Общая характеристика теплоизоляционных материалов и изделий

Теплоизоляционные конструкции тепло­вых сетей предназначены для поддержания заданной температуры теплоносителя, со­кращения тепловых потерь трубопроводов и оборудования, а также для снижения тем­пературы их наружных поверхностей, что имеет значение при размещении в помеще­ниях, предназначенных для постоянного или временного пребывания людей. В таких по­мещениях во избежание ухудшения санитар­но-гигиенических условий (опасность ожогов) в нормах оговаривается максимальная температура этих поверхностей, которая со­ставляет 45°С для трубопроводов и обору­дования, размещенных в жилых, обществен­ных и производственных зданиях (при темпе­ратуре воздуха в них не выше 25 °С), и 60 °С для трубопроводов, проложенных в тунне­лях, коллекторах, а также в доступных для обслуживания местах при надземной про­кладке тепловых сетей.

Для изготовления теплоизоляционных конструкций используются специальные теп­лоизоляционные материалы, характерной особенностью которых являются низкие зна­чения теплопроводности в интервале темпе­ратур, соответствующем условиям работы конструкции. Чем ниже эти значения, тем при прочих равных условиях меньше тепло­вые потери и соответствующее снижение температур теплоносителя.

Согласно ГОСТ 16381-77 теплоизоля­ционные материалы в зависимости от теп­лопроводности подразделяются на три груп­пы: низкой теплопроводности не более 0,06 Вт/(м-К) при средней температуре ма­териала в конструкции 25 °С и не более 0,08 Вт/(м-К) при 125 ^oС; средней теплопро­водности 0,06-0,115 Вт/(м-К) при 25^oС и 0,08-0,14 Вт/(м·К) при 125 °С; повышенной теплопроводности 0,115 — 0,175 Вт/(м-К) при 25°С и 0,14-0,21 Вт/(м-К) при 125°С Сле­дует учитывать, что из таких теплоизоляционных материалов выполняется только основной слой теплоизоляционной конструк­ции. Помимо него в эту конструкцию обыч­но входят другие слои (покровный, гидро­изоляционный), а также используются раз­личные вспомогательные материалы (арми­рующие, крепежные, окрасочные), теплопро­водность которых не ограничивается.

По нормам для тепловых сетей с максимальной температурой теплоноси­теля до 150°С основной слой теплоизоля­ционных конструкций должен выполняться из материалов с теплопроводностью не бо­лее 0,14 Вт/(м-К) при средней температуре слоя 100 °С, т. е. только из мало- и среднетеплопроводных материалов. Это ограниче­ние, однако, не распространяется на под­земную бесканальную прокладку тепловых сетей.

Важным свойством теплоизоляционных материалов является их температуроустойчивость — способность сохранять свою струк­туру и физические свойства при темпера­турах, соответствующих условиям их дли­тельной эксплуатации. Материалы с малой температуроустойчивостью пригодны при температурах изолируемых поверхностей не выше 50 °С. Если эти температуры не превы­шают 300 ^СС, то для их теплоизоляции могут применяться материалы, характеризуемые повышенной температуроустойчивостью, а при температурах выше 300 °С — только ма­териалы с высокой температуроустойчи­востью. Для тепловых сетей с тем­пературами теплоносителя не выше 200 °С достаточно использование материалов с по­вышенной температуроустойчивостью, но по технико-экономическим соображениям вме­сто них иногда применяются материалы с высокой температуроустойчивостью, если они обладают низкой теплопроводностью при умеренной стоимости.

 

Для обеспечения длительной и надежной работы теплоизоляции, а также защиты изо­лируемых объектов, выполняемых из подвер­женных коррозии материалов (как правило, из обычной углеродистой стали), необходимо соблюдение дополнительных требований к теплоизоляционным материалам: они не должны загораться при максимальных тем­пературах теплоносителя, а также выделять при нагревании до этих температур вредные или способствующие коррозии вещества (агрессивные газы, кислоты, крепкие щелочи, серу и т. д.). Изоляционные материалы не должны быть также подвержены гниению и разрушению микроорганизмами, грибками и г. п. Применение не удовлетворяющих этим требованиям материалов в тепловых сетях запрещено нормами и прави­лами.

Низкая теплопроводность теплоизоля­ционных материалов в основном связана с их структурой и прежде всего со значитель­ной пористостью. Для таких материалов ха­рактерны большие значения пористости, определяемой как отношение объема части материала, занимаемого порами, ко всему его объему.

Разнообразные теплоизоляционные ма­териалы, применяемые в изоляционных кон­струкциях тепловых сетей, могут быть клас­сифицированы прежде всего исходя из ха­рактеристики сырья, используемого для изготовления таких материалов. По этому признаку различаются материалы из неорга­нического и органического сырья. В качестве исходного сырья для изготовления орга­нических изоляционных материалов исполь­зуются торф (в особенности фрезерный), дре­весина хвойных пород, кора пробкового дуба, камыш, солома и т. п.

Основным ограничением в использова­нии органического сырья для производства теплоизоляционных материалов является его малая температуроустойчивость (как пра­вило, не выше 100 °С). Кроме того, органиче­ские теплоизоляционные материалы легко загораются, подвержены гниению, плесневению и поражению насекомыми и грызунами.

Традиционным видом неорганического сырья для изготовления теплоизоляционных материалов являются минералы, обладаю­щие высокой температуроустойчивостью в сочетании с волокнистой (различные виды асбеста), волокнисто-чешуйчатой (слюда и ее разновидности, например вермикулит) или микропористой (диатомит, трепел) структу­рой. Из этих видов сырья при термической обработке (обжиге, иногда сопровождаемом вспучиванием) и распушке или дроблении (помоле) могут быть получены сыпучие или волокнистые материалы, применяемые в виде засыпок или для изготовления изделий.

Использование других видов неоргани­ческого сырья для получения высококаче­ственных теплоизоляционных материалов связано с технологией их изготовления из расплава различных изверженных горных по­род (граниты, базальты, диабазы, пемза и т. д.) или стеклянной шихты, а также из металлургических шлаков.

Полученный таким способом материал в зависимости от исходного сырья назы­вается минеральной ватой (ГОСТ 4640-84), в частности базальтовой (ТУ 21 РСФСР 669-75), а также стеклянной ватой (например, по ТУ 21 РСФСР 224-75). Особенностью таких сортов ваты является их большая сжи­маемость даже при малых нагрузках, приво­дящая к увеличению их плотности и соответ­ственно теплопроводности. Поэтому основ­ным способом использования минеральной и стеклянной ваты для теплоизоляции яв­ляется изготовление на ее основе с неко­торыми связующими добавками штучных изоляционных изделий различной конфигу­рации.

 

Перспективными являются также тепло­изоляционные материалы и изделия, полу­чаемые из синтетических полимерных мате­риалов (полистирола, поливинилхлорида, по­лиуретана) с искусственно создаваемой пори­стостью за счет введения в жидкую массу порообразующих веществ. Такие теплоизо­ляционные материалы называются пенопла-стами (иногда поропластами). Для изготов­ления пенопластов, выдерживающих темпе­ратуры до 120—150 ^oС, а потому пригодных в качестве теплоизоляции для тепловых се­тей, применяются в основном фенолформальдегидные смолы.

return false">ссылка скрыта

Ассортимент выпускаемых промышлен­ностью штучных теплоизоляционных изде­лий разнообразен как по материалам, ис­пользуемым при их изготовлении, так и по форме изделий и их механическим свой­ствам. Различают жесткие, полужесткие и мягкие изделия, характеризуемые их сжимае­мостью под действием стандартной удель­ной нагрузки на поверхность изделий, рав­ной 2 кПа. Изделия, показывающие под такой нагрузкой сжимаемость менее 6 %, от­носятся к жестким, а свыше 30% — к мягким. При промежуточных значениях сжимаемости (от 6 до 30 %) изделия называются полужест­кими.

Форма жестких изделий должна соответ­ствовать форме изолируемой поверхности, что особенно существенно при теплоизоля­ции трубопроводов малых диаметров (от 25 до 150-250 мм).

Наиболее удобной формой жестких из­делий в таких случаях являются полые ци­линдры с продольным разрезом или полу­цилиндры с внутренним диаметром, на 4—10 мм превышающим наружный диаметр изолируемого трубопровода, и толщиной, примерно соответствующей заданной тол­щине основного изоляционного слоя,— обы­чно от 40 до 100 мм с интервалом 10 мм (иногда до 30 мм). Длина таких изделий составляет 250, 500 и 1000 мм, изредка 1500 мм. При наружном диаметре изоли­руемых труб более 150 — 250 мм вместо гро­моздких полых цилиндров или полуцилинд­ров изготовляются более мелкие штуч­ные изделия в виде сегментов (обычно 3—4, а иногда 6 — 8 шт. по окружности трубы).

Максимальный внутренний диаметр та­ких сегментов соответствует наружному диа­метру изолируемых труб обычно до 420— 470 мм, иногда до 1000 мм.

Для изоляции трубопроводов больших диаметров применяются сегменты, наре­занные из плит, предназначенных в основ­ном для изоляции плоских и слабо искрив­ленных поверхностей оборудования. Плиты изготовляются шириной от 170 до 500 мм, иногда до 1000 мм, длиной от 250 до 1000 мм и толщиной 30 — 125 мм.

Для изготовления жестких штучных из­делий из неорганического сырья используют­ся смеси из различных порошкообразных материалов с распушенным асбестом, вы­полняющим функции армирующего каркаса для повышения прочности и жесткости изде­лий. Такие жесткие штучные изделия (совелитовые, вулканитовые, известково-кремнезе-мистые) могут применяться до температур 500- 600 ⁰С.

Штучные изоляционные изделия изготов­ляются также на основе минеральной ваты с добавлением связующих веществ. В этом случае в зависимости от вида и содержания этих веществ, а также от исходной плотно­сти минеральной ваты помимо жестких мо­гут быть получены полужесткие и мягкие штучные изделия.

Высокая температуроустойчивость штуч­ных минераловатных изделий достигается за счет применения синтетического связующего в количестве 1,5 — 8% по массе.

 

Минераловатные плиты (по ГОСТ 9573-82) пригодны при температурах до 400 ⁰С и изготовляются жесткими, полужесткими и мягкими. Кроме мягких плит с теми же показателями плот­ности и теплопроводности выпускаются минераловатные маты (по ГОСТ 21880-76) в ру­лонах длиной 2—4 м, обычно с прошивкой проволокой и с одно- или двухсторонней об­кладкой металлической сеткой, асбестовой или стеклянной тканью. Максимальная тем­пература их применения определяется температуроустойчивостью обкладочного мате­риала и доходит до 450 —600 °С.

Для облегчения монтажа на трубопрово­дах диаметром свыше 108 мм выпускаются (по ГОСТ 23307-78) минераловатные верти­кально-слоистые маты, изготовляемые из по­лос, нарезанных из мягких и полужестких плит и наклеенных при вертикальном распо­ложении волокон на односторонний слой влагонепроницаемого материала. Макси­мальная температура их применения состав­ляет 300 °С.

Наряду со штучными изделиями на ос­нове минеральной ваты применяются анало­гичные изделия на основе стеклянной ваты. Например, из стеклянного штапельного во­локна на синтетическом связующем выпу­скаются по ГОСТ 10499-78 маты длиной от 1 до 13 м при ширине 500—1500 мм и тол­щине 30 — 80 мм, а также жесткие и полу­жесткие плиты с максимальной температу­рой применения 180°С.