Учебное пособие 1805

УДК 622.69

С. Г. ТУЛЬСКАЯ, С. А. ПЕТРОВ АЛЬТЕРНАТИВНАЯ ТЕПЛОВАЯ ИЗОЛЯЦИЯ РЕЗЕРВУАРОВ

СПОМОЩЬЮ ЖИДКИХ КЕРАМИЧЕСКИХ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ

Теплоизоляция резервуара выполняет важные функции, от которых зависит работоспособность и экономичность многочисленных промышленных и энергетических комплексов эксплуатируемых в различных климатических условиях. Она предназначена для сохранения заданных температур, необходимых для стабильной и безопасной работы технологических установок.

В статье произведен анализ устройства тепловой изоляции резервуаров для хранения нефтепродуктов. Рассмотрена защита резервуаров от внешних воздействий.

Изложен самый эффективный и современный метод тепловой изоляции резервуара с помощью жидких керамических теплоизоляционных покрытий. Представлен принцип действия керамической жидкой теплоизоляции, а также рассмотрена технико-экономическая задача определения толщины тепловой изоляции резервуара.

S. G. TYLSKAYA, S. A. PETROV

ALTERNATIVE THERMAL INSULATION OF RESERVOIRSWITH LIQUID CERAMIC THERMAL INSULATION COATINGS

Insulation of the reservoir performs important functions that affect the performance and efficiency of numerous industrial and power complexes operated in various climatic conditions. It is designed to maintain a preset temperature required for stable and safe operation of process plants.

In the article the analysis of the device thermal insulation of storage tanks for petroleum products. Considered to protect the tanks from external influences.

Outlines the most efficient and modern method of heat insulation of the tank with liquid ceramic thermal insulation coatings. Presents the principle of operation of the ceramic liquid insulation, as well as considered the feasibility problem of determining the thickness of the heat insulation of the tank.

Ключевые слова: тепловая изоляция, жидкое керамическое покрытие, резервуар

Keywords: thermal insulation, liquid ceramic coating, tank

Введение

В энергосбережении большое значение уделяют вопросу теплоизоляции резервуаров предназначенных для хранения нефтепродуктов. Тепловая изоляция вертикального цилиндрического резервуара позволяет хранить сжиженные газы в изотермических хранилищах, снижать потери легко испаряющихся нефтепродуктов, создавать безопасные условия труда на производстве [1].

Теплоизоляция резервуаров выполняется различными способами и материалами (рис. 1):

• теплоизоляция из синтетических стеганных минеральных волокон или плит и обшивкой из металла. Плиты для теплоизоляции крепятся к приваренному на резервуар гори-

71

Научный журнал

зонтальному уголку с надежной фиксацией оцинкованной проволоки диаметром не меньше 1 мм при использовании листов обшивки из оцинкованной стали. Проволока из нержавеющей стали диаметром не менее 0,5 мм используется при обшивке листами из алюминия или листов имеющих полимерное покрытие. Теплоизоляционные плиты устанавливаются плотно встык. Крепежные проволоки располагаются на удалении не более 0,5 метров, при условии их расхода на одну сторону плиты не меньше двух.

•теплоизоляция плиточная или блочная с обшивкой из металла. Технология теплоизоляции резервуаров этим способом заключается в использовании сегментов или плит заводского исполнения. В основном этот способ применяют для теплоизоляции стационарных крыш резервуаров. Крепление плит осуществляется выше описанным методом с помощью проволоки или наносят тонкий слой полиуретанового клея на поверхность резервуара и затем приклеивают сегменты. Эти сегменты изготавливаются по форме крыши, а места их соединения запенивают полиуретаном такой же марки.

•использование полиуретана способом его заливки под установленную металлическую обшивку. Монтаж теплоизоляции на резервуар способом заливки производится с учетом климатических условий производства работ и согласовывается с производителем резервуара и заказчиком. Марка полиуретана должна иметь время застывания не меньше 40 сек. Технологический цикл заливки полиуретана проводят поэтапно, чтобы не деформировать обшивку от реактивных сил возникающих при вспенивании. Для использования этого способа должна быть высокая адгезия (более 1 кг/см²) к поверхности резервуара и обшивке. При нанесении полиуретана в местах его открытого взаимодействия с воздухом возникает защитная пленка исключающая проникновение осадков в полиуретан.

•напыление жесткого полиуретана. Работы по напылению проводят в несколько слоев после полного затвердения и остывания предыдущего слоя и появления на нем пароизоляционной пленки. Толщина одного слоя - 8-12 мм. Для защиты верхнего слоя от воздействий окружающей среды его подкрашивают в отражающий цвет или наносят на него пожаростойкое покрытие. В некоторых случаях для повышения устойчивости к механическому воздействию между слоями наносят укрепляющие элементы.

•теплоизоляция вспененным синтетическим каучуком. Вспененный синтетический каучук, имеющий поверхность с закрытыми порами, выпускается рулонами, которые приклеиваются к обработанной и загрунтованной поверхности резервуара при помощи специального клея. Стыковочные места проклеивают специальной теплоизоляционной лентой. После приклеивания его закрывают металлическими или полимерными покрытиями для защиты от механических повреждений.

•теплоизоляция с использованием жидких керамических материалов. Жидкое керамическое вещество наносится способом напыления на поверхность резервуара несколькими слоями и не требует первичной обработки поверхности резервуара. Толщина одного слоя

0,4-0,6 мм. Следующий слой наносится после полного (через 24 ч) высыхания первого. Температура окружающего воздуха при напылении должна быть в пределах 20 0С. Эксплуатационная температура теплоизоляции минус 47 - 260 0С.

72

Рис. 1 Принцип нанесение тепловой изоляции резервуара: а - теплоизоляция с использованием жидких керамических материалов; б - теплоизоляция из синтетических минеральных плит

Защита резервуаров от внешних воздействий

Резервуары используются в различных отраслях промышленности, энергетики и нефтегазового комплекса. Соответственно при теплоизоляции резервуаров приходится решать следующие задачи:

1.Первая задача теплоизоляции резервуаров – защита от перегрева солнечными лучами. Эта проблема возникает при эксплуатации резервуаров с нефтепродуктами (сырая нефть, мазут – резервное топливо, бензин, керосин, автомобильные масла). Темные и светлые нефтепродукты начинают испаряться при достижении начальной точки кипения в зависимости от вида нефтепродукта от 40 °С. В летний сезон вынужденные потери могут достигать 30 - 40 % от общего объема резервуара, особенно в жарких регионах, где металлические поверхности нагреваются до температуры выше 80 °С. Испарение нефтепродуктов приводит к экономическим потерям, связанным с ухудшением качества топлива: снижение октанового числа, снижение пусковых качеств топлива, увеличение нагарообразования; и физическим потерям топлива. Для предотвращения испарения углеводородов применяют целый комплекс мероприятий: устройство понтонов, дисков-отражателей, плавающих покрытий и других технических средств, в том числе теплоизоляция наружных поверхностей резервуаров.

2.Вторая задача теплоизоляции резервуаров – снижение уровня тепловых потерь. Защита от потерь тепловой энергии заключается в том, что в промышленности существуют задачи по поддержанию отдельных продуктов хранения с постоянной температурой. При нагревании данные продукты выделяют тепловую энергию, которая переносится на стенки резервуара, а затем излучается в атмосферу. Таким образом, происходит потеря тепла и снижение энергоэффективности данного процесса. Для целей снижения тепловых потерь на резервуарах производят устройство теплоизоляционных экранов, которые предотвращают потерю энергии.

3.Третья задача теплоизоляции резервуаров - защита от возникновения конденсата внутри резервуара. При разнице температур окружающей среды вне резервуара и температуры воздуха внутри резервуара, в частности когда температура вне резервуара меньше и металлические стенки резервуаров охлаждаются до температуры менее чем на 3°С от температуры точки росы, внутри резервуара происходит конденсация влаги, выделяемой воздушной средой резервуара, и осаждение влаги на стенках резервуара. Конденсированная влага попа-

73

Научный журнал

дает в продукт хранения резервуара, тем самым может испортить ее потребительские свойства. Решением также является качественная теплоизоляция резервуара.

Все выше перечисленные задачи можно решить с помощью применения технологии сверхтонкой жидкой теплоизоляции высокого качества. В настоящее время на Российском рынке жидкой теплоизоляции представленно порядка 8-10 жидких теплоизоляторов.

Принцип действия керамической жидкой теплоизоляции

Керамическая жидкая теплоизоляция внешне сопоставима с акриловой краской. Основа жидкой керамики – водно-акриловая смесь. Она обеспечивает равномерное распределение утепляющих компонентов по поверхности и способствует закреплению теплоизоляции (рис. 2). В качестве дополнительных компонентов в акриловое связующее могут вводиться различные добавки, улучшающие эксплуатационные характеристики материала. К наиболее популярным добавкам относят искусственные и натуральные каучуки, силикон и т.д. Основной компонент, отвечающий за снижения теплопотерь обработанной поверхностью – керамические гранулы, заполненные сильно разреженным воздухом. Микроскопические размеры гранул и практически идеальная сферическая форма обеспечивает возможность очень тонкого нанесения состава на стену.

Рис. 2 Принцип действия термокраски

Напыление жидкой теплоизоляции производится на конструкцию резервуара с наружной стороны при температуре изолируемой поверхности от 1 0С до 150 0С. Изолируемая поверхность не требует обработки грунтами.

Нанесение жидкого керамического покрытия производится безвоздушным оборудованием плунжерного типа (рис. 3). Покрытие послойное, толщина каждого технологического слоя 0,4-0,6 мм. Последующий слой наносится на предыдущий после высыхания. Время сушки технологического слоя не менее 24 часов при температуре 20 0С. Покрытие не требует защиты от атмосферных воздействий. Температура эксплуатации от -47 0С до 260 0С.

74

Рис.3 Схема покрытия жидкой теплоизоляцией

Использование сверхтонкой теплоизоляции позволяет минимизировать уровень теп-

где t – температура энергоносителя, 0С; t0 - температура окружающего воздуха, 0С; вн - коэффициент тепловосприятия стенкой, Вт/м2; н - коэффициент теплоотдачи от стенки в окружающую среду, Вт/м2; из - коэффициент теплопроводности теплоизоляции, Вт/м 0С; из - толщина изоляции, мм.

Определение толщины тепловой изоляции для резервуаров

Нанесение тепловой изоляции на резервуар позволяет уменьшить теплопотери в окружающую среду, но увеличивает стоимость конструкции [2]. В связи с этим возникает тех- нико-экономическая задача определения толщины тепловой изоляции для стенки из.стенки и

кровли из.кровли Решение оптимизационной задачи из условия минимума затрат на тепловую изоляцию позволяет получить оптимальные толщины

75

Научный журнал

где к - стоимость котельных установок со вспомогательным оборудованием и зданиям для них, отнесенная к 1 м2 поверхности нагрева котлов; 5 - заработная плата с начислениями, отнесенная к одному котельному агрегату; 6 - расходы на топливо, воду, смазку и т.д., отнесенные к единице поверхности нагрева котлов; Fкот - площадь поверхности нагрева одного котла; q - паросъем с 1 м2 поверхности нагрева котельного агрегата; iп - энтальпия пара; iк - энтальпия конденсата; n - коэффициент, учитывающий потери теплоты в паропроводе до резервуара; 1с , 1к - коэффициенты теплоотдачи от нефтепродукта к стенки и в газовое пространство резервуара; 2 , 20 - коэффициенты теплоотдачи от наружной поверхности изоляции на стенке и покрытии в окружающую среду; 3 - коэффициент теплоотдачи излучением;Т - разность средних температур нефтепродукта и воздуха; г - толщина газового пространства в резервуаре; экв - эквивалентный коэффициент теплопроводности газового пространства в резервуаре.

Вывод

В настоящее время высокоэффективными материалами, применяемыми в качестве теплоизоляции, являются жидкие керамические покрытия, имеющие низкую плотность и теплопроводность, широкий температурный интервал применения и продолжительный срок эксплуатации [3, 4, 5].

Применение керамической теплоизоляции позволяет повысить надежность и долговечность теплозащитной конструкции, снизить теплопотери и повысить производительность и санитарно-экологические условия строительно-монтажных работ.

Таким образом, научно-обоснованное применение керамических покрытий в качестве теплоизоляции является целесообразным и в ряде случаев необходимым решением для снижения теплопотерь, поддержания заданной температуры и экономичной работы технологического процесса производства.

Библиографический список

1.Гольянов, А. И. Газовые сети и газохранилища: учебник для вузов / А. И. Гольянов

–Уфа: ООО «Издательство научно-технической литературы», «Монография», 2004. – 303 с.

2.Тугунов, П. И. Типовые расчеты при проектировании и эксплуатации нефтебаз и нефтепроводов: учебник для вузов / П. И. Тугунов, В. Ф. Новоселов, А. А. Коршак, А. М. Шаммазов – Уфа: ООО «ДизайнПолиграфСервис», 2002. – 658 с.

3.Булыгина, С. Г. Учет теплозащитных характеристик спецодежды при моделировании теплообмена человека с окружающей средой / С. Г. Булыгина, О. А. Сотникова// Научный журнал. Инженерные системы и сооружения. - 2012. – № 1 (6). – С.60–70.

4.Кузнецова, Л. В. Энергосберегающая эксплуатация сооружений при эффективности при эффективной пассивной защите строительных конструкций / Л.В. Кузнецова, О.А. Сотникова // Безопасность жизнедеятельности. – 2009. - № 10. – С. 9-11.

76

Научный журнал

«Зеленое строительство»

УДК: 696.1

К.Н. СЛАДЧЕНКО, О.А. СОТНИКОВА

ЭКОНОМИЯ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ ПРИ ВОЗВЕДЕНИИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ЗДАНИЙ ВЫСОКИХ ТЕХНОЛОГИЙ

В статье представлены данные об использовании мировых водных резервов, проблема их истощения. Помимо этого выполнен анализ тенденций развития рационального современного водоснабжения высокотехнологичных домов.

K.N. SLADCHENKO, O.A. SOTNIKOVA

SAVING WATER RESOURCES DURING THE CONSTRUCTION AND OPERATION OF

HIGH-TECH BUILDINGS

The article presents data on the use of global water reserves the problem of their exhaustion. As the analysis of trends in the development of rational modern high-tech supply houses.

Ключевые слова: водоснабжение, высокотехнологичное строительство, ливневые стоки, зеленое строительство

Keywords: water supply, high-tech construction, storm water, green building

За последние 100 лет потребление пресной воды в мире увеличилось вдвое, и гидроресурсы планеты не отвечают такому быстрому росту потребностей человека. По данным Всемирной комиссии по воде (World Commission on Water), сегодня каждому человеку ежедневно требуется от 20 до 50 литров воды для питья, приготовления пищи и личной гигиены.

Изучая динамику истощения мировых резервов пресной воды, логично прийти к выводу, что необходима достойная альтернатива основным ее источникам: рекам, озерам, артезианским скважинам. Несомненно, не стоит упускать и тот факт, что высокотехнологичное здание должно быть запроектировано с учетом эффективного использования воды.

Рис.1 Доступные мировые ресурсы пресной воды к 2025 году.

Идея строительства высокотехнологичного дома с рациональным использованием водных ресурсов зародилась и впервые реализовалась в Европе. Как следует из официальных

78

Научный журнал

вые стоки лишены естественного слива; вода застаивается на поверхности кровли в виде луж, которые впоследствии являются местом скопления размножившихся бактерий. На любой покатой крыше можно оборудовать систему сбора воды с помощью конструкции, собранной из желобов, водосточных труб, соединителей и крепежных элементов. Таким образом, система сбора дождевой воды устанавливается на здания, имеющие односкатную или двускатную крышу с некоторым уклоном. Оптимальный вариант – от 10° и больше. По крутой крыше вода стекает намного быстрее, следовательно, она не успевает загрязниться. Однако необходимо помнить, что некоторые кровельные материалы имеют в своем составе вещества, отрицательно воздействующие на для здоровье человека, — медь, свинец, асбест. Нельзя собирать воду с крыш, покрытых асбестовым шифером или медной черепицей. Желоба и водостоки, содержащие медь или свинец, также недопустимы. Современные модульные водосточные конструкции из пластика абсолютно безопасны, к тому же они не только служат для сбора воды, но и являются декоративным элементом здания. Так же сохранят чистоту дождевой воды глиняная черепица, оцинкованный металл и модифицированный пластик, из которого производят современные водосточные конструкции. Относительно безопасны и битумные покрытия.

Дождевая вода, естественно, является слегка кислой (рН от 5 до 6) благодаря содержанию углекислого газа, присутствующего в атмосфере. Кислотность дождевых вод означает, что собранную воду не следует хранить в пластиковых или металлических бакахрезервуарах. Для домашнего использования идеальным вариантом материала для резервуара, где хранится дождевая вода, является бетон, керамика, глина. Они в свою очередь нейтрализуют естественную кислотность дождевой воды. Емкость для сбора воды не должна находиться под прямыми солнечными лучами, так как нагревание повлечет за собой стремительное разрастание водорослей и размножение микроорганизмов. Недооценивая значимость дождевой воды, люди часто ее используют лишь для полива огородов. Дождевая вода мягче водопроводной (поэтому в ней комфортно стирать и даже принимать душ), также ее удобно использовать для уборки помещений, мытья автомобилей.

В некоторых зданиях, дождевая вода обеззараживается, перерабатывается и для вторичного использования в областях, не требующих использования питьевой воды. Подобное решение помогает снизить уровень потребления пресной воды в городской сети, избегая при этом распространения загрязняющих веществ. Другой областью применения ливневых вод являются зеленые крыши, где решается проблема обеспечения городской среды зелеными оазисами. Преимущество зеленых крыш уже ощутили жители стран Европы. Обычная плоская кровля возвращает в атмосферу около 1% влаги, а эксплуатируемая зелена кровля возвращает в атмосферу более 60%. Озеленять можно как плоские, так и скатные кровли.

Рис. 3 Преимущество зеленой кровли над обычной плоской кровлей

Сегодня все необходимые предпосылки для создания зеленых кровель появились и в нашей стране. А именно:

80