Изоляция трубопроводов и оборудования: разновидности материалов и особенности технологии

Защита ответственных коммуникационных сетей и функциональных агрегатов нередко требует выполнения изоляционных работ. Устройство внешней оболочки с одной стороны должно препятствовать воздействию негативных факторов окружающей среды, а с другой – сохранять оптимальный температурно-влажностный режим оберегаемых поверхностей. В частности, изоляция трубопроводов систем отопления жилых и производственных зданий позволяет сохранять приемлемые показатели микроклимата независимо от сезонных условий. Но и это не единственная задача, которую выполняет наружная тонкостенная защита.

Основные требования к изоляции

Помимо трубопроводов целевым оборудованием для технологической изоляции может выступать инжиниринг, климатические системы, воздуховоды и различные функциональные устройства. Тепловая оболочка обычно выполняется из комплектных или полносборных конструкций заводского изготовления. В сетях отопления изоляция трубопроводов, арматуры, компенсаторов и фланцевых соединений производится из покровов с защитными покрытиями. Поверхность изоляционного материала может иметь фольгированные слои или другие покрытия – главное, чтобы они были устойчивы к поражению коррозией.

Особые требования предъявляются к сетям, которые прокладываются бесканальным способом. В этом случае надо учитывать, что линии трубопроводов будут включать усиленную физическую защиту в виде стальных или бронированных футляров. Материал изоляции должен устраиваться в два слоя, с обеих сторон огораживая металлическую оболочку. В процессе разработки проекта прокладки магистральных линий в инфраструктуре инженерных комплексов и предприятий просчитывается возможность выделения пожароопасных, взрывоопасных и экологически вредных веществ через специальные патрубки. В изоляции трубопроводов такого назначения должны не просто предусматриваться технологические выводные каналы. Они должны обеспечивать оптимальную пропускную способность в соответствии с нормативными требованиями.

Особенности изоляции сетей трубопроводов

Отличия изоляции труб от других инженерно-коммуникационных сетей и смежного оборудования заключаются в условиях эксплуатации, прокладки и требований к обслуживанию носителя. Например, условия циркуляции газа под высоким давлением исключают малейшие вибрационные или ударные воздействия. Соответственно, изоляционный материал должен выступать и своего рода демпферной прокладкой – эту функцию лучше всего выполняют плиты из минеральной ваты, но только при условии включения силовых каркасов. А вот засыпные теплоизоляционные конструкции в этом случае не подходят.

Особые требования предъявляются к изоляции сетей, эксплуатируемых в цехах на химико-фармацевтических производствах. На таких предприятиях обычно выпускаются лекарственные и пищевые товары, не допускающие контакта с загрязненными средами. Поэтому тепловая изоляция трубопроводов должна и сама по себе быть экологически чистой (на основе природных материалов), и также обеспечивать защиту от выхода вредных испарений из контура. Для таких целей могут применяться средства из минеральной ваты, супертонкого или базальтового стекловолокна, но только под металлическим покровом и в обкладке на основе кремнеземной или стеклянной ткани.

Структура изоляционного материала

Традиционно изоляция выполняется как многослойный материал, в котором каждый пласт выполняет определенную задачу. Простейшая структура формируется тремя уровнями:

• Базовый слой. Жесткая основа, которая прилегает к целевой поверхности. Данная подложка должна проявлять стойкость к тепловым, влажностным и химическим воздействиям.
• Средний функциональный слой. Обычно он формируется непосредственно герметизирующим материалом, который может выполнять функции тепло-, шумо- и гидроизоляции.
• Защитный верхний слой. В центральных трубопроводах он является обязательным, так как позволяет обеспечить должную защиту от внешних механических воздействий.

Также свод правил (СП) для тепловой изоляции оборудования и трубопроводов под номером 61.13330 указывает на необходимость наличия дополнительных слоев – предохранительного и выравнивающего. Если температура защищаемой поверхности в обычном эксплуатационном процессе превышает 12°С, то требуется и устройство пароизоляции с оптимальной пропускной способностью для выпуска водяного пара.

Что касается форм-фактора изготовления изоляционных материалов, то для трубопроводов чаще используют ламельные маты, пленки и цилиндрические жесткие изделия. Форма выпуска во многом зависит от структуры применяемого сырья. Жесткая изоляция обычно производится из вспененного пенополистирола, а минвата закладывается в маты или гибкие плиты.

Характеристики изоляции трубопроводов

Технико-физические и эксплуатационные параметры определяются условиями применения материала. Способность выдерживать высокие температуры, например, является основным функциональным качеством для большинства трубных изоляторов. Так, для защиты поверхностей с тепловой нагрузкой порядка 400-600 °С используют материалы, теплопроводность которых составляет не менее 0,07 Вт/(м·°С). По крайней мере, такие показатели должны характеризовать первый слой. Если же речь идет об изоляции труб или оборудования с отрицательным температурным режимом, то нормативы потребуют использования материалов с теплопроводностью ниже 0,07 Вт/ (м·°С) и средней плотностью 200 кг/м3.

Как отмечается в СНиП по изоляции трубопроводов под номером 2.04.14-88, диапазон показателей плотности может варьироваться от 40 до 750 кг/м3. Нижний уровень представляют маты на основе стеклянного шпатового волокна, а верхний – шнур из минеральной ваты или асбеста. При бесканальной укладке тепловых сетей с положительной эксплуатационной температурой (до 20°С) следует задействовать изоляторы средней плотностью порядка 600 кг/м3, а показатель теплопроводности должен составлять 0,13 Вт/(м·°С). Что касается коэффициентов влажности, то это индивидуальное значение для каждого материала. Главное требование – чтобы структура изолятора не утрачивала цельности и функциональных свойств при фактическом уровне влаги в конкретных условиях.

Проектирование тепловой изоляции трубопроводов

Определить конкретные технические характеристики для конкретных условий применения позволит проектное решение. Исполнители оценивают размерные параметры и физико-химические показатели материала, подходящего для целевой трубы или оборудования. Как правило, расчетные операции выполняются в следующих параметрах:

• Расчет по температуре на поверхности. Исходят из температуры внешней среды (в среднем 5-20°С), которую должен будет выдерживать наружный защитный слой.
• Расчет с целью предотвращения образования конденсата. Оцениваются свойства гигроскопичности и паропроницаемости. Например, мембранные пленки изоляторов в среднем пропускают 0,5 г/м2 в сутки, что соответствует коэффициенту влажности на месте эксплуатации порядка 60%.
• Расчет по нормативу плотности теплового потока. Уже упомянутый показатель теплопроводности, который зависит от температуры обслуживаемого объекта (трубы, сантехнической арматуры или оборудования).
• Расчет изоляции для трубопровода по транспортируемому веществу. Если речь идет об отоплении, то максимальными значениями будут считаться 90-95°C. Для таких сред выбирают изолятор толщиной 30 мм, где на уплотнитель приходится 5 мм.

Параметры теплоизоляционных конструкций

Готовый к использованию материал в комплекте с функциональными и крепежными доборными элементами. В соответствии с нормативами СП по изоляции трубопроводов, минимальная толщина таких конструкций составляет от 30 до 40 мм. Тонкие слои выполняют в случае использования тканевых, холстопрошивных и шнуровых материалов. Если же планируется задействовать жесткоформованные изоляторы, то толщина конструкции должна будет составить не менее 40 мм. В случае использования дополнительно уплотненных материалов к защитному каркасу добавляется еще 5-10 мм.

Изолирующие конструкции могут усиливаться и высокопрочной оболочкой из металла. В таких целях применяют ленточный или листовой алюминий, толщина которого составляет 0,25-0,3 мм. Для большего защитного эффекта рекомендуется крепить гофрированные изделия. Сама по себе изоляция трубопроводов может иметь несколько функциональных герметизирующих слоев в сердцевине. Так, для зашиты поверхностей с температурным режимом от -60°С до 250°С и вовсе не допускается использование однослойных конструкций. Данное условие необходимо хотя бы по той причине, что дополнительный слой должен перекрывать стыки и швы изоляторов. Поэтому чаще используют двухслойные системы, а иногда и трехслойные.

Природные изоляторы

Преимущественно это группа материалов-разновидностей рубероида. То есть основу составляет картон и битумные вязкие элементы с посыпками из талька, асбеста и песка. Особенно популярны стеклорубероид и пергамин. Первый выпускается рулонами шириной до 100 см. Бывают разные модификации стеклорубероида – в том числе с повышенными функциями паро- и влагозащиты. Модифицированные полотна с обеих сторон имеют пылевидную посыпку частицами фракцией 0,6 мм. Однако использовать данную изоляцию для трубопроводов и оборудования можно лишь в тех случаях, если температура поверхности не превышает 80°С. Это пиковая точка плавления битума, при которой стеклорубероид становится непригодным к использованию.

Довольно популярен в сегменте природных изоляторов и пергамин. Обычно его используют в качестве кровельного настила, но в некоторых исполнениях он оптимально подходит и для устройства оболочки труб. Основу структуры также составляют слои прочного картона с вязким веществом, но кроме них применяется и многослойная (до 40 пластов) конструкция на основе хлопка, льна, соломы и древесины.

Металлические изоляторы

Это механические защитные кожухи, которые закрывают собой средние слои тепло- и пароизоляции. В частности, их используют как средство защиты от атмосферных осадков, кислотных воздействий, ударов и других разрушающих факторов. Средняя толщина изоляции трубопроводов из металла варьируется от 0,2 до 1,5 мм. Самые тонкие изделия представляют алюминиевые ленты, а самые толстые – холоднокатаная сталь, которая также получает дополнительные полимерные покрытия.

Важно отметить широкую функциональность таких кожухов с точки зрения конструкционного устройства. Оболочка может выполняться под возможность крепления разных видов фасонных элементов, среди которых заглушки, тройники, отводы и конусы. В металлической изоляции трубопроводов отопления также предусматриваются специальные выходы для измерительных приборов и подключения опрессовочного оборудования на случай проверки герметичности контура. Монтаж кожуха производится заклепками и саморезами. Реже используется точечная сварка, хотя она же обеспечивает наиболее надежные стыки.

Изоляторы на основе полимеров

Разновидность синтетической изоляции, которая может выступать и в качестве вспомогательного слоя, и как самостоятельное покрытие. Наружный диаметр таких оболочек составляет от 5 до 100 см, а толщина варьируется от 3 до 10 мм. Несмотря на искусственное происхождение, изделия такого рода вполне могут быть экологически чистыми. По крайней мере, пригодными для использования в быту. Не проигрывает конкурентам полимерный материал и в технико-эксплуатационных показателях. Например, по требованиям СП, тепловая изоляция трубопроводов марки «Изол» должна выдерживать температурные нагрузки до 400°С. В течение 2 часов материал не должен вздуваться и растягиваться. Единственным серьезным минусом полимерного изолятора можно назвать не самую высокую механическую стойкость, поэтому будет не лишним дополнять такие оболочки алюминиевыми листами.

Заключение

Современные технологии изоляции позволяют формировать многофункциональную защитную оболочку для инженерных конструкций и тепловых сетей, не ухудшая эксплуатационные качества целевого объекта. В то же время просчет в выборе конкретного материала понизит стойкость системы перед негативными факторами внутреннего и внешнего воздействия. Главная ошибка заключается в том, что многие ориентируются только лишь на одну функцию оболочки. При этом даже многозадачная тепловая изоляция оборудования и трубопроводов не всегда может эффективно выполнять задачи паро- и гидрозащиты. Для них потребуется устройство вспомогательных покрытий соответствующего назначения. Другое дело, что включение дополнительных уровней изоляции неизбежно увеличивает и толщину внешнего покрытия, а это может обусловить ограничения по использованию некоторых материалов.