различных гидрологических условиях.

Трудоемкой подготовки и очистки поверхностей труб, необходимой для нанесения антикоррозийных покрытий, при использовании полимербетонной изоляции не требуется.

Основными техническими характеристиками конструкции являются:

•  объемная масса, кг/м3                                                                                                               450+50

•  пределы прочности, МПа, не менее:

при сжатии                                                                                                 1,5

при изгибе                                                                                                  2,4

•  адгезия к стальной трубе, МПа                                                        0,3-0,6

•  термостойкость, °С                                                                              150-180

•   коэффициент теплопроводности, Вт/(м-К)                                0,07
Строительство тепловых сетей с изоляцией на основе полимербетонной смеси значительно проще строительства тепловых сетей с изоляцией из автоклавного армопенобетонна, битумоперлита, фенольного поропласта и других материалов, используемых в отечественной и зарубежной практике. Для изоляции труб.

Наиболее перспективной технологией получения теплоизоляционного слоя является заливка его в полость между трубой и внешним покрытием. Конструкция теплопровода с заливочным пенополиуретаном представлена на рис. 4.4.

Рис. 4.4. Конструкция изоляции трубопровода заливочным пенополиуретаном:

1 - теплоизоляционный слой; 2 - дистанционная опора; 3 - отделка торцов;

4 - элемент покрытия; 5 - винт; 6 - герметик; 7 - отверстия для заливки ППУ;

dT, dm - диаметры трубопровода и изоляции, dНЗ - толщина изоляции

Теплопроводы являются сложными инженерными сооружениями, где, кроме основного элемента трубопроводов с большим количеством сварных стыков, теплотрасса имеет компенсаторы, опоры, арматуру и другие элементы теплоизоляция которых представляет собой определенную сложность.

Сегодня эти проблемы решены, что позволяет снизить тепловые потери при транспорте теплоносителя.

Теплоизоляция сварных стыков осуществляется в виде неразъемной муфты, предварительно устанавливаемой на трубопровод до сварки металлического стыка. Материал муфты выполнен из полиэтилена, обладающего способностью к термоусадке. После термоусадки стык дополнительно приваривается к полиэтиленовым оболочкам сопрягаемых элементов.

Схема установки стыков изображена на рис. 4.5.

Рис. 4.5. Схема установки теплоизоляции на стыке

Сварка муфты и полиэтиленовой оболочки производится специальным сварочным трансформатором, а термоусадка муфты - газовой горелкой. Такая технология соединения оболочек предполагает долгий срок службы теплотрассы в целом.

К числу «неудобных» для тепловой изоляции элементов сети относятся вентили. Их утепляют в основном двумя способами: полносборными конструкциями и теплоизоляционными матрацами рис. 4.6 и 4.7.

Для внутриквартальных тепловых сетей сегодня разработаны гибкие трубопроводы ИЗОПЭКС (Санкт-Петербург) и ПРОФЛЕКС (Москва), представляющие собой предварительно изолированную систему, конструкция которой включает в себя несущую трубу из модифицированного полиэтилену изолированную пенополиуретаном и наружной бесшовной гидрозащитной гофрированной полиэтиленовой оболочкой. Конструкция теплопроводов в однотрубном и двухтрубном исполнении представлена на рис. 4.8. Трубопроводы могут поставляться "бухтами". Это обеспечивает простоту и удобство транспортировки. Монтаж характеризуется значительным уменьшением количества или полным отказом от стыков соединений на трассе.

Рис. 4.6. Изоляция фланцевого вентиля полносборными конструкциями:

1 - трубопровод, 2 - изоляция, 3 - диафрагма, 4 - опорное кольцо, 5 - вентиль, 6 - стойки, 7 - замок, 8 - бандаж, 9 - полуфутляр с теплоизоляционным слоем

Рис. 4.7. Конструкция изоляции клапана теплоизоляционными матрацами:

а - общий вид изоляции, б - развертка матрацев; 1 - теплоизоляционная конструкция трубопровода, 2 - проволока латунная, 3,6- крючки, 4 - матрацы, 5 – бандаж

По сравнению со стальными трубами в ППУ изоляции, для прокладки системы ИЗОПЭКС с двумя функциональными трубами ширина траншеи, а следовательно, и объемы земляных работ уменьшаются на 40%. Гибкость трубопроводов обеспечивает согласование практически с любыми условиями трассы. Создается возможность прокладки трубопроводов под существующими трубопроводами или в направлении, поперечном к существующим трубопроводам. Это особенно актуально для стесненных условий городской застройки, насыщенной подземными коммуникациями.

Благодаря  гибкости конструкции упрощен монтаж: нет неподвижных щитовых опор, компенсаторов, возможна любая конфигурация трассы, отсутствует сварка.

При проектировании тепловой защиты трубопроводов необходимо учитывать снижение теплотехнических свойств изоляционных материалов в процессе эксплуатации. На рис. 4.9 представлен график увеличения тепловых потерь в зависимости от срока службы теплопроводов. Отсюда видно, что современные теплоизоляционные материалы практически не подвержены старению, их теплоизоляционные качества не меняются со временем, но вместе с тем минераловатные и битумоперлитные материалы после 12-15 лет снижают свои теплотехнические характеристики.

Для выбора материала и конструкции тепловой изоляции рекомендуется пользоваться табл. 4.1, 4.2, где проведено сравнение наиболее употребительных материалов по теплотехническим и эксплуатационным свойствам.

Рис 4.9. График зависимости тепловых потерь бесканальными теплопроводами d = 529 мм с изоляцией различного типа в зависимости от срока эксплуатации (по данным ВНИПИТеплопроект - ВНИПИЭнергопром)

Таблица 4.1. Характеристика различных типов изоляции

Условные обозначения:

ППУ - пенополиуретановая изоляция в оболочке из полиэтилена;

АПБ - изоляция из монолитного автоклавного армопенобетона;

MB - подвесная изоляция из минераловатных изделий;

ППБ - изоляция из пенополимербетона;

ФП - изоляция из фенольного поропласта.

Таблица 4.2 Применение различных типов изоляции