Изоляция трубопроводов матами минераловатными

Конструкция изоляции трубопроводов

Конструкция изоляции трубопроводов с наружным диаметром от 15 до 159 мм, для теплоизоляционного слоя из матов прошивных из стеклянного штапельного волокна на синтетическом связующем, матов прошивных из минеральной и базальтовой ваты, матов из базальтового или стеклянного супертонкого волокна применяется крепление:

• для трубопроводов наружным диаметром теплоизоляционного слоя не более 200 мм — крепление проволокой диаметром 1,2-2 мм по спирали вокруг теплоизоляционного слоя, при этом спираль закрепляется на проволочных кольцах по краям матов. Если применяются маты в обкладках, то края обкладок сшиваются стеклонитью, кремнеземной нитью, ровин-гом или проволокой диаметром 0,8 мм;

Конструкция тепловой изоляции из волокнистых материалов для труб диаметром не более 200мм.

1. Маты или холсты из стекловолокна или минваты; 2. Спиральное крепление из проволоки диаметром 1,2 — 2,0 мм, 3. Кольцо из проволоки диаметром 1,2 — 2,0 мм, 4. Покровный слой.

• для трубопроводов наружным диаметром 57-159 мм:
• при укладке матов в один слой — бандажами из ленты 0,7×20 мм. Шаг установки бандажей зависит от размера применяемых изделий, но не более 500 мм. При укладке матов шириной 1000 мм бандажи рекомендуется устанавливать с шагом 450 мм с отступом 50 мм от края изделия. На изделие шириной 500 мм следует устанавливать 2 бандажа;

Изоляция трубопровода с наружным диаметром от 57 до 219 мм.

а. Изоляция в один слой; б. Изоляция в два слоя.

1. теплоизоляционный слой из волокнистых материалов, 2. кольцо из проволоки диаметром 1,2 — 2,0 мм, 3. бандаж с пряжкой, 4. покровный слой.

• при укладке матов в два слоя — кольцами из проволоки диаметром 2 мм для внутреннего слоя двухслойных конструкций, бандажами — для наружного слоя двухслойных теплоизоляционных конструкций. Бандажи из ленты 0,7×20 мм устанавливаются по наружному слою так же, как и в однослойной конструкции.

Бандажи из черной стальной ленты должны быть окрашены для предотвращения коррозии. Края обкладок сшиваются, как указано выше. При двухслойной изоляции сшивка краев обкладок внутреннего слоя не производится. При применении для тепловой изоляции трубопроводов формованных изделий, цилиндров или сегментов их крепление осуществляется бандажами. Устанавливаются два бандажа при изоляции цилиндрами. При изоляции сегментами рекомендуется устанавливать бандажи с шагом 250 мм при длине изделия 1000 мм.

Конструкция изоляции трубопроводов с наружным диаметром 219 мм и более для теплоизоляционного слоя из матов применяется крепление:

• при укладке изделий в один слой — бандажами из ленты 0,7×20 мм и подвесками из проволоки диаметром 1,2 мм. Подвески располагаются равномерно между бандажами и крепятся к трубопроводу. Под подвески устанавливаются подкладки из стеклопластика при применении безобкладочных матов (рис. 2.160). При использовании матов в обкладках подкладки не устанавливаются. Обкладки из стеклоткани сшиваются;
• при укладке изделий в два слоя кольцами из проволоки диаметром 2 мм и подвесками из проволоки диаметром 1,2 мм для внутреннего слоя двухслойных конструкций. Подвески второго слоя крепятся к подвеске первого слоя снизу. Бандажи из ленты 0,7×20 мм устанавливаются по наружному слою так же, как и в однослойной конструкции.

Изоляция трубопроводов наружным диаметром 219 мм и более теплоизоляционными материалами из волокнистых материалов в один слой.

1 — подвеска, 2 — теплоизоляционный слой, 3 — опорная скоба (опорное кольцо), 4 — бандаж с пряжкой. 5 — подкладка, 6 — покровный слой.

Теплоизоляционный слой укладывается с уплотнением по толщине. В двухслойных конструкциях маты второго слоя должны перекрывать швы внутреннего слоя.
Для трубопроводов наружным диаметром 273 мм и более помимо матов могут быть применены плиты из минеральной ваты плотностью 35-50 кг/м3, хотя оптимальная область применения — для трубопроводов наружным диаметром от 530 мм и более. При изояции плитами крепление теплоизоляционного слоя может производиться бандажами и подвесками. Расположение крепежных элементов — бандажей, подвесок и колец (при двухслойной изоляции) выбирается с учетом длины применяемых плит. Под подвески устанавливаются подкладки из рулонного стеклопластика или рубероида. При применении плит, кэшированных стеклохолстом, стекло-рогожкой, стеклотканью, подкладки не устанавливаются. Плиты укладываются длинной стороной вдоль трубопровода.

Изоляция трубопровода с наружным диаметром 219 мм и более теплоизоляционными материалами из волокнистых материалов в два слоя:

1 — теплоизоляционный слой,2 — бандаж с пряжкой,
3 — опорное кольцо,
4 — покровный слой,
5 — сшивка (для изделий в обкладках),
6 — подвеска,
7 — подкладка,
8 — проволочное кольцо.

В теплоизоляционных конструкциях толщиной менее 100 мм при применении металлического защитного покрытия на горизонтальные трубопроводы следует устанавливать опорные скобы. Скобы устанавливаются на горизонтальные трубопроводы диаметром от 108 мм с шагом 500 мм по длине трубопровода. На трубопроводы наружным диаметром 530 мм и более устанавливаются три скобы по диаметру в верхней части конструкции и одна снизу. Опорные скобы изготавливают из алюминия или оцинкованной стали (в зависимости от материала защитного покрытия) с высотой, соответствующей толщине изоляции.

В горизонтальных теплоизоляционных конструкциях трубопроводов диаметром от 219 мм и более с положительными температурами и толщиной изоляции 100 мм и более устанавливаются опорные кольца. Для трубопроводов с отрицательными температурами в опорных конструкциях должны быть прокладки из стеклотекстолита, дерева или других малотеплопроводных материалов для ликвидации «мостиков холода».

При изоляции формостабильными теплоизоляционными материалами, такими как цилиндры, сегменты из минеральной ваты или стекловолокна, а также матами типа KVM-50 с вертикальной ориентацией волокон (производство «Isover») или «Lamella Mat», опорные конструкции на горизонтальные участки не требуются.

Конструкция изоляции вертикальных трубопроводов с наружным диаметром до 476 мм крепление теплоизоляционного слоя производится бандажами и проволочными кольцами. Для предупреждения сползания колец и бандажей следует устанавливать струны из проволоки диаметром 1,2 или 2 мм.

На вертикальных трубопроводах наружным диаметром 530 мм и более крепление теплоизоляционного слоя осуществляется на проволочном каркасе с установкой проволочных струн, предотвращающих сползание элементов крепления (колец, бандажей). Кольца из проволоки диаметром 2-3 мм устанавливаются по длине трубопровода на его поверхность с шагом 500 мм для плит длиной 1000 и шириной 500 мм и матов шириной 500 и 1000 мм. К кольцам прикрепляются пучки стяжек из проволоки диаметром 1,2 мм с шагом по дуге кольца 500 мм.

Предусматриваются четыре стяжки в пучке при изоляции в один слой и шесть — при изоляции в два слоя. При применении матов шириной 1000 мм стяжки прокалывают теплоизоляционные слои и закрепляются крест-накрест. При применении матов шириной 500 мм и плит шириной 500 мм стяжки проходят в месте стыков изделий.

Бандажи из ленты 0,7×20 мм с пряжками устанавливают с шагом, зависящим от ширины изделия, по 2-Зшт. на изделие (плиту или мат шириной 1000-1250 мм) при однослойной изоляции и по наружному слою при двухслойной изоляции. Вместо бандажей по внутреннему слою двухслойной изоляции можно устанавливать кольца из проволоки диаметром 2 мм.

При применении матов шириной 500 мм следует устанавливать два бандажа (или кольца) на изделие. Края матов в обкладках сшиваются проволокой 0,8 мм или стеклонитью в зависимости от вида обкладки. Струны могут крепиться к разгружающим устройствам, которые устанавливаются с шагом 3-4 м по высоте, или кольцам из проволоки диаметром 5 мм, приваренным к поверхности трубопровода или другим его элементам.

Конструкция изоляции вертикальных трубопроводов устанавливаются разгружающие устройства с шагом 3-4 м по высоте.

При изоляции трубопроводов холодной воды, трубопроводов, транспортирующих вещества с отрицательными температурами, а также трубопроводов тепловых сетей подземной прокладки для крепления элементов конструкций следует применять оцинкованную проволоку, бандажи из оцинкованной стали или с окраской.

>Технологии монтажа тепловой изоляции трубопроводов

Изоляция трубопроводов матами прошивными из минеральной ваты

Изоляция трубопроводов матами прошивными из минеральной ваты

Для этого вида работ используются маты либо безобкладочные, либо в обкладках из металлической сетки (до температуры 700 °С), из стеклянной ткани (до температуры 450 °С) и картона (до температуры 150 °С).
Безобкладочные маты могут быть применены и для низкотемпературной изоляции (до -180 °С).
Состав работ
1. Резка изделий по заданному размеру.
2. Укладка изделий с подгонкой по месту.
3. Крепление изделий проволочными кольцами.
4. Заделка швов отходами изделий.
5. Сшивка стыков (матов в обкладках).
6. Дополнительное крепление изделий проволочными кольцами или бандажами (по верхнему слою).
Безобкладочные маты применяются для изоляции трубопроводов диаметром 57-426 мм, а маты с обкладками — на трубопроводах диаметром 273 мм и более.
Изделия укладываются на поверхность трубопроводов в один-два слоя с перекрытием швов и закрепляются бандажными кольцами из упаковочной ленты сечением 0,7×20 мм или стальной проволоки диаметром 1,2-2,0 мм, устанавливаемыми через каждые 500 мм.
Теплоизоляционный слой на трубопроводах диаметром 273 мм и более должен иметь дополнительное крепление в виде проволочных подвесок (рис.1).

Рис.1. Изоляция минераловатными прошивными матами:
а — трубопроводов: 1 — проволочная подвеска диаметром 2 мм (применяется для трубопроводов диаметром 273 мм и более); б — газоходов: 1 — крепежные штыри диаметром 5 мм; 2 — теплоизоляционное изделие; 3 — сшивка проволокой диаметром 0,8 мм; 4 — проволока диаметром 2 мм (крепление нижнего слоя); в — плоских поверхностей: 1 — минераловатные маты; 2- штыри до укладки изоляционного слоя; 3 — штыри после укладки изоляционного слоя; 4 — сшивка проволокой диаметром 0,8 мм; г — сферы: 1 — сшивка проволокой диаметром 0,8 мм; 2 — проволочное кольцо; 3 — проволочные бандажи; 4 — минераловатные изделия; 5 — крепежные штыри

При изоляции трубопроводов изделиями в обкладках из металлической сетки продольные швы должны прошиваться проволокой диаметром 0,8 мм. Для труб диаметром более 600 мм прошиваются также поперечные швы.
Минераловатные прошивные маты в монтаже уплотняются и достигают следующей плотности (по ГОСТу в конструкции), кг/м; маты марки 100-100/132; марки 125-125/162.

Характеристики прокладки сетей и нормативной методики вычислений

Выполнение вычислений по определению толщины теплоизоляционного слоя цилиндрических поверхностей — процесс достаточно трудоемкий и сложный. Если вы не готовы доверить его специалистам, следует запастись вниманием и терпением для получения верного результата. Самый распространенный способ расчета теплоизоляции труб — это вычисление по нормируемым показателям тепловых потерь. Дело в том, что СНиПом установлены величины потерь тепла трубопроводами разных диаметров и при различных способах их прокладки:

Схема утепления трубы.

• открытым способом на улице;
• открыто в помещении или тоннеле;
• бесканальным способом;
• в непроходных каналах.

Суть расчета заключается в подборе теплоизоляционного материала и его толщины таким образом, чтобы величина тепловых потерь не превышала значений, прописанных в СНиПе. Методика вычислений также регламентируется нормативными документами, а именно — соответствующим Сводом Правил. Последний предлагает несколько более упрощенную методику, нежели большинство существующих технических справочников. Упрощения заключены в таких моментах:

1. Потери теплоты при нагреве стенок трубы транспортируемой в ней средой ничтожно малы по сравнению с потерями, которые теряются в слое наружного утеплителя. По этой причине их допускается не учитывать.
2. Подавляющее большинство всех технологических и сетевых трубопроводов изготовлено из стали, ее сопротивление теплопередаче чрезвычайно низкое. В особенности если сравнивать с тем же показателем утеплителя. Поэтому сопротивление теплопередаче металлической стенки трубы рекомендуется во внимание не принимать.

Методика просчета однослойной теплоизоляционной конструкции

Основная формула расчета тепловой изоляции трубопроводов показывает зависимость между величиной потока тепла от действующей трубы, покрытой слоем утеплителя, и его толщиной. Формула применяется в том случае, если диаметр трубы меньше чем 2 м:

Формула расчета теплоизоляции труб.

ln B = 2πλ

В этой формуле:

• λ — коэффициент теплопроводности утеплителя, Вт/(м ⁰C);
• K — безразмерный коэффициент дополнительных потерь теплоты через крепежные элементы или опоры, некоторые значения K можно взять из Таблицы 1;
• tт — температура в градусах транспортируемой среды или теплоносителя;
• tо — температура наружного воздуха, ⁰C;
• qL — величина теплового потока, Вт/м2;
• Rн — сопротивление теплопередаче на наружной поверхности изоляции, (м2 ⁰C) /Вт.

Таблица 1

Условия прокладки трубы	Значение коэффициента К
Стальные трубопроводы открыто по улице, по каналам, тоннелям, открыто в помещениях на скользящих опорах при диаметре условного прохода до 150 мм.	1.2
Стальные трубопроводы открыто по улице, по каналам, тоннелям, открыто в помещениях на скользящих опорах при диаметре условного прохода 150 мм и более.	1.15
Стальные трубопроводы открыто по улице, по каналам, тоннелям, открыто в помещениях на подвесных опорах.	1.05
Неметаллические трубопроводы, проложенные на подвесных или скользящих опорах.	1.7
Бесканальный способ прокладки.	1.15

Значение теплопроводности утеплителя λ является справочным, в зависимости от выбранного теплоизоляционного материала. Температуру транспортируемой среды tт рекомендуется принимать как среднюю в течение года, а наружного воздуха tо как среднегодовую. Если изолируемый трубопровод проходит в помещении, то температура внешней среды задается техническим заданием на проектирование, а при его отсутствии принимается равной +20°С. Показатель сопротивления теплообмену на поверхности теплоизоляционной конструкции Rн для условий прокладки по улице можно брать из Таблицы 2.

Таблица 2

Примечание: величину Rн при промежуточных значениях температуры теплоносителя вычисляют методом интерполяции. Если же показатель температуры ниже 100 ⁰C, величину Rн принимают как для 100 ⁰C.

Показатель В следует рассчитывать отдельно:

Таблица тепловых потерь при разной толщине труби и теплоизоляции.

B = (dиз + 2δ) / dтр, здесь:

• dиз — наружный диаметр теплоизоляционной конструкции, м;
• dтр — наружный диаметр защищаемой трубы, м;
• δ — толщина теплоизоляционной конструкции, м.

Вычисление толщины изоляции трубопроводов начинают с определения показателя ln B, подставив в формулу значения наружных диаметров трубы и теплоизоляционной конструкции, а также толщины слоя, после чего по таблице натуральных логарифмов находят параметр ln B. Его подставляют в основную формулу вместе с показателем нормируемого теплового потока qL и производят расчет. То есть толщина теплоизоляции трубопровода должна быть такой, чтобы правая и левая часть уравнения стали тождественны. Это значение толщины и следует принимать для дальнейшей разработки.

Рассмотренный метод вычислений относился к трубопроводам, диаметр которых менее 2 м. Для труб большего диаметра расчет изоляции несколько проще и производится как для плоской поверхности и по другой формуле:

δ =

В этой формуле:

• δ — толщина теплоизоляционной конструкции, м;
• qF — величина нормируемого теплового потока, Вт/м2;
• остальные параметры — как в расчетной формуле для цилиндрической поверхности.

Методика просчета многослойной теплоизоляционной конструкции

Таблица изоляции медных и стальных труб.

Некоторые перемещаемые среды имеют достаточно высокую температуру, которая передается наружной поверхности металлической трубы практически неизменной. При выборе материала для тепловой изоляции такого объекта сталкиваются с такой проблемой: не каждый материал способен выдержать высокую температуру, например, 500-600⁰C. Изделия, способные контактировать с такой горячей поверхностью, в свою очередь, не обладают достаточно высокими теплоизоляционными свойствами, и толщина конструкции получится неприемлемо большой. Решение — применить два слоя из различных материалов, каждый из которых выполняет свою функцию: первый слой ограждает горячую поверхность от второго, а тот защищает трубопровод от воздействия низкой температуры наружного воздуха. Главное условие такой термической защиты состоит в том, чтобы температура на границе слоев t1,2 была приемлемой для материала наружного изоляционного покрытия.

Для расчета толщины изоляции первого слоя используется формула, уже приводимая выше:

δ =

Второй слой рассчитывают по этой же формуле, подставляя вместо значения температуры поверхности трубопровода tт температуру на границе двух теплоизоляционных слоев t1,2. Для вычисления толщины первого слоя утеплителя цилиндрических поверхностей труб диаметром менее 2 м применяется формула такого же вида, как и для однослойной конструкции:

ln B1 = 2πλ

Подставив вместо температуры окружающей среды величину нагрева границы двух слоев t1,2 и нормируемое значение плотности потока тепла qL, находят величину ln B1. После определения числового значения параметра B1 через таблицу натуральных логарифмов рассчитывают толщину утеплителя первого слоя по формуле:

Данные для расчета теплоизоляции.

δ1 = dиз1 (B1 — 1) / 2

Расчет толщины второго слоя выполняют с помощью того же уравнения, только теперь температура границы двух слоев t1,2 выступает вместо температуры теплоносителя tт:

ln B2 = 2πλ

Вычисления делаются аналогичным образом, и толщина второго теплоизоляционного слоя считается по той же формуле:

δ2 = dиз2 (B2 — 1) / 2

Такие непростые расчеты вести вручную очень затруднительно, при этом теряется много времени, ведь на протяжении всей трассы трубопровода его диаметры могут меняться несколько раз. Поэтому, чтобы сэкономить трудозатраты и время на вычисление толщины изоляции технологических и сетевых трубопроводов, рекомендуется пользоваться персональным компьютером и специализированным программным обеспечением. Если же таковое отсутствует, алгоритм расчета можно внести в программу Microsoft Exel, при этом быстро и успешно получать результаты.

Метод определения по заданной величине снижения температуры теплоносителя

Материалы для теплоизоляции труб по СНиП.

Задача такого рода часто ставится в том случае, если до конечного пункта назначения транспортируемая среда должна дойти по трубопроводам с определенной температурой. Поэтому определение толщины изоляции требуется произвести на заданную величину снижения температуры. Например, из пункта А теплоноситель выходит по трубе с температурой 150⁰C, а в пункт Б он должен быть доставлен с температурой не менее 100⁰C, перепад не должен превысить 50⁰C. Для такого расчета в формулы вводится длина l трубопровода в метрах.

Вначале следует найти полное сопротивление теплопередаче Rп всей теплоизоляции объекта. Параметр высчитывается двумя разными способами в зависимости от соблюдения следующего условия:

Если значение (tт.нач — tо) / (tт.кон — tо) больше или равно числу 2, то величину Rп рассчитывают по формуле:

Rп = 3.6Kl / GC ln

В приведенных формулах:

• K — безразмерный коэффициент дополнительных потерь теплоты через крепежные элементы или опоры (Таблица 1);
• tт.нач — начальная температура в градусах транспортируемой среды или теплоносителя;
• tо — температура окружающей среды, ⁰C;
• tт.кон — конечная температура в градусах транспортируемой среды;
• Rп — полное тепловое сопротивление изоляции, (м2 ⁰C) /Вт
• l — протяженность трассы трубопровода, м;
• G — расход транспортируемой среды, кг/ч;
• С — удельная теплоемкость этой среды, кДж/(кг ⁰C).

Теплоизоляция стальной трубы из базальтового волокна.

В противном случае выражение (tт.нач — tо) / (tт.кон — tо) меньше числа 2, величина Rп высчитывается таким образом:

Rп = 3.6Kl : GC (tт.нач — tт.кон)

Обозначения параметров такие же, как и в предыдущей формуле. Найденное значение термического сопротивления Rп подставляют в уравнение:

ln B = 2πλ (Rп — Rн), где:

• λ — коэффициент теплопроводности утеплителя, Вт/(м ⁰C);
• Rн — сопротивление теплопередаче на наружной поверхности изоляции, (м2 ⁰C) /Вт.

После чего находят числовое значение В и делают расчет изоляции по знакомой формуле:

δ = dиз (B — 1) / 2

В данной методике просчета изоляции трубопроводов температуру окружающей среды tо следует принимать по средней температуре самой холодной пятидневки. Параметры К и Rн — по приведенным выше таблицам 1,2. Более развернутые таблицы для этих величин имеются в нормативной документации (СНиП 41-03-2003, Свод Правил 41-103-2000).

Метод определения по заданной температуре поверхности утепляющего слоя

Данное требование актуально на промышленных предприятиях, где различные трубопроводы проходят внутри помещений и цехов, в которых работают люди. В этом случае температура любой нагретой поверхности нормируется в соответствии с правилами охраны труда во избежание ожогов. Расчет толщины теплоизоляционной конструкции для труб диаметром свыше 2 м выполняется в соответствии с формулой:

Формула определения толщины теплоизоляции.

δ = λ (tт — tп) / ɑ (tп — t0), здесь:

• ɑ — коэффициент теплоотдачи, принимается по справочным таблицам, Вт/(м2 ⁰C);
• tп — нормируемая температура поверхности теплоизоляционного слоя, ⁰C;
• остальные параметры — как в предыдущих формулах.

Расчет толщины утеплителя цилиндрической поверхности производится с помощью уравнения:

ln B =(dиз + 2δ) / dтр = 2πλ Rн (tт — tп) / (tп — t0)

Обозначения всех параметров как в предыдущих формулах. По алгоритму данный просчет схож с вычислением толщины утеплителя по заданному тепловому потоку. Поэтому дальше он выполняется точно так же, конечное значение толщины теплоизоляционного слоя δ находят так:

δ = dиз (B — 1) / 2

Предложенная методика имеет некоторую погрешность, хотя вполне допустима для предварительного определения параметров утепляющего слоя. Более точный расчет выполняется методом последовательных приближений с помощью персонального компьютера и специализированного программного обеспечения.

Соответствие параметров и материала утеплителя требованиям СНиП

Схема изоляции трубы скорлупой ППУ.

Расчет изоляции для технологических или сетевых трубопроводов по методу нормируемой плотности теплового потока предполагает, что его значение qL известно. В таблицах и приложениях к СНиП 41-03-2003 приведены эти значения, как и величины коэффициента К дополнительных потерь. Следует правильно пользоваться этими таблицами, так как они составлены для объектов, находящихся в европейском регионе Российской Федерации. Для определения нормируемого теплового потока трубопроводов, строящихся в других регионах, его значение необходимо умножать на специально введенный для этого коэффициент. В приложении СНиП указаны величины этих коэффициентов для каждого региона с учетом способа прокладки трубопровода.

При выборе изоляции трубопроводов различного назначения нужно обращать внимание на материал, из которого она изготовлена. Нормативная документация регламентирует применение горючих материалов разных групп горючести. Например, теплоизоляционные изделия группы горючести Г3 и Г4 не допускается применять на объектах:

1. В наружном технологическом оборудовании, исключая те установки, которые стоят отдельно.
2. При совместной прокладке с другими трубопроводами, которые перемещают горючие газы или жидкости.
3. При общей прокладке в одном тоннеле или эстакаде с электрическими кабелями.
4. Запрещено применять такие утеплители на трубопроводах внутри зданий. Исключение — здания IV степени огнестойкости.

Прежде чем приступать к выполнению такого серьезного и непростого расчета, следует убедиться, что выбранный теплоизоляционный материал для труб соответствует всем требованиям нормативной документации применительно к данному объекту.

В противном случае вычисления придется производить несколько раз.

>Тепловая изоляция промышленных трубопроводов 

Summary:

Тепловая изоляция промышленных трубопроводов

Описание:

Экономия топливно-энергетических ресурсов имеет значительно более высокую рентабельность по сравнению с увеличением объемов добычи топлива и строительством новых мощностей по производству энергии. Существенная роль в решении проблемы экономии тепловой энергии принадлежит высокоэффективной тепловой изоляции. Тепловая изоляция промышленных трубопроводов, помимо функций энергосбережения, обеспечивает возможность проведения технологических процессов при заданных параметрах, позволяет создать безопасные и комфортные условия работы обслуживающего персонала на производстве, обеспечивает транспорт тепла от источника до потребителя, 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.

Ключевые слова: тепловая изоляция, трубопроводы

Б. М. Шойхет, канд. техн. наук, зав. отделом;

Л. В. Ставрицкая, гл. специалист, АО «Теплопроект»;

В. М. Липовских, гл. инженер Тепловых сетей ОАО «Мосэнерго»;

В. И. Кашинский, канд. техн. наук, руководитель службы контроля «Теплосеть-Сервис»

Экономия топливно-энергетических ресурсов имеет значительно более высокую рентабельность по сравнению с увеличением объемов добычи топлива и строительством новых мощностей по производству энергии. Существенная роль в решении проблемы экономии тепловой энергии принадлежит высокоэффективной тепловой изоляции.

Тепловая изоляция промышленных трубопроводов, помимо функций энергосбережения, обеспечивает возможность проведения технологических процессов при заданных параметрах, позволяет создать безопасные и комфортные условия работы обслуживающего персонала на производстве, обеспечивает транспорт тепла от источника до потребителя, 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 за счет продукции инофирм, предлагающих широкую номенклатуру теплоизоляционных материалов с различными техническими характеристиками, но, следует отметить, достаточно высокой стоимости.

Номенклатура отечественных теплоизоляционных материалов, предназначенных для тепловой изоляции трубопроводов, не слишком разнообразна. Она представлена традиционно применяемыми 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 от 50 до 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°C применяются скорлупы из трудногорючего фенольно-резольного пенопласта ФРП-1 (ГОСТ 22546-77).

Для изоляции трубопроводов с температурой от 400 до 600°C 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 «Минвата» (г. Железнодорожный, Моск. обл.), выпускающее по ТУ 5762-013-04001485-97 минераловатные цилиндры для трубопроводов диаметром от 18 до 273 мм при толщине теплоизоляционного слоя от 20 до 80 мм.

Для трубопроводов холодной воды и трубопроводов с отрицательными температурами теплоносителя из теплоизоляционных материалов отечественного производства 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.

Назначение и области рационального применения перечисленных выше теплоизоляционных материалов приводятся в таблице.

Ужесточение энергосберегающей политики и введение новых норм плотности теплового потока, которые на 25-30% ниже, чем принятые до 1997 г. (изм. № 1 СНиП 2.04.14-88 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов»), потребовало применения теплоизоляционных материалов нового поколения с улучшенными теплотехническими свойствами.

Высокими эксплуатационными и монтажными свойствами обладают упомянутые выше цилиндры производства ЗАО «Минеральная Вата» (ТУ 5762-013-04001485-97). Институтом «Теплопроект» на основании результатов исследования теплофизических и физико-механических характеристик этих изделий разработан документ «Минераловатные цилиндры ЗАО «Минеральная Вата» в конструкциях тепловой изоляции трубопроводов. Рекомендации по применению».

Документ содержит подробные технические решения по конструкциям тепловой изоляции с применением цилиндров в качестве теплоизоляционного слоя для трубопроводов, арматуры и фланцевых соединений, в том числе трубопроводов тепловых сетей, горячего и холодного водоснабжения, методики расчета с таблицами рекомендуемых толщин, рассчитанных для различных конструктивных решений и условий применения изоляции, включая:

• расчет по нормам плотности теплового потока для технологических трубопроводов и трубопроводов тепловых сетей надземной и канальной прокладок;
• изоляция с целью предотвращения конденсации влаги на поверхности изоляции при изоляции трубопроводов холодной воды и с отрицательными температурами теплоносителя;
• изоляция с целью обеспечения заданной температуры на поверхности изоляции (по требованиям безопасности);
• изоляция с целью предотвращения замерзания холодной воды при остановке ее движения для трубопроводов малых диаметров, расположенных на открытом воздухе.

В рекомендации включены также таблицы расхода крепежных и покровных материалов при изоляции трубопроводов для всей номенклатуры выпускаемых цилиндров.

Таблица Области рационального применения отечественных теплоизоляционных материалов

Наименование материала Трубопроводы Арматура до 57 мм вкл. 25-219 мм 219 мм и более 530 мм и более фланцевая приварная муфтовая Маты минераловатные прошивные безобкладочные x x x x То же в обкладках x x x x Плиты минераловатные на синтетическом связующем марок 50 и 75 x x x x То же марок 100, 125 x Цилиндры минераловатные на синтетическом связующем x x x x x Изделия минераловатные с гофрированной структурой марки 75 x x То же марки 100 x Маты из стеклянного штапельного волокна x x x x x Плиты из стеклянного штапельного волокна x Маты из базальтового супертонкого волокна x x x x x x x Плиты из базальтового супертонкого волокна x x Маты из супертонкого стекловолокна без связующего x x x x x x x Полотно холстопрошивное типа ПСХ-Т x x x Полотно иглопробивное марки ИПС-Т x x x Изделия известково-кремнеземистые x x x Изделия перлитоцементные x x x x Пенополиуретан заливочный или напыляемый x x x x Изделия из ФРП-1 x x Скорлупы из пенополистирола ПСБ-С x x x x x Шнур асбестовый x x x Шнур минераловатный x x x

Очевидные преимущества этих изделий (формостабильность, низкая теплопроводность, пожаробезопасность, индустриальность в монтаже, надежность в эксплуатации и долговечность), в конечном итоге, несмотря на относительно высокою стоимость, должны привести к росту применения этих изделий для изоляции трубопроводов промышленных предприятий, тепловых сетей канальной прокладки и трубопроводов горячего водоснабжения, в том числе в подвалах и на чердаках жилых и общественных зданий. Следует указать, что трудозатраты и сроки монтажа конструкций с применением цилиндров существенно ниже, чем конструкций с применением рулонных и шнуровых теплоизоляционных материалов, что в значительной степени компенсирует высокую стоимость самого теплоизоляционного материала. Применение изделий высокого качества обеспечит высокую эффективность теплоизоляционных конструкций без дополнительных затрат на ремонт в течение срока, соизмеримого со сроком службы трубопроводов.

Для изоляции трубопроводов диаметром 273 мм и более ЗАО «Минвата» производит гидрофобизированные маты из минеральной ваты на синтетическом связующем марки «ТЕХ МАТ» (ТУ 5762-007-4575203-00).

Теплоизоляционные изделия из стеклянного штапельного волокна, характеризующиеся низкой плотностью и температурой применения до 180°C, рекомендуется применять для трубопроводов надземной прокладки, в том числе тепловых сетей.

Перспективными материалами для этой цели являются теплоизоляционные изделия «URSA», которые выгодно отличаются умеренной ценой и высоким качеством. Обоснованное применение этих изделий в конструкциях промышленной теплоизоляции требует проведения исследований по определению оптимального коэффициента уплотнения и теплопроводности материала в конструкции в зависимости от степени уплотнения и рабочей температуры. Такие исследования проводятся в настоящее время институтом «Теплопроект», что позволит разработать рекомендации по применению и включить теплоизоляционные материалы «URSA» в нормативные документы по проектированию промышленной тепловой изоляции.

Улучшается качество отечественных минераловатных теплоизоляционных материалов. Модернизация существующих производств, введение новых технологических линий, использование качественного сырья, отказ от применения в производстве доменных шлаков позволяют наладить производство высококачественных изделий из минеральной ваты из горных пород с толщиной волокна 5-6 мкм. Такие изделия выпускаются Волгоградским заводом теплоизоляционных изделий АО «Термостепс», ЗАО «Минеральная Вата», Назаровским ЗТИ (Красноярский край), АООТ «Тизол» (г. Нижняя Тура). Высокое качество имеют и изделия, выпускаемые на одном из лучших заводов по производству минераловатных изделий — «Изоплит» (АО «Термостепс»).

Результаты теплофизических испытаний этих материалов показывают, что они имеют коэффициенты теплопроводности, которые существенно ниже значений указанных в государственных стандартах и технических условиях на эти материалы. Пересмотр этих нормативных документов и отражение в них фактических характеристик материалов повысит их конкурентоспособность и эффективность применения.

При подземной бесканальной прокладке трубопроводов тепловых сетей наряду с традиционными видами изоляции из армопенобетона, битумоперлита и битумовермикулита, имеющими относительно высокие коэффициенты теплопроводности, все более широко внедряется высокоэффективная теплоизоляция из заливочного пенополиуретана в конструкциях типа «труба в трубе» с прочной оболочкой из полиэтилена. Наиболее широкое применение эти конструкции получили в Москве.

Тепловые сети ОАО «Мосэнерго» с 1995 г. начали вести бесканальную прокладку теплотрасс с предизолированными в заводских условиях трубопроводами в ППУ-изоляции. К настоящему времени Тепловые сети «Мосэнерго» приняли на баланс более 200 таких теплотрасс с общей протяженностью трубопроводов более 100 км. Примерно такое же количество теплотрасс находятся на стадии проектирования и монтажа.

Бесканальная прокладка осуществляется по технологиям трех основных фирм: датского отделения компании «АББ АЙ СИ Мюллер» с представительством в Москве в лице фирмы «АББ-сервис» (сейчас АBB Alstom Power), совместного американско-российского предприятия «Мосфлоулайн» и немецкой фирмы «Маннесман-Зейферт».

Подземные бесканальные теплотрассы с ППУ-изоляцией в сравнении с канальной и бесканальной прокладкой с использованием традиционных теплоизоляционных материалов обеспечивает значительное снижение тепловых потерь и увеличение ресурса эксплуатации трубопроводов за счет предотвращения или снижения интенсивности процессов коррозии на наружной поверхности трубы.

Как известно, процессы коррозии интенсивно протекают при контакте металлических поверхностей с водой, содержащей растворенный кислород. Снижение интенсивности коррозии наружной поверхности трубы достигается за счет надежной герметизации ППУ-изоляции, а для внутренней — путем снижения концентрации кислорода в сетевой воде.

Нанесение ППУ-изоляции на трубы и запорное оборудование в заводских условиях, а также строгое соблюдение технологии изоляции сварных швов при прокладке трубопроводов гарантируют надежную гидроизоляцию трубопроводов. Для контроля надежности этой изоляции в процессе эксплуатации теплотрассы трубопроводы оборудованы системой сигнализации (система оперативного дистанционного контроля). Непрерывный контроль технического состояния подземных бесканальных теплотрасс позволяет оперативно устранять повреждения ППУ-изоляции, сократить продолжительность контакта наружной поверхности трубы с грунтовыми водами, что в конечном итоге ограничивает до минимума интенсивность коррозионных процессов на наружной поверхности труб.

Проблемы коррозии внутренней поверхности труб определяются в основном водно-химическим режимом и свойствами металла, из которого изготовлен трубопровод.

В системе «Мосэнерго» существуют нормы, которые регламентируют основные показатели качества сетевой и подпиточной воды, обеспечивающие минимальную интенсивность коррозионных процессов. Нормируемыми показателями являются: общая жесткость, щелочность, содержание растворенного кислорода, показатель рН.

Свойства металла труб, используемых в тепловых сетях, должны соответствовать требованиям, предъявляемым к трубопроводам, работающим при повышенных температурах (до 150°C) и давлениях (до 2,5 МПа). В нашей стране наиболее часто для трубопроводов теплосетей используется сталь марки Ст. 3. Реже применяются стали марок Ст. 10, Ст. 15, Ст. 20.

Характерные неисправности, классифицированные при статистическом анализе работы теплотрасс с ППУ-изоляцией, в основном сводятся к следующим: коррозионные повреждения стальных труб; дефекты сварных швов; дефекты заделки муфт с ППУ-изоляцией; неисправности в компонентах систем контроля и механические повреждения ППУ-изоляции. Опыт эксплуатации таких теплотрасс в тепловых сетях «Мосэнерго» показал, что основную долю неисправностей (до 90%) составляют механические повреждения ППУ-изоляции, связанные с внешним механическим воздействием при проведении различного рода земляных работ. При правильной организации строительно-земляных работ и исключении механических повреждений бесканальная прокладка предварительно изолированных в заводских условиях трубопроводов дает несомненный технический и экономический эффект.

Введение новых норм тепловых потерь для трубопроводов тепловых сетей потребовало практически повсеместного перехода на более эффективную ППУ-изоляцию. Реализация новых норм в практике привела к необходимости отказа от таких традиционных для России теплоизоляционных материалов, как армопенобетон и битумоперлит, а также часто к необходимости закрытия производивших их предприятий.

Такой жесткий нормативный подход к решению проблемы энергосбережения, очевидно, не является экономически оптимальным как для отрасли, так и для экономики в целом. Этот вывод подтверждается практикой, в соответствии с которой традиционные материалы применяются на основании различного рода согласований и распоряжений местных органов.

Очевидно, что вопрос должен решаться на основе более гибкого подхода к нормированию теплопотерь, учитывающего стоимость тепловой энергии, наличие и стоимость альтернативных материалов (битумоперлит, армопенобетон), технико-экономическую специфику региона. Эти вопросы должны быть отражены в территориальных строительных нормах (ТСН), разработанных для конкретных регионов. В настоящее время АО «Теплопроект» разрабатывает такие нормы для Екатеринбурга и Свердловской области.

При выборе теплоизоляционных материалов необходимо учитывать, что значения их теплотехнических характеристик в конструкциях под воздействием монтажных и эксплуатационных факторов существенно отличаются от указанных в технических условиях.

В настоящее время как в старой, так и новой нормативно-технической документации отсутствуют расчетные показатели волокнистых теплоизоляционных материалов, учитывающие зависимость коэффициента теплопроводности от коэффициента уплотнения в конструкциях в рабочем диапазоне температур с учетом шовности, наличия крепежных деталей и температуры теплоносителя.

Данные по коэффициентам теплопроводности теплоизоляционных материалов в конструкциях, приведенные в СНиП 2.04.14-88 для применения в расчетах, не охватывают всю номенклатуру существующих на отечественном рынке материалов, давно устарели (т. к. материалы, выпускаемые по одним и тем же ГОСТам разными производителями, часто существенно отличаются по теплофизическим свойствам) и не могут эффективно использоваться при проектировании теплоизоляционных конструкций.

Отсутствие указанных характеристик для широкого спектра новых теплоизоляционных материалов не позволяет обоснованно применять их при проектировании и сдерживает их применение в промышленности.

Для материалов, выпускаемых по новой технологии с применением сырья из горных пород, толщина теплоизоляционного слоя при расчетах по фактическим характеристикам существенно ниже, чем при расчетах по данным, указанным в СНиП 2.04.14-88. Завышенные, относительно фактически необходимых значений, толщины теплоизоляционного слоя влекут за собой повышенные расходы теплоизоляционного материала, что снижает его конкурентоспособность на рынке, делая экономически невыгодным для потребителя.

Материалы инофирм представлены достаточно обширной номенклатурой волокнистых теплоизоляционных материалов (фирмы Rockwool (Дания), Partek Paroc Oy Ab (Финляндия), Isover Оу (Финляндия), Izomat (Словакия)) для изоляции трубопроводов с положительными температурами (цилиндры, маты и плиты без покрытия или покрытые с одной стороны металлической сеткой, стеклорогожей, алюминиевой фольгой и т. д.).

Для изоляции систем холодного водоснабжения и трубопроводов с отрицательными температурами предлагаются изделия «K-FLEX» из вспененного синтетического каучука с преимущественно закрытыми порами и температурой применения до 150°C, производимые фирмой L’Isolante K-Flex.

Для изоляции надземных и подземных трубопроводов может применяться пеностекло «Foamglas» бельгийской фирмы Pittsburgh Corning — формованный материал (скорлупы, сегменты) с закрытыми порами, негорючий, с температурой применения от -260 до 485°C и высокими прочностными свойствами.

Анализ технических характеристик поставляемых на отечественный рынок импортных теплоизоляционных материалов показывает, что в нормативно-техническую документацию, регламентирующую нормы проектирования (СНиП, СП, ТСН), могут быть включены только те материалы, которые прошли сертификационные испытания по российским методикам и которые соответствуют требованиям отечественных стандартов.

Институт «Теплопроект» — головная организация Госстроя России в области теплотехнического строительства, включая теплоизоляционный профиль работ, в настоящее время разрабатывает свод правил (СП) по проектированию и монтажу тепловой изоляции промышленного оборудования и трубопроводов, включающий подробные рекомендации по применению материалов и принципы проектирования теплоизоляционных конструкций.

Разработка территориальных строительных норм (ТСН) по проектированию тепловой изоляции оборудования и трубопроводов позволит оптимизировать тепловые потери трубопроводов с учетом реальной стоимости тепловой энергии, номенклатуры и стоимости теплоизоляционных и защитно-покровных материалов для конкретных регионов Российской Федерации.

В 2001 году предусмотрена переработка СНиП 2.04.14-88 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов» с учетом современных требований к энергоэффективности теплоизоляционных конструкций и существующей номенклатуры теплоизоляционных материалов и изделий. При переработке документа предусматривается включить в СНиП расчетные значения коэффициента теплопроводности рекомендуемых материалов в конструкции, с учетом условий их монтажа и эксплуатации.

Введение в действие указанных нормативных документов поможет проектным и монтажным организациям, а также потребителям квалифицированно использовать теплоизоляционные материалы в теплоизоляционных конструкциях, повысит энергоэффективность, надежность и долговечность конструкций промышленной тепловой изоляции, что в конечном итоге обеспечит значительную экономию энергетических ресурсов и средств потребителей тепловой энергии.