Файл: Специальные вопросы строительной теплофизики учебное пособие..pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 04.04.2024
Просмотров: 55
Скачиваний: 0
ются: минеральная вата, стеклянная вата, алюминиевая фольга (в конструкции с воздушными прослойками).
Теплозащитные свойства теплоизоляционных конструкций из минеральной и стеклянной ваты зависят от вида применяемого ма териала и степени его уплотнения.
Так, например, коэффициент теплопроводности минеральной ва ты, полученной центробежно-дутьевым и центробежным способа
ми в |
конструкции при уплотнении до объемного веса |
175— |
200 кг/м3, на 18—27% ниже норм, установленных для ваты, |
полу |
|
ченной |
пародутьевым способом в конструкции до 250—300 кг/м3, |
что позволяет при применении этой ваты снизить вес конструкции и улучшить ее теплозащитные свойства.
При выборе теплоизоляционных материалов следует учитывать, что коэффициент теплопроводности материалов увеличивается с ростом средней температуры.
Для изоляции трубопроводов и оборудования допускается при менение материалов и изделий с объемным весом не выше
400 кг/м3 [13].
Теплостойкость
Теплоизоляционные материалы, применяемые для изоляции на гретых поверхностей, должны обладать соответствующей тепло стойкостью. Находясь длительное время под непосредственным воздействием высоких температур, теплоизоляционный материал не должен терять свои качества, т. е. разрушаться, менять свою форму. Теплостойкость теплоизоляционного материала должна быть на 50° С выше рабочей температуры изолируемой поверхно сти.
Температурные пределы использования изоляционных материа лов, обычно публикуемые в справочной литературе, устанавлива ются для условий длительного воздействия температуры.
Если физическая и объемная устойчивость изоляционного ма териала зависит от связующих веществ или составных компонен тов, которые могут быть разрушены или повреждены при расчет ной температуре, то подобный теплоизоляционный материал не мо жет быть использован для изоляции поверхностей с высокой тем пературой. Изоляционные материалы и изделия, обладающие ус тойчивостью при температурах ниже 100—150° С, пригодны в ка честве изоляции только в строительной и холодильной технике. По этому многие высокоэффективные в теплотехническом отношении изоляционные материалы на базе органического сырья, не обла дающие устойчивостью при повышенных температурах, в статье не рассматриваются.
К теплостойким изоляционным материалам относятся: асбесто
вые изделия (асбестовая бумага |
выдерживает температуру до |
||
500° С, |
асбестовый картон — до |
600° С, асбестовый |
шнур — до |
220° С), |
минеральная вата (до 600° С), стеклянная вата |
(до 450°С), |
|
алюминиевая фольга (до 400°С), |
диатомовые и пенодиатомовые, |
78
известково-кремнистые изделия, вермикулитовые изделия на жид ком стекле и др. (см. табл. 17).
Теплостойкость м и н е р а л ь н о й в а т ы зависит от химическо го состава и склонности волокон к кристаллизации. Разрушение во локон происходит в одних случаях вследствие оплавления с после дующим спеканием их, в других — в результате повышения хруп кости при кристаллизации.
Минеральную вату можно применять согласно ГОСТу при тем пературе до 600° С. Однако исследование изоляции на Черепецкой ГРЭС показало, что при длительном воздействии близких к 600° С' температур в ряде случаев минеральная вата изменила свои свой ства, причем волокна становились хрупкими и разрушались с об разованием игл [19]. Поэтому есть предложения снизить предель ную температуру использования минеральной ваты до 550° С.
С повышением содержания глинозема и кремнезема в мине ральной вате повышается ее теплостойкость. Высокоглиноземистое волокно (около 50% А120з) выдерживает температуру 800—900° С, а базальтовое до 1100° С [15].
Теплостойкость с т е к л я н н о г о в о л о к н а определяется хи мическим составом волокна. С увеличением в составе стекла коли чества щелочей теплостойкость понижается. Волокна, содержащие
50% Si02 и 50% А120з, |
не теряют своих свойств при 1260° С; волок |
|
на с содержанием 98% Si02 |
(кварцевое стекло) выдерживают |
|
температуру 1100°С. |
ф о л ь г у |
рекомендуется применять при |
А л ю м и н и е в у ю |
температуре до 350—400° С, так как при более высоких температу рах (450—500° С) фольга тускнеет, вследствие чего понижается ее отражательная способность. В последнее время некоторые ино странные фирмы рекомендуют более широкую температурную об ласть применения фольги специальных марок.
Большой теплостойкостью обладают асбестовые изделия, одна ко применение их ограничивается относительно высоким коэффи циентом теплопроводности, большой стоимостью и значительными выделениями токсичных газов и паров при высокой температуре.
Выделения токсичных газов и паров
Теплоизоляционные материалы и изделия по количеству выде ляемых при нагреве токсичных газов и паров могут быть разбиты на три группы:
— материалы, не выделяющие токсичные газы и пары;
— материалы, слабо выделяющие токсичные газы и пары. К этой группе относятся материалы, при использовании которых предельно допускаемая концентрация в воздухе какого-либо выде ляемого ими газа или пара достигается не ранее чем через
24часа;
— материалы, выделяющие много токсичных газов и паров.
Кэтой группе относятся материалы, при использовании которых
79
предельно допускаемая концентрация в воздухе одной из выделяе мых ими вредностей достигается в течение 3 часов или раньше.
Вкачестве материалов и изделий для изоляции горячих поверх ностей в невентилируемых помещениях могут использоваться толь ко неорганические теплоизоляционные материалы.
По техническим условиям на некоторые теплоизоляционные ма териалы (например, на минеральную вату) допускается выделение окиси углерода при эксплуатации. В действительности же вместе с окисью углерода выделяются и другие токсичные газы и пары (уг леводороды, формальдегид и др.). В невентилируемых и плохо вен тилируемых помещениях такие материалы применять нельзя.
Втаблице 17 приведены характеристики изоляционных мате риалов в отношении выделений токсичных газов и паров. Рассмот рим некоторые материалы более подробно.
М и н е р а л ь н а я ва т а . По санитарно-гигиеническим сообра жениям для обеспыливания минеральной ваты применяются нефтя ные битумы, синтетические смолы (фенолоформальдегидные, карбомидноформальдегидные, мочевиноформальдегидные и др.), поливинилацетатные связки, минеральные масла, мазут, которые распыляются в камере волокноосаждения при помощи сопел и фор сунок. По ГОСТу в минеральной вате содержание связующих не должно превышать 1%. Практически количество подаваемого в ка меру сланцевого масла (и других связующих) часто достигает 4— 5%, причем нередко используются случайные сорта масел.
Минеральная вата и изделия из нее на органических связую щих, как показал опыт, обладают токсичностью. При нагреве свя зующие разлагаются с выделением большого количества ядовитых газов и паров (окиси углерода, углеводородов, формальдегида и др.). При разложении карбомидноформальдегидной смолы выделя ется наряду с другими вредностями цианистый водород [15].
Испытания, проведенные в лаборатории Академии, показали, что скорость разложения связующих в минеральной вате и изде лиях из нее зависит от вида и количества связующего, от темпе
ратуры и объемного веса образца. |
В табл. 18 приведены |
данные |
термовесового анализа образцов из |
минеральной ваты, |
изготов |
ленных на фенолоформальдегидной |
смоле. |
|
Температура минеральной ваты в конструкции изменяется от температуры изолируемой поверхности до температуры на наруж ной поверхности изоляции. Ввиду этого, как показала практика ис пытаний изоляции трубопроводов (для удаления дымовых газов), выгорание (разложение) связующих в минеральной вате происхо дит медленно, причем полное выгорание не может наступить. В проходном невентилируемом канале, в котором проложен тру бопровод с температурой на поверхности 290—320° С и с изоляци ей шлаковой ватой на синтетических связующих, концентрация оки си углерода через 3,5 часа достигла 0,1%. При прокаливании при температуре 350—450°С в лаборатории образца из шлаковой ваты, которой был изолирован трубопровод, выделялось в пересчете на
80
Т а б л и ц а 18
Скорость выгорания фенолформальдегидной смолы в минеральной вате
Материал
Минеральная вата, сред
ний диаметр волокон
6,5— 8,0 мк
То же
Войлок из минеральной ваты
То же
Объемный
вес, /<г;м:]
4 0 -5 0
О |
юО 1 |
60 - 80
6 0 -8 0
Содержание
связующе
го, %
1, 5 - 3,0
1, 5- 3,0
5 - 6
5 —6
Температу ра, °С
120
350
2 j 0—280
Оо |
.£ь СЛ О |
Процент выго рания связую щего
42 53
9 5 - 100 50—55
100
1 кг ваты 11 —13,2 г окиси углерода. При этом визуально отменалось выделение дыма
В одном из выступлений на совещании по расширению производства и ассортимента теплоизоляционных материалов [16] отме чалось, что было несколько конфузов, когда на электрической стан ции котлы изолировали минеральным войлоком и во время пуска нельзя было войти в станцию из-за дыма.
Все это говорит о том, что в невентилируемых помещениях нельзя применять для изоляции горячих поверхностей трубопрово дов и оборудования минеральную вату и изделия из нее с органи ческими связующими (синтетические смолы, масла, битум и др.). Следует применять минеральную вату и изделия из нее без связую щих или с неорганическими связующими.
Предварительное прокаливание минеральной ваты с органиче скими связующими в печах при температуре 400°С для выгорания связующих экономически нецелесообразно.
Применение минеральной ваты без связующих не противоречит условиям ГОСТ 4640-66 и ТУ-21-3-1-66, по которым введение свя зующих в вату допускается, но не является обязательным. Так, в примечании к вводной части ГОСТа и ТУ указано: «Для предот вращения пылеобразования допускается при раздувке расплава вводить добавки (масло, эмульсии и др.) в количестве не более 1% от веса ваты».
Минеральная вата на неорганических связующих веществах не выделяет при нагреве вредные для человека газы и пары. В качест ве неорганических связующих при изготовлении ваты и изделий из нее могут использоваться растворимое стекло, цемент, глина и др. Неорганические связующие вещества, несмотря на их доступ ность и сравнительную дешевизну, в настоящее время редко при меняют для получения минераловатных изделий. Причиной этого является высокий объемный вес (400—500 кг/м3) и сравнительно высокий коэффициент теплопроводности ваты на неорганических
6 3ак.434 |
81 |
связующих. Так, например, при добавлении к минеральной вате 40% цемента (от веса ваты) объемный вес доходит до 500 кг/м3; со ответственно при 27% — до 400 кг/м3.
Наиболее эффективной неорганической связкой для минераль ной ваты является жидкое (растворимое) стекло. С целью ликви дации недостатков минераловатных изделий на жидком стекле И. С. Будько и В. А. Ясечко из Краснодарского политехнического института [17] предложили новую технологию введения жидкого стекла в минеральную вату. Перемешивание минерального волок на с вяжущим осуществляется во взвешенном состоянии. В качест ве вяжущего используется жидкое стекло с незначительными до бавками цемента или глины; смесь размешивается в воде. Новая технология позволяет получать из минерального волокна на жид ком стекле мягкие маты, полужесткие и жесткие изделия, причем процесс может быть автоматизирован.
Исследования по использованию жидкого стекла в минерало ватных и стекловатных изделиях проводились кафедрой физики Московского института химического машиностроения [18]. На 1 ж3 минеральной плиты объемным весом 180 кг/м3 требуется 6 кг жид кого стекла удельным весом 1,42, разведенного в 0,8 ж3 воды. Ми нераловатный слой нагревается газами и воздухом с температурой 350° С, после чего подвергается термической обработке при 650° С для придания водостойкости.
Жидкое стекло является перспективным связующим веществом для получения изделий из минеральной ваты по новой технологии.
С т е к л я н н а я вата . При производстве в стеклянную вату и изделия из нее обычно добавляют связующие вещества (синтетиче ские смолы), содержание которых может доходить до 2%, а иног да до 5% и более.
При нагревании связующие в стеклянной вате разлагаются с выделением окиси углерода, фенола, формальдегида и др. В про ходном канале, в котором проложен трубопровод (для удаления дымовых газов) с изоляцией из стеклянной ваты на формальдегидной смоле, концентрация окиси углерода при отсутствии механиче ской вентиляции поднималась в течение 2—3 часов до 100 жг/ж3 [24]. Замеры производились после прожига изоляции в течение нескольких десятков часов.
В лаборатории Академии было прокалено в муфельной печи при температурах 350—450°С несколько образцов стеклянной ва ты, которые помещались в закрытые стеклянные колбы. Образцы были взяты из поверхностного слоя изоляции трубопровода. Со держание фенолоформальдегидной смолы в вате составляло около 1,5%. При анализе газов, выделяемых при прокаливании образцов, было определено количество окиси углерода, водорода, углеводо родов и углекислого газа. Из расчета на 1 кг стеклянной ваты вы делялось 2,7—4,8 г окиси углерода.
Для контроля один из образцов стеклянной ваты был исследо ван на газовыделения в лаборатории Санэпидстанции г. Москвы.
82