• Материалы
  • 13.03.2013

Техническая изоляция: обзор, виды и свойства материалов

Около 70% тепла ТЭЦ не доходит до конечного потребителя. Примерно половина «потерянного» тепла исчезает на теплоцентралях, а оставшаяся часть – в подвалах домов и стояках. Похожая ситуация наблюдается и в общественных учреждениях и на заводах Вопрос изоляции стоит очень остро.Не все конструкции обладают предварительным изоляционным слоем, а потому стоит обратить особое внимание на материалы технической изоляции.

Техническая изоляция представляет собой комплексный набор изоляционных материалов, включающий в себя покрытие, защищающее от воздействия воды, влаги и пара, огня, тепловых потерь, механических повреждений, воздействия химических веществ, образования на защищаемой поверхности конденсата.

Основные сферы применения материалов технической изоляции:

  • изоляция технологических трубопроводов с различными температурами носителей, паропроводов, систем вентиляции и кондиционирования;
  • изоляция оборудования криогенных и морозильных установок;
  • промышленная изоляция технологического оборудования предприятий химической, нефтеперерабатывающей, газовой и пищевой отраслей;
  • изоляция резервуаров для хранения нефтепродуктов, воды и химических веществ;
  • изоляция котлов и теплообменников;
  • изоляция участков газоходов, дымовых труб, электрофильтров;
  • специальная высокотемпературная изоляция и др.

Каждое из мест использования технической изоляции характеризуется своими особенностями. Так, первостепенными задачами изоляции подземного трубопровода можно назвать защиту от воздействия грунтовых вод и растворенных в них химических элементов, тепловую изоляцию, а также защиту труб от естественных механических повреждений вследствие сдвига пластов почвы, статического давления и воздействия стихийных факторов. Теплоизоляция труб характеризуется особой спецификой: с одной стороны, она призвана оберегать трубы и содержимое трубопровода от перегрева и промерзания, а с другой стороны она должна не допускать потерь тепла, сохраняя стабильную температуру.

Большая часть технической изоляции используется на конструкциях с высокой температурой содержимого вещества, и только около 15% применяемой технической изоляции эксплуатируется при отрицательных температурах от –14°С до –180°С.

ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ

Материалы, применяемые для создания качественной технической изоляции, имеют разные характеристики – в т.ч., и по своей теплопроводности. Некоторые из них можно использовать для изоляции высокотемпературных трубопроводов, резервуаров и котлов, имеющих температуру изолируемой поверхности до 1000°С. Действующие вибрационные нагрузки, как правило, снижают верхний температурный порог до 800°С.

Большинство существующих материалов технической изоляции «работают» в менее экстремальных условиях, сохраняя тепло теплоносителя на определенном уровне.

Для обеспечения требуемых тепловых характеристик толщина утеплителя, как правило, должна быть не менее 40 мм. Снаружи материал технической изоляции может быть облицован дополнительными защитными материалами: фольгой (гидроалюминием) ламинированной бумагой. Такое наружное покрытие гарантирует поверхности дополнительную защиту от потерь тепла и деструктивных механических воздействий. Температурный порог технической изоляции, имеющей обкладочный материал, также снижается. Так, у материала, покрытого алюминиевой фольгой, он составляет около 250°С.

Не следует рассматривать все виды технической изоляции в общей массе: материал, предназначенный для изолирования подземного водопровода, существенно отличается по своим характеристикам и практическим свойствам от теплоизоляции для изотермических хранилищ нефтепродуктов. Таким же образом, техническая изоляция, изготовленная из разных материалов, разнится между собой.<

ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

Теплоизоляционные материалы при монтаже и во время эксплуатации подвергаются температурным, влажностным, механическим, вибрационным воздействиям, а при подземном расположении – агрессивному воздействию грунтовых вод и растворенных в них материалов. Выбор технической изоляции должен быть осуществлен с помощью точных расчетов, с учетом реальных условий эксплуатации.

Изоляция объектов с высокими рабочими температурами (высокотемпературная изоляция: паропроводы, трубопроводы горячих жидкостей, котлы, электрофильтры и т.п.)

На многих предприятиях требуется изоляция, способная выдерживать высокие температуры изолируемых поверхностей (до 900°С). В этих случаях зачастую используется изоляция на основе базальтового волокна или пеностекла.

Изоляция объектов с низкими рабочими температурами (холодные трубопроводы, криогенная техника, холодильное оборудование и т.п.)

Во избежание образования конденсата, появления изморози и коррозии металлических поверхностей, используемые материалы должны иметь максимально низкие показателей по паропроницаемости. Этим требованиям как нельзя лучше отвечает изоляция на основе вспененного каучука и полиэтилена.

Изоляция котлов

При выборе изоляционного материала для обработки котлов следует учитывать не только температурное воздействие, но и фактор дополнительной вибрации от сопряженного оборудования. Помимо всего прочего, слой изоляции на поверхности котла должен быть гибким – в целях заполнения щелей и полостей, а так же для компенсации температурного расширения конструкции. Маты и плиты из базальтового волокна полноценно удовлетворяют этим условиям.

Изоляция резервуаров и емкостей

Температура теплоносителя варьируется в зависимости от происходящих технологических процессов. Это требует использования технической изоляции, обладающей широким температурным диапазоном. При изоляции емкостей и конструкций с низкой температурой содержимого, особое внимание должно быть уделено защите конструкции от образования конденсата и обледенения. Имеет смысл применение материалов с низким коэффициентом паропроницаемости, как у вспененного полиэтилена, каучука. Особо горячие резервуары целесообразно дополнительно изолировать гибкими плитами или матами из базальтового волокна.

Изоляция дымовых труб

Осуществляя изоляцию дымовых труб, особое внимание следует уделить предотвращению выпадения коррозионного кислотного конденсата. Важно следить, чтобы температура на внутренней поверхности стальных дымоходов, расположенных внутри наружной дымовой трубы, не опускалась ниже точки конденсации дымовых газов. В противном случае могут отложиться активные коррозионные отложения.

Изоляция на основе базальтового волокна

Изоляция на основе базальтового волокна незаменима для изоляции инженерных сетей и оборудования на крупных промышленных производствах, т.е. там, где необходима обработка габаритных объектов с круглым и плоским сечениями. Материалы этой группы используют для обустройства изоляции, как наружного, так и внутреннего типов – при теплоизоляции технологического оборудования.

Теплоизоляционные материалы на основе базальтового волокна обладают рядом практических преимуществ:

  • повышенным уровнем огнестойкости (класс – НГ);
  • большим диапазоном рабочих температур – верхний предел рабочей температуры: +900°С, нижний предел не ограничен;
  • химической стойкостью по отношению к маслам, кислотам, щелочам, растворителям;
  • простотой монтажа, сочетаемой с высокой механической плотностью.

Базальтовое волокно – податливый материал, из которого можно формировать готовый продукт требуемой формы. Практический опыт определил оптимальные виды и конфигурацию техизоляции из базальтового сырья: маты, цилиндры, огнезащитные плиты.

Прошивные маты

Прошивные маты используются в промышленном и гражданском строительстве при возведении и реконструкции сооружений различного назначения для изолирования конусных, цилиндрических и плоских поверхностей, а также вентканалов в качестве тепло-, звукоизоляции и огнезащиты. Применяются при температуре изолируемых поверхностей до 750°С.

Прошивные маты в основном производят из базальтового волокна, получаемого в результате плавления базальтовых пород. Название матов говорит о том, что в процессе изготовления их прошивают (в поперечном или продольном направлениях).

Существует классификация прошивных матов по плотности: М75, М100 и М125. Каждый из трех видов имеет свою плотность: до 85 кг/м3, от 85 до 110 кг/м3 и от 110 до 135 кг/м3 соответственно. Кроме того, прошивные маты классифицируются по своим температурным показателям: М1–М5.

Таблица 1. Классификация прошивных матов по температурным показателям

Тип мата

Обкладочный материал

Предельная температура, °С

М1

Без обкладочного материала

750

М2

Металл. сетка, стеклоткань, алюминиевая фольга

750

М3

Ткань, сетка, холст неткан.

450

М4

Картон гофрир. коробочный

353

М5

Бумага, бумага+полиэтилен

333

Плотность прошивных матов возрастает при использовании дополнительного обкладочного материала. В свою очередь, теплоизоляционные маты могут изготавливаться как с применением обкладочного материала, так и без него.

Материалы, которые чаще всего употребляются для обкладки матов: стеклосетка, металлическая сетка, полиэтиленовая пленка, стеклоткань. Обкладка прошивных матов осуществляется с одной либо с двух сторон. Оцинкованная стальная сетка, придающая жесткость изолирующему мату, крепится к поверхности мата стальной проволокой.

Базальтовое волокно – материал, из которого изготавливаются прошивные маты, относится к классу негорючих материалов. Во время эксплуатации и при нагреве маты не выделяют вредные вещества в окружающую среду.

Ламельные маты

Ламельный мат – это негорючий изоляционный материал, который формируется из полос (ламелей) минеральных волокон. С одной стороны к полосам приклеивается армированная фольга или другой обкладочный материал. В результате получается продукт, обладающий повышенной прочностью на сжатие по сравнению с традиционными теплоизоляционными матами. Кроме того, он характеризуется минимальным уровнем деформации во время монтажа.

Области применения ламельных матов: изоляция воздуховодов, вентиляционных шахт и оборудования, трубопроводов различного диаметра, плоских поверхностей и резервуаров. Используются при температуре изолируемых поверхностей до 250°С.

Цилиндры

Форма этого материала определяет область его применения: изоляция трубопроводов, воздуховодов с круглым сечением.

Зачастую цилиндры выпускаются кашированными армированной алюминиевой фольгой. Монтаж на трубу прост: цилиндр имеет продольный разрез на внешней стороне, а также поперечный разрез на внутренней стороне (он выполняет функцию «шарнира»).

Цилиндр может быть усилен стеклосеткой – в этом случае она приклеивается на внутреннюю поверхность наружной алюминиевой фольги. Для обеспечения целостности алюминиевого покрытия вдоль продольного разреза цилиндра находится клейкая лента.

Внутренний диаметр цилиндров, равно как и толщина теплоизоляционного слоя – изменяющийся показатель.

Изоляция на основе вспененного полиэтилена

Использование в качестве теплоизоляции материалов на основе вспененного полиэтилена оправдано там, где предъявляются повышенные требования к влагонепроницаемости изоляции. Таким случаем, например, является изоляция трубопроводов во избежание образования на их поверхности конденсата. Изоляция из вспененного полиэтилена также успешно применяется для обработки промышленных емкостей и оборудования.

Продукция выпускается в виде матов, рулонов, жгутов и полых труб стандартных диаметров и размеров. Изоляционные материалы на основе вспененного полиэтилена характеризуются не только высоким уровнем влагонепроницаемости, но и относительно широким рабочим диапазоном температур (от –50 до +90°С). Пенополиэтилены имеют хорошие показатели теплопроводности – 0,04 Вт/мК при температуре + 25°С. Линейная температурная усадка не превышает 1,5%.

Кроме того, пенополиэтилены обладают гибкостью, что облегчает процесс их монтажа. Материалы стойки к механической деформации. Благодаря закрытой структуре ячеек, материал не гидрофобен: водопоглощение после 7 суток нахождения в воде – менее 0,8%.

Изоляция на основе вспененного каучука

Каучуковая техническая изоляция применяется там, где существуют высокие требования к термостойкости и влагонепроницаемости теплоизоляционных материалов. Изоляция из каучука используется при обработке как высокотемпературных поверхностей, так и холодильных установок – причем в последнем случае она представляет собой один из лучших вариантов.

Синтетические каучуки выпускаются в виде пластин, либо в матах и рулонах, уже прошедших стадию вулканизации пены. Трубчатые материалы применяются для изоляции стальных, медных и пластмассовых трубопроводов с наружным диаметром до 160 мм. Толщина собственно изоляционного слоя составляет от 6 до 32 мм. При изоляции труб большого диаметра, трубопроводов некруглого сечения, арматуры, соединительных деталей и оборудования, выпускаются рулоны и плоские листы с клеевым слоем.

Плотность изоляции из вспененного каучука - 40-80 кг/м3. Важный показатель качества материала – количество закрытых пор. Их процентное отношение к общему количеству пор не должно быть ниже 90%. Скорость увлажнения вспененного каучука в 400 раз ниже скорости увлажнения пенополиуретана и пенополистирола – материалов с закрытыми порами. Снижение уровня термосопротивления пенокаучука происходит гораздо медленнее, чем у материалов с высшим уровнем паропроницаемости.

Диапазон рабочих температур материала зависит от его марки и варьируется от -200 до +175°С. Изоляция способна обеспечить экономию до 70% тепла. Показатель теплопроводности синтетического каучука - 0,036 Вт/мК при 0°С.

Изоляция на основе стекловолокна

Иглопробивные стекловолоконные материалы используются при теплоизоляции трубопроводов, воздуховодов, паровых котлов, турбин, оборудования, коммуникаций, трубопроводов больших диаметров, на которых строго контролируется изменение температурного режима. Маты с дополнительным покрытием из алюминиевой фольги применяются там, где кроме теплоизолирующих свойств конструкция должна обладать тепло- и пароотражающим эффектом. Это актуально при изоляции криогенных камер, бассейнов, саун.

Волокнистая структура, состоящая из эластичных и прочных стеклянных нитей, наполнена воздухом. Уровень теплопроводности материала находится ближе всех по значению к теплопроводности воздуха. Материал обладает высокой эластичностью. Благодаря этому плиты из стекловолокна успешно монтируются на криволинейные поверхности: теплоизоляция резервуаров для нефтепродуктов, цистерн для транспортировки и хранения технологических жидкостей и т.д.

Стекловолокно, кашированное стеклохолстом, более прочно. Дополнительное покрытие предотвращает выдувание волокон из плит, что увеличивает срок службы продукта.

Стекловолокно является одним из наиболее распространенных видов технической тепловой изоляции. Основная причина банальна – относительно низкая стоимость и простая технология монтажа, что позволяет застройщикам осуществлять утепление конструкций своими силами.

Изоляция на основе пеностекла

Теплоизоляция на основе пеностекла применяется для изоляции промышленных емкостей, оборудования больших диаметров, плоских поверхностей. Наибольшее распространение пеностекольная техническая изоляция получила в химической и нефтегазовой отраслях.

Это закономерно: материал негорюч, обладает широким диапазоном рабочих температур: от –260 до +670°С. Характеризуется стойкостью ко многим химическим соединениям и биологическим факторам. Будучи невосприимчивым к подобным деструктивным факторам, сам он экологически чист.

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

Работа проектировщиков инженерных сетей включает в себя множество тонкостей и правил, соблюдение которых обязательно. Бывает непросто учесть и удержать все важные мелочи в своей голове. При работе с ними не стоит отмахиваться от удобств, предлагаемых современными компьютерными программами.

Одна из таких программ – «Изоляция», разработанная ООО НТП «Трубопровод» для расчета и выбора тепловой изоляции трубопроводов, арматуры и оборудования, автоматического формирования проектных документов на тепловую изоляцию. От пользователя не требуется знания программирования и детального устройства программы. Разобраться в специфике ее работы и алгоритмах расчета утепления поможет подробное справочное руководство, поставляемое вместе с программой.

Программа предназначена для расчета и выбора тепловой изоляции и формирования теплоизоляционной конструкции трубопроводов, арматуры и оборудования в соответствии со СНиП 41-03–2003 или НР 34-70-118–87, автоматического формирования проектных документов на тепловую изоляцию. Программа формирует техномонтажную ведомость по ГОСТ 21.403–93, спецификацию по ГОСТ 21.110–95, а также ведомость объемов работ. Учитывая существующие различия между нормами и правилами, действующими на территории Беларуси, России и Украины, данную программу не следует принимать как истину в последней инстанции. Вместе с тем, она может быть полезной для примерного понимания и освоения специалистов в вопросе разработки и обустройства изоляционных покрытий.

Программа «Изоляция» позволяет производить различные расчеты с множествами переменных. В качестве изолируемых поверхностей могут выступать трубопровод или его отдельный участок, фланцевое соединение, арматура, двухтрубная прокладка, отвод, переход.

При выполнении расчетов принимаются во внимание различные переменные. Так, при выборе места расположения объекта во вкладке «климатические данные», программа производит автоматический расчет среднегодовой температуры воздуха, средних температур наиболее теплых и наиболее холодных периодов года.

Во вкладке «правила выбора материалов» пользователь программы имеет возможность изучить условия применимости материалов. Здесь действует отлаженный алгоритм по расчетам покровного, пароизоляционного, предохранительного, антикоррозионного слоев, порядка герметизации швов, обустройства подкладок, опорных и разгружающих элементов и др.

К «Изоляции» предлагается подробное руководство пользователя, призванное упростить процесс ознакомления с программой. Алгоритм работы подробно рассмотрен в отдельных главах руководства. Текстовые комментарии дополняются графическими иллюстрациями с интерфейсом программы.

Комментарии
Комментариев к материалу пока нет
Оставить комментарий