Энергосберегающие свойства и термостабильность наружного тонкопленочного покрытия теплоизоляции на основе каучука СКЭПТ-ЭНБ холодной вулканизации

УДК 621.438

ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ СВОЙСТВА И ТЕРМОСТАБИЛЬНОСТЬ НАРУЖНОГО ТОНКОПЛЕНОЧНОГО ПОКРЫТИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ НА ОСНОВЕ КАУЧУКА СКЭПТ-ЭНБ ХОЛОДНОЙ ВУЛКАНИЗАЦИИ

И.А. ЗАКИРОВА, О.Р. КЛЮЧНИКОВ

Казанский государственный энергетический университет

Рассмотрено применение термостойкого тонкопленочного покрытия теплоизоляции на основе каучука СКЭПТ-ЭНБ. Представлены результаты экспериментальных исследований по определению плотности тепловых потоков и сопротивления теплопередаче теплоизоляционной конструкции при дополнительном использовании тонкопленочного покрытия. Даны выводы о повышении эффективности теплоизоляционной конструкции с тонкопленочным покрытием и о высокой термостабильности материала на основе каучука СКЭПТ-ЭНБ холодной вулканизации.

Ключевые слова: энергосбережение, тепловые сети, теплоизоляция, плотность теплового потока, сопротивление теплопередаче, термостабильность, тонкопленочное покрытие, каучук СКЭПТ-ЭНБ.

На сегодняшний день широкое применение нашли материалы на основе каучуков СКЭПТ (ЕРБМ), как в энергетике, так и в других отраслях, в качестве тепловой изоляции оборудования и трубопроводов, уплотнителей в пластинчатых теплообменниках, оболочек электрокабелей, гидроизоляции и т.д. [1].

Нами рассматривается вопрос применения тонкопленочного изоляционного покрытия на основе каучука СКЭПТ-ЭНБ в качестве покровного слоя традиционной теплоизоляционной конструкции трубопроводов тепловых сетей (минеральная вата и стеклопластик) для повышения эффективности теплоизолирующих свойств.

В связи с этим, при рассмотрении перспективного применения тонкопленочного покрытия проведены исследования по определению допустимых параметров эксплуатации, таких как величины плотности тепловых потоков д, проходящих через теплоизоляционную конструкцию трубопроводов, сопротивления теплопередаче Яо и уровень термостабильности.

Для определения величины плотности тепловых потоков д, проходящих через однослойные и многослойные конструкции, использовался прибор ИТП-МГ4.03 «ПОТОК» (пятиканальный, три датчика тепловых потоков и два датчика температуры), включенный в реестр средств измерений РФ.

Эксперимент проводился на установке, моделирующей участок изолированного трубопровода, в условиях естественного понижения температуры в диапазоне температур 90-60°С, состоящей из: 1 - цилиндрической стальной трубы ф57х3; 2 - стальной заглушки с прокладкой; 3 - минераловатной изоляции марки М-100 толщиной 60 мм; 4 - стеклопластика марки РСТ-140, на который наносится слой вулканизованной резиновой пленки СКЭПТ-ЭНБ толщиной 0,2-0,5 мм;

© И.А. Закирова, О.Р. Ключников Проблемы энергетики, 2013, № 1-2

5 - нагревательного элемента; 6 - трех датчиков теплового потока; 7 - двух датчиков температуры.

Способ установки трех датчиков теплового потока и двух датчиков температуры показан на рис. 1.

Л ,

П * АА

5 1 7 1 ----- 7

6

А

Рис. 1. Схема экспериментальной установки для определения плотности тепловых потоков через

теплоизоляционную конструкцию

В табл. 1 и 2 приведены данные изменения величин плотности теплового потока через теплоизоляцию модельного участка трубопровода с непокрытым и покрытым резиновой пленкой наружным слоем стеклоткани.

Таблица 1

С тонкопленочным резиновым пок рытием

Гв, °С 65 70 75 80 85

Гн, °С 31,3 31,8 32,7 33,1 34

q, Вт/м2°С 7,50 8,47 9,37 10,33 11,00

Таблица 2

Без внешнего тонкопленочного покрытия_

Гв, °С 65 70 75 80 85

Ъ, °С 29,4 30,2 31,5 31,3 32,1

q, Вт/м2°С 8,80 9,73 10,60 11,77 12,77

Как видно из табл. 1 и 2, использование тонкой резиновой пленки на поверхности стеклоткани приводит к снижению значений плотности тепловых потоков в среднем на 15%, в сравнении с обычной изоляцией.

В продолжение рассмотрения возможности применения тонкопленочного покрытия необходимо определить величину сопротивления теплопередаче Яо, как один из критериев оценки эффективности применения данного материала.

В данном случае сопротивление теплопередаче Яо характеризует способность материала оказывать сопротивление проходящему через него тепловому потоку и определяется для участка, имеющего равномерную температуру поверхности. Условия равномерного прогрева испытуемого участка трубопровода соблюдены в рамках эксперимента.

На основании полученных результатов плотности тепловых потоков произвели расчет величины сопротивления теплопередаче Яо по ГОСТ 26254. По полученным результатам построили график зависимости величины сопротивления теплопередаче от температуры (рис. 2).

а | 5 4,3 | 4,7 * £ 4-6 в? „

Ц и 4-5  4-4 ЯеГ 43 = - 4,2 * 4 1

-1

= ' 1 Е- 4 а  к- 5

5 7 0 7 5 3 0 3

I с тонкослойным резиновым покрытием  о ез внешнего тонкопленочного покрьпия

Рис. 2. График изменения величины сопротивления теплопередаче

Как видно из рис. 2, нанесение тонкопленочного покрытия приводит к увеличению величины сопротивления теплопередаче Яо теплоизоляционной конструкции на 0,5 м2-°С-Вт-1 (на 10-11 %).

Ранее были проведены исследования по определению уровня термостабильности модельных образцов СКЭПТ-ЭНБ методом термомеханического анализа (ТМА) на установке Тейтельбаума [2] при температуре более 350°С. Результаты исследований показали, что после охлаждения упруго-деформационные свойства образцов восстанавливались. Восстановление исходных физико-механических свойств говорит о потенциально высоком уровне термостабильности составов на основе СКЭПТ-ЭНБ.

Представилось интересным исследовать уровень термостабильности образцов СКЭПТ-ЭНБ в зависимости от температуры вулканизации и влияние ускоренного старения. Исследования проводились методом дифференциально-термического анализа (ДТА) на дериватографе Q1500D. Анализу подверглись: величины потерь массы -линия А; зависимость от температуры - линия В; протекающие тепловые эффекты -линия С, в результате экзотермических и эндотермических реакций, характеризующих процессы окисления и деструкции компонентов исследуемых образцов. Для оценки уровня термостабильности принята 10% потеря массы (7ст10/о). Точка и температура Гст10/о показаны пунктирной линией. На рис. 3 представлены ДТА кривые образцов в зависимости от способа вулканизации.

Л Т-, 10%

Анализируя данные дериватограммы, можно отметить, что величины Тст образцов, вулканизованных при температурах 75 и 150°С с дальнейшим ускоренным старением в термостате при температуре 150°С в течение 10 дней, составляют около 300°С, что подтверждает достаточно высокий уровень термостабильности составов СКЭПТ-ЭНБ вулканизованных как при 75, так и при 150°С.

По результатам анализа проведенных исследований можно сделать следующие выводы.

Наличие тонкопленочного покрытия традиционной теплоизоляционной конструкции трубопроводов тепловых сетей на основе СКЭПТ-ЭНБ приводит к снижению потерь тепла с поверхности изолированного трубопровода на 15% и, как следствие, к увеличению сопротивления теплопередаче тепловой изоляции.

TG, %

т,'с

t,naac 0 10 20 30 40 50 60 70 80

а)

ТО SO

Lmhh

Рис. 3. Вулканизация состава СКЭПТ-ЭНБ при температуре: а) 75°С; б) 150°С. Вулканизат термостатировали в термостате при температуре 150°С в течение 10 дней

Материал на основе СКЭПТ-ЭНБ обладает высокой термостабильностью, что обеспечивает длительный срок его эксплуатации и возможность осуществления вулканизации покрытий в полевых условиях.

Summary

The application of heat-resistant thin-film coating on base on rubber EPDM-ENB is considering. The results of experimental studies to determine the density of the heat flow and thermal resistance of the thin-film coating of particular insulating design are shown. Thermal insulation properties improvement of thin-film coatings on base on low temperature cured rubber EPDM-ENB is proved by experiments.

Keywords: energy sustainability, heating pipe systems, thermal insulation, heat flux, thermal resistance, thermal stability, thin film coating, rubber EPDM-ENB.

Литература

1. Энциклопедия полимеров // Коллектив авторов. Том 3. М.: Советская энциклопедия, 1977.

2. Ключников О.Р., Закирова И.А. Защитное покрытие на основе этилен-пропилен-диенового эластомера холодной вулканизации для локального ремонта гидро- и электроизоляции // Энергетика Татарстана. 2010. №4. С. 21-24.

Поступила в редакцию 23 октября 2012 г.

Закирова Ильмира Асхатовна - старший преподаватель кафедры «Энергообеспечение предприятий и энергоресурсосберегающих технологий» (ЭЭ) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел.: 8 (843) 519-43-21. E-mail: ilmira-07@mail.ru.

Ключников Олег Романович - д-р хим. наук, профессор кафедры Энергообеспечение предприятий и энергоресурсосберегающих технологий» (ЭЭ) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел.: 8 (843) 519-43-21. E-mail: olegkgeu@yandex.ru.