Бесканальные теплопроводы с изоляцией из асфальтокерамзитобетона
Изоляция бесканальных теплопроводов асфальтокерамзитобетоном предложена и разработана ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева (Ленинград) совместно с Рижским отделением института Деплоэлектропроект. Конструкция теплоизоляции из асфальтокерамзитобетона представляет собой однослойную изоляционную оболочку цилиндрической или прямоугольной формы (рис. 3.22), комплексно выполняющую функции теплоизоляции, гидроизоляции, антикоррозионной и диэлектрической защиты. Ниже приведены физико-механические свойства асфальтокерамзитобетонной изоляции.
Рубракс или тугоплавкий нефтяной битум — твердый продукт, получаемый из тяжелых остатков малосернистой и малопарафинистой нефти путем ее окисления в присутствии щелочи. При высокой температуре размягчения (125—150°С) рубракс обладает упругой пластичностью при низких температурах, чем выгодно отличается от твердых марок строительных битумов (например, БН-У), имеющих более низкую температуру размягчения, сочетающуюся с хрупкостью в холодном состоянии. Для производства рубракса пригодны только некоторые сорта нефти, поэтому его производство ограничено лишь несколькими нефтеперерабатывающими заводами. Рубракс обеспечивает теплостойкость асфальтокерамзитобетонной изоляции при температуре теплоносителя 150°С и выше.
Для приготовления асфальтокерамзитобетонной массы, служащей для изготовления изоляции АКБ-150, применяют сплав рубракса с резиновой крошкой и машинным маслом, % (по массе): рубракс марки Ашли Б— 91; резиновая крошка — 5; машинное масло — 4. В зависимости от вязкости рубракса, процентное соотношение компонентов может изменяться (вплоть до исключения резиновой крошки). Для этого перед приготовлением сплава на основании лабораторных данных устанавливают оптимальный процентный состав компонентов. iB практике строительства тепловых сетей значительная часть теплопроводов эксплуатируется при температуре теплоносителя до 100°С, в том числе и все об-1 ратные магистрали тепловых сетей. Рижское отделение института Теплоэлектропроект и ВНИИГ им. Б. Е. Ведене- ева предложили заменить рубракс обычными строительными битумами.
Для теплопроводов с температурой теплоносителя до 100°С при изготовлении изоляции АКБ-100 в качестве основного вяжущего, входящего в состав асфальтокерамзитобетона, используют строительный нефтяной битум марки БН-IV с температурой размягчения около 82°С. На основании проведенных исследований была подобрана теплоустойчивая асфальтокерамзитобетонная масса, состоящая из 95% битума нефтяного марки БН-IV (или смеси битумов марок1 БН-IV и БН-V) и 5% резиновой крошки. Объемная масса асфальтокерамзитобетона, а следовательно, и его теплоизоляционные свойства зависят в основном от объемной массы заполнителей, так как объемные массы вяжущего и наполнителя практически постоянны, в то время как объемная масса керамзитового гравия и песка колеблется в значительных пределах.
Для изготовления асфальтокерамзитобетонной изоляции желательно применение легких керамзитов с объемной насыпной массой 250—400 кг/м3. Однако для этих керамзитов характерна недостаточная прочность зерен, что приводит к их раскалыванию и размельчению в процессе приготовления смеси, в конечном итоге к ухудшению прочностных характеристик асфальтокерамзитобетонной массы и увеличению расхода вяжущего. Учитывая также то, что большинство заводов выпускает керамзит с объемной массой 500— 700 кг/м3, асфальтокерамзитобетон на основе этих керамзитов следует считать наиболее приемлемым. Для асфальтокерамзитобетонной смеси следует применять керамзитовый гравий с зернами, имеющими прочную, хорошо обожженную оболочку, без трещин. Зерна с нарушенной структурой, в том числе дробленый керамзитовый гравий, к применению не допускаются. Водопоглощение керамзитового гравия по массе не должно превышать 25%—Для гравия с объемной насыпной массой до 400 кг/м3и20% — до 700 кг/м3. Керамзитовый гравий поставляется с заводов с влажностью не более 2%.
Объемная насыпная масса керамзитового песка, применяемого как заполнитель, колеблется в пределах 550— 950 кг/м3. Зола-унос ТЭЦ — наполнитель с объемной насыпной массой не более 550 кг/м3—не должна содержать во-1 дорастворимых соединений свыше 15%, сернистых соеди- нений более 3% и должна быть сухой (влажность не более 0,5%).
Для улучшения физико-механических свойств асфаль- токерамзитобетона применяемые для его приготовления минеральные материалы подвергают предварительной гид- рофобизации. Применение гидрофобизированных минеральных материалов улучшает водоустойчивость, механическую прочность и морозостойкость асфальтокерамзитобетона и одновременно позволяет снизить расход органического вяжущего на 13—17%. Снижение расхода органического вяжущего имеет существенное значение для повышения теплостойкости, снижения объеменой массы и, следовательно, коэффициента теплопроводности асфальтокерамзитобетона.
Наполнители до изготовления асфальтокерамзитобетонной массы подвергают гидрофобизации по способу Н. В. Михайлова в растворе активированного битумд следующего состава, % массы: битум марки БН-V — 35—40; зеленое масло или керосин — 65—60; асидол или мылонафт—0,5—1.
Для гидрофобизадии наполнители нагревают до температуры 150—170°С. После гидрофобизадии наполнители должны остыть. Зерна гидрофобизированных керамзитового гравия и песка должны иметь устойчивую, не смачиваемую водой пленку поверхностно-активного вещества. Весовая влажность их при полном водонасыщении не должна превышать 1 %.
Технология изоляции труб асфальтокерамзитобетоном включает два самостоятельных процесса: приготовление
горячей асфальтокерамзитобетонной массы и нанесение ее на трубы. Технология приготовления горячей асфальтокерамзитобетонной массы состоит из следующих процессов: сушки и нагрева минеральных наполнителей; смешения заполнителей с наполнителем; приготовления вяжущего; смешения минеральных материалов с вяжущим.
Предварительно рубракс (битум) разогревается, обезвоживается в битумоплавильном котле, а затем подается в котел, где производится варка сплава. Варка сплава ведется при температуре 200—21СГС для битума марки БН-IV и 230—240°С— для рубракса. Продолжительность варки сплава колеблется в пределах от 30 мин до 1 ч. Готовый сплав с помощью насосной установки из котла подается в дозатор, а оттуда в смеситель, в который предварительно загружаются разогретые керамзитовый гравий, песок и зола-унос ТЭЦ. Перемешивание смеси продолжается в течение 5—15 мин до получения однородной массы.
ПриготоцленЯая горячая - аофальтокерамзитобетонная масса выгружается из смесителя специальные утепленные емкости или формы, в которых производится изоляция труб. Температура приготовленной массы должна быть не менее 210°С. Технология приготовления асфальтокерамзитобетонной массы близка технологии приготовления дорожного асфальтобетона и может осуществляться в стандартных асфальтюсмесителях как непрерывного, так и периодического действия. Для приготовления асфальтокерамзитобетонной массы можно использовать смеситель Д-597 производительностью по асфальтобетонной массе 12 т/ч. При малых объемах работ могут применяться битумоварочные котлы, оборудованные механическими мешалками, или растворосмесители, оборудованные электрообогревом. Битуморезиновый сплав и расплав рубракса также приготовляют в котлах с механическим перемешиванием и донным обогревом. Сплав подается в смеситель по трубопроводам с обогревом и циркуляцией. Рекомендуется применять масляный обогрев.
Изоляцию теплопроводов асфальтокерамзитобетоном можно производить двумя способами. При первом способе теплопроводы монтируют из труб, теплоизоляционная оболочка которых нанесена в условиях завода или полигона (рис. 3. 23). В этом случае после монтажа и гидравлического испытания участка теплопровода на месте изолируют асфальтокерамзитобетонной массой лишь сварные стыки отдельных стыкуемых труб. При втором способе сначала в траншее по подготовленному основанию монтируют участок теплопровода и после его гидравлического испытания в бортовую опалубку, установленную параллельно теплопроводам, укладывают с уплотнением горячую асфальтокерамзитобетонную массу. Технология изоляции труб в заводских или полигонных условиях включает следующие процессы: очистку труб и нанесение грунтовки; подготовку форм и укладку в них труб; укладку асфальтокерамзитобетонной массы с виброуплотнением; остывание теплоизоляции; извлечение изолированных труб из форм; складирование или погрузку на автотранспорт для последующей доставки на объект монтажа теплосетей.
Для изоляции труб применяют металлические формы, длина которых определяется максимальной длиной изолируемых труб. При небольших объемах работ по нанесению теплоизоляции на трубы формы могут быть изготовлены из дерева с последующей обивкой их листовой сталью. Формы изготовляют для каждого диаметра труб отдельно. Изоляционная оболочка может быть круглой и квадратной формы. Однако в целях упрощения технологии изоляции труб асфальтокерамзитобетоном как в заводских условиях, так и непосредственно на трассе рациональнее применять квадратную (для одной трубы) или прямоугольную (для двух труб) форму сечения изоляционной оболочки.
Для предотвращения прилипания асфальтокерамзитобетонной массы к стенкам формы внутренние стенки последних окрашивают известковым молоком. После этого производится загрузка горячей асфальтокерамзитобетонной массы с равномерным распределением ее по всему объему формы. Уплотнение горячей асфальтокерамзитобетонной смеси в формах производится методом вибрирования, в процессе которого происходят снижение вязкости жесткой горячей асфальтокерамзитобетонной смеси и плотная равномерная упаковка зерен наполнителя вяжущим материалом.
Труба с отформованной теплоизоляционной оболочкой остается в форме до полного остывания и затвердевания, после чего при помощи крана подается на склад готовой продукции. Изолированные трубы на объект монтажа транспортируют машинами, оборудованными специальными прицепами. При погрузочно-разгрузочных работах применяют «мягкие» полотенца и другие приспособления, исключающие повреждение изоляционного слоя. Монтаж трубопроводов осуществляют на специальных подкладках из асфальтокерамзитобетона, что позволяет зафиксировать положение труб по вертикали и обеспечить требуемую толщину тепловой изоляции.
Тепловую изоляцию устраивают с помощью инвентарной опалубки (рис. 3.24). Теплопроводы диаметром до 150 мм изолируют совместно (в общей опалубке), а диаметром 200 мм и выше — раздельно (для каждой нитки теплопровода устанавливают свою опалубку). Уложенную в опалубку асфальтокерамзитобетонную массу уплотняют трамбованием. Горячая асфальтокерамзитобетонная масса к месту укладки транспортируется с помощью автотранспорта в утепленных емкостях или обогреваемых асфальтогвозах в городских условиях (исходя из времени ее остывания 1 —1,5 ч) на расстояние до 50 км.
Каждый способ нанесения асфальтокерамзитобетонной изоляции имеет свои достоинства и недостатки. Способ изоляции труб в заводских условиях обладает следующими преимуществами: повышается качество изоляции, полнее используются возможности механизации и автоматизации технологического процесса и меньшая зависимость производства работ от погодных условий. Однако при доставке изолированных труб с завода на их стыках, изолируемых на месте монтажа, не может быть достигнута сплошность покрытия вследствие соприкосновения горячей асфальтокерамзитобетонной массы с холодной изоляцией основной поверхности труб.
Преимуществами изоляции труб на трассе являются: возможность поворотной сварки труб в плети (т. е. отпадает необходимость устройства под каждым стыком приям- ков для потолочной сварки, а также более полной гидравлической проверки сваренного и неизолированного трубопровода); исключение заделки стыков на трассе и достижение большей монолитности изоляционного покрытия; исключение транспортировки изолированных труб, требующей применения специальных автомашин и средств строповки. С другой стороны, на строительной площадке возникает ряд дополнительных трудностей при изготовлении асфальтокерамзитобетонной массы необходимого качества. Поэтому в каждом конкретном случае вариант изоляции теплопроводов должен рассматриваться индивидуально с учетом объемов строительства тепловых сетей, дальности перевозок, зоны обслуживания и диаметров труб и выбираться окончательно на основании технико-экономического расчета.
Тепловые сети в асфальтокерамзитобетонной изоляции прокладывают в сухих и маловлажных грунтах. При прокладке тепловых сетей ниже уровня грунтовых вод необходимо предусматривать попутный дренаж. Тип основания под конструкцию бесканальной прокладки определяется качеством грунта. В нормальных условиях изолированные асфальтокерамзитобетоном трубопроводы укладывают на выровненное естественное основание, причем расстояние между осями подающего и обратного трубопровода принимают с учетом принятого для прокладок в каналах, что связано, в первую очередь, с многократными переходами от бесканальной прокладки к канальной. П-образные гибкие компенсаторы и участки самокомпенсации на углах поворота теплопроводов прокладывают соответственно в нишах и железобетонных каналах с подвесной изоляцией.
Защемляющее воздействие асфальтокерамзитобетоннои изоляции и окружающего трубопровод грунта (т. е. наличие больших сил трения) вызывает необходимость более
частого по сравнению с канальной прокладкой расположения компенсаторов. iB асфальтокерамзитобетоне в начале нагрева происходит перемещение изоляции вместе с трубой, а с ростом температур адгезия изоляции к поверхности трубы уменьшается из-за размягчения вяжущего. При температуре 50—60°С начинается снижение сил трения между трубой и изоляцией, переходящее при дальнейшем нагреве в свободное скольжение труб в слое изоляции. В этом случае дальнейшие температурные удлинения изоляции и силы трения между изоляцией и грунтом не оказывают на трубопровод никакого влияния.
Стыки изолируют после окончания монтажных работ и гидравлического испытания теплопровода заливкой горячей асфальтокерамзитобетонной массой в специальные формы, устанавливаемые в местах стыков, с тщательным уплотнением. Горячая асфальтокерамзитобетонная масса, применяемая для изоляции стыков, должна иметь тот же состав, что и масса для изоляции труб. Наибольшую коррозионную опасность представляют переходы от бесканальной к канальной прокладке (П-образные компенсаторы, углы поворота, камеры и т. д.). Поэтому при указанных переходах изоляционная конструкция из асфальтокерамзитобетона должна заканчиваться в канале или в камере на расстоянии 100—150 мм от торцевых стенок. Во избежание отрыва нижней части асфальтокерамзитобетонной изоляции на участке, где она становится подвесной, последнюю армируют металлической сеткой с битумной изоляцией.
Применение асфальтокерамзитобетона по-новому решает конструкцию изоляции труб теплопроводов. Вместо многослойной трудоемкой изоляции применяется однослойная оболочка, выполняющая . роль теплоизоляции, гидроизоляции и антикоррозионной защиты стальных трубопроводов, что позволяет резко повысить степень индустриализации строительства тепловых сетей, повысить их техническую надежность и долговечность, снизить стоимость прокладки в целом. Краме того, применение асфальтокерамзитобетона имеет ряд преимуществ перед другими применяемыми в строительстве теплопроводов изоляционными материалами. К положительным качествам асфальтокерамзитобетона относятся гидрофобность и низкое водопоглощение, которые позволяют отказаться от гидроизоляционного покрытия.
Стоимость абфальтокерамзитобетюнной изоляции по сравнению с другими видами теплоизоляции относительно невысокая. :
В условиях прокладки теплосети во влажных и водонасыщенных грунтах увлажнение изоляции отмечается лишь в поверхностных слоях глубиной 2—4 мм, поэтому при проектировании теплотрасс можно отказаться от “устройства дорогостоящего попутного дренажа. Для этого необходимо решить водонепроницаемые конструкции поворотов и компенсаторов на канальных участках, а также обеспечить надежную герметизацию входов в камеры и здания.
Как показали исследования асфальтокерамзитобетонной изоляции, затвердевшая масса при рабочей температуре теплоносителя не разжижается, а становится пластичной только у поверхности нагретого трубопровода. Химический состав рубракса или битума марки БН-IV (в основном массиве теплоизоляции) не претерпевает значительных изменений, что также подтверждает возможность длительной эксплуатации данного вида бесканальной прокладки.
К недостаткам этого материала относятся: относительная сложность технологии заводского изготовления изолированных труб, требующая специального оборудования, а также повышенная величина коэффициента теплопроводности по сравнению с другими материалами, применяемыми для изолирования бесканальных теплопроводов.
Рижским отделением Теплоэлектропроекта и ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева был разработан ряд нормативных документов по прокладке тепловых сетей в асфальтокерамзитобетоне. Данный способ бесканальной прокладки получил некоторое применение в Латвийской ССР. В Риге был построен специальный цех по приготовлению горячей асфальтокерамзитобетонной массы и изоляции труб. Проводятся исследования по дальнейшему совершенствованию конструкции и технологии изготовления изолированных асфальтокерамзитобетоном труб. Однако пока широкого распространения асфальтокерамзитобетонная изоляция не получила, что объясняется сложностью технологического процесса изготовления асфальтокерамзитобетонной массы, отсутствием в достаточных количествах рубракса, «сложностью доставки изолированных труб с завода к месту монтажа в связи с большой массой изолированных трубопроводов, сложностью уплотнения асфальтокерамзитобетонной массы при изоляции на месте монтажа.
Авдолимов Е. М., Шальнов А. П. Водяные тепловые сети. — М.: Стройиздат, 1984.
