Izolace parovodů | Závod na izolaci potrubí AMAKS

Při výpočtu potrubí je jedním z nejvýznamnějších vlivů teplotní rozdíl ΔT, který se rovná rozdílu teplot stěn, při kterých se spoje potrubí uzavírají T_mont (instalační teplota) a teploty stěn v provozním stavu T_otroka (předpokládaná provozní teplota):

Bezpečnostní faktor pro teplotní rozdíl γ_t podle všech současných norem pro výpočet pevnosti potrubí se rovná γ_t = 1.0.

Je třeba mít na paměti, že pokud vezmeme absolutně minimální hodnotu T_mont a absolutní maximální hodnota T_otroka, pak se teplotní rozdíl ukazuje jako nepřiměřeně vysoký a vede k nepřiměřeným ekonomickým nákladům na instalaci velkého počtu teplotních kompenzátorů atd. (to platí zejména pro potrubí zaseknutá v zemi). Proto se při nastavování rozdílu teplot doporučuje použít č teplotní extrémya působící teploty dlouho. A krátkodobé nárůsty teploty se doporučuje považovat za krátkodobé rázy (podle režimu MPC/MPKON), přičemž přípustná napětí jsou brána vyšší (viz pevnostní kritéria). Totéž platí pro různé provozní režimy se zvýšenými teplotami, například vaření v páře atd., které by se také měly počítat samostatně podle režimu MPC / MPC.

Například v potrubí topné sítě je maximální návrhová teplota 150 0 C, ale ve skutečnosti takto vysoké teploty trvají velmi krátkou dobu. Při rozvrhu 150-70ºC nepřekračuje doba trvání teplot nad 130ºC podle Mosenergo OJSC 10 dní v roce a 150ºC – 30 hodin ročně, a to i pro rozvody topení s velkým průměrem. U vzduchotechnických potrubí je teplotní rozdíl ΔT = (150 – (-20)) = 170ºC poměrně snadno postřehnutelný díky flexibilitě systémů vzduchových potrubí (zde T_mont= -20ºC, protože práce na uzavírání potrubí a svařování se obvykle neprovádějí při teplotách pod -20ºC). Ale u bezkanálových potrubí vede takový rozdíl k obrovskému namáhání. Proto se návrhová teplota ve vzduchových topných sítích obvykle považuje za T_otroka=150 0 C a pro topné sítě bezpotrubní instalace vezměte T_otroka=130 0 C a instalační teplota rovna T_mont=0ºC, za předpokladu, že svařování spojů a zásypy se neprovádějí při teplotách pod bodem mrazu.

Teplota instalace (počáteční teplota)

Teplota instalace – teplota stěn potrubí odpovídající uzavření potrubí nebo jeho části do uceleného systému. Teplota instalace je:

• Pro potrubí bez startovacích kompenzátorů: průměrná teplota stěn (kovu) po délce potrubí v okamžiku svařování posledního spoje, kdy se konstrukce mění z dělené na spojitou.
• Pro potrubí se startovacími kompenzátory: průměrná teplota stěny (kovu) po délce potrubí před předehřátím potrubí.

Instalační teplota není zpravidla předem přesně známa, proto je nutné v prostoru stavby vzít určitou minimální hodnotu teploty okolního vzduchu, která poskytuje přiměřenou bezpečnostní rezervu. Je třeba vzít v úvahu, že svařovací práce na uzavření potrubí zpravidla nelze provádět při okolních teplotách pod určitou úrovní.

Doporučuje se určit teplotu instalace pomocí následujícího vzorce

Т_staví — minimální hodnota teploty okolni vzduch, ve kterém jsou v souladu s požadavky norem a směrnic povoleny příslušné stavební a svářečské práce pod širým nebem. T hodnota_staví obvykle závisí na typu oceli a tloušťce stěny a pohybuje se od -20ºC do 0ºC.
Pokud lze při provádění svářečských prací použít speciální úkryty nebo předehřev, lze práci provádět při teplotě okolní vzduch do -50 ºC. V tomto případě T_mont = T_vzduch.

Т_vzduch — teplota okolního vzduchu v době uzavření potrubí:

• Pokud jsou údaje o kalendářním období uzavření potrubí (svaření posledního spoje), pořadí prací atd. T_vzduch Doporučuje se objasnit v souladu s údaji SP Zatížení a rázy [1], bod 13.6.
• Při absenci údajů o kalendářním období uzavření ropovodu pro účely T_vzduch Doporučuje se měřit počáteční teplotu v chladném období podle SP Zatížení a rázy [1], článek 13.6.
• U potrubí vedených bez potrubí (kromě případu uložení v otevřeném výkopu) se obvykle bere 0°C. Předpokládá se, že poslední spoj je svařen až po zasypání celé rýhy, takže ve stěnách potrubí nemůže být záporná teplota. V případě uzavření potrubí v otevřeném výkopu se počáteční teplota stanoví obdobně jako u nadzemního potrubí.

V některých situacích může být teplota instalace vyšší, aby se snížil teplotní rozdíl. V tomto případě musí projekt obsahovat ustanovení, že uzavření potrubí není povoleno při okolních teplotách pod T_mont.
Některé dokumenty (kodexy pravidel) a referenční knihy obsahují pokyny k zaznamenávání teploty nejchladnějších pět dní nebo absolutní minimální teplota. Je třeba mít na paměti, že tyto teploty se zpravidla používají k výběru materiálů pro potrubí a výrobků pro potrubí umístěná venku nebo v nevytápěných místnostech, kdy jsou důležité takové vlastnosti kovu, jako je tvrdost, křehkost za studena atd. Obvykle se instalační práce neprovádějí při takových teplotách a při instalační teplotě T_mont spolu přímo nesouvisejí.

Příklad stanovení instalační (počáteční) teploty

Prvotní údaje: město – Petrohrad. Uhlíková ocel s obsahem uhlíku nejvýše 0.24 %. Vypočítaná provozní teplota je T_otroka= 150 °C.

Určíme instalační (počáteční) teplotu T_mont.

Pokud se instalační práce provádějí bez speciálních přístřešků a předehřívání svarových spojů, pak je podle SNiP 3.05.03-85 povoleno svařování:

• při teplotách venkovního vzduchu do -20 °C pro trubky z uhlíkové oceli s obsahem uhlíku nejvýše 0.24 % (bez ohledu na tloušťku stěny trubek), jakož i trubky z nízkolegované oceli se stěnou tloušťka ne více než 10 mm;
• při teplotách venkovního vzduchu do -10°C pro trubky z uhlíkové oceli s obsahem uhlíku nad 0.24% a také trubky z nízkolegované oceli s tloušťkou stěny nad 10 mm.

Proto T_staví = -20 °C.

Podle článku 13.6 [ 1 ] t = 0.2t_VII + 0.8t_I = 0.2 · 15 + 0.8 · (-10) = -5 °С.

Teplotní rozdíl, při zohlednění faktoru spolehlivosti podle článku 13.8 [1], by se měl rovnat Δ t = 1.1(T_otroka – t ) = 1.1 ( 150 – (-5) ) = 1.1 155 = 170.5 °C (169.4)

Proto T_vzduch = T_otroka — Δ t = 150 — 170.5 = — 20.5 °С.

Instalační (počáteční) teplota je T_mont = max (T_staví, T_vzduch ) = max(-20, -20.5) = -20 °С

Odhadovaná provozní teplota

Návrhová teplota je průměrná teplota stěn (kovu) po délce úseku v provozním stavu T_otroka. Často se považuje za rovna konstrukční teplotě produktu.

Pokud má produkt teplotu blízkou maximální okolní teplotě (studené potrubí), pak návrhovou teplotu je doporučeno bere se v úvahu maximální okolní teplota a zahřívání stěn možným přímým slunečním zářením, to znamená větší ze dvou hodnot:

• Т_produktu — návrhová teplota výrobku. Doporučuje se užívat jej při teplotě, která není překročena více než 30 dní v roce. Například pro topné sítě je to 150ºC
• Т_porážka — průměrná teplota v průřezu potrubí během teplého období. Může být rozhodující pro studené potrubí. Doporučení pro stanovení této teploty jsou uvedena níže.

Teplota ohřevu stěn potrubí od okolního vzduchu a slunečního záření

Т_porážka se bere rovna maximu průměrná teplota v průřezu potrubí během teplé sezóny. Přijato např. jako t_w podle SP Zatížení a rázy [1], bod 13.3.

Zároveň se u potrubí s tepelnou izolací doporučuje nebrat v úvahu denní výkyvy teplot a účinky slunečního záření ( θ₁ =0 a XNUMX₄ =0). U potrubí bez tepelné izolace, ale chráněných před přímým slunečním zářením, se doporučuje nepočítat s účinky slunečního záření (θ₄ = 0).

Příklad:

Podívejme se na příklad výpočtu maximální teploty v článku 13.3:

t_ew — průměrná denní teplota venkovního vzduchu v teplém období. Například t_ew =t_VII+A_VII= 30 + 6 = 36 °C

θ₁ — přírůstky průměrné teploty na průřezu potrubí na denních výkyvech venkovní teploty vzduchu, θ₁ = 8 C

θ₄ — přírůstek průměrná teplota na průřezu potrubí ze slunečního záření (z vystavení přímému slunečnímu záření).

1.1 – faktor spolehlivosti pro klimatické vlivy podle článku 13.8 [1]

Pro potrubí bez tepelné izolace a nechráněné před přímým slunečním zářením:

• ρ je koeficient absorpce slunečního záření materiálem vnějšího povrchu trubky. Například pro ocelový plech natřený tmavě červenou barvou ρ = 0.8,
• S_max — maximální hodnota celkového (přímého a difúzního) slunečního záření na vodorovném povrchu, W/m2. Například za 38 gr. S. sh., S_max = 987 W/m2,
• k – pro kov se bere rovno k=0.7

θ₄ = 0.05 ∙ρ∙ S_max ∙ k =0.05 ∙ 0.8 ∙ 942 ∙ 0.7=26.4 0 C

Nakonec dostaneme vypočítanou teplotu

Pokud tedy vypočtená teplota produktu T_produktu méně než 7. 7 5 C, pak je vhodné vzít T do bezpečnostní rezervy_otroka=7. 7 C

Návrhová zkušební teplota

Účelem zkoušek je obvykle kontrola těsnosti tupých spojů, tzn. zkontrolovat kvalitu instalačních prací. Pokud se testy provádějí s vodou (hydrotesty), musí být venkovní teplota vzduchu kladná, aby se zabránilo zamrzání vody. Ve většině případů se předpokládá, že návrhová teplota během testování je +20°C.

Reference

1. SP 20.13330.2016 Zatížení a nárazy

Tepelná izolace parovodů je dána řadou specifických rozdílů oproti ostatním potrubím. V první řadě se jedná o extrémně vysoké (až 650 °C) provozní teploty a také o vysoké tlaky (9 MPa a vyšší). V tomto ohledu se cena špatně provedených tepelněizolačních prací mnohonásobně zvyšuje – jednak nerovnoměrné ohřev parovodu během spouštění může vést k významným teplotním deformacím, až po destrukci konstrukcí; jednak nedostatečná izolace jednotlivých úseků potrubí může vést k vážným zraněním obslužného personálu.

Proto je nutné k výběru a kvalitní instalaci TI v případě parovodů přistupovat s maximální vážností.

Jaký materiál lze použít v tak obtížných podmínkách? Organická tepelná izolace (pěnové pryže a polyethyleny, extrudovaná a nelisovaná polystyrenová pěna, polyuretanová pěna atd.) je v tomto případě samozřejmě nepoužitelná kvůli omezenému teplotnímu rozsahu. Ne všechny anorganické tepelné izolanty jsou však schopny efektivně fungovat na parovodech. Pěnové sklo, rohože z minerální vlny s nízkým obsahem čedičových hornin, prošívané skleněným rovingem, nejsou vhodné pro použití při teplotách nad 450 °C. Standardní válce vyrobené z čedičové vlny o hustotě asi 100 kg/m3 nebudou dostatečně účinné, protože pojivo obsažené v jejich složení začne při teplotě asi 400 °C vyvařovat, což výrazně oslabí konstrukci a může vést ke vzniku oblastí s nedostatečnou vrstvou tepelné izolace nebo k úplnému vyloučení izolace. Také podle průmyslových předpisů musí být materiál tepelně izolační konstrukce spolehlivě chráněn před možným kontaktem s hořlavými, zápalnými, výbušnými nebo škodlivými látkami a impregnací jimi a nesmí způsobovat korozi kovu.

Naštěstí řada technických řešení vyvinutých specialisty závodu na tepelněizolační výrobky AMAKS umožňuje tento problém bez větších obtíží vyřešit. V první řadě stojí za pozornost rohože vyrobené z velmi jemného čedičového vlákna MPB BSTV AMAKS s prošíváním čedičovým rovingem. Možnost použití při teplotách až 1000 °C, absence látek nebezpečných při zahřívání, včetně pojiva, nízká hmotnost materiálu, absolutní požární bezpečnost – to je neúplný seznam výhod MPB BSTV AMAKS. Kromě toho má tento typ tepelněizolačního materiálu další významnou výhodu – odolnost proti vibracím (díky minimální tloušťce a maximální délce vláken, propletení vláken) a odolnost proti opotřebení (nejvyšší modul kyselosti mezi minerálními vlnami). Mezi nevýhody patří zvýšené požadavky na izolační specialisty, respektive nízká rychlost práce, nemožnost upevnění kovových pouzder k povrchu materiálu bez použití podpěrných kroužků. Potrubí pro izolaci s rohožemi BSTV musí být předem, před instalací a uvedením do provozu, vybaveno vhodnými svorkami, kolíky a odlehčovacími zařízeními.

Válec značky TsKV Energo AMAKS se vyhýbá některým nevýhodám, které jsou vlastní tepelněizolačním rohožím. První vrstvou v tomto produktu je mullitovo-křemičitý materiál s provozní teplotou až 1200 °C, druhou je hustý (120-150 kg/m3) válec z čedičové vlny s povlakem nebo bez něj. První vrstva snižuje teplotu na vnitřním povrchu vnější vrstvy čedičové vlny na provozních 150 – 400 °C v závislosti na počátečních hodnotách teploty chladicí kapaliny. Instalace a údržba takové tepelné izolace je výrazně jednodušší než u rohoží a méně nebezpečná pro konstrukci parovodu, protože nevyžaduje umístění (svařování) upevňovacích prvků (čepy, konzoly). Pro instalaci tepelněizolačních válců stačí použít vhodné bandáže a jako krycí vrstvu umístit ochranné pouzdra z pozinkované nebo nerezové oceli, nejsou potřeba žádná další zařízení. Válce CKV Energo tak úspěšně kombinují technologickou vyspělost, jednoduchost, pohodlí a rychlost instalace s vysokou spolehlivostí a vynikajícími výkonovými vlastnostmi.

Je třeba také poznamenat, že podle SP 61.13330.2012 „Tepelná izolace zařízení a potrubí“, jakož i průmyslových norem pro tepelné elektrárny, musí být tepelná izolace přírubových spojů, armatur, kompenzátorů a úseků potrubí podléhajících pravidelné kontrole (v oblastech se svarovými spoji, nálitky pro měření tečení atd.) odnímatelná. Odnímatelná tepelná izolace nesmí svými technickými parametry odolávat stacionární tepelné izolaci. Jedním z nejpohodlnějších a nejvhodnějších řešení v tomto případě je použití rychloupínacích krytů AMAKS ChBT-1200. Jejich složení, převážně z křemičitých a mullit-křemičitých materiálů, plně splňuje požadavky na tento typ izolace – je chemicky, vibračně a teplotně odolné (do 1200 °C). Povrchová vrstva je chráněna před impregnací hořlavými kapalinami a umožňuje mokré čištění. Hlavní výhodou je co nejrychlejší přístup k izolovanému povrchu a zpětná montáž bez snížení provozních vlastností.

Závěrem bych rád zmínil jeden ze základních principů efektivní instalace a následného provozu parovodů – existenci projektu tepelné izolace vypracovaného specialisty. V této záležitosti, stejně jako v málokterém jiném případě, se nelze řídit pouze ekonomickými úvahami, protože i snížení hmotnosti (!) izolace oproti projektovým hodnotám je nepřijatelné bez přepočtu zatížení potrubí. Pro profesionála je tepelná izolace vyrobená v závodě AMAKS účinným a spolehlivým nástrojem, který umožňuje řešit jakékoli problémy, a dostupnost vyvinutých typových řešení, zkušenosti s vývojem a výrobou materiálů pro nestandardní úkoly v úzké spolupráci s technickým servisem zákazníka budou klíčem k dlouhodobé a produktivní spolupráci i v těch nejsložitějších otázkách.