Пожаровзрывобезопасность, N 7, 2010 год

(см. ярлык "Примечания")

А.Ф.Белых

аспирантка Московского

государственного

строительного университета,

г.Москва, Россия

Р.3.Фахрисламов

канд.техн. наук, доцент,

доцент Московского

государственного

строительного университета,

г.Москва, Россия

Проблемы снижения теплопотерь и обеспечение пожарной безопасности конструкций тепловой изоляции

Рассмотрена проблема снижения теплопотерь путем масштабного внедрения современных теплоизолирующих конструкций на основе высокоэффективных теплоизоляционных материалов, имеющих хорошие теплофизические свойства, широкий температурный интервал применения и продолжительный срок эксплуатации. Проанализированы показатели пожарной опасности конструкций теплоизоляции трубопроводов с учетом условий их эксплуатации. Представлена экономическая и технологическая целесообразность применения полимерной тепловой изоляции трубопроводов.

Ключевые слова: трубопроводы, теплотрассы, теплозащита, теплопередача, теплопроводность, теплоизоляция, тепловые потери, энергосбережение, теплоснабжение, тепловые сети, пенополиуретан (ППУ), бесканальная прокладка, минеральная вата, энергопотери, влагопоглощение, коэффициент теплопроводности, наземная, надземная, подземная прокладка, горючесть, горение, пожарная опасность, нефтепродукты, энергозатраты, нефть, нефтепродукты, пожар, полимеры, тепловые потоки, экономическая эффективность, резервуары, долговечность, дренаж.

В настоящее время с каждым годом увеличивается плата за энергопотребление, что связано, кроме всего прочего, с потерями тепла при транспортировании его от производителя до потребителя.

По оценкам специалистов до 70% тепла не доходит до потребителей, из них 40% теряется в теплоцентралях и 30% - непосредственно в домах. На первый взгляд, эти цифры выглядят неправдоподобно завышенными. Однако следует напомнить, что основной объем теплотрасс был построен или реконструирован в 1970-1980 годы, и в настоящий момент износ теплосетей и сопутствующих инженерных сооружений во многих регионах России приблизился к критическому уровню и составляет не более 75%. Это становится причиной участившихся утечек теплоносителя на теплосетях (трубопроводах) и аварий, массовых отключений теплоснабжения жилых, промышленных и гражданских зданий.

Представляется очевидным, что проблема снижения теплопотерь может быть решена лишь путем масштабного внедрения современных теплоизолирующих конструкций на основе высокоэффективных теплоизоляционных материалов [1].

В настоящее время высокоэффективными материалами, применяемыми в качестве теплозащиты, являются пенопласты. Они имеют низкую плотность (20-100 кг/м) и теплопроводность (0,025-0,5 Вт/(м·°С), широкий температурный интервал применения (от -180 до +150°С) и продолжительный срок эксплуатации (более 30 лет), что позволит снизить теплопотери на 55-60%, повысить производительность труда на 15-50% и улучшить санитарно-гигиенические условия при производстве строительно-монтажных работ [2].

В то же время следует отметить, что за последние 40-50 лет нормативные значения тепловых потерь через изолированные поверхности ограждений зданий, промышленного оборудования и трубопроводов тепловых сетей практически не изменялись. Несмотря на общемировую тенденцию энергосберегающей направленности развития энергетики, значения этих характеристик в 2-3 раза выше соответствующих показателей в европейских странах, где климат более мягкий, чем в России. Лишь в последние годы положение с энергосбережением начало меняться: в 3,5 раза повышены нормативные значения теплопотерь ограждающих конструкций зданий и существенно снижены нормы плотности теплового потока через изолированную поверхность оборудования и трубопроводов, что стало возможно благодаря развитию новых энергосберегающих технологий и материалов [3].

Анализ роли тепловой изоляции в решении проблемы энергосбережения в строительстве показал, что в настоящее время потери тепла на объектах строительного комплекса России составляют:

- через изолированные поверхности существующих промышленных сооружений, оборудования и трубопроводов - 356 млн Гкал в год, или 65 млн т условного топлива в год (т у. т. в год);

- через изоляцию теплопроводов тепловых сетей - 324 млн Гкал в год, или 59,5 млн т у. т. в год. По приблизительным оценкам только повышение теплозащитных свойств теплоизолирующих конструкций промышленных сооружений, оборудования и теплопроводов, систем централизованного теплоснабжения и ограждений зданий в состоянии обеспечить в рамках программы энергосбережения к 2010 году экономию энергоресурсов в объеме 40 млн т у. т.

Для того чтобы восполнить потери тепла через изоляцию ограждающих конструкций, требуется существенное улучшение системы энергосбережения, так как затраты тепла на отопление жилых, общественных и промышленных зданий достигают 1340 млн Гкал в год, или 240 млн т у. т. в год. Общие потери тепловой энергии на объектах строительного комплекса составляют в настоящее время около 2,020 млрд Гкал в год, или 364,5 млн т у. т. в год.

Вследствие интенсивного воздействия тепло-влажностных и механических факторов окружающей среды, недостаточного внимания к качеству проектирования, выбору теплоизоляционных материалов и методов монтажа теплозащитные свойства теплоизолирующих конструкций в процессе эксплуатации снижаются, что приводит к значительным сверхнормативным потерям тепла и низкой степени энергосбережения в России.

Эксплуатационные тепловые потери через существующие теплоизолирующие конструкции значительно превышают расчетные, что требует немедленных мер по внедрению современных энергосберегающих технологий и материалов. Так, например, в промышленной изоляции оборудования и трубопроводов тепловые потери превышают нормативные в 1,25-1,3 раза, а в тепловых сетях - в 2 раза.

Одной из наиболее эффективных современных энергосберегающих технологий является применение в качестве теплоизоляционного материала пенополиуретана (ППУ) [3]. Существенным отличием ППУ от традиционных минераловатных изоляционных материалов является то, что он практически не впитывает влагу и, следовательно, не меняет своих теплоизоляционных характеристик в течение эксплуатационного срока.

Влагопоглощение минеральной ваты достигает 300% и более, в результате чего теплоизоляционные характеристики конструкций с ней начинают снижаться с первых же месяцев их эксплуатации, что не только приводит к чрезмерным потерям тепла, но и вызывает преждевременный выход трубопроводов из строя в результате ускоренной коррозии их наружной поверхности. На таких трубопроводах уже с 3-го года работы начинаются авральные ремонтные работы [4].

Основным видом прокладки тепловых сетей в России традиционно является подземная (84%). Бесканальная прокладка занимает 6%, надземная - 10%.

При прокладке теплосетей в каналах основным теплоизоляционным материалом являются изделия на основе минеральной ваты (маты и плиты), объем которых достигает 90%. Доля цилиндров из минеральной и стеклянной ваты составляет не более 0,1%.

Массовое применение такого способа прокладки и указанных теплоизоляционных материалов привело к тому, что у 80% тепловых сетей превышен срок безаварийной службы, более 30% тепловых сетей находится в ветхом состоянии и требует ремонта [5].

Современные трубопроводы в пенополиуретановой изоляции имеют ряд преимуществ:

- повышение сроков эксплуатации с 10-15 до 25-30 и более лет;

- снижение теплопотерь с 40 до 5%;

- сокращение расходов на эксплуатацию теплосетей в 9-10 раз.

Примечание. Тип изоляции (т.е. толщина слоя пенополиуретана) зависит от географического расположения района прокладки теплотрассы.

Пенополиуретан - самая эффективная тепло-, гидро- и звукоизоляция. Уникальные свойства жестких пенополиуретанов позволяют на теплотрассах:

- уменьшить энергопотери в теплосетях в 3,5 раза;

- снизить годовые затраты на их эксплуатацию в 10 раз, а на текущий ремонт - более чем в 3 раза;

- увеличить срок эксплуатации трубопроводов до 30 лет;

- сократить капитальные затраты в 2-3 раза [4].

На данный момент для технологических установок применяют наружную теплоизоляцию в основном только из негорючих материалов. Так, при теплозащите резервуаров типа РВС с высоковязкими нефтепродуктами используется наружная теплозащита. Именно к наружному применению относятся ограничения в области применения горючих полимерных теплоизоляционных материалов. При тепловом воздействии на резервуары, независимо от вида хранимого продукта, происходит повышение парциального давления паров в газопаровоздушной среде, и чем выше температура теплового воздействия и степень пожаровзрывоопасности хранимого продукта, тем выше давление избыточных паров в газопаровоздушной среде. Особенно это опасно для легкоиспаряющихся продуктов, хранящихся в емкостях. При отсутствии дыхательной или предохранительной арматуры давление может возрасти выше критического, что может привести к разрушению емкости. На практике же происходит выброс в атмосферу через соответствующие дыхательные устройства, что приводит к загазованности и повышенной пожаровзрывоопасности окружающей среды, а также к большим потерям нефтепродуктов.

С целью обеспечения безопасности и эффективности эксплуатации резервуаров для нефти и нефтепродуктов представляет интерес нанесение теплоизоляционного покрытия не на наружную, а на внутреннюю поверхность резервуара.

Наружная теплоизоляция резервуаров имеет ряд недостатков:

- усадка и слеживаемость теплоизоляционного материала в процессе эксплуатации и, как следствие, увеличение теплопроводности и теплопотерь;

- трудоемкость и низкая производительность монтажных работ;

- выполнение монтажа теплозащиты только в сухую и теплую погоду в целях предотвращения попадания атмосферной влаги на теплозащитный материал;

- коррозия металлоконструкций резервуара под теплоизоляцией;