Тепловая изоляция промышленных трубопроводов 

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"

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.

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.

Тел. (095) 471-3226