РАЗДЕЛ 2
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛО-ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТЕПЛО- И ГИДРОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ ДЛЯ БЕСКАНАЛЬНОЙ ПРОКЛАДКИ ТРУБОПРОВОДОВ
2.1. Исследование свойств пенополиуретана
Известно [23-32], что способов комплексной изоляции много, и материалы для этого применяются самые разнообразные. Наибольшую экономическую эффективность при комплексной изоляции трубопроводов, удается добиться при использовании полимеров. Материалы, которые предполагается применять для комплексной изоляции, должны пройти предварительные исследования для определения теплофизических свойств и изменения их во времени, механические испытания на прочность при растяжении, сжатии и смятии, испытания на старение, стойкость к климатическим условиям, на стойкость к коррозии, испытание на влагонасыщение.
Ужесточаются требования к ППУ. Сделана попытка выработать технические условия на ППУ. На основании пятнадцатилетнего опыта эксплуатации и трехлетних испытаний в различных температурных условиях, с учетом предложений ФРГ, Голландии, Швеции и Дании разработан (табл. 2.1) перечень требований к пенополиуретановой теплоизоляции для подземных трубопроводов с кожухами [29].
Обычно ППУ обеспечивает комплексную изоляцию сооружений в сочетании с различными покрытиями. Однако некоторые из них, разработанные по специальной рецептуре, в определенных условиях могут осуществлять комплексную изоляцию самостоятельно. Например, в ФРГ выпускается специальная марка ППУ - Мольтопрен, обеспечивающего теплоизоляцию и защиту от коррозии подземных трубопроводов при канальной прокладке. Раньше для защиты от коррозии эти трубопроводы покрывали лакокрасочными материалами, теплоизоляцию осуществляли стекловатой. Но через 2-3 года эксплуатации, в результате воздействия конденсационной влаги, появлялись очаги коррозии, стекловата теряла теплоизоляционные свойства, требовался ремонт. После применения ППУ межремонтный цикл возрос до 15 лет.
Таблица 2.1
Требования к пенополиуретановой теплоизоляции
Показатели ППУТехнические нормыСтруктураРавномерная, мелкоячеистая, размер ячеек не более 0,4 ммПлотность65 кг/м3, может быть и ниже при условии, что прочность на сжатие и сдвиг не менее предусмотреннойКоличество закрытых порНе менее 88 %Прочность на сжатие при 10 %-ной деформацииНе менее 0,3 МПа (радиально)Прочность на сдвигНе менее 0,2 МПа (тангенциально)Коэффициент теплопроводностиНе более 0,27 Вт/(м·К) при 60 0СУстойчивость к длительному воз-действию температурВыдержка в течении месяца:
при температуре на 100С
выше предусмотренной техническими условиями на материалВлагостойкостьОбразец (длиной, в 10 раз превышающей толщину) выдержи-вается в течение недели в воде при +800С. Допустимое увеличение массы не более 10 %Адгезия между ППУ, кожухом и трубойНе допускается отслоения пенопо-лиуретанового кожуха на всей площади контакта
Для комплексной изоляции трубопроводов и нефтехранилищ в Англии использовали ППУ на основе дальтолака-1180 и супросека-1160. В этом случае коррозия отсутствовала даже при нанесении покрытий на влажную поверхность, так как вода участвовала в реакции.
В Чехословакии разработан способ комплексной изоляции трубопроводов при подземной бесканальной прокладке покрытием типа интегрального ППУ. Исходную полиуретановую композицию наносят на увлажененную поверхность трубы. При взаимодействии с влагой на поверхности трубопровода образуется хорошо склеенный с ней антикоррозионный слой, постепенно переходящий в ППУ с хорошими теплоизоляционными свойствами. Описанные случаи единичны.
Для изоляции трубопроводов ППУ используется в сочетании с другими материалами или модифицируется путем введения в исходную композицию добавок, повышающих необходимые свойства. В результате соответствующих исследований и корректировки рецептуры ППУ они могут обеспечить комплексную изоляцию трубопроводов.
Специальная рецептура покрытия для изоляции металлических труб создана в ФРГ. Такое покрытие представляет собой исходную полиуретановую композицию, в которую введены как органические, так и неорганические добавки (мелкозернистые, инертные порошки типа каменного мела и др.). Покрытие обладает высокой стойкостью к механическим воздействиям, поэтому его наносят на трубопроводы большого диаметра при бесканальной прокладке. Таким образом предотвращается деформация изоляции в процессе транспортировки и прокладки труб, что имело место при использовании битумной изоляции.
Повышение эластичности теплоизоляционного материала и адгезии к трубам, а также снижение стоимости покрытия достигается путем модификации полиуретановой композиции смолой. Наполнители добавляются в целях улучшения теплоизоляционных свойств. С помощью тиксотропных добавок получают нужную консистенцию покрывающей массы. Введение добавок делает покрытие более долговечным. Для повышения ударной вязкости покрытие наносят в два приема. Часть его наносят непосредственно на трубу, оно образует плотный слой. На этот слой накладывают второй слой самовспенивающейся композиции с добавлением воды. Соотношение масс невспененного и вспененного слоев 1:1.
Для защиты внешней поверхности пенопластмассового покрытия широко используются защитные покрытия, помогающие сохранить теплотехнические и механические свойства конструкции в целом. Покрытия бывают металлические, полимерные, минеральные, дублированные. При выборе типа защитного покрытия следует учитывать конфигурацию, размер и место расположения изолируемой поверхности, условия эксплуатации и агрессивность окружающей среды, степень возгораемости, технико-экономические показатели.
Защиту теплоизоляции от механических повреждений и воздействия газов и пара можно обеспечивать путем нанесения слоя эластичного полиуретанового эластомера толщиной 1,5-3 мм на еще не затвердевший слой ППУ, на поверхности которого остались химически активные участки. При этом в композицию эластомера вводят минеральные наполнители для предотвращения старения состава под воздействием ультрафиолетовых луче