Ефективна теплоізоляція труб шкарлупами з газозолобетона
2006-10-30 12:18:22
У Російській Федерації, що володіє найбільшою в світі мережею централізованого теплопостачання, через поверхню трубопроводів втрачається до 16% відпускається споживачам теплової енергії, що в 1,5-2 рази вище, ніж у передових європейських країнах [1]. Такі високі втрати обумовлені не тільки кліматичними умовами, але і порівняно невисокими експлуатаційними характеристиками матеріалів і виробів, вживаних для тепло-і гідроізоляції труб, низькою якістю монтажних робіт. Техніко-економічна ефективність теплогідроізоляції трубопроводів визначається комплексом показників, серед яких поряд з теплоізоляційними характеристиками матеріалів і виробів повинні прийматися до уваги їх атмосферостійкість, незмінність геометричних розмірів, зручність і безпеку виготовлення, монтажу, собівартість і витрати на ремонтно-відновлювальні роботи. У Росії для теплової ізоляції гарячих поверхонь трубопроводів найчастіше застосовують мінераловатні вироби, несприятливі в роботі, що володіють невисокою хімічної та гідролітичною стійкістю внаслідок низького значення модуля кислотності, що знижує термін служби ізоляційного покриття [2]. Зверху теплоізоляційний шар вкривають захисним покриттям, призначеним для запобігання теплоізоляції від атмосферних і зовнішніх механічних впливів. В якості захисного покриття застосовують рулонні гідроізоляційні матеріали, склотканини або більш надійну, але дорогу тонколистову сталь. Рулонне покриття, укладене на м'яку волокнисту теплоізоляцію, часто проривається, знижуючи термін служби і ефективність захисної конструкції в цілому. Широко застосовується в даний час пінополіуретанова ізоляція у вигляді шкаралуп або утворена методом напилення, високоефективна за теплофізичними показниками, відрізняється порівняно високою собівартістю, несприятливими умовами виготовлення, має обмеження по температурі застосування (не більше 120 ° С) і терміну експлуатації (не більше 10 років) . На нашу думку, великий практичний інтерес для захисту трубопроводів малих і середніх діаметрів представляють формовані вироби у вигляді напівциліндрів-шкаралуп з золосодержащего газобетону. Такі вироби є найбільш дешевими в порівнянні з існуючими аналогами, оскільки для їх виготовлення можуть використовуватися золоотходи місцевих ТЕС, розташованих в різних регіонах Росії. Утилізація золоотходов цих ТЕС в технології газобетонних шкаралуп для ізоляції труб теплових мереж буде сприяти вирішенню проблеми зниження екологічного навантаження на навколишнє середовище. За даними Мінпаливенерго, площі, зайняті під золовідвали ТЕС Росії, досягли 20 тис. км2, а обсяг заскладованих відходів більше 1,5 млрд т [3]. Мурманська область, на жаль, не є винятком із загального правила, і практичного застосування золоотходи місцевих ТЕС ще не знаходять. Найбільшою в Калуському регіоні є Апатитська ТЕЦ, що працює переважно на вугіллі Печорського басейну і спрямовуюча у відвал золошлакових суміш (ЗШС) по системі гідрозоловидалення. Нами проведені дослідження можливості використання цих ЗШС для отримання різних видів бетонів, включаючи газозолобетон [4]. Для проведення досліджень була відібрана представницька партія ЗШС (близько 50 т) з розвіданого ділянки золовідвалу, який повністю заповнений і практично підготовлений для розробки (обсяг заскладованих в цьому золовідвалі ЗШС становить близько 7 млн ??т). Досліджувані ЗШС є нізкокальціевимі кислими золами з модулем основності 0,06, за основними показниками відповідаючи вимогам ГОСТ 25592-91 «Суміші золошлакові теплових електростанцій для бетонів. Технічні умови ». За зерновим складом ЗШС відносяться до дрібнозернистому типу сумішей (вміст фракції менше 0,16 мм – 76%). Зерна шлаку крупніше 5 мм присутні в незначній кількості (близько 1%). Насипна щільність близько 1000 кг/м3, питома поверхня, м2/кг: фракції менше 5 мм – 252; менше 0,16 мм – 269. Зерна шлаку володіють стійкою структурою проти силікатного і залозистого розпадів. Випробування ЗШС показали можливість їх використання для будівельних робіт без обмежень за радіаційним фактором [5]. В результаті лабораторних досліджень були підібрані склади теплоізоляційного газозолобетона на основі портландцементу марки 400 Пікалевське заводу, вапняно-піщаного в'яжучого ВАТ «Оленегорський завод силікатної цегли» і ЗШС Апатитська ТЕЦ. Як пороутворюючих добавки використовувалася алюмінієва пудра марки ПАП-1. Отриманий газозолобетон при середній щільності 350-450 кг/м3 має коефіцієнт теплопровідності 0,085-0,095 Вт / (м ° С). За довідковими даними, температура на поверхні ізоляції приймається рівною: 45 ° С – в закритих робочих приміщеннях, 60 ° С – на відкритому повітрі й у відкритих приміщеннях з штукатурним розчинових шаром [6]. Розрахунки показали, що для забезпечення необхідної теплозахисту (при температурі 150 ° С на поверхні труби і 60 ° С на поверхні теплоізоляції) і транспортно-монтажних характеристик товщина шкаралупи при зазначеної щільності бетону повинна складати 40-50 мм. З метою підвищення такого важливого для подібних тонкостінних виробів показника, як міцність на розтяг при вигині, до складу бетонної суміші вводили синтетичні (капронові) волокна в кількості 0,5-0,75 мас. %. Як видно з таблиці, введення синтетичних волокон істотно збільшує міцність газозолобетона при згині (на 48-50%). Необхідно відзначити важливий факт, що дисперсно-армований бетон руйнується як пластичний матеріал, без раптового розкриття тріщин і поділу на окремі шматки. За умовами експлуатації теплових мереж температура на поверхні труби може досягати 150 ° С (550 ° С під внутрішньоцехової розводці). З метою дослідження ефективності теплоізоляції труб виробами з газозолобетона, армованого капроновими волокнами, були проведені термічні випробування шкаралуп товщиною 80 мм, що забезпечує необхідну теплозахист при максимально можливій температурі на поверхні труби 550 ° С. Склад газозолобетона, мас. %: Портландцемент М400 – 40, вапняно-піщане в'яжуче – 10, ЗШС – 50, синтетичні волокна довжиною 15-20 мм – 0,75, алюмінієва пудра – 0,15. Після формування шкаралупи піддавалися тепловлажностной обробці в пропарювальної камері за режимом 2,5 +8 +4 ч при температурі 85 ± 5 ° С. Термічні випробування шкаралуп на електронагрівальної керамічної трубі показали, що при нагріванні труби до 550 ° С відбувається вигоряння синтетичних волокон на 2/3 товщини шкаралупи від поверхні нагрівається труби. На решті зовнішньої частини шкаралупи капронові волокна збереглися повністю і виконували свої армуючі функції. Випробування показали, що температура на поверхні шкаралупи стабілізувалася на рівні 40-45 ° С вже через 3 год, через 15-24 год не перевищувала 55-60 ° С. При максимально можливій температурі на поверхні труби 150 ° С в умовах міської забудови та товщині газозолобетонних шкаралуп 40 мм забезпечується необхідна температура на поверхні ізоляції, що підтверджено натурними обстеженнями двох експериментальних ділянок на трубопроводах р. Апатити. Дослідження залежності кількості вуглекислого газу, що виділився з бетону при вигорянні капрону, виконані на газоанализаторе ГОУ-1 газооб'емним методом, показали, що найбільша кількість вуглекислого газу виділяється протягом перших 5-10 хв, а після закінчення 30 хв виділення практично припиняється [7]. Концентрація виділився вуглекислого газу незначна і нешкідлива для людини. При експлуатації трубопроводів із зазначеною ізоляцією, що проходять в невеликих приміщеннях з короткочасним перебуванням людини, рекомендується забезпечити провітрювання цих приміщень через 30 хв після початку прогріву. Виділення інших газів (оксиду сірки, фторіона, азоту), що роблять шкідливий вплив на здоров'я людини при нагріванні фіброгазозолобетона до 550 ° С, не виявлено. Щільність газозолобетона, кг/м3 Міцність газозолобетона при згині, МПа розрахункова фактична неармований армований волокнами розрахункова фактична розрахункова фактична 350350 0,37 0,37 0,63 0,55 400 90 0,44 0,46 0,85 0,69 450 461 0,6 0,57 0,94 0,84 При теплоізоляції металевих труб формованими виробами неминуче освіта повітряного зазору між трубою і теплоізоляцією, де в результаті конденсації накопичується волога. Це веде, з одного боку, до корозії поверхні труби, а з іншого – до насичення вологою теплоізоляційного матеріалу і погіршення його захисних властивостей. Щоб уникнути таких явищ доцільно зовнішню поверхню труби і внутрішню поверхню шкаралупи, стикається з трубою, покривати гідроізоляційними антикорозійними складами – бітумної грунтовкою, органосилікатних, кремнійорганічними та іншими покриттями. На практиці, якщо грунтовка труб ще проводиться, то антикорозійне покриття внутрішньої поверхні шкаралуп не робиться. Нами розроблений спосіб виготовлення шкаралуп з газобетону з утворенням в процесі формування гідроізоляційного покриття на внутрішній поверхні шкаралупи, а на зовнішній поверхні – двошарового захисного покриття, верхній шар якого виконаний з склотканини або іншого механічно і атмосферостійкого матеріалу, а внутрішній – з гідроізоляційного рулонного матеріалу на основі термопластичного органічного в'яжучого [8]. Форма включає два металевих напівциліндра 1 і 2 відповідно більшого і меншого діаметрів, передню і задню 3 4 торцеві стінки, виконані у вигляді півкілець, ширина яких дорівнює товщині шкаралупи. Торцеві стінки 3 і 4 снaбжени ущільнювальними прокладками 6, 7, розміщеними по внутрішній півкола кожного півкільця. Діаметр металевого напівциліндра 2 відповідає зовнішньому діаметру ізольованої труби, а його довжина трохи перевищує довжину напівциліндра У. На кінцях напівциліндра 2 виконані поздовжні прорізи 8 і 9. Металеві напівциліндри 1 і 2 скріплені між собою за допомогою накидних болтів 10 і 11, що входять відповідно в прорізи 8 і 9. Для полегшення розпалубки вироби торцеві стінки 3 і 4 забезпечені знімними вкладишами 12, 13, виконаними за формою торцевих стінок і мають відігнуті кінці 14, 15, які виступають над торцевими стінками 3 і 4. Для стійкості форма забезпечена опорними елементами 16, 17. Виготовлення газобетонної шкаралупи здійснюється наступним чином. Попередньо внутрішню поверхню металевого напівциліндра 1 і зовнішню поверхню металевого напівциліндра 2 змащують антіадгезіонним речовиною, наприклад сульфанол, відпрацьованим машинним маслом і т. п. Потім на ці змазані поверхні накладають листи крафт-паперу 18, 19, які просочуються матеріалом мастила і приклеюються до поверхонь напівциліндрів . На лист крафт-паперу 18 металевого напівциліндра 1 накладають лист зовнішнього захисного покриття 24, наприклад з склотканини, на нього укладають лист 20, виконаний з матеріалу на основі термопластичного органічного сполучного – бітуму у вигляді руберойду, толі або ізола. До листу крафт-паперу 19 металевого напівциліндра 2 прикріплюють знімними затискачами лист внутрішнього захисного покриття 21, виконаний з того ж матеріалу, що і лист зовнішнього захисного покриття 20. Напівциліндр 2 укладають на ущільнюючі гумові прокладки 6, 7 торцевих стінок 3, 4 і притискають до них накидними болтами 10 11. У підготовлену таким чином форму в зазор 22 між захисними покриттями 20 і 21 заливають газозолобетонную суміш. При спученні газобетонна суміш щільно притискає один до одного вкладені в форму шари листового захисного покриття. Після витримування газобетонної суміші для спучування і затвердіння, видалення надлишку бетонної суміші над верхніми кромками форми її направляють на тепловологу обробку в пропарювальну камеру. При розігріві бетону до температури ізотермічної витримки 85 +5 ° С матеріал на основі термопластичного органічного єднального розм'якшується і з нього виплавляється бітум. При подальшому зниженні температури бітум твердне і міцно приклеює всі вкладені в форму захисні шари один з одним і до самого газозолобетонному теплоізоляційним шару. Після охолодження вироби послаблюють накидні болти 10 і 11, виводять їх з прорізів 8, 9 і витягають металевий напівциліндр 2 з форми. Далі послідовно витягають знімні вкладиші 12, 13 і потім готову шкаралупу, яку піддають сушці до постійної маси при температурі 50-60 ° С. Таким чином, виходить теплоізоляційна ячеисто-бетонна шкаралупа повної заводської готовності: з двошаровим захисним покриттям зовнішньої поверхні і гідроізоляційним покриттям внутрішньої поверхні. Надалі при монтажі таких шкаралуп на трубопроводі і пропущенні по ньому високотемпературної середовища, наприклад гарячої води або пари, матеріал внутрішнього захисного покриття 21 розігрівається і розм'якшується, заповнюючи зазори між ізолюючої металевою трубою і теплоізоляційним елементом. При цьому виділяється при розігріві захисного покриття бітум створює на зовнішній поверхні ізолюючої металевої труби антикорозійний шар, що запобігає корозії труби і внутрішнє зволоження теплоізоляційного бетону. Пропонована технологія газозолобетонних шкаралуп може бути реалізована в багатьох регіонах Росії, де в результаті виробничої діяльності ТЕС накопичуються золоотходи і необхідне прийняття заходів щодо їх утилізації та охорони навколишнього середовища. Поряд з використанням золоотходов технологія ячеисто-бетонних шкаралуп повної заводської готовності може рекомендуватися і для інших видів природних і техногенних сировинних джерел, властивих конкретному регіоні Росії. Робота виконана за фінансової підтримки гранту «Провідні наукові школи».
ДЖЕРЕЛО: Будівельні матеріали