IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Россия занимает первое место в мире по протяженности тепловых сетей – от 150 до 250 тысяч километров (в двухтрубном исчислении). Изношенность тепловых сетей, и, как следствие, большая потеря тепловой энергии, – одна из главных проблем современной энергетики.

Одной из причин износа теплопровода становится увлажнение, с последующим старением и разрушением применяемых для теплоизоляции материалов. По разным оценкам от 60 до 80 % теплотрасс выполнен канальным способом по старым нормативам – это трубы изолированные «мягкими» материалами с гидроизоляцией из рубероида или стеклопластика.

Такая конструкция теплогидроизоляции – самое уязвимое место трубопроводов. Намокшая изоляция превращается из теплоизолятора в радиатор, который охлаждает теплоноситель на десятки градусов, отбирая тепло у потребителей и съедая значительную долю денежных средств, затрачиваемых на отопление. Российские тепловые сети остро нуждаются в современных теплоизоляционных материалах, отвечающих по своим характеристикам современным требованиям.

В 70-х годах ряд стран Западной Европы (Дания, Швеция, Финляндия) и США перешли на применение нового типа изоляции трубопроводов. Опыт этих стран показывает, что наиболее эффективной конструкцией трубопроводов являются трубы с индустриальной теплоизоляцией из пенополиуритана.

Пенополиурентан – это материал, который обладает выраженной ячеистой структурой, не плавится и является термореактивным. В нем только 3 % твердого материала, который является основой каркаса из стенок и ребер. Данная кристаллическая структура придает пенополиуретану механическую прочность, остальные девяносто семь процентов занимают поры и полости, наполненные фторхлорметаном.

За счет своих полезных свойств, пенополиуретан признан лучшим полимером во всем мире. Он имеет двухкомпонентную систему, состоящую из:

1) попильного компонента, содержащего катализаторы, плиопы, стабилизаторы и вспениватель;

2) изоционатного, который состоит из полимерного дифенилметандиизоционата.

Пенополиуретан, благодаря своим свойствам (диаграмма толщин материалов с эквивалентной теплопроводностью представлена на рисунке 1), может предотвращать распространение огня, поскольку плавится только в месте прямого воздействия пламени. Разветвленная ячеистая структура материала активно применялась в военной авиации, чтобы облегчить конструкции и защитить топливные системы боевых самолетов от возгорания.

Рисунок 1. - Диаграмма толщин материалов с эквивалентной теплопроводностью.

Впервые разрабатывать полимерные материалы начали в 1935 году немецкие ученые, и уже в 1937 впервые Отто Байер создал жесткий полиуретановый пенопласт. Производство этого материала в промышленности было организовано в той же Германии в 1944-м. А с 1957 года в США стали выпускать их аналоги, основой которых были более простые и дешевые полиэфиры.

Пенополиуретан как материал для теплогидроизоляции трубопроводов среди других материалов обладает рядом достоинств, среди которых:

- низкая теплопроводность. Это свойство материала дает возможность достичь максимально возможных энерго- и теплосберегающих характеристик трубопровода;

- длительный срок эксплуатации при сохранении всех свойств (свыше тридцати лет). Основным фактором, вызывающим разрушение образцов при старении, является ультрафиолетовая радиация. Жесткие пенополиуретаны в процессе старения делаются более хрупкими, эластичные — более жесткими (особенно в начале процесса). Выявлено, что свойства пенополиуретана при старении изменяются главным образом в поверхностном слое при относительной стабильности свойств внутренних слоев.;

- рабочая температура эксплуатации до 130°C, в случае же кратковременных воздействий (например, открытого пламени) - до 150°C;

- устойчивость к воздействию влаги (по массе водопоглощение всего 2%);

- высокая адгезия с гидрозащитной оболочкой и поверхностью трубы;

- высокая механическая прочность;

- изоляция из пенополиуретана получается бесшовной, монолитной, не образует «мостиков холода»;

- пенополиуретан инертен к кислотным и щелочным средам, что позволяет защитить трубы от коррозии, а также химически агрессивных сред, за счет чего существенно увеличивается срок службы трубопровода;

- материал биологически нейтрален, устойчив к микроорганизмам, плесени, гниению.

Сегодня потребление пенополиуретана на душу населения – один из признанных в мире показателей развитости экономики. Например, Северная Америка потребляет 5 кг полиуретанов на душу населения, Азия – 0,6 кг, Япония – 4 кг, Европа со средним Востоком и Африкой потребляют 1,8 кг, в самой Европе в среднем около 4 кг, а в России – чуть меньше 1 кг.

Теплоизоляция трубопроводов сегодня должна выполнять сразу несколько функций. Ее спектр применения не ограничивается лишь бытовыми системами, поэтому применение пенополиуретана – наиболее эффективный способ осуществить теплогидроизоляцию трубопроводов.

Код для цитирования: Скопировать