Useful information

Преимущества применения современных высокотехнологичных материалов на основе керамического волокна в энергетике

В Приложении №1 к СНиП 2.04.14-88 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов» указанно 16 видов изделий, рекомендованных к применению для тепловой изоляции энергетического оборудования. На сегодняшний день 7 видов практически не производят. Кроме того, ряд изделий имеет следующие особенности:
- материалы на основе стекловолокна имеют ограничения по температуре применения - до + 180 0С;
- материалы на основе минеральной ваты имеют модуль кислотности ниже 1,8, что приводит к  рекристаллизации волокна, а  учитывая вибрационное воздействие, маты саморазрушаются в прилегающем к горячей поверхности слое. В результате чего, расчетные характеристики сохраняются не более чем на 3-6 месяцев, при температуре применения + 400 0С и выше. В конечном итоге тепловые потери увеличиваются в 2,5 раза примерно через год или до 30% при меньших температурах. Исходя из вышеуказанного, согласно СНиП, материалы на основе минеральной ваты нельзя применять в качестве тепловой изоляции для оборудования, подвергающегося ударным воздействиям высоких температур и вибрации. А к таковому относится практически все энергетическое оборудование;
- материалы на основе базальтового супертонкого волокна и материалы на основе минеральной ваты  с модулем кислотности 2,2 определены как вибростойкие и рекомендованы к использованию при температуре до + 700 0С. Но, и этим материалам характерны процессы деградации (плюс железистый распад волокна у БСТВ). В следствие чего, повышается теплопроводность конструкций на 25% через 2-3 года эксплуатации и продолжает  расти в процессе дальнейшей эксплуатации. Более того, многократны случаи укладки БСТВ с объемной массой 60 кг/м³ при обязательном минимуме 80 кг/м³ в связи с исключительной трудоемкостью уплотнения этого материала. Таким образом, после монтажа вышеуказанных материалов, реальная теплопроводность конструкции на 20% выше той теплопроводности, коэффициент которой закладывался в проекте. Данным материалам характерна непостоянная плотность и из-за отсутствия процессов релаксации, подверженность процессу вибрационного уплотнения;
- материалы на основе муллитокремнеземистого керамического волокна МКРР-130 и МКРВ-200 имеют длительный срок эксплуатации (рабочая температура + 1150 0С), но подвергаются повышенному вибрационному уплотнению. Из-за того, что волокна связаны между собой органическим связующим, которое подвержено выгоранию, механическая прочность мата обеспечивается только за счет переплетения волокон, а значит, очень мала;
- материалам на основе каменной ваты марок Nobasil, Paroc, Rockwool c рабочей температурой + 550-600 0С характерны довольно высокие теплофизические показатели. Но из-за присутствия органического вяжущего (до 2,5%) материалы пригорают к  изолируемой поверхности. Подверженность к выгоранию вяжущего и процессам деградации волокон через 2-3 года эксплуатации при температурах более + 400 0С  приводит к виброуплотнению и увеличению теплопроводности конструкций до 25%.
  
Вывод: большая часть традиционных теплоизоляционных материалов, которые используются в теплоэнергетике, не могут комплексно обеспечить норматив тепловых потерь в соответствии со СНиП 2.04.14-88 на нормативный срок службы в 10-15 лет. Исключение составляют комбинированные конструкции или  современные высокотехнологические материалы на основе керамического волокна.
 
Приведем пример расчетов теплоизоляционных конструкций для паропровода острого пара диаметром 325 мм с температурой пара 540 0С. Расчетная температура воздуха +250 0С. Нормированная температура на поверхности изоляции и тепловой поток через теплоизоляционную конструкцию согласно СНиП  2.04.14-88 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов»:

 Paroc Wired Mat/Rockwool Wired MatМат прошивной  базальтовый в обкладке из стеклоткани КТ-11МКРР-130 +  МПБМат из керамического волокна
LYTX-212*
СоставКаменная вата  на основе базальтового волокнаТонкое базальтовое волокноМуллито-кремнеземистая вата без прошивки + тонкое базальтовое волокноКерамическое волокно (Al203 - 45%, SiO2 - 53%) прошитое  керамическими нитями
Плотность, кг/м3100/10580130+80128
Максимальная температура применения, 0С55060011001100
Коэффициент теплопроводности при Т=295 0С, Вт/м 0С0,091/0,0850,0870,0870,07
Наличие органических связующих, %не более 2,5от 2 до 10неорг.неорг.
Выделение вредных веществвозможновозможнонетнет
Возможность пригара к поверхностиданетнетнет
Вибростойкостьданетдада
Стабильность размеровданетнетда
Расчетная толщина  теплоизоляции, мм (мм+мм)160 (80+80)160 (80+80)155 (25+70+70)

100 (50+фольга алюм. Фолар+50)

Коэффициент уплотнения1,31,21,21
Фактический расход, мм+мм180 (90+90)170 (100+70)155 (25+70+70)100(50+50)
Покрывной слойПластик РСТ-415нетнетПластик РСТ-415
Масса ТИК, кг/м38/39252619
Нормируемая температура на поверхн. ТИ, 0С48 (для температуры носителя более 500 0С)
Температура на поверхности изоляции, 0С45,5/4444,544,545
Нормируемый тепловой поток через ТИК, Вт/м485
Расчетный тепловой поток через ТИК, Вт/м433/405415420354
Экономия тепловых потерь по сравнению с нормативними, % (Вт/м)10,7 (52)/16,5 (80,0)14,4 (70,0)13,4 (65,0)27,0 (131,0)
Стоимость ТИК, грн/м645/662560550690
Стоимость монтажа, грн/м270180270200
Эксплуатационные издержкиИз-за возможных процессов деградации и вибрационного уплотнения после выгорания связующего,  а также свободного расположения волокон в холсте повышается теплопроводность до 25% через 2-3 года эксплуатацииМКРР виброуплотняется, потери МКРР при демонтаже до 25% из-за низкой механической плотностиМногократность монтажа-демонтажа без изменения характеристик, их постоянство  на протяжении всего периода эксплуатации
ИТОГО, грн/м≥915/≥932≥730≥790=890

*Теплоизоляционная конструкция с использованием матов из керамического волокна в составе: мат LYTX-212  толщиной 50 мм, фольга алюминиевая, дублированная стеклосеткой Фолар Б толщиной 0,25 мм (отражающий слой), мат LYTX-212  толщиной 50 мм, покрывной слой – стеклопластик РСТ-415.

Расширенная сравнительная таблица расчетов теплоизоляционных конструкций.

Вывод: материалы на основе керамического волокна типа LYTX-212 полностью соответствуют требованиям СНиП  в качестве материалов для тепловой изоляции энергетического оборудования и обладают наименьшей общей стоимостью учитывая монтаж и издержки в процессе эксплуатации.

Преимуществами материалов на основе керамоволокна являются:
• Длительный срок эксплуатации (до 25 лет).
• Возможность многократного монтажа-демонтажа. Возможность многократного применения даже при «отпуске» сварных швов на трубопроводах.
• Рабочая температура + 1150 0С.  Не охрупчивается.
• Высокая механическая прочность благодаря структуре полотна (материал иглопробивается в перпендикулярном направлении теми же волокнами).
• Не виброуплотняется, отлично держит форму и релаксирует при сжатии, опять же, благодаря структуре волокна.
• Производится с тремя постоянными плотностями: 96, 128, 160 кг/м³. Материал не требует уплотнения, обладает постоянными геометрическими размерами.
• Широкий диапазон типоразмеров в отличие от волокнистых материалов, применяемых сейчас (длина одеял от 14,64 м до 3,66 м, а ширина 610 мм).
• Производится с постоянными толщинами: 13, 19, 25, 38, 50 мм. Это дает возможность подбирать оптимальную толщину без перерасхода материала.
• Материал гибок и эластичен, при оборачивании даже небольших диаметров.
• Удобство и простота монтажа с гарантией плотности по всей монтажной поверхности.
• Легко режется, кроится, возможность проделывания отверстий с помощью самых простых ручных инструментов.
• Не требует обкладки из тканей, металлических сеток и т.п..
• Низкая теплопроводность.
• При попадании влаги, масла, после высыхания форма и все теплофизические показатели сохраняются.
• Не подвержен воздействию кислот, за исключением фтористоводородной.
• Не горюч и не содержит органических связующих.
• Экологически безопасен и является заменителем асбеста.
• Конкурентоспособная цена.