ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЕ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОЕ ПОКРЫТИЕ ДЛЯ СТАЛЬНЫХ ТРУБНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
HIGH-TEMPERATURE HEAT INSULATING COATING FOR STEEL TUBE ELEMENTS

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к теплоизоляции стальных трубных элементов теплотрассы, эксплуатируемых без гидрозащитной оболочки, а также энергоэффективной и энергосберегающей технологии в области теплоснабжения.
Известно теплоизоляционное покрытие для стальных труб, включающее жидкокерамическую основу с микросферами диметром 15-150 мкм, и способ его формирования, включающий нанесение покрытия на стальную трубу и последующую сушку (см. патент RU 2352601, опубл. 20.04.2009). Недостатком известного покрытия является его недолговечность, связанная с несоответствием термического расширения покрытия термическому расширению трубы.
Задачей заявленного изобретения является устранение указанного недостатка. Технический результат заключается в увеличении срока службы покрытия и снижении вредного воздействия на организм человека и окружающую среду. Поставленная задача решается, а технический результат достигается в части устройства тем, что в теплоизоляционном покрытии для стальных трубных элементов, включающем жидкокерамическую основу с микросферами диметром 15-150 мкм, эта основа состоит из негорючих неорганических компонентов, включающих (в массовых процентах): 0,4-0,6 аэросила, 6-8 вспученного перлита, 5-7 β-эвкриптита с отрицательным коэффициентом термического расширения, 0,8-1,2 молотой слюды, 2-4 оксидов кремния и/или титана, 18-20 стеклянных микросфер и 62,5-64,5 связующего в виде жидкого натриевого или калиевого стекла, причем покрытие выполнено толщиной 4-12 мм, и каждые на 4-5 мм покрытия содержат, по меньшей мере, 3 слоя армирующей стеклосетки.
На чертеже представлено предлагаемое покрытие.
Теплоизоляционное покрытие для стальных труб 1 представляет собой жидкокерамическую основу 2, проложенную для прочности армирующей сеткой 3. Покрытие выполняют толщиной 4-12 мм, и каждые на 4-5 мм покрытия содержат, по меньшей мере, 3 слоя стеклосетки толщиной 0,12-0,15 мм. Основа покрытия имеет следующий состав негорючих неорганических компонентов: 0,4-0,6 аэросила, 6-8 вспученного перлита, 5-7 β-эвкриптита с отрицательным коэффициентом термического расширения, 0,8-1,2 молотой слюды, 2-4 оксидов кремния и/или титана, 18-20 стеклянных микросфер диметром 15-150 мкм и 62,5-64,5 связующего в виде жидкого натриевого или калиевого стекла.
Предлагаемая система по коэффициентам термического расширения теплоизоляционного покрытия жидкокерамического происхождения соответствует подложке (стальная конструкция), на поверхность которой оно наносится. Такая система позволяет одновременно нанести слой покрытия толщиной 4-5 мм в отличие от существующих аналогичных жидкокерамических покрытий, где толщина одноразового нанесенного слоя изоляции составляет не более 0,3-0,4 мм. Применение армирующей стеклосетки при наборе толщины изоляционного слоя повышает надежность и долговечность покрытия, особенно при термоударах и повышенных температурах теплоносителя в условиях эксплуатации.
Главное достоинство предлагаемого покрытия состоит в использовании сбалансированного по коэффициентам термического расширения (КТР) состава изоляции и субстрата (стального трубного элемента или конструкции). Это достигается введением в состав покрытия наполнителя, имеющего отрицательный объемный КТР. По кристаллической структуре подобные наполнители имеют сходства с минералом нефелином, получаемого при высокотемпературной термообработке в вакууме, где происходит частичное вытягивание кристаллической решетки и увеличение ее объема.
-4
-5
-6
-4
В процессе формирования теплоизоляции на поверхности стальных трубных элементов существует большая разница между КТР подложки - стального элемента [α=(0,12-0,14)×10 1/°C] и изоляцией [α=(0,28×10-0,6×10) 1/°C]. Вероятно, это является главной причиной возникновения дефектов в процессе формирования изоляции - микротрещины в объеме и на поверхностных слоях, отрыв изоляции от поверхности субстрата и др. При сбалансированности КТР стальной конструкции и изоляции в пределах α≈0,2×10 1/°C, возможно увеличение толщины одноразового нанесенного слоя изоляции приблизительно в 15 раз при отсутствии вышеупомянутых дефектов.
2
Более того, предлагаемое покрытие кроме высокой механической прочности (прочность при сжатии 4-6 МПа, адгезионная прочность при отрыве изоляции от стальной поверхности 3-5 МПа, ударопрочность 7-8 КДж/м), низкой водостойкости 0,2% (объемная), имеет высокую устойчивость к радиации и к образованию грибков, плесени и гнили из-за содержания в составе природного антисептика - жидкого стекла, что положительно влияет на его эксплуатационные характеристики.
3
Наилучшими эксплуатационными характеристиками предлагаемое покрытие обладает при его формировании следующим образом. Покрытие с армирующей сеткой наносят на стальную трубу и сушат его по схеме: 2 часа при температуре 17-27°C, затем 4-6 часов при температуре 60-65°C и 2-4 часа при температуре 80-85°C. Или при температуре теплопровода 70-90°C наносят покрытие толщиной 4-5 мм и армирующую сетку. Через 10-15 мин операцию нанесения покрытия повторяют до набора необходимого слоя изоляции. После такой сушки предлагаемое покрытие имеет плотность 480-520 кг/м и теплопроводность при 100°C 0,038-0,041 Вт/м°C.
Перечисленные свойства предлагаемого покрытия изоляции с применением армирующей стеклосетки, а также технологические особенности его формирования позволяют эксплуатировать его без дополнительной гидрозащитной оболочки.