Бесканальные теплопроводы с изоляцией из фенольного поропласта
К конструкции бесканального теплопровода с монолитной изоляцией относится теплопровод с оболочкой из фенольного поропласта. Слой изоляции накладывают способом заливки формы. Изоляция из поропласта обладает, как и пенобетон, свойством адгезии. При этом совместное температурное перемещение изоляции с трубой не вызывает ее разрушения вследствие того, что усилие трения между изоляцией и грунтом меньше усилий, необходимых для нарушения сцепления монолитной теплоизоляции со стальной поверхностью трубы.
Фенольные поропласты получают путем вспенивания ком позиции феаол формальдегидных смол с введением газообразователя, отвердителя и пластификатора. В зависимости от вида применяемых смол их подразделяют на фенольные поропласты новолачного и резольного типов. Первые (марки ФФ, ФК, ФС) отверждаются при нагреве и давлении, вторые (марок ФРП, ФЛ, Б) —в естественных условиях. Фенольные поропласты в настоящее время являются наиболее доступными и относительно недорогими. По своим физико-механическим свойствам они в основном удовлетворяют требованиям, предъявляемым к теплоизоляционным материалам для тепловых сетей.
Работы по применению ячеистых пластмасс как изоляционных материалов в конструкциях бесканальной прокладки тепловых сетей были начаты в 1962 г. А. Н. Крашенинниковым в Ленинградском зональном институте экспериментального проектирования (ЛенЗНИИЭП). В результате разработана конструкция монолитной изоляции и технология ее изготовления из фенольного поропласта марки ФЛ, получаемого на базе фенол форм альдегидной смолы марки ВИАМ-Б с добавлением газообразователей и отвердителя. Разработаны составы, технология и регламенты промышленното производства монолитной теплоизоляции труб с применением фенольного поропласта ФЛ. Фенольные поропласты ФЛ-1, ФЛ-2 и ФЛ-3, разработанные в ЛенЗНИИЭП, могут быть получены с объемной массой от 40 до 200 кг/м3 и выше, а это значит, что в зависимости от условий эксплуатации они могут выполнять не только теплоизоляционные функции, но и одновременно воспринимать значительные нагрузки.
Все материалы, необходимые для получения поропластов ФЛ, освоены отечественной промышленностью и не являются дефицитными. Технологическое оборудование для получения поропластов и изготовления теплоизоляционной конструкции теплопроводов с их использованием несложно, а поэтому организация производства изолированных труб является вполне доступной даже для маломощных строительных организаций. Поропласты ФЛ-1, ФЛ-2 и ФЛ-3 получают путем вспенивания вязкожидкой смоляной композиции водородом, выделяющимся в результате взаимодействия металлического порошка с минеральной кислотой, с одновременным отверждением смолы кислым катализатором. Поропласт ФЛ-1 изготовляется с применением соляной кислоты, в связи с чем имеет кислую реакцию. В поропластах ФЛ-2 и ФЛ-3 соляная кислота заменена на ортофосфорную, продукты которой при реакции с металлическими соединениями создают на поверхности трубы защитную антикоррозионную пленку.
Поропласт ФЛ-1, полученный на основе спирторастворимой резольной фенолформальдегидной смолы ВИАМ-Б и каталитической смеси (соляная кислота и контакт Петрова), обладает некоторой коррозионной активностью за счет выделения хлористого водорода; в нем содержится значительное количество (до 23%) свободного фенола, что ограничивает его применение в жилищном строительстве без специальной термохимической обработки. Поропласт ФЛ-2 получается на той же смоле, что и ФЛ-1, но на другой каталитической смеси. Замена соляной кислоты на более слабую ортофосфорную, а контакта Петрова — на бензосульфокислоту позволила одновременно снизить коррозионную активность поропласта и до 17% содержание свободного фенола. Кроме того, переход на другую каталитическую смесь сделал возможным получение поропласта при отрицательных температурах. Общим недостатком поропластов ФЛ-1 и ФЛ-2 является необходимость строгого ограничения вязкости смолы ВИАМ-Б в пределах 300—700 с, при этом содержание летучих в смоле не должно превышать 10-15 «/о.
При разработке поропласта ФЛ-3 были учтены таки поропластов ФЛ-1 и ФЛ-2. Отличительной особенностью поропласта ФЛ-3 является его модифицирование карбомидной смолой. Модифицированный поропласт ФЛ-3 практически не вызывает коррозии, а содержание свободного фенола в готовом поропласте не превышает 5%. В случае необходимости термической обработки материала при температуре 110°С количество свободного фенола, может быть Снижено до 2—3%.
Фенолформальдегидная смола ВИАМ-Б представляет собой продукт конденсации фенола с формальдегидом в присутствии слабощелочного катализатора — гидрата окиси бария. Смола относится к жидким фенолформ альдегидным спирторастворимым смолам резольного типа. При получении пенопластов ФЛ эта смола является основным компонентом.
Рецептуру фенольного поропласта выбирают в зависимости от условий его эксплуатации, требуемой объемной массы и вида применяемых газообразующих веществ. Кроме того, рецептурный состав композиции поропласта зависит от реакционной способности фонолформальдегидной смолы и качества всех остальных компонентов. В табл. 3. 2 приведены рецептуры поропластов ФЛ-1, ФЛ-2 и ФЛ-3 в зависимости от объемной массы. 1
Исследования, проведенные в ЛенЗНИИЭПе, позволи- ли установить, что для монолитной теплоизоляции беска- нальных теплопроводов наиболее подходящим является фенольный поропласт ФЛ-2 объемной массой около 100 кг/м3. Такой поропласт изготавливается смешением заранее подготовленных смоляной и кислотной композиций. Основными компонентами состава ФЛ-2 являются: смола ВИАМ-Б, ортофосфорная и бензосульфокислота, технологические добавки — алюминиевая пудра ПАК-3 и поверхностно-активное вещество ОП-7. Эксперименты показали, что подобные поропласты для монолитной теплоизоляции труб можно изготавливать с использованием фенольных смол ФРВ и Б вместо ВИАМ-Б. Трубы с теплоизоляцией из фенольного поропласта ФЛ должны соответствовать данным табл. 3.3. Применяемая в настоящее время толщина основного слоя теплоизоляции труб условным проходом от 50 до 400 мм принята от 45 до 55 мм для подающих теплопроводов и от 25 до 35 мм для обратных.
Технология изоляции труб поропластом ФЛ состоит из следующих процессов: укладки предварительно очищенных труб в формы, приготовления заливочной композиции, заливки массы в формы, выдержки с целью осуществления процесса вспенивания и отвердевания, распалубки форм, нанесения на поверхность поропласта гидрозащитного покрытия. Технологическая оснастка, необходимая для изготовления поропластов ФЛ и теплоизоляционной конструкции на их основе, включает в себя смесительное и формующее устройства.
Для перемешивания композиции поропласта могут быть использованы простейшие пропеллерные смесители и специальные смесительные установки. При объемах заливки не более 10 кг возможно ручное перемешивание. При больших объемах заливаемой композиции, но не более 20 кг, целесообразно применять простейшие пропеллерные смесители с электрическим приводом. При значительных объемах заливки (свыше 20 кг) целесообразно использовать специальные смесительные установки, снабженные расходными емкостями, дозирующими устройствами, насосами и смесителями. Подобные установки могут быть периодического или непрерывного действия.
Наиболее отработан способ периодического формования, который состоит в следующем (рис. 3.20). Отдельно в смесителях 1, 2 приготовляются смоляная и кислотная смеси, поступающие из дозаторов 3. В состав смоляной смеси входит смола ВИАМ-Б, алюминиевая пудра ПАК-3 и 3Д количества вещества ОП-7. Смоляная смесь изготовляется путем смешения указанных компонентов в течение 8—10 мин, а затем выдерживается в емкостях 4 не менее 20 ч. Перед употреблением смоляную смесь охлаждают в теплообменнике 5 до температуры 10—12°С. В состав кислотной смеси входит керосиновый контакт Петрова, соляная кислота, мочевина и lU часть вещества ОП-7. Кислотная смесь изготовляется путем механического перемешивания в смесителе. Перед употреблением температура ее должна быть 15— 16°С.
Так как фенольный поропласт ФЛ имеет открытые поры и высокое водопоглощение, поэтому теплоизоляционный слой требует устройства надежной гидрозащиты. В Ленинграде в качестве гидроэащитной оболочки нашла применение гидроизоляция битуморезиновой мастикой, армированной двумя слоями стеклоткани, а снаружи крафт- бумагой. ЛенЗНИИЭП рекомендована монолитная гидроизоляция из полиэтилена или поливинилхлорида, наносимая на поверхность теплоизоляции методом экструдирования и обладающая высоким сопротивлением по отношению к влаге. Устройство гидроизоляции изолированных поропластом труб производится на отдельной установке.
При монтаже теплопроводов непосредственно в траншее появляется необходимость в устройстве теплоизоляции стыковых соединений труб. Это производят следующим образом. После сварки изолированных труб на стык надевают специальную форму, в которую на месте заливают композицию поропласта. После ее вспенивания и отверждения производят гидроизоляцию стыка. Как показали исследования, опыт изготовления поропластовой теплоизоляции теплопроводов, а также опыт прокладки и эксплуатации в Ленинграде, применение фенольных поропластов для теплоизоляции бесканальных теплопроводов оказываются более эффективными по сравнению с другими видами теплоизоляции. Исследованиями установлены высокая удельная прочность и низкая теплопроводность поропласта ФЛ.1 Простота и высокая производительность промышленного производства изолированных труб выгодно отличают этот вид теплоизоляции от армопенобетона или битумоперлита. Не требуется армирования и сушки, отпадает необходимость в дорогостоящем оборудовании, не требуется громоздких установок.
Первые опытные бесканальные прокладки теплосетей с монолитной изоляцией из фенольного поропласта ФЛ были осуществлены в Ленинграде в 1967—1968 гг., а в 1970 г. начато промышленное производство изолированных труб и строительство тепловых сетей с их применением.
Особенности конструкции и условий бесканальных прокладок изолированных труб с использованием фенольного поропласта ФЛ: применение на концах труб торцевых уплотнительных шайб из фенольного пресс-материала; монолитная заделка стыков с применением ФЛ; устройство уплотнительных гильз при входах в камеры и каналы; устройство попутного дренажа при повышенном уровне грунтовых вод. Опыт Ленинграда показывает, что стоимость изолированных труб при применении фенольного поропласта ФЛ по сравнению с армопенобетоном на 20—25% ниже; теплопотери сокращаются в полтора раза. Отмечая большую перспективность применения для подземных прокладок тепловых сетей монолитной теплоизоляции из фенольного поропласта ФЛ, положительный опыт производства и применения, рекомендуется использовать этот тип теплоизоляции для теплосетей всех диаметров с температурой теплоносителя до 200°С.
Несмотря на ряд преимуществ, широкое применение фенольных поропластов в практике строительства тепловых сетей сдерживается некоторой дефицитностью фенольных смол. Кроме того, еще не отработана технология непрерывного действия для изготовления монолитной изоляции из поропласта ФЛ, а также ее применение к трубам диаметром более 400 мм. Нельзя считать также решенными вопросы поведения монолитной изоляции из поропласта в условиях длительной эксплуатации в грунтах различной структуры и влажности. Поропласты являются гидрофильными материалами, а поэтому их эффективность при эксплуатации, особенно во влажных грунтах, определяется надежностью и долговечностью гидроизоляционного слоя. Поэтому конструкции бесканальных теплопроводов с изоляцией из фенольного поропласта ФЛ рассматриваются пока как экспериментальные.
Владимирским научно-исследовательским институтом синтетических смол (ВНИИСС) разработан фенолформальдегидный поропласт Ф.РП. Компоненты для его получения (смола ФРВ и вспенивающий агент ВАГ) освоены промышленностью. Однако применяется поропласт ФРП в относительно небольших масштабах, так как он имеет довольно низкую объемную массу (70—120 кг/м3) и предел прочности при сжатии 0,05—0,07 МПа (0,5-н0,7 кгс/см2), что практически исключает возможность работы в напряженном состоянии. Это обстоятельство и определило поропласту ФРП роль сугубо теплоизоляционного материала. Он относится к трудносгораемым материалам, характеризуется теплостойкостью до 150°С, имеет коэффициент теплопроводности 0,04—0,058 Вт/(м-ЧС).
Попытки использовать поропласт ФРП для изготовления монолитной изоляции теплопроводов были сделаны Ё 1966—1970 гг. Теплопроектом Минстройтяжпрома СССР вместе с ВНИИСС. Разработанные фенолформальдегидвые поропласты,марок ФРП-1, ФРП-1М и ФРП-2М изготавливаются на базе резольной смолы марки ФРВ-1А и газообразователя (алюминиевой пудры), иногда с добавками (мономер ФА, графит, окись циркония), Рецептура для получения поропластов ФРП-1, ФРП-1М и ФРП-2М приведена в табл. 3.4. Поропласт заливается специальной машиной в сочетании со смесительно-дозировочным агрегатом в пространство между изолируемыми трубами и оболочками, склеенными из стеклопластика, которые после затвердевания заливочной массы должны выполнять функции гидроизоляционного слоя. Пока поропласты ФРП-1, ФРП-1М и ФРП-2М используются для изготовления штучных изоляционных изделий (полуцилиндров и сегментов)для надземной прокладки тепловых сетей. Монолитная изоляция из ФРП-1 в небольшом объеме нашла применение для теплопроводов, прокладываемых в технических подпольях зданий. |
В НИИМосстроя разрабатывается двухслойная конструкция бесканального теплопровода с наружной оболочкой из полиэтиленовых труб и теплоизоляцией из поропласта ФРП-1. Для предотвращения возможности проникновения влаги под полиэтиленовую оболочку и распространения ее по массиву теплоизоляции в конструкции предусматривают специальные элементы — герметичные перегородки. Размещение таких перегородок (заглушек) по концам труб даст возможность получать отдельные герметичные элементы теплопровода. Герметичность торцевых заглушек (перегородок) относительно наружной поверхности стальной трубы обеспечивается за счет жесткого закрепления (сваркой, приклеиванием и др.), а относительно внутренней поверхности полиэтиленовой трубы-оболочки — за счет уплотнительных резиновых колец. Сами торцевые заглушки могут быть выполнены из металла, бетона или теплостойкой пластмассы.
Как отмечалось выше, поропласт ФРП-1, обладая небольшими объемной массой и коэффициентом теплопроводности, характеризуется малой прочностью на сжатие, что препятствует его применению в качестве теплоизоляции для бесканальных теплопроводов. Увеличение прочности ФРП-1 возможно за счет введения в его состав наполнителя, т. е. получения композиционного материала, обладающего заданными свойствами. Для повышения прочности композиционного ФРП-1 НИИМосстроя предложил вводить в его состав вспученный перлитовый песок. Определен оптимальный количественный состав композиции, включающей около 20% вспученного перлитового песка, 4% этиленгликоля и 16% компрессионного масла. Прочность полученного материала на сжатие составляет 0,46 МПа (4,6 кгс/см2), что в 5—8 раз больше прочности ФРП-1. При этом объемная масса и коэффициент теплопроводности наполненного поропласта почти не изменяются.
Увеличение водопоглощения композиционного ФРП-1 в $ раза по сравнению с ФРП-1 при наличии полиэтиленовой оболочки и герметичных торцовых заглушек не оказывает существенного влияния на качество конструкции в целом.
В дальнейшем фенольный поропласт может быть заменен на более эффективный материал—пенополиуретан.
Авдолимов Е. М., Шальнов А. П. Водяные тепловые сети. — М.: Стройиздат, 1984.
