Теплоизоляционные работы

«Состояние тепловой изоляции на электростанциях РАО «ЕЭС России» и рекомендации по устранению имеющихся недостатков»

1. Введение.

ОАО «Фирма Энергозащита» является правопреемником ВПСМО «Союзэнергозащита» и выполняет теплоизоляционные, химзащитные и обмуровочные работы на тепловых и атомных электростанциях с 1966 года, то есть, практически полвека. Сейчас организация насчитывает около 6000 работников, занятых в 30 управлениях по всей России, на 4 заводах и в Проектно-конструкторском бюро, а также тесно связана через Ассоциацию «Энергозащита» со своими бывшими подразделениями в странах СНГ.

Помимо этого, в составе фирмы есть Испытательный центр теплоизоляционных материалов и конструкций (Аттестат аккредитации испытательной лаборатории Госстандарта № РОСС RU.9001.22СЛ60 от 24 июня 2002 г., зарегистрирован в Государственном реестре испытательных лабораторий под №007137, а также прошедший сертификацию по системе сертификации в электроэнергетике «ЭНСЕРТИКО». Сертификат № 000046 от 16.12.2003 г., регистрационный номер ПР0043161203).

Нижеследующая оценка состояния тепловой изоляции сделана по результатам обследования изоляции и обмуровки 80 энергоблоков, или, приблизительно, 10% всех теплоэнергетических мощностей России, обследованных Испытательным Центром «Фирма Энергозащита» с 1982 года по 2002 год.

2. Нормативная база

Нормативная база энергосбережения в части, связанной с тепловой изоляцией энергетического оборудования и обмуровкой энергетических котлов следующая.

Исполнение тепловой изоляции производится по проекту, который составлен на базе норм:

до 1990 года ведомственных («Правила технической эксплуатации электростанций и сетей», М., изд. «Энергия», 1977 г.) - температура поверхности не свыше 45?С для оборудования и трубопроводов с теплоносителем до 500?С, при более высоких температурах теплоносителя - не свыше 48?С, тепловой поток с поверхности по табличным значениям (для обмуровки - не более 349 Вт/м2).

с 1990 года по нормам СНиП 2.04.14-88* “Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов” – температура поверхности в любых случаях не более 45?С, тепловой поток с поверхности по табличным значениям, которые, в среднем, на 56% жестче, чем ведомственные, которые использовались прежде.

При обследовании нормой тепловых потерь энергетического оборудования через изоляцию мы вынуждены считать норму, заложенную в проект при расчете толщины тепловой изоляции.

Блоков, введенных в России по проекту, выполненному после первого пересмотра норм в 1988 году всего несколько. Следовательно, заключение о состоянии изоляции и обмуровки при обследовании мы вынуждены делать по нормам, первое упоминание которых встречается в «Правилах технической эксплуатации» 1957 года, хотя и приводим справочные данные о сверхнормативных потерях по СНиП.

Как соблюдаются эти нормы тепловых потерь

На 80 обследованных блоках тепловые потери с поверхности изоляции соответствовали нормативам полувековой давности только у двух блоков – Берёзовской ГРЭС и ТЭЦ-27 «Мосэнерго» через 3-6 месяцев после пуска.

Структура и общая величина тепловых потерь через изоляцию и обмуровку

Тепловой паспорт любого блока показывает, что от 70 до 95% сверхнормативных потерь приходится на трубопроводы с температурой теплоносителя 400°С и выше. Самые неблагополучные на станциях, как правило, трубопроводы острого пара и горячего промперегрева, чьи сверхнормативные потери в зависимости от мощности блока (то есть, общей площади изоляции) составляют от 1 до 8 тысяч гигакалорий в год. Встречаются блоки с потерями до 20-25 тысяч гигакалорий в год.

Потери тепла с поверхности тепловой изоляции – это чистые деньги, общую сумму которых можно подсчитать, разделив величину потерь на теплотворную способность угля, газа или мазута и умножив на цену. Полученные усредненные величины сверхнормативных потерь по действующим нормам СНиП на 1 МВт мощности дали возможность произвести расчет сверхнормативных потерь на 140 млн. Квт действующих мощностей тепловых электростанций России через структуру потребления газа, мазута и угля. При ценах 2003 года на эти энергоносители потери через изоляцию и обмуровку мы оцениваем в три миллиарда рублей в год.

Существуют и другие негативные следствия плохой тепловой защиты: снижение маневренности блоков, надежности оборудования, дополнительные расходы на поддержание более высоких начальных параметров, например, острого пара и прочие.

3. Организация контроля за состоянием и ремонтом изоляции и обмуровки на тепловых электростанциях

В 1990 году было принято решение перейти с ведомственных норм тепловых потерь на нормы СНиП, и в апреле 1994 года первым вице-президентом РАО “ЕЭС России” был утвержден Эксплуатационный циркуляр Ц-01-94 (Т) “Организация контроля за состоянием и ремонтом тепловой изоляции оборудования тепловых электростанций в целях снижения потерь тепла и температур поверхности изоляции до нормативных значений” – обязательный к исполнению технический приказ.

Итоги полных десяти лет действия Эксплуатационного циркуляра показывают, что его основные положения выполняются частично или не выполняются совсем, а именно,

По п.1. Требование паспортизировать изоляцию.

Выполняется частично. За 10 лет организацией, имеющей аккредитацию Госстандарта России на проведение тепловых измерений, проведена паспортизация 40 блоков, что составило к настоящему времени с учетом ранее выполненных работ 80 блоков.

По п.2. Приоритеты при ремонте тепловой изоляции.

В большинстве случаев ремонт тепловой изоляции производится попутно при необходимости её вскрытия для ремонта основного оборудования.

По п.3 - особоважно директиве циркуляра

,

которой предписывается в процессе ремонтов перейти на нормы тепловых потерь, указанные в СНиП 2.04.14-88* “Тепловая изоляция промышленного оборудования и трубопроводов”. С 1994 года по 2003 год включительно системами и электростанциями единственной специализированной организации по проектированию изоляции и обмуровки был заказан всего один проект ремонта изоляции (Смоленская ГРЭС). Ремонты изоляции практически всегда производятся без теплового расчета или иной официально утвержденной проектной документации, что означает:

Помимо превышения ведомственных норм тепловых потерь в связи с естественной деградацией изоляционных материалов, десять лет продолжается воспроизводство изоляции, которая по проекту имеет тепловые потери в среднем на 56% больше, чем требуют того официальные нормы.

Вывод: Тепловая изоляция на тепловых электростанциях находится в неудовлетворительном состоянии. А требования циркуляра, направленные на исправление ситуации, не выполняются.

4. Материалы

В Приложении №1 к СНиП 2.04.14-88* “Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов”, в котором приведены расчетные характеристики теплоизоляционных материалов, из 16 позиций изделий, пригодных к использованию для изоляции энергетического оборудования, 7 позиций (в основном, жесткоформованные изделия) в настоящее время отечественной промышленностью либо не выпускаются совсем, либо производятся в количествах столь малых, что их можно исключить из рассмотрения. Следовательно, 44% изделий по номенклатуре на рынке в настоящее время отсутствуют.

Оставшиеся позиции представляют собой различные виды волокнистых изделий (из волокна базальтового, минерального, стеклянного, муллитокремнезёмистог

о).

Эксплуатация волокнистых изделий в качестве изоляции имеет ряд характерных особенностей, а именно

Стекловолокнистые изделия ограничены по применению температурой горячей поверхности 180°С.

Изделия из минеральной ваты с модулем кислотности ниже 1,8, область применения которых определена ГОСТ 4640-93 «Вата минеральная» 600°С, из-за рекристаллизации волокна в сочетании в вибрационным воздействием саморазрушаются в прилегающем к горячей поверхности слое, в результате чего конструкция сохраняет расчетные характеристики не более 3-6 месяцев на температурах 400°С и выше. Результат - повышение тепловых потерь в 2,5 раза через год. При меньших температурах горячей поверхности повышение теплопроводности за этот срок составляет до 30%. Соответственно, согласно п.2.12 СНиП их не следует использовать для оборудования и трубопроводов, подвергающихся ударным воздействиям и вибрации, к которым относится практически всё энергетическое оборудование

Изделия из базальтового супертонкого волокна и изделия из минеральной ваты энергетической с модулем кислотности 1,9-2,2 определены НИКИМТ (Научно-исследовательский и конструкторский институт монтажной технологии) как вибростойкие и рекомендованы к использованию на вибрирующем оборудовании. Область применения этих изделий определена в 700°С. Однако и этим изделиям свойственны те же процессы деградации (плюс железистый распад волокна у БСТВ), что и минеральной вате с модулем кислотности ниже 1,8. В результате повышение теплопроводности конструкций из этих изделий составляет до 25% через два-три года и продолжает возрастать при дальнейшей эксплуатации. Кроме того, отмечены многократные случаи укладки БСТВ на трубопроводы с объемной массой 60 кг/куб.м при обязательном минимуме в 80 кг/куб.м в связи с исключительной трудоёмкостью уплотнения этого упругого материала, в результате чего сразу после установки теплопроводность конструкции оказывается на 20% выше той, что заложена в проект.

Изделия из муллитокремнезёмистого волокна служат на энергетическом оборудовании неопределенно долго, поскольку их температуростойкость равна 1150°С, но имеют повышенное вибрационное уплотнение в процессе эксплуатации.

Вывод: Материалы, имеющиеся на рынке, не в состоянии обеспечить норматив тепловых потерь в соответствии СНиП 2.04.14-88* “Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов” на нормативный срок службы в 10-15 лет за исключением комбинированной конструкции: муллитокремнеземистое изделие плюс прошивной мат из ваты минеральной энергетической базальтовой или плюс холст из базальтового супертонкого волокна.

На основании сделанного вывода:

Учитывая то обстоятельство, что в структуре сверхнормативных потерь изоляция горячих поверхностей с температурой 400°С и выше даёт 70-95% сверхнормативных потерь, а изоляция поверхностей с температурами ниже 400°С только 5-30%;

Принимая во внимание отсутствие на рынке каких-либо изоляционных материалов помимо волокнистых и фактически сложившуюся практику изоляции горячих поверхностей;

Зная о тяжелом материальном положении большинства АО “Энерго”:

В новом Циркуляре по тепловой изоляции нами было предложено:

Изоляцию поверхностей с температурами ниже 400°С и впредь производить изделиями из минеральной ваты с модулем кислотности ниже 1,8, увеличив толщину изоляционного слоя для конструкций на поверхностях 100-300°С до толщины, обеспечивающей норматив потерь по действующему СНиПу. Принять к сведению, но не предпринимать никаких действий в связи с тем обстоятельством, что тепловые потери с поверхности такой конструкции возрастут в процессе эксплуатации за 1-3 года на 30-50%.Направить все усилия и средства, связанные с тепловой изоляцией, на приведение в порядок изоляции поверхностей с температурами 400°С и выше ( на которую приходится от 70 до 95% сверхнормативных потерь с поверхности изоляции), для чего широко использовать конструкцию, основанную на комбинированном использовании двух материалов – на основе муллитокремнеземистого волокна в качестве первого защитного слоя в сочетании с волокнистыми материалами базальтового типа в качестве второго и последующих слоев. Ввести раздел об изоляционных материалах в Эксплуатационных циркуляр в качестве обязательного руководства при решении вопроса о замене изоляции при ремонтах.

Эта конструкция была предложена ещё в 80-х годах, но идея была дискредитирована из-за неправильного применения.

Был уложен материал МКРР-200 со связующим из полиэтилсилоксановой жидкости, в результате чего из-за химического воздействия жидкости в сочетании с температурой изделие осело и волокно охрупчилось.

Но работа в этом направлении была продолжена, и для проверки был заложен участок в 1990 году на Пермской ГРЭС на трубопроводе 545°С.

Анализ результатов натурных испытаний

Сорок процентов изоляции трубопроводов острого пара и горячего промперегрева (545оС) Пермской ГРЭС (два блока 800 МВт) выполнены в виде двухслойной изоляции из МКРР-130 и базальтового холста в 1996 году на основе рекомендаций Испытательного Центра ОАО «Фирма Энергозащита» и после проверки опытного участка, заложенного в 1990 году. В связи с тем, что участок 90 года был заложен станцией без протокола, отыскать его не удалось, поэтому для оценки эксплуатационных качеств был вскрыт участок изоляции, смонтированный в 1996 году на трубопроводе горячего промперегрева.

В результате обследования было установлено:

Конструкция толщиной 320 мм (два слоя МКРР-130 70 мм в деле, 7 слоев холста БСТВ 250 мм в деле) была смонтирована приглашенной небольшой фирмой, не имеющей опыта теплоизоляционных работ, с грубейшими отклонениями от правил монтажа, а именно, мат МКРР не был обтянут по трубопроводу, а холст БСТВ был установлен без уплотнения. Однако, несмотря на это, проверка аналогичных участков на работающем блоке позволила установить, что температура на поверхности изоляции не превышала норм СНиП (45°С);

За полные СЕМЬ лет эксплуатации, конструкция не претерпела каких-либо изменений структуры, что подтверждается данными лабораторных испытаний вырезанных на обследованном участке образцов. Следовательно, в полном объёме сохранилась теплозащитная функция конструкции. Однако следует отметить, что слой БСТВ, прилегающий к МКРР-130 охрупчился, потеряв до 90% прочности единичного волока, и при грубом обращении осыпается.

Принимая во внимание всё вышеуказанное, учитывая результаты натурных испытаний нами были проанализированы изоляционные конструкции, пригодные для изоляции поверхностей энергетического оборудования с температурами выше 400°С до максимальной температуры энергетического оборудования (545°С).

Анализ конструкций

СПКБ «Фирма Энергозащита» были рассчитаны толщины и определена стоимость на 01.09.2003 года, а Испытательным Центром дан прогноз сроков службы следующих используемых или допустимых к использованию изоляционных конструкций для поверхности с температурой 400°С и выше на примере трубопровода диаметром 325 мм (острый пар - самый протяженный трубопровод наиболее широко распространенного блока 200 МВт), а именно:

1. Конструкция №1. Изоляция матами БСТВ.

Для обеспечения действующей нормы СНиП требуется четырехслойная изоляция безобкладочными матами БСТВ, уплотненными до объемной массы 80 кг/куб.м с общей толщиной изоляционного слоя 320 мм при покрытии из алюминиевого листа. Стоимость такой конструкции (1 погонный метр в деле без НДС) - 4 396 руб. (здесь и далее цена на 01.2004 года).

Конструкция после демонтажа повторному использованию не подлежит (будет получена комовая вата, 25% по объёму которой будут полностью непригодны для дальнейшего использования).

Прогноз изменений эксплуатационных характеристик в процессе службы при строгом соблюдении правил монтажа (нормативное уплотнение):

при нормативных потерях в первые дни эксплуатации после трех лет эксплуатации превышение нормативных потерь на 25% и более при дальнейшей эксплуатации.

2. Конструкция №2. Изоляция матами БСТВ в обкладке из стеклоткани КТ-11 для обеспечения съёмности конструкции (например, для проверки металла и КИП).

Для обеспечения действующей нормы СНиП требуется четырехслойная изоляция матами БСТВ в обкладке из стеклоткани, уплотненными до объемной массы 80 кг/куб.м с общей толщиной изоляционного слоя 320 мм при покрытии из алюминиевого листа. Стоимость такой конструкции (1 погонный метр в деле без НДС) - 8 266 руб.

Конструкция может быть демонтирована и вновь смонтирована с потерей при каждой операции монтажа-демонтажа 25% по объёму.

Прогноз изменений эксплуатационных характеристик в процессе службы: при строгом соблюдении правил монтажа (нормативное уплотнение):

при нормативных потерях в первые дни эксплуатации после трех лет эксплуатации

превышение нормативных потерь на 25-30% и более при дальнейшей эксплуатации.

3. Конструкция №3. Изоляция из матов прошивных базальтовых энергетических (МБПЭ) Назаровского завода ТИиК (на основе ваты с модулем кислотности 1,8-2,2)

Для обеспечения действующей нормы СНиП требуется трехслойная изоляция матами прошивными базальтовыми энергетическими (МБПЭ) с общей толщиной 180 мм при покрытии из алюминиевого листа. Стоимость такой конструкции (1 погонный метр в деле без НДС) - 2083 руб.

Конструкция после демонтажа повторному использованию не подлежит (33% материала будут непригодны для дальнейшего использования).

Прогноз изменений эксплуатационных характеристик в процессе службы при строгом соблюдении правил монтажа (нормативное уплотнение):

при нормативных потерях в первые дни эксплуатации после трех лет эксплуатации превышение нормативных потерь на 25-30% и более при дальнейшей эксплуатации.

4. Конструкция №4. Изоляция из матов прошивных базальтовых энергетических (МБПЭ) Назаровского завода ТИиК (на основе ваты с модулем кислотности 1,8-2,2) в обкладке из стеклоткани КТ-11 для обеспечения съёмности конструкции (например, для проверки металла и КИП).

Для обеспечения действующей нормы СНиП требуется трехслойная изоляция матами прошивными базальтовыми энергетическими (МБПЭ) в обкладке из ткани КТ-11 с общей толщиной 180 мм при покрытии из алюминиевого листа. Стоимость такой конструкции (1 погонный метр в деле без НДС) - 7220 руб. Конструкция после демонтажа повторному использованию не подлежит (33% материала будут непригодны для дальнейшего использования).

Прогноз изменений эксплуатационных характеристик в процессе службы при строгом соблюдении правил монтажа (нормативное уплотнение):

при нормативных потерях в первые дни эксплуатации после трех лет эксплуатации превышение нормативных потерь на 25-30% и более при дальнейшей эксплуатации.

5. Конструкция №5. Комбинированная безобкладочная конструкция (Первый слой МКРР-130; второй слой – холст БСТВ).

Для обеспечения действующей нормы СНиП требуется два слоя изделий МКРР-130 из муллитокремнезёмистого волокна общей толщиной 40 мм и 3 слоя холста БСТВ (240 мм) с общей толщиной изоляции 280 мм при покрытии из алюминиевого листа. Стоимость такой конструкции (1 погонный метр в деле без НДС) - 4743 руб.

Демонтаж конструкции нежелателен. После аккуратного демонтажа изделия МКРР-130 будут пригодны для повторного использования. Прилегающий к МКРР-130 холст БСТВ (составляющий 25% от общего количества БСТВ конструкции) будет для дальнейшего использования непригоден.

Прогноз изменений эксплуатационных характеристик в процессе службы: без изменений в течении 10-15 лет.

6. Конструкция №6. Комбинированная конструкция в обкладке из стеклоткани (Первый слой МКРР-130 в КТ-11; второй слой – холст БСТВ в Т-23).

Для обеспечения действующей нормы СНиП требуется два слоя изделий МКРР-130 из муллитокремнезёмистого волокна в обкладке из стеклоткани КТ-11 общей толщиной 40 мм и 3 слоя холста БСТВ (240 мм) в обкладке из стеклоткани Т-23 с общей толщиной изоляции 280 мм при покрытии из алюминиевого листа. Стоимость такой конструкции (1 погонный метр в деле без НДС) - 6733 руб.

Подлежит демонтажу-монтажу неопределенно большое количество раз без учета человеческого фактора. С учетом человеческого фактора количество операций демонтаж-монтаж оценивается до 7-10 раз. После 2-3 операций по демонтажу-монтажу возможно возрастание потерь на 10-15%, из-за частичного разрушения слоя БСТВ, прилегающего к изделиям из МКРР-130.

Прогноз изменений эксплуатационных характеристик в процессе службы: без изменений в течении 10-15 лет.

7. Конструкция №7. Комбинированная безобкладочная конструкция (Первый слой МКРР-130; второй слой – маты прошивные базальтовые энергетические (МБПЭ) Назаровского завода ТИиК (на основе ваты с модулем кислотности 1,8-2,2)

Для обеспечения действующей нормы СНиП требуется два слоя изделий МКРР-130 из муллитокремнезёмистого волокна общей толщиной 40 мм и 3 слоя матов прошивных базальтовых энергетических (МБПЭ) Назаровского завода ТИиК (на основе ваты с модулем кислотности 1,8-2,2) (150 мм) с общей толщиной изоляции 190 мм при покрытии из алюминиевого листа. Стоимость такой конструкции (1 погонный метр в деле без НДС) - 3214 руб.

Демонтаж конструкции не желателен. После аккуратного демонтажа изделия МКРР-130 будут пригодны для повторного использования. Прилегающее к МКРР-130 волокно мата МБПЭ будет частично охрупчено и для дальнейшего использования этот мат будет пригоден только при чрезвычайно аккуратном обращении.

Прогноз изменений эксплуатационных характеристик в процессе службы: без изменений в течение 10-15 лет.

8. Конструкция №8. Комбинированная конструкция в обкладке из стеклоткани (Первый слой МКРР-130 в КТ-11; второй слой – маты прошивные базальтовые энергетические (МБПЭ) Назаровского завода ТИиК (на основе ваты с модулем кислотности 1,8-2,2) в обкладке из стеклоткани Т-2

3.

Для обеспечения действующей нормы СНиП требуется два слоя изделий МКРР-130 из муллитокремнезёмистого волокна общей толщиной 40 мм в обкладке из ткани КТ-11 и 3 слоя матов прошивных базальтовых энергетических (МБПЭ) Назаровского завода ТИиК (на основе ваты с модулем кислотности 1,8-2,2) (150 мм) в обкладке из ткани Т-23 с общей толщиной изоляции 190 мм при покрытии из алюминиевого листа. Стоимость такой конструкции (1 погонный метр в деле без НДС - 4269 руб. Подлежит демонтажу-монтажу неопределенно большое количество раз без учета человеческого фактора. С учетом человеческого фактора количество операций демонтаж-монтаж оценивается до 7-10 раз. После 2-3 операций по демонтажу-монтажу возможно возрастание потерь на 10-15%, из-за частичного охрупчивания волокна матов в слое, прилегающем к изделиям из МКРР-130.

Прогноз изменений эксплуатационных характеристик в процессе службы: без изменений в течении 10-15 лет.