ОГРАЖДЕНИЯ ПАРОВЫХ КОТЛОВ

ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Применяемые теплоизоляционные материалы в соот­ветствии с ГОСТ 16381-70 классифицируются по следую­щим признакам:

Исходному сырью — неорганические и органические; структуре — пористо-волокнистые и пористо-зернис - тые;

Форме — штучные, рулонные, шнуровые, сыпучие; объемной массе—OJI (особо легкие, - у— 15-г - -5-100 кг/м3); Л — (легкие, 7=125-^350 кг/м3); Т (тяже­лые, y=400h-600 кг/м3).

По относительной деформации сжатия под действием нагрузки 0,02 кгс/см2 материалы делят на: М — мягкие (деформация более 30%); ПЖ — полужесткие (деформация 6—30%); Ж — жесткие (деформация до 6%). Теплоизоляционные материалы классифицируются также по теплопроводности (табл. 3-8).

В конструкциях ограждений котлов применяются только неорганические материалы, преимущественно легкие и тяжелые с малой, средней и повышенной тепло­проводностью. Количество неорганических теплоизоляци­онных материалов достаточно велико, однако широкое распространение в практике проектирования и выполне­ния изоляции ограждений котлов получила сравнительно небольшая номенклатура материалов. Ограничение но­менклатуры вызвано целым рядом технических и эконо­мических соображений. Прежде всего материалы долж­ны быть недефицитными и вырабатываться отечествен­ной промышленностью в достаточном количестве.

Применение таких материалов должно быть экономиче­ски оправданным, выполнение из них различных узлов должно быть технологичным, должно допускать механи­зацию процессов и сокращать время изготовления. Ма­териалы должны быть взаимозаменяемы и должны до­пускать их применение в узлах различных по конструк­ции котлов. Последнее требует, чтобы изоляционные материалы имели близкие свойства и фнзико-техничес - кпе характеристики — коэффициенты теплопроводности, объемные массы и рабочую температуру применения. Ниже приводятся только те материалы, которые полу­чили широкое распространение в ограждениях, эконо­мичны и технически целесообразны. Полное описание материалов, применяемых для изоляции, приводится в справочнике по специальным работам [3-2]. Физико-тех­нические характеристики, необходимые для расчетов при проектировании изоляции, приведены в приложении 3.

Асбест и изделия на его основе

Асбест хризотиловый (ГОСТ 12871-67) из отечествен­ных месторождений является минералом с плотностью 2,4—2,6 г/см3, способным выдерживать длительную тем­пературу при нагреве до 500°С. Асбест может расщеп­ляться на тонкие волокна (иголки) и в виде массы с пе­репутанными и деформированными волокнами называ­ется распушенным. В зависимости от длины волокон и наличия пыли асбест делится на восемь сортов: от 0 до 7-го сорта. Наиболее цепные сорта — имеющие более длинные волокна, наименее ценным является 7-й сорт, который содержит больше всего пылевидных частиц и самые короткие волокна. Распушенный асбест имеет те­плопроводность от 0,08 до 0,23 ккал/(м-ч-сС) в зависи­мости от его объемной массы и применяется для изготов­ления асбестовых изделий в виде бумаги, картона, шнура и в качестве заполнителя при приготовлении специ­альных жаростойких бетонов и изоляционных масс. В чи­стом виде применяется редко в качестве изоляционного заполнителя в некоторых узлах ограждений.

Бумага асбестовая теплоизоляционная (ГОСТ 2630-69) изготавливается в виде листов 1000X950 мм толщи­ной от 0,5 до 1,5 мм и в виде рулонов шириной до 1150 мм. Бумага изготовляется двух сортов и выдерживает тем­пературу до 5004;.

Асбестовый картон (ГОСТ 2850-75) с объемной мас­сой 1000—1300 кг/м3 изготовляется в виде листов 900Х Х900 мм и ЮООХЮОО мм с толщиной от 2 до 10 мм и выдерживает температуру до 600°С

Шнур асбестовый (ГОСТ 1779 72) изготавливается трех типов: асбестовый, асбомагнезиальный и асбопух - шнур, из асбестовых нитей, пряжи или волокон с оплет­кой или без нее. Асбестовый и асбопухшнур применяют­ся для изоляции поверхностей с температурой не более 300°С. Асбомагнезиальный шнур для изоляции поверх­ностей с температурой до 400°С. Шнуры подбираются по ГОСТ, в котором указаны диаметр, мм, н масса 1 м длины шнура. За рубежом, помимо хризотилового асбе­ста, дли приготовления некоторых изоляционных масс применяется «амфнболовый асбест», который носит на­звание голубого или синего; качество этого асбеста выше хризотилового, а рабочая температура достигает 600°С.

Минеральная вата и изделия на ее основе

Минеральная вата (ГОСТ 4640-76) является наибо­лее распространенным и дешевым материалом для изо­ляции и основой для изготовления теплоизоляционных изделий. Волокна минеральной ваты получают из рас­плава горных пород. Существует несколько способов из­готовления минеральной ваты. Наиболее распространен способ, при котором струя расплава раздувается паро­вой форсункой, расплав вытягивается п волокна через специальные платиновые фильеры. Качество фильерной ваты (ВФ) выше качества ваты, изготовляемой путем раздувки расплава. Объясняется это тем, что прн раздув - ке расплава по воздуху летят маленькие каплн, которые вытягиваются в волокна и оседают в специальной каме­ре. В процессе вытяжки капли на конце волокна остается маленький шарик, который отламывается от волокна и оседает в камере. Эти шарики называются «королька­ми»; их наличие ухудшает изоляционные свойства мине­ральной ваты. Особенно это сказывается при вибрации поверхности, поскольку в этом случае корольки пробива­ют толщу слоя ваты и оседают в нижней части. В вате образуются пустоты, нарушается однородность струк­туры слоя и ухудшаются изоляционные свойства. Отри­цательное влияние корольков уменьшается в минерало - ?дтных изделиях на специальных связках.

Минеральная вата изготавливается четырех марок: 75; 100; 125 и 150. Цифровое обозначение марок соответ­ствует объемной массе, кг/м3, под действием удельной нагрузки в 0,02 кгс/см2. Предельная температура приме­нения минеральной ваты 600°С. Из минеральной ваты изготовляют плиты, цилиндры и полуцилиндры, В каче­стве связующих добавок применяются битум, синтетичес­кие и неорганические вещества. Изделия на битумном связующем пригодны для рабочих температур, ие пре­вышающих 200°С, на синтетических — не более 300— 400°С и на неорганических — не более 500°С. Для ограждений энергетических котлов применяются плиты и прошивные маты или матрицы, рабочая температура применения которых ие менее 400°С.

Плиты н маты теплоизоляционные из минеральной ваты на синтетическом связующем (ГОСТ 9573-72) изго­товляются для работы при температуре до 400° С. Раз­меры изделий, которые применяются в ограждениях, та­ковы: длина 1000 мм, ширина 500 и 1000 мм, толщина от 40 до 100 мм с интервалом в 10 мм. Применяемые изде­лия выполняются обычно в виде полужестких и жестких плит: полужесткие имеют объемную массу 100—125 кг/м3, жесткие до 150 кг/м3; коэффициент теплопроводности из­делий при средней температуре примерно 125°С состав­ляет около 0,065 ккал/(м-ч-°С).

Плиты из минеральной ваты температуростойкие (ТУ № 5 ГКЭ и Э СССР) чаще всего применяются для изоляции промышленного оборудования и в ограждени­ях котлов. Плиты изготавливаются с размерами 500Х Х500 и 500X1000 мм при толщине 50 мм с допусками по длине и ширине ±10 мм. по толщине ±5 мм, В зави­симости от объемной массы и рабочей температуры пли­ты имеют две марки-. 300 и 350. Коэффициент теплопро­водности плиты при средней температуре 270°С лежит в пределах от 0,11 до 0,12 ккал/(м-ч-°С).

Плиты полужесткие из минеральной ваты иа крах­мальной связке (ТУ 81-65 Главмоспромстройматериа - лы) могут применяться при температуре до 400°С. Онн изготавливаются различных размеров в зависимости от объемной массы марок 125, 150 и 200. По заказу потре­бителя могут изготавливаться с объемной массой до 250 кг/м3 толщиной 50—60 мм с уплотнением не более 10% под нагрузкой 0,02 кгс/см2.

Пухшнур нз минеральной ваты (ТУ 36-887-67) изго­тавливается в виде жгутов диаметром 20, 35 и 60 мм с оплеткой из оцинкованной проволоки, скрученной стек­лянной нити, в хлопчатобумажной н других оплетках. В ограждениях котлов шнур в металлической оплетке применяется только при температуре до 600°С, а из стек­лянных нитей —до 400°С. Марки шнура 200, 250 и 300 соответствуют его объемной массе, кг/м3. Коэффициент теплопроводности шиура при 25°С составляет около 0,06 ккал/(м ч-°С).

Маты минераловатные прошивные (ГОСТ 21880-76) изготовляются с обкладкой с одной или с двух сторон. Максимальная температура применения матов зависит от материала обкладки н составляет:

Материал обкладки Температура, °С

TOC o "1-3" h z Металлическая сетка. . . 600

Асбестовая ткань АТ-7 . 450

Ткань или сетка из стекла. 400

Асбестовая ткань AT-I. . 250

Маты выпускают следующих размеров:

Размеры мата, мм Допуск, мм

Длина. . . 1000—2500................................................ ±50

Ширина. . 500—2000 ................................................... ±20

Толщина . 40—100 .......................................................................... ±5

Объемная масса зависит от марки мата. Для марок 100 и 150 объемная масса, кг/м3, составляет соответст­венно 75—100, 126—150. Коэффициент теплопроводности при средней температуре 100°С лежит в пределах от 0,038 до 0,043 ккал/(м-ч.°С).

Минераловатные матрацы изготовляются обычно руч­ным способом любой формы, толщиной от 50 до 150 мм. При изготовлении вату уплотняют до половины своей первоначальной толщины, обкладывают металлической сеткой н прошивают проволокой. Так как минераловат­ные матрацы изготовляются более плотными, чем про­шивные маты, то нх коэффициент теплопроводности со­ответственно выше. При средней температуре 250°С он со­ставляет 0,14—0,15 ккал/(м-ч-°С) для матраца с объем­ной массой 300 кг/м3.

4—130 49

Стеклянная вата и теплоизоляционные изделия из нее

Вата получается из расплава специально приготов­ленной смеси из неорганических веществ. Волокна полу­чают путем раздува расплава нли обработкой в центри - • фуге. Различают два вида стеклянного волокна: шта­пельное длиной от нескольких миллиметров до 2 м и не­прерывное. Для теплоизоляции обычно используется штапельное волокно. Стеклянная вата ВТУ 11-54 состо­ит из перепутанных волокон с объемной массой не более 150 кг/м3 и коэффициентом теплопроводности около 0,05 ккал/(м-ч-°С) при температуре Ю0°С. Вату приме­няют обычно в качестве материала для изготовления те­плоизоляционных изделий. Маты и полосы объемной массой не более 170 кг/м3 применяют для рабочих тем­ператур не более 400—450°С. Стеклянное полотно (ткаиь) применяется для оклейки и уплотнения поверх­ностей ограждений (уменьшения газопроницаемости) и в качестве отделочного слоя. Вата каолинового состава (МРТУ 6-11-102-69) может применяться для изоляции поверхностей с температурой до 1100°С. Оиа выпускает­ся в ограниченном количестве и очень дефицитна. При­менение каолиновой ваты и изделий из нее в ограждени­ях котлов распространения не получило.

Диатомит и изделия из него

Различают диатомит — сырье и диатомитовые обож­женные изделия. Диатомит (трепел) — осадочная поро­да, состоящая в основном из кремнезема, применяется для изготовления теплоизоляционных материалов. Объ­емная масса в сухом состоянии ие более 800 кг/м3. Обож­женный диатомит — диатомовая крошка в виде зерен крупностью до 12 мм применяется для засыпной изоля­ции и в качестве заполнителя при приготовлении жаро­стойких термоизоляционных бетонов и растворов. Крош­ка выпускается с объемной массой 500 и 600 кг/м3 двух марок: 500 и 600.

Изделия диатомовые обжиговые (ГОСТ 2695-71) про­изводятся из смеси диатомита (трепела) с выгорающи­ми или порообразующими веществами. После формовки и сушки изделий производится их обжиг. Изделия вы­пускаются в виде кирпичей стандартных размеров, бло­ков, полуцилиндров и сегментов для изоляции трубопро­водов. Наибольшая температура применения диатомо­вых изделий 900"С. Теплопроводность диатомовых изделий при средней температуре 350°С колеблется от 0,11 до 0,23 ккал/(м-Ч'°С), а предел прочности на сжа­тие— от 6 до 10 кгс/см2. В зависимости от объемной массы и технологии производства изделия выпускаются следующих марок: пенодиатомовые ПД-350; ПД-400; диатомовые Д-500, Д-600 и трепельные '1 600 и Т-700. Номер марки примерно соответствует объемной массе изделий, кг/см3. Для изоляции в ограждениях котлов применяются изделия марок Д-500 и Д-600.

Известково-кремнеземистые изделия

Известково-кремнеземистые изделия (МРТУ 34-48- 4601-77 МЭ и Э СССР) изготовляют из смеси извести, кремнеземистого материала и асбеста, их формуют, под­вергают автоклавной обработке, сушке и механической обработке. Известково-кремнеземистые изделия (ИКИ) получили широкое распространение для изоляции кот­лов и трубопроводов. Изготовляются они в виде плит, полуцилиндров и сегментов. Для изоляции котлов при­меняют плиты с размерами 1000X500 мм, толщиной 75 и 100 мм. Предельная температура применения изделий 600°С; объемная масса (в сухом состоянии) не более 225 кг/м3, теплопроводность при 100°С примерно 0,062 ккал/(мч-°С). Предел прочности иа изгиб у изде­лий не менее 3 кгс/см2; изделия хорошо режутся и обра­батываются. Светловодским заводом для ограждений мощных котлов изготавливаются плиты ИКИ с до­полнительно нанесенным на них износоустойчивым слоем шамотобетона в 40 мм. В плиты заложена сталь­ная арматура, служащая для крепления плит к несуще­му каркасу, Общая толщина плиты с слоем шамотобето­на составляет около 200 мм. ИКИ с дополнительным сло­ем шамотобетона и арматурой для крепления очень удобны и экономичны для выполнения ограждений стен экранированных котлов и являются перспективным ма­териалом (см. гл. 5).

Вулканитовые изделия

Вулканит (ГОСТ 10179-74) получают из смеси изве­сти и асбеста путем формовании, автоклавной обработ­ки и сушки. Изоляционные плиты и полуцилиндры изго-

Тавливают двух марок 350 и 400 с объемной массой 350 и 400 кг/м3; плиты изготавливаются размером 500Х XI70 мм, толщиной 30, 40, 50 и 70 мм. Предельная тем­пература их применения ие более 600°С; коэффициент теплопроводности при 125°С лежит в пределах от 0,076 до 0,085 ккал/(м-ч-°С), а предел прочности при изгибе не менее 3,0—3,5 кгс/см2.

Совелитовые изделия

Совелит (ГОСТ 6788-74) —смесь солей углекислого магния и углекислого кальция с асбестом. Асбестовые изделия получают путем прессования и сушки смеси. Со­велитовые плиты изготовляются размером 500X170 мм, толщиной от 30 до 60 мм с интервалом через 10 мм. Пре­дельная температура применения совелитовых изделий 500°С. Однако практика показывает, что при длитель­ной работе с температурой более 450°С совелитовые из­делия меняют свою структуру, рассыпаются и ие допус­кают повторного использования при ремонтах. Совелито­вые изделия изготавливаются двух марок 350 и 400 с теплопроводностью от 0,078 до 0,082 ккал/(м-ч-°С) при 100°С и пределом прочности при изгибе от 2,0 до 2,2 кгс/см2. Недостатком изделий из совелита являются малая механическая прочность и хрупкость.

Совелитовый порошок (ТУ 36-131-69 ММС СССР) получается размолом разрушенных совелитовых изделий. Раствор совелитового порошка применяется в виде мас­тики для кладки плит и других изделий, заполнения не­больших трещин и пустот в совелитовой изоляции. Пре­дельная температура применения порошка 500°С, объем­ная масса в сухом состоянии около 250 кг/м3 и коэффи­циент теплопроводности при 25°С око^іо 0,08 ккал/(мХ Хч-°С).

Перлит и изделия на его основе

Перлит (ГОСТ 10832-74) — пористый вспученный материал в виде песка или щебня, получается при терми­ческой обработке дробленых вулканических стекол. В за­висимости от размера зереи перлит делится на следую­щие фракции: мелкий песок до 1,2 мм, крупный 1,2— 5 мм. Щебень мелкий 5—10 мм, щебень крунный 10— 20 мм. Перлитовый песок различных фракций примеия - ется в качестве заполнителя теплоизоляционных изде­лий, растворов и засыпной изоляции. Перлитовый ще­бень и крупный песок применяются для изготовления перлитобетонов. Температура применения вспученного перлита не более 800°С. Коэффициент теплопроводности перлитного песка колеблется от 0,045 до 0,06 ккал/(мХ Хч-°С) в зависимости от его объемной массы, составля­ющей от 100 до 250 кг/м3.

Вспученный перлитовый порошок (МРТУ 6-ЕУ-231-62) применяют в качестве засыпной изоляции, объемная масса порошка равна около 80 кг/м3, коэффициент теп­лопроводности при средней температуре 85°С не более 0,027 ккал/(м-ч-°С).

Перлитовые изделия на керамической связке (ГОСТ 21521-76) получают путем формовки перлитовой и глини­стой смеси, сушки и обжига. Предельная температура применения 900°С. Изделия изготавливаются четырех марок: 250, 300, 350 и 400. Коэффициент теплопроводно­сти при 25°С в зависимости от объемной массы лежит в пределах от 0,065 до 0,09 ккал/(м-ч-°С); предел проч­ности на сжатие от 3,0 до 12,0 кгс/см2. Изделия изготав­ливаются в виде плит, скорлуп и сегментов. В ограждени­ях котлов применяются плиты размером 500X500 мм при толщине в 40 и 50 мм.

Перлитовые изделия иа цементной связке (ГОСТ 18109-72) изготовляются путем формовки смеси перли­тового песка, асбеста и цемента с последующей сушкой и твердением. Предельная температура применения пер - литоцементных изделий 600СС. В ограждениях котлов применяют только плиты с размером 500X500 мм при толщине 50 и 75 мм. Плиты имеют марки 250, 300, 350. Коэффициент теплопроводности при 25° С лежит в пре­делах от 0,06 до 0,07 ккал/(м ■ ч ■ °С), а предел прочности в зависимости от марки изделия составляет от 2 до 3 кгс/см2.

Перлитогелиевые изделия (ТУ-2-67 МЭ и Э) получа­ют промышленное распространение благодаря меньшей объемной массе и меньшему коэффициенту теплопровод­ности. Перлитогелиевые изделия изготовляют формовкой нз перлитового песка, асбеста, обработанного серной ки­слотой, и тонкомолотой силикатной глыбы с добавлени - I ем кремнефторнстого натрия. Изделия выпускаются двух I марок 200 и 250. Предельная рабочая температура их | применения 650°С. Коэффициент теплопроводности при

25°С составляет около 0,056 ккал/(м-ч-°С). Для ограж­дений котлов применяются плиты с длиной 490, 500 мм, шириной 360,500 мм и толщиной 50—75 мм. Из-за дефи­цитности изделий применение их ограничено.

Вермикулит и изделия из него

Вспученный вермикулит (ГОСТ 12865-67) представ­ляет собой сыпучий зернистый материал, полученный обжигом природной гидратироваииой слюды. В зависи­мости от размера зерен вермикулит делится на фракции: крупный 5—10 мм, средний 0,6—5 мм и мелкий до 0,6 мм; по значению объемной массы — на марки «100», «150» и «200». Коэффициент теплопроводности при 25°С колеб­лется в пределах от 0,055 до 0,065 ккал/(мч-°С). Вер­микулит применяется в качестве засыпной изоляции для неподвижных поверхностей с температурой до 1100°С и вибрирующих поверхностей — до 900°С и служит сырь­ем для изготовления изделий, бетонов и растворов.

Асбестовермикулитовые изделия (ГОСТ 13450-68) изготовляются путем формовки из смеси вспученного вермикулита с добавкой связующих веществ. В зависи­мости от объемной массы изделия выпускаются трех ма­рок: 250, 300 и 350, коэффициент теплопроводности асбе - стовермикулитовых изделий находится в пределах от 0,075 до 0,085 ккал/(м-ч-°С), предел прочности от 1,8 до 2,5 кгс/см2, температура применения 600°С. Для охлаж­дений котлов асбестовермикулит применяется в виде плит длиной 1000 и 500 мм, шириной 500 мм и толщиной в 40, 50, 80 и 100 мм.

При выборе изоляционных материалов необходимо учитывать все факторы. Длительный опыт эксплуатации котлов показывает, что из теплоизоляционных материа­лов, приведенных выше, могут быть рекомендованы сле­дующие: для изоляции в области высоких температур частей ограждений, выполняемых в виде кладки, — диа­томовый кирпич; для частей, выполняемых в виде моно­литного массива или сложной формы, — асбестодиато - мовый бетон, который может применяться в качестве промежуточного изоляционного слоя между жаростой­ким бетоном и изоляцией в тех местах, где по условиям рабочей температуры нельзя поместить более эффектив­ную изоляцию. В качестве высокоэффективной теплоизо­ляции рекомендуются совелитовые, минераловатные иа высокотемпературной связке и вулканитовые плиты. Ми­нераловатные плиты удобнее в монтаже, так как их раз­меры больше, обладают большей податливостью, менее хрупки и хорошо режутся. Совелитовые близки по своим показателям к вулканитовым плитам; те и другие дефи­цитны. Асбестовермикулитовые плиты дорогие, очень хрупки, а промышленное производство их ограничено; поэтому следует избегать их применения.

Для изоляции криволинейных поверхностей с нестан­дартными радиусами кривизны и некоторых испытываю­щих деформации узлов (углы топок с натрубной обму­ровкой) приходится применять минераловатные матра­цы, несмотря на их недостатки. В этих случаях матрацы должны быть очень тщательно изготовлены, плотно и равномерно набиты и хорошо прошиты. Толщина отдель­ных слоев матрацев не должна превышать 50 мм. Изо­ляцию матрацами следует производить в 2—3 слоя.

Помимо этих рекомендуемых материалов, выше были приведены показатели новых изоляционных материалов, которые получают распространение в связи с увеличени­ем их производства. К иим относятся перлитогелевые, известково-кремнеземистые плиты и асбоперлитовая изо­ляция, выполняемая методом напыления. Эти материа­лы имеют хорошие показатели, и стоимость их ниже. Од­нако известково-кремнеземистые плиты пока выпускают­ся в небольших количествах, перлитогелевые еще в меньших. Известково-кремнеземистые плиты и асбопер­литовая изоляции получили наибольшее распространение при выполнении ограждений мошных котлов.