НОВОСТИ И СТАТЬИ
TC Ceramic - истоки (часть 1.)
Часть.1.
Изучая критические статьи в различных научных журналах, периодических или рекламных изданиях как например «Поход жидко-керамического «супертеплоизоляционного» покрытия по тепловым сетям России, это относится и к другим подобным статьям, следует отметить, что:
так написано в статье:
Вначале 1970-х гг. в США было разработано специальное жидко-керамическое теплоизоляционное покрытие (ЖКП) марки «Thermal-Coat», в состав которого входили наполнители – вакуумированные стеклянные микросферы и оксиды металлов (кремния, титана, кальция и цинка). В роли связующего были выбраны латексы бутадиенстирольных и винилакриловых полимеров.
ЖКП предназначались для нанесения на поверхность летательных аппаратов с целью защиты, как от воздействия космической радиации, так и от температурных градиентов, имеющих место внутри объектов управления. Из-за низкой механической прочности и износостойкости ЖКП сверху покрывалось металлической конструкцией для исключения прямого контакта с окружающей средой космоса. С 1995 г. компания, производящая покрытие марки «Thermal-Coat», стала расширять область применения ЖКП, решив производить его новую марку «ТМ» для применения на трубопроводах, котлах, кораблях, а также на промышленных объектах и в частных домах. В зависимости от цели и назначения подбиралась толщина послойно нанесенного покрытия [1]. Позднее, после появления первой открытой публикации о ЖКП аналогичные материалы появились в России. В НПО «Специальные технологии» было разработано ЖКП под названием «Изоллат» [2], далее вариант комбинированной теплоизоляции ЖКП с пенополиуретаном (ППУ) в гидрозащитной оболочке – в ЗАО «Петерпайп» [3]. Поход ЖКП по России начался в 2001-2002 гг., а более широкую известность покрытие получило после того, как ЗАО «Предприятие Итиль» (г. Волжский, Волгоградская обл.) разработало технические условия на его применение в РФ (ТУ 5768-001-54965774-2004).
Данная информация не соответствует действительности.
Жидкие керамические теплоизоляционные материалы (ЖКТм) были разработаны в СССР ещё в конце 60 –х начале 70- х годов и имели название «Изделие №…». В конце 90 - х годов, ЗАО «Предприятие Итиль» стало эксклюзивным представителем американской компании Capston Manufacturing LLC, производителя ЖКТм «Thermal Coat», на территории СНГ. В 2001 году на территории Украины, по рекомендации « …Итиль», такими же правами обладала ООО « Украинская компания термоизоляционных материалов». Первые ТУУ 26.2-31797789-001-2002 на «Thermal-Coat», были разработаны в 2002 году. На тот период на территории СНГ существовало два материала с похожими характеристиками – Термо Шилд и «Thermal Coat» , а в 2004 - 2005 годах появились аналоги только уже отечественного производства.
Теперь все по порядку.
О характеристиках ЖКП
В нормативно-технической документации (ТУ и инструкциях по применению) очень часто приведены противоречивые сведения о значениях параметров ЖКП. Так, например, указанная теплопроводность составляет λ=0,01 Вт/м.ОC, но есть ссылка с оправдательным заключением, что в связи с отсутствием методик для определения коэффициента теплопроводности тонких и сверхтонких образцов введено понятие расчетной теплопроводности. Интересно знать, почему нельзя получить толстые образцы, если это необходимо?
Для информации: методические ремендации были разработаны в 2002 году и называются «Методические рекомендации постановки опыта и теоретического расчёта коэффициента теплопроводности для сверх тонкого теплового изолятора». Методические рекомендации содержат указания по определению теплотехнических характеристик любых тонких и сверх тонких тепловых изоляционных материалов. Так же рекомендации содержат указания по проектированию тепловой изоляции наружной поверхности оборудования, трубопроводов и строительных конструкций. Выполнение данных рекомендаций обеспечит соблюдение обязательных требований к теплозащите тепловых сетей, технологических трубопроводов и строительных конструкций при строительстве, капитальном ремонте и эксплуатации теплоизоляционной конструкции, установленных действующим СНиП 2.04. 14 - 88* "Тепловая изоляция оборудования трубопроводов".Решение вопроса о применении данного документа при проектировании и строительстве конкретных зданий и сооружений относится к компетенции проектной или строительной организации. В случае если принято решение о применении настоящего документа, все установленные в нем правила являются обязательными. Частичное использование требований и правил, приведенных в настоящем документе, не допускается.
Методические рекомендации составлены с ориентацией на применение высокоэффективных утеплителей на основе новых норм плотности теплового потока через изолированную поверхность оборудования, трубопроводов и строительных конструкций, введенных постановлением Госстроя России от 31. 12. 97 г. № 18 - 80.
В разработке Методических рекомендаций принимали участие:
В ТУ приводится и другое значение расчетной теплопроводности, равной λ=0,001 Вт/м.ОC.
Как она рассчитывается? Если через термическое сопротивление R=d/λ, где d – толщина покрытия, то при какой толщине покрытия? Далее приведена теплопроводность λ=0,1 Вт/м.ОC и термическое сопротивление R=0,4 м2.ОC/Вт. Здесь также непонятно, при какой толщине изоляции и теплопроводности сделан расчет?
Если значение теплопроводности, полученное расчетным путем, не соответствует действительно существующим в природе материалам, то это означает, что методика расчета неправильная. Известно, что газообразные продукты имеют более низкую теплопроводность, чем твердый материал. Среди газообразных веществ лидером по низкой теплопроводности является элегаз (λ=0,016 Вт/м.ОC).
Методические рекомендации отвечают на эти вопросы.
Условия нанесения ЖКП и температурный диапазон эксплуатации
По вопросу диапазона температуры при нанесении покрытия на поверхности в упомянутых ТУ есть указания: от +10 до +93 ОC и от +7 до +150 ОC, а в инструкции по нанесению изоляции указан диапазон от +7 до +180 ОC. А что реально? Реальная максимальная температура различных поверхностей для нанесения рассматриваемой изоляции была нами установлена на лабораторном стенде и составляла от +15 /+20 ОC до +80 ОC. Выше этой температуры ЖКП превращается в рыхлое и неплотное покрытие, в котором трудно контролировать толщину изоляции; на поверхности появляются комки с коагулированного латекса. То же самое о температурном диапазоне эксплуатации ЖКП. В преамбуле к ТУ о применении на трубопроводов с ЖКП есть указание: от –43 до+260 ОC. В том же ТУ (в таблице «Основные технические показатели») область рабочих температур определена: от –43 до +180 ОC, однако далее (Приложение «Характеристики покрытия») температура эксплуатации: от –60 до +204 ОC.
«Супернизкая» теплопроводность ЖКП (λ=0,001 Вт/м.ОC) и высокая эксплуатационная температура Тэксп.=+260 ОC вызвали среди многих специалистов не только большой интерес, но и сомнение в возможности существования такого рода материала. Другой немаловажной характеристикой теплоизоляционного материала является его теплостойкость. Здесь без высокого драматизма рекламодатели не обошлись, оценивая эксплуатационную температуру ЖКП – Тэксп.=+260 ОC.
Объединять эти понятия – нанесение и диапазон эксплуатации, как минимум не корректно.
Рассмотрим эти вопросы, как выражается автор, по порядку:
Для композиционных материалов, содержащих полимерные латексы, такая температура, характеризующая их теплостойкость, является очень высокой, в связи с чем вызвала у нас некоторые сомнения. Проверка теплостойкости показала, что ЖКП имеет теплостойкость +145/+150 ОC, а долговечность составляет 10 лет. В аналогичных условиях ресурс эксплуатации ППУ-изоляции составляет 10-15 лет [4]. Лучшим подтверждением относительно низкой температуры эксплуатации ЖКП, чем регламентируемая в ТУ и информационно-рекламной литературе, являются результаты термогравиметрического анализа (ТГА) материала, полученного на дериватографе при скорости нагрева образца на 1 ОC/мин. Подъем температуры с относительно низкой постоянной скоростью позволяет фиксировать потери массы ЖКП уже при температурах в области +128÷+130 ОC. Далее, при подъеме температуры до +150 ОC потеря массы составляет 8-10%. Возможно, это выделение остатков воды и низколетучих продуктов, находящихся в не высушенном покрытии, т.е. предполагается, что они не являются продуктами деструкции. При дальнейшем повышении температуры до +165 ОC потеря массы становится существенной и составляет ~18%, что явно свидетельствует о протекании термоокислительной деструкции в материале связующего. Процесс разложения материала с повышением температуры от +170 ОC до +180 ОC происходит с постоянной скоростью, а потери массы при этом достигают 22-26%, что означает практически полную потерю им физико-механических свойств. Выделяющиеся газообразные продукты неизвестного состава имеют характерный ядовитый запах. Таким образом, проверка термического воздействия на ЖКП одним из наиболее чувствительных методов (метод ТГА) показала, что «супертеплоизоляционный» материал «Thermal-Coat» имеет достаточно низкую эксплуатационную температуру по сравнению с рекламируемой. Попытка расширения области применения материала без предварительно подтвержденных данных о его свойствах не может привести к успешным конечным результатам. Разработчики ТУ и рекламодатели несут ответственность в случае обнаружения серьезных нарушений по части эксплуатационных характеристик. Есть один такой пример «криминального характера», который возможно скоро станет общеизвестным. Речь идет о пожарной безопасности ЖКП. Российские «толкатели» этого материала по тепловым сетям, имея в наличии различные сертификаты соответствия, в том числе и сертификат пожарной безопасности, очень серьезно ввели в заблуждение многих руководителей теплоэнергетического комплекса России, которые решили применить у себя указанный «суперматериал» не только для изоляции трубопроводов в относительно замкнутом пространстве с температурой теплоносителя от +80 до +180 ОC, но и в открытом – контактирующем с атмосферным воздухом. У рекламодателей, вероятно, очень «короткая память» – они категорически игнорируют истинное предназначение ЖКП с учетом его низких физико-механических свойств (см. начало статьи). На некоторых объектах энергетического комплекса указанная теплоизоляция была нанесена на поверхности трубопроводов в помещениях котельных, где не только запрещено использование сгораемых теплоизоляционных материалов (например, ППУ), но и использование в качестве гидрозащиты оболочки из оцинкованной стали, которая служит источником образования статического электричества. Потратив миллионы государственных средств, заказчики получили теплотрассу, не отвечающую требованиям СНиПа. Суть этого факта заключается в следующем:
совершены две недопустимые и непоправимые ошибки.
Первая ошибка: поверив компании, гарантирующей огнезащитную безопасность ЖКП (в частности, по степени сгораемости ЖКП в соответствии с ТУ относится к категории трудно сгораемых материалов Г1), без предварительной проверки покрытия начали его эксплуатацию.
Нетрудно предположить, что, если композиционный материал в своем составе содержит более 20% сгораемых органических полимеров, как например, бутадиенстирольные и винилакриловые латексы, то вряд ли он может быть трудносгораемым. Возможно придание трудносгораемости композициям путем введения в их состав 30- 40% хлор-, азот- или фосфорсодержащих антиперенов, способных поглощать кислород из окружающей среды и препятствующих при этом процессу горения. В лабораторных условиях экспресс-методом нами дана оценка горючести ЖКП с использованием «огневой трубы» [5]. Образец в виде пластин толщиной 1,2 мм, высушенный по рекомендуемой технологии, шириной 12×14 мм и высотой 60-80 мм был зафиксирован в вертикальном положении в огневой трубе – это вариант испытания теплоизоляторов «обвёрточного» типа. Для информации автора: -ЖКТи испытываются на горючесть по ГОСТ 30244-94 « Строительные материалы. Методы испытания на горючесть». По этой методике ЖКТм наносится слоем 1,5 -2,0 мм на асбестоцементные листы размерами 1000 х 190 мм толщиной 10 мм и вводят их в термокамеру. По подобным методикам и по соответствующим ГОСТам, проводится испытание на воспламеняемость и дымообразование, и не так, как описывает автор статьи. В результате получен такой результат).
образцы для Источником пламени служила спиртовая горелка [6].Как ещё не зажигалка? Образец предварительно взвешивали, поджигали, начиная с нижней части, с помощью горелки. Затем горелку удаляли и замеряли продолжительность его самостоятельного горения или тления. После этого образец снова взвешивали. Горючими считают те материалы, которые теряют при горении более 20% массы, и продолжают гореть после удаления горелки более минуты. К трудносгораемым относятся материалы, которые теряют менее 20% массы и горят самостоятельно после прекращения подачи огня не более 30 с. В составе сгораемых продуктов, взятых на хромотографический анализ, наличие каких ни будь антипиренов не обнаружено. Результаты проверки сгораемости приведены в табл. 1
Результаты, приведенные в табл. 1, показывают, что ЖКП по горючести относятся к группе «горючих – Г4», а не к Г1, как указано в ТУ. Использование ЖКП как средства теплоизоляции трубопроводов в помещении котельной – грубейшее нарушение! Главное даже не в том, что ЖКП имеют горючесть Г4, а неправильное информирование потребителей об их свойствах, приводящее к заблуждению многих специалистов и, как результат, нанесение некачественной теплоизоляции на трубопроводы. Возможно, теперь потребители будут более внимательно и осторожно относиться к выбору новых теплоизоляционных материалов.
(часть1. продолжение следует).
При необходимости мы можем предоставить всю нормативную и техническую документацию по данному вопросу.
тел. 099-117-1921, 068-394-3878 (Вайбер)
С Уважением Новиков П.Н. - Технический директор ООО ГК « УкрИзоПром»
tсceramic1@mail.ru
литература:
1. Thermal-laat – Прорыв термоизоляционных материалов. ООО «Термо-Лайн», 2004.
2. Термоизоляционный жидкокерамический материал. ТУ 2216-001-59277205-2002.
3. Трубный элемент с комбинированной теплоизоляцией в гидрозащитной оболочке. Патент РФ 49167. Б.И. № 31, 2005.
4. ГОСТ 30732-2004.
5. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Система стандартов безопасности труда. ГОСТ 12.1.044-89. М. С. 5.
6. Кодолов В.И. Горючесть и огнестойкость полимерных материалов. М.: Химия, 1976.
7. Игнатов А.А., Ширинян В.Т., Кривогин А.Н. и др. Применение комбинированной теплоизоляции при производстве элементов трубопроводов с сохранением традиционной технологии «труба в трубе» для транспортировки теплоносителя с повышенной температурой // Теплоэнергоэффективные технологии. 2006. № 3. С. 25-29.