Tepelně izolační materiály

Potrubí je soustava potrubí sloužící k dopravě různých látek a pracovních kapalin ve stavebnictví, bytových a komunálních službách, průmyslu a při provozu různých zařízení. K udržení teploty pracovního prostředí a snížení tepelných ztrát, jakož i k ochraně personálu a vnějšího prostředí, jakož i ke snížení nákladů na vytápění nebo chlazení pracovního prostředí se používá tepelná izolace potrubí.

Tepelnou izolaci potrubí lze provádět různými metodami a materiály. Dříve se k tepelné izolaci potrubí používaly izolace z minerální vlny a skelné vaty. Vláknité materiály jsou však hygroskopické a při poškození vnějšího pláště rychle absorbují vodu a ztrácejí tak své tepelně izolační vlastnosti. To vede nejen ke zvýšeným tepelným ztrátám, ale také ke zrychlené korozi ocelových potrubí, které jsou tradičně široce používány v systémech zásobování teplem a zásobování vodou. Tepelná izolace potrubí, která absorbovala vlhkost, tedy přispívá k rychlému selhání tlakových ocelových trubek. Proto se dnes stále více používají polymerní materiály, a to jak pro výrobu samotných potrubí, tak pro výrobu tepelné izolace potrubí. Polymerová potrubí mají oproti ocelovým potrubím řadu nepopiratelných výhod.

Mezi hlavní výhody patří:

• Vysoká odolnost proti korozi
• Zvýšená životnost. Typicky, v závislosti na provozních podmínkách v systémech zásobování teplem a teplou vodou, polymerní potrubí vydrží asi 30–50 let a v systémech zásobování studenou vodou může odhadovaná životnost takových potrubí dosáhnout 100 let.
• Nižší hydraulické ztráty a vyšší průchodnost. Polymerová potrubí mají více než 100krát menší drsnost vnitřního povrchu ve srovnání s ocelovými potrubími.
• Polymerové trubky nepodléhají přerůstání jako ocelová potrubí
• Mít větší flexibilitu
• Snadnější instalace – doba instalace se několikrát zkrátí a v důsledku toho se sníží náklady na instalaci
• Mají výrazně nižší hmotnost, což zjednodušuje instalaci a přepravu

Dnes je nejdůležitějším úkolem použití polymerních potrubí s dlouhou životností v Rusku. V současné době je celková délka potrubí pro zásobování teplem a zásobování vodou v Rusku asi 889 000 kilometrů v jednotrubkovém vyjádření! Z toho potrubí sítí dálkového vytápění v Rusku je přibližně 366 tisíc km v jednotrubkovém vyjádření a vodovodní potrubí je 523 000 km! Rusko je v tomto ukazateli na prvním místě na světě. V tomto případě jsou ¾ distribuční sítě. V současné době má 80 % potrubí tepelných sítí překročenou bezporuchovou životnost a zhruba třetina je v havarijním stavu. Úniky a nezapočtená spotřeba vody v systémech zásobování teplem činí v Rusku v průměru 15–20 % celkových dodávek vody za rok a tepelné ztráty dosahují 50 %. (11 milionů prstů*) T.O.E. – tuna ropného ekvivalentu (TOE – tuna ropného ekvivalentu 41,868 GJ nebo 11,63 MWh). 1 ekvivalent paliva pro ropu – TNE = 41,8 GJ, a pro uhlí (TUE) = 0,7 TNE = 29,3 GJ. [2,3].

Na základě vypočtených údajů o tepelných ztrátách na 1 km potrubí dodávky teplé vody (TUV) uvedených v SNiP [1, 4] a s údaji o tepelné účinnosti potrubí s tepelnou a hydroizolací lze předpokládat, že při výměně 30% potrubí topné sítě v havarijním stavu s potrubím s tepelnou a hydroizolací je možné snížit energetické ztráty o 6,5 milionu toe.

Hlavními příčinami katastrofálního stavu tepelných sítí je masivní používání žlabových potrubních pokládek, které využívají tepelné izolace potrubí z tepelně izolačních materiálů s krátkou životností. Hydroizolace použité v těchto technologiích (ochranné nátěry ze skelných vláken, hydroizolace, omítka), stejně jako hydrofobizace vláknitých materiálů, je nechrání před vlhkostí při dlouhodobém provozu a následně před zhoršením jejich termofyzikálních vlastností za mokra. a vytvořit podmínky pro vnější korozi ocelových trubek (skutečná životnost těchto potrubí pro hlavní sítě je 12-15 let, rozvody a čtvrtletní sítě – 7-8 let, teplovodní sítě (TUV) – 3-5 let, tzn. výrazně nižší než standardních 25 let). Zvýšené opotřebení a poruchovost potrubí přívodu teplé vody je způsobena tím, že ve vodovodním systému je hodně rozpuštěného kyslíku, který potencuje korozi ocelového potrubí. Je třeba poznamenat, že korozní poškození ocelových trubek v Rusku přepravovanou vodou je vyšší než v západní Evropě, protože v posledně jmenovaném se v topných sítích používá odsolená voda, zatímco v Rusku se používá změkčená voda. Při korozi tlakového potrubí vlivem vlhkosti dochází i k poškození tepelné izolace potrubí, tzn. navlhne a ztratí své tepelně izolační vlastnosti.

Při opotřebení topných sítí o 60 % se počet nehod exponenciálně zvyšuje a v současné době je specifická míra škod v regionech Ruska v průměru 1,8 – 2,2 na 1 km za rok, s přijatelnou hodnotou 0,3. V západní Evropě je toto číslo 0,1.

Zvýšení provozní spolehlivosti trubek lze dosáhnout použitím trubek odolnějších vůči korozi (proti vnější i vnitřní korozi), aplikací polymerní tepelné izolace a vodotěsného opláštění v továrně. [5, 6]. Tepelná izolace potrubí může být vyrobena z pěnového polyetylenu. Tato tepelná izolace má uzavřenou buněčnou strukturu (cca 99 % uzavřených pórů) a není náchylná na vlhkost. Bohužel, jako průkopník v oblasti centralizovaného zásobování teplem a vlastnící největší systém tepelných sítí na světě, Rusko výrazně zaostává za vyspělým zahraničím v technické úrovni – v použití moderních materiálů a technologií při pokládání tepelných potrubí.

Přibližně 90 % úspor paliva dosažených metodami kombinované výroby tepla se ztrácí v tepelných sítích. Trvanlivost tepelných sítí je 1,5-2krát nižší než v zahraničí a nepřesahuje 12-15 let. Situace v jejich systému zásobování teplou vodou není o nic lepší.

Současné normy deklarují:

• Rychlost vnější koroze by neměla překročit 0,03 mm/rok. (SN a P 41 -02-2003. Tepelné sítě [1] bod 11.9; 11.10; 11.11; 11.13).
• Rychlost vnitřní koroze (mm/rok) pro všechny typy těsnění: slabá do 0,04; průměr do 0,05; silný až 0,2; pohotovost – více než 0,2.

Pro vyloučení možnosti vzniku vnitřní koroze a potrubí je nejoptimálnější průmyslově vyráběné provedení teplovodu s použitím potrubí z polymerních materiálů, které nepodléhají korozi a zarůstání vnitřního povrchu různými usazeninami. Ke zvýšení životnosti potrubí přispívá i tepelná izolace potrubí z polymerních materiálů odolných proti vlhkosti s uzavřenou buněčnou strukturou. Takovou tepelnou izolací je pěnový polyethylen.

Jaké polymerní materiály lze použít pro vytápění potrubí? Pro tyto účely se pokusíme pochopit teplotní režimy používané v sítích distribuce tepla v Rusku. Tato otázka není při použití ocelových trubek rozhodující. V případě použití polymerních trubek v topných sítích začínají hrát zásadní roli teplotní podmínky, protože V první řadě je to teplota, která určuje životnost polymerního potrubí.

Podle [1, čl. 11.7] jsou potrubí pro zásobování teplem klasifikována podle schémat regulace teploty uvedených v tabulce 1.

Tabulka regulace teploty

Průměrná roční teplota chladicí kapaliny

Průměrná roční teplota chladicí kapaliny pro vratné tepelné trubky sítí vodního vytápění