Исследование процессов высыхания
пенополимерминеральной теплогидроизоляции
Умеркин Г.Х.,
д.т.н. ОАО «ВНИПИэнергопром»
Одним из основных методов изучения процессов тепловлагопереноса в теплопроводах является исследование полей температур, влагосодержания по сечению теплоизоляционного слоя и величины потока влаги в различные моменты времени в зависимости от влагосодержания , интенсивности теплового воздействия на различные типы изоляционных конструкций .
Таким методом удобно исследовать факторы, влияющие на скорость высыхания и увлажнения теплоизоляционных материалов с капиллярно-пористой структурой при различных условиях.
На рисунке 1 представлен общий вид разрезной неизотермической колонки , позволяющей проводить исследования , описанных выше процессов из одного опыта.
Нами были проведены исследования скорости высыхания пенополимерминеральной (ППМ ) изоляции при различных способах прокладки тепловых сетей.
Для всех испытуемых образцов ППМ изоляции создавался определенный температурно-влажностный режим, который отвечал условиям прокладки тепловых сетей.
Рисунок 1. Схема разрезной неизотермической колонки.
1- нагреватель; 2 – образец; 3 – климатическая камера; 4 – теплоизоляционный слой; 5 – металлический лист.
Установка состоит из термостата с нагревателем (1), тепло– и влагоизолированных образцов (2) , климатической камеры (3) , системы измерения и регулирования ( на рисунке не показана) .
Для изучения нестационарного процесса нагреваемые образцы рассматриваются как фрагменты одного образца, тепловлажностное состояние которого определятся в различные моменты времени теплового воздействия .
Исследования проводились следующим образом. Несколько образцов исследуемого материала увлажняли до определенного влагосодержания, затем их влагоизолировали по всей длине за исключением торцевых поверхностей .
Для замера температур по сечению образцов устанавливали термопары .
Образцы помещали в теплоизоляционный слой термостата (4) таким образом , чтобы один торец был плотно прижат к металлическому листу , прилегающему к нагревателям . Металлический лист (5) и нагреватели позволяли создавать одинаковую температуру на торцах всех образцов , прижатых к термостату , что позволило обеспечить одномерность потоков тепла и влаги в процессе эксперимента .
После установки образцов задавались определенные режимы в термостате ( Т1= 30- 200о С) и камере (Тн = 20- 53 при φ = 0,7 - 1 ) .
Через заданный промежуток времени образцы извлекали , не нарушая при этом заданного режима . Образцы разделяли на слои , которые влагоизолировали друг от друга и окружающей среды ,помещая их в бюксы , что исключало возможность перераспределения в них влаги . Взвешиванием затем полученных и высушенных образцов находили влагосодержание по сечению образцов на момент их снятия .
Этот метод позволил получать быстро и точно представление о развитии полей температур и влагосодержания в слоях ППМ изоляции для заданного тепловлажностного режима и следовательно прогнозировать кинетику высыхания ППМ , ее влажностное состояние после увлажнения при любых аварийных режимах, возникающих в эксплуатационных условиях.
На рис . 2 и 3 приведены кривые распределения влагосодержания в зависимости от времени по длине образца в ППМ изоляции . В обоих случаях φ=0,7 , температура воздуха 25о С .
Рисунок 2. Кинетика высыхания теплоизоляционного слоя ППМИ в неизотермической разрезной колонке, при температуре горячего конца 363К (90°C).
Рисунок 3. Распределение влагосодержания по длине образца ППМИ (γ=300 кг/м3) в неизотермической разрезной колонке при температуре горячего конца 363К (90°C). Начальная средняя влажность образцов при установке в колонку 12% (по массе).
На рисунке 4 представлено изменение во времени среднего влагосодержания ППМ изоляции ,увлажненной к началу эксперимента до влагосодержания 12% по массе (температура горячего конца 70о С ,температура воздуха 25 о С при φ = 0,7).
Характер полученных кривых позволяет заключить , что увлажненная ППМ изоляция быстро высыхает.
Рисунок 4. Распределение влагосодержания по длине образца ППМИ (γ=300
кг/м3) в неизотермической разрезной колонке при температуре горячего конца 343К (70°C). Начальная средняя влажность образцов при установке в колонку 12% (по массе).
Результаты натурных испытаний ППМ изоляции приведенные в таблице 1 также указывают на способность конструкции высыхать в процессе эксплуатации.
Таблица 1.
Место шурфовки | Длительность эксплуатации | Осмотр на коррозию | Влажность по массе, % | ||
грунт | изоляция | у трубы | |||
г. Дмитров | 9 лет | нет | 9,1 | 1,5 | 0,4 |
г. С.-Петербург | 20 лет | нет | 31,0 | 4,0 | 1,5 |
п. Пирочи, Коломенский р-н, Моск. обл. | 5 лет | нет | 27,0 | 1,22 | - |
г. Коломна, Московской. обл | 5 лет | нет | 36,0 | 2,33 | - |
Журнал «Новости теплоснабжения» № 11 2005,