теплоизоляционные материалы

Завод изоляции труб компании СТС Изоляция производит теплоизоляционные материалы для трубопроводных систем широкого назначения на основе технологий теплоизоляции труб, элементов трубопровода, запорной арматуры, шаровых кранов и стыков труб пенополиуретаном.

Теплоизоляционные материалы предназначены для снижения величин теплового потока объекта. Защитно-покровная оболочка теплоизоляционных материалов обеспечивает сохранность теплоизоляционного слоя в эксплуатационных условиях, защищая его от внешних факторов – атмосферных осадков, пульсирующих ветровых нагрузок и других воздействий.

Важнейшей целью теплоизоляции строительных конструкций является сокращение расхода энергии на отопление здания.

Теплоизоляция приводит к уменьшению содержания углекислого газа (С02) в атмосфере и снижению так называемого парникового эффекта.

Теплоизоляционные материалы являются продукцией в основном местных строительных предприятий. Их невыгодно перевозить на дальние расстояния, т. к. вследствие малой средней плотности теплоизоляции грузоподъемность транспортных средств не используется полностью.

Выбор теплоизоляционного материала осуществляется с учетом конструктивных особенностей объекта, его ориентации в пространстве, внешних атмосферных воздействий, и, конечно, целевого назначения тепловой изоляции.

Необходимые требования к теплоизоляционным материалам

Температуростойкость - это весьма ценное свойство ТИМ, особенно при использовании их для изоляции промышленного оборудования, работающего при высоких температурах. Температуростойкость материалов характеризуют техническая и экономическая предельные температуры применения. Под технической температурой понимают ту, при которой материал может эксплуатироваться без изменения его технических свойств.

Паропроницаемость. ТИМ с сообщающимися открытыми порами пропускают значительное количество водяного пара — почти столько же, сколько воздуха. Благодаря малому сопротивлению паропроницаемости они почти всегда остаются сухими: в основном пар конденсируется в следующем слое, на более холодной стороне. Во избежание конденсации водяного пара теплая сторона должна обладать большей паронепроницаемостью, чем холодная, а также воздухонепроницаемостью.

Воздухонепроницаемость. Мягкие изоляционные материалы настолько хорошо пропускают воздух, что движение воздуха приходится предотвращать путем применения отдельной ветрозащиты. Жесткие изделия в свою очередь обладают хорошей воздухонепроницаемостью и не нуждаются в каких-либо специальных мерах защиты. Они могут применяться также в качестве ветрозащиты.

Химическая стойкость. Теплоизоляционные материалы должны обладать хорошей стойкостью к действию органических веществ.

В промышленности теплоизоляционный материал является важным элементом конструкции изолируемых сооружений и оборудования, поскольку, обычно, выполняет не только свою традиционную роль – снижение потерь тепловой энергии в окружающую среду, но также, в большинстве случаев, обеспечивает соблюдение требуемых тепловых режимов конструкций оборудования и технологического режима, им реализуемого. Поэтому эффективность использования теплоизоляционного материала определяется не только ее высокими теплоизолирующими свойствами, но и стабильностью теплозащитных свойств теплоизоляционных конструкций в процессе эксплуатации.

Теплоизоляционные материалы, используемые для изоляции промышленных сооружений, оборудования и трубопроводов в теплоэнергетике – котлов, паровых и газовых турбин, высотных дымовых труб высотой 190-350 метров, резервуаров для хранения жидкого топлива, сжиженных природных и углеводородных газов, газгольдеров, тепловых сетей и др.; в промышленности строительных материалов, химической и нефтегазоперерабатывающей, металлургической, пищевой и и других отраслях промышленного производства – печей, сушил, аппаратов колонного типа, холодильников и т.д. – получили собирательное название промышленной тепловой изоляции.

Важным требованием, предъявляемым к теплоизоляционным материалам является потребность учета широкого температурного диапазона изолируемых поверхностей – от – 180 до 600˚С – и высокий уровень теплового потока, идущего через них, который в 10-15 раз превышает уровень теплового потока через тепловую изоляцию жилых, общественных и промышленных зданий.

Подавляющая часть (85-90%) промышленных теплоизоляционных материалов монтируется из волокнистых минераловатных и стекловолокнистых изделий. При этом более 55% изоляции работает на объектах с температурой до 200˚С, около 25% - в температурном интервале 180-400 ˚С, 5% - в пределах 401-600˚С, и только 0,1% теплоизоляционных материалов монтируется из неорганических формованных изделий на объектах с температурой выше 600˚С, а 15% - при отрицательной температуре от – 14 до - 180˚С.

В общем объеме производства теплоизоляционные материалы из минеральных и стеклянных волокон являются преобладающими (около 70%) во всех промышленно-развитых странах мира, несмотря на существенный рост производства и применения газонаполненных пластмасс. В частности, за последние 15 лет объем производства теплоизоляционных материалов для тепловой изоляции на основе минеральных волокон вырос в 1,5 раза и в 1990 г. превысил 150 млн.куб.м. Первое место по производству теплоизоляционных материалов из минеральных волокон занимают США, на долю которых в мировом объеме приходится около 35% (55 млн.куб.м), доля стран Западной Европы – примерно 30% общего объема теплоизоляционных материалов, или 46 млн.куб.м, в Японии – 7%, или 11 млн.куб.м, что связано с высокой огнестойкостью и температуростойкостью теплоизоляционных материалов из волокнистого минерального сырья, их экологической чистотой и достаточно низкой стоимостью по сравнению с теплоизоляционными материалами из газонаполненных пластмасс.

В России производство волокнистых теплоизоляционных материалов является доминирующим и в общем объеме составляет около 65%, при этом другие виды теплоизоляционных материалов составляют меньшую часть, где преобладают пенопласты – 17%.

Наряду с волокнистыми теплоизоляционными материалами для тепловой изоляции использование в конструкциях строительной и промышленной тепловой изоляции газонаполненных полимерных материалов занимает ведущее место в большинстве развитых стран мира. В последнее время в ряде стран Западной Европы (Англия, Франция, Германия, Австрия и др.) приняты законодательные акты, вводящие жесткие меры в отношении применяемых теплоизоляционных материалов в целях экономии энергии и теплоизоляции зданий.

Требуемый уровень сохранения тепла может быть обеспечен только с помощью высокоэффективных теплоизоляционных материалов, в том числе пенопластов, из которых наибольшее развитие за рубежом получило производство и применение жестких пенополиуретанов и беспрессового экструзионного пенополистирола.

Общий объем теплоизоляционных материалов в виде жестких пенопластов в строительстве (без учета пенопластов, наносимых методом плавления и вспенивания в полости конструкции), например, в США в 1984 г. составил 238,1 тыс. т, в 1986 г. – 250,8 тыс. т и в 1990 г. – 303,9 тыс. т.

Благодаря уникальным свойствам производство жестких пенополиуретанов (ппу) развивалось высокими темпами и уже в 70-х годах они стали занимать ведущее место в структуре мирового производства газонаполненных теплоизоляционных материалов.

В 1987 г. мировое производство теплоизоляционных материалов из жестких ппу достигло 1,236 млн. т.

В настоящее время потребление теплоизоляционных материалов из жестких ппу достигло 1,36 млн. т, в том числе их потребление в строительных конструкциях составляет 38,6%.

Широкое применение получили за рубежом напыляемые пенополиуретаны, в особенности для тепловой изоляции металлических нефтехранилищ, кровель, трубопроводов и др. Получаемые напылением ППУ теплоизоляционные материалы отличаются низкой теплопроводностью, минимальным водопоглощением, удовлетворительной адгезией к металлу и отсутствием коррозионного воздействия на строительные материалы. Теплоизоляционные материалы в виде напыляемого пенополиуретана в конструкции могут служить, одновременно, теплоизоляцией и защитой металла от коррозии. Из общего объема применения жестких пенополиуретанов в строительстве для тепловой изоляции за рубежом около 20-30% используется для напыления.

Впервые разработкой полимерных материалов полиуретанов занялись ученые Германии в 1935 году, а в 1937 году Отто Байером был получен первый жесткий полиуретановый пенопласт. Промышленное производство пенополиуретанов на основе сложных полиэфиров было организовано в Германии в 1944 году, а их аналогов на основе более дешевых простых полиэфиров - в США в 1957 году. С 1955 года в Европе началось массовое производство эластичных ППУ.

Пенополиуретан обладает уникальным свойством предотвращения распространения огня: он плавится только в зоне открытого воздействия пламени. Именно эта способность пенополиуретана стала причиной широкого применения данного материала в 50-х годах XX столетия в сфере ВПК развитых стран. Разветвленная ячеистая структура пенополиуретана использовалась в военной авиационной промышленности для облегчения конструкций и защиты топливных систем боевых самолетов от возгорания и взрыва при их поражении.

Сегодня пенополиуретан активно используется в танках, БТР, БМП, где под броней располагают защитный слой ППУ. Это позволяет наиболее эффективным способом защитить экипаж как от морозов, так и от зноя. Одновременно пенополиуретан служит в качестве пассивной защиты от воздействия зажигательных снарядов. Изоляция оплавится в месте поражения, но распространения огня по плоскости не произойдет.

Резкое повышение цен на нефть в 1974 и 1976 гг. и последовавший за этим энергетический кризис заставил европейские страны и США разработать национальные энергетические программы, стимулирующие рациональное использование энергоресурсов в большинстве областей деятельности. Наряду с развитием традиционных и альтернативных источников энергии на первый план были поставлены меры по экономии энергоресурсов.

С этого времени в США и Западной Европе широкое применение получают системы теплоизоляции трубопроводов пенополиуретаном конструкции "труба в трубе". Данная теплоизоляция на почти 40-летнем опыте применения на трубопроводах теплоснабжения и ГВС, магистральных нефтегазопроводов, конденсатопроводов и иных системах доказала свою экономическую и технологическую эффективность. Долговечность пенополиуретана оценивается в 25 - 30 лет. На практике же в Германии, США, Канаде, Швеции, Японии специалисты разбирают конструкции стен, крыш, фундаментов, срезают образцы пенополиуретана с труб, залитых в 70-х годах прошлого века, и корректно формулируют - "свойства не изменились". Так, в научно-исследовательском институте теплоизоляционных материалов (Мюнхен, ФРГ) подвергли испытаниям три кровельные конструкции, утепленные жестким пенополиуретаном (слой утеплителя составлял на одной конструкции 60 мм и 30 мм на двух других, кажущаяся плотность пенополиуретана 30-35 кг/м3). Как следует из данных этих испытаний, после 10-летней эксплуатации ни теплопроводность, ни влагосодержание пенопластов практически не увеличились.

Хотя пенополиуретан применяют в области строительства относительно недавно, уже сегодня имеются надежные данные о поведении этих материалов в течение 25 лет эксплуатации. Кроме этих данных, есть результаты лабораторных испытаний на ускоренное старение, которые дополняют и подтверждают данные натурных испытаний. Лабораторные испытания показали, что у пенополиуретана низка стойкость к действию минеральных кислот и к большинству органических растворителей. В то же время пенополиуретан хорошо переносит контакт с водой и различными нефтепродуктами, но при погружении в эти жидкости на один год и более разрушаются, особенно если давление жидкости выше атмосферного. Удовлетворительные показатели при эксплуатации в подобных условиях имеет лишь пенополиуретан высокой плотности (более 100 кг/куб. м) и интегральные пены.

Пенополиуретан не теряет своих теплоизоляционных и прочностных свойств при эксплуатации при температурах от минус 60 до плюс 100С. Скорость старения пенополиуретана, как и других видов полимерных материалов, во многом зависит от температуры. В ходе лабораторных испытаний на старение было установлено, что при температуре ниже 70С скорость старения пенополиуретана резко снижается. При этом чувствительность пенополиуретана к температурному старению в значительной степени зависит от исходной температуры. В научно-исследовательском институте теплоизоляционных материалов (Мюнхен, ФРГ) подвергли испытаниям три кровельные конструкции, утепленные жестким пенополиуретаном (слой утеплителя составлял на одной конструкции 60 мм и 30 мм на двух других, кажущаяся плотность пенополиуретана 30-35 кг/куб.м). Как следует из данных этих испытаний, после 10-летней эксплуатации пенополиуретана на данных объектах ни теплопроводность, ни влагосодержание пенополиуретанов практически не увеличились. Таким образом, о жестком пенополиуретане можно сказать, что он в буквальном смысле выдержал испытание временем.

В настоящее время на территории нашей страны применяется в строительстве более десяти марок жестких пенополиуретанов. Пенополиуретан может использоваться самостоятельно или в сочетании друг с другом для следующих целей: тепло-, звукоизоляция гражданских и промышленных сооружений, хладоизоляция трюмов и холодильного оборудования, повышение плавучести и сохранности лесоматериалов на сплаве, тепло- и гидроизоляция нефтегазопроводов.

Перед другими видами теплоизоляции напыляемый пенополиуретан имеет ряд существенных преимуществ, основными из которых являются: выполнение пенополиуретаном одновременно функций утеплителя, гидроизоляции и защиты металлов от коррозии, хорошая адгезия напыляемых пенополиуретанов к любым поверхностям, быстрота нанесения ППУ изоляции на ограждающие конструкции больших площадей, в том числе криволинейного очертания, и отсутствие монтажных стыков.

Обычно для напыления пенополиуретана используются пенонапылительные установки, имеющие одинаковое конструктивное решение. Однако для утепления вертикальных цилиндрических резервуаров мазутохранилищ емкостью 30000 куб.м, построенных в Москве на Южной ТЭЦ Мосэнерго, создана специальная установка, автоматизирующая процесс нанесения пенополиуретана на наружные поверхности цилиндрической стенки резервуара и механизирующая напыление на сферическую крышку. Натурные обследования сооружений с нанесенным пенополиуретаном, эксплуатирующихся 15 и более лет, показали лишь незначительное снижение пенопластом теплоизоляционных свойств. Лабораторные испытания установили достаточную адгезию пенополиуретана к металлическим поверхностям: после различных климатических и силовых воздействий коррозионных процессов на металле, защищенном напыляемыми пенополиуретанами, ни на одном объекте не обнаружено.

Опыт 16-летней эксплуатации пенополиуретановых покрытий на стенах коровников и свинарников, а также водонапорных башен показал, что в местах непосредственного воздействия климатических факторов на теплоизоляционное покрытие адгезия пенополиуретана к дереву оказалась высокой. Однако в местах постоянного контакта с водой или другими жидкими средами отмечалось локальное отслоение пенополиуретана. Поверхностная технологическая пленка пенополиуретана на стенах помещений, обращенных на север, сохранилась без существенных изменений, в то время как на расположенных в южном направлении и подвергавшихся более интенсивному воздействию солнечной радиации пенополиуретан через 16 лет покрылась сеткой волосяных трещин. Механические характеристики пенополиуретана сохранились на исходном уровне, коэффициент теплопроводности и водопоглощения увеличился незначительно. Все это указывает на несомненную целесообразность применения пенополиуретана в качестве тепловой и гидроизоляционной защиты в сельскохозяйственном строительстве.