Нормирование промышленной тепловой изоляции

Значение промышленной тепловой изоляции (ПТИ)

Тепловая изоляция выполняет важные функции, от которых зависит работоспособность и экономичность многочисленных промышленных и энергетических комплексов, административных и жилых зданий, эксплуатируемых в различных климатических усло-виях. Она предназначена для сохранения заданных температур, необходимых для стабильной и безопасной работы технологических установок, а также комфортабельных условий проживания и работы людей. 
В настоящее время высокоэффективными материалами, применяемыми в качестве тепловой изоляции, являются индустриальные полимерные материалы, имеющие низкую плотность и теплопроводность, широкий температурный интервал применения и продолжительный срок эксплуатации. Особенно высока их эффективность при использовании для изоляции технологического оборудования, резервуаров, трубопроводов, в том числе теплосетей. Применение полимерной 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 полимерных материалов в качестве теплоизоляционного материала является целесообразным и в ряде случаев необходимым решением для снижения теплопотерь, поддержания заданной температуры и экономичной работы технологического процесса производства. Областью применения полимерных теплоизоляционных материалов является также обеспечение пожарной безопасности. 

Нормы, регламентирующие применение материалов в конструкциях тепловой изоляции (КТИ)

В соответствии с требованиями НТД, использование теплоизоляционных материалов для промышленного оборудования основывается на нормировании их по горючести. Однако показатель горючести не исчерпывает пожарную опасность конструкции тепловой изоляции. Так, в процессе эксплуатации промышленных трубопроводов, аппаратов и оборудования из-за негерметичности фланцевых соединений и других причин негорючий теплоизоляционный материал, пропитываясь нефтепродуктом, становится горючим. Не-редки случаи, когда несгораемая минераловатная тепловая изоляция пропитанная, нефтепродуктом, самовозгорается и становится источником пожара. При этом в НТД не предусмотрены инженерно-технические мероприятия, предотвращающие возникновение и распространение горения по конструкции теплоизоляции. Один и тот же материал ведёт себя по-разному в зависимости от конкретных условий его использования, которые необходимо учитывать при выборе теплоизоляционного материала.

Рассмотрим нормативные документы тем или иным образом регламентирующие применение материалов в конструкциях промышленной тепловой изоляции.
ГОСТ 12.1.004-91 "Пожарная безопасность. Общие требования" определяет требования к системам обеспечения пожарной безопасности (СОПБ) объекта или сооружения. СОПБ включает системы предотвращения пожара (СПП), системы противопожарной защиты (СПЗ) и организационные мероприятия.
ГОСТ 12.1.044-89 ССБТ "Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения" устанавливает номенклатуру показателей пожаровзрывопасности веществ и материалов, описания установок и методы определения.
ГОСТ Р 12.3.047-98 "Пожарная безопасность технологических процессов" устанавливает общие требования пожарной безопасности к технологическим процессам различного назначения при их проектировании, строительстве, реконструкции, вводе в эксплуатацию, эксплуатации и прекращении эксплуатации, а также при разработке и изменении норм технологического проектирования и других нормативных документов, регламентирующих мероприятия по обеспечению пожарной безопасности на производственных объектах, при разработке технологических частей проектов и технологических регламентов.
ГОСТ 30244-94 "Материалы строительные. Методы испытаний на горючесть".
ГОСТ 30247-94 "Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Общие требования".
СНиП 2.04.07-86 "Тепловые сети". 
СНиП 2.04.08-87 "Газоснабжение".
СНиП 2.04.14-88 "Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов" является определяющим нормативным документом при проектировании тепловой изоляции наружных поверхностей оборудования, трубопроводов и воздуховодов в зданиях, сооружениях и наружных установках с температурой содержащихся в них веществ от минус 180 до плюс 600 ОС.
СНиП 2.09.03-85 "Сооружения промышленных предприятий" определяет типы резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов, требования к установкам тушения и охлаждения резервуаров, требования к технологическим люкам, плавающим крышам и понтонам.
СНиП 2.11.03-93 "Склады нефти и нефтепродуктов. Противопожарные нормы" определяет типоразмеры резервуаров, размещение резервуаров, а также требования к системам пенного тушения и водяного охлаждения.
СНиП 2.11.04-85 "Подземные хранилища нефти, нефтепродуктов и сжиженных га-зов" определяет требования к подземным хранилищам указанных продуктов, сооружаемым геотехнологическими и горными способами. Для теплоизоляции допускается применение только негорючих и химически стойких материалов.
СН 542-81 "Инструкция по проектированию тепловой изоляции оборудования и трубопроводов промышленных предприятий" 
Требования действующих нормативных документов исключают применение полимерных материалов в конструкциях промышленной тепловой изоляции.
В связи с изложенным для научно-обоснованного применения материалов возникает необходимость в разработке методики оценки пожарной опасности конструкций тепловой изоляции и их поведения в условиях, моделирующих реальный пожар и учитывающих эксплуатационные условия, которые в первом приближении авторами отражены в классификации промышленной тепловой изоляции.

Тепловая изоляция как способ обеспечения пожарной и экологической безопасности технологических установок

Известно, что при тепловом воздействии на технологические аппараты, оборудование и резервуары (цистерны, ёмкости и т.д.) независимо от вида продукта происходит повышение (приращение) парциального давления паров в паровоздушной среде. Особенно это опасно для легкоиспаряющихся продуктов, хранящихся в ёмкостях. При отсутствии дыхательной или предохранительной арматуры давление может возрасти до критического или предельно-допустимого, что может привести к разгерметизации. На практике происходит выброс или стравливание в атмосферу газовой фракции в виде предельных и непредельных углеводородов, что приводит к загазованности и повышенной пожарной опасности окружающей среды, а также большим потерям высококачественных продуктов. 

Так, за счет разогрева резервуара с нефтью РВС-5000 температурой окружающей среды и лучистой энергией солнца в течение года происходит выброс через дыхательный клапан только высокооктановой бензиновой фракции в количестве более 100 тонн.

Классификация промышленной тепловой изоляции

Применение материалов, используемых в конструкциях тепловой изоляции по показателям пожарной опасности производится также, как и для всех веществ и материалов. Номенклатура показателей пожарной опасности, а также методика их определения изложены в ГОСТ 12.1.044-89 и ГОСТ 30244-94
Однако, как было отмечено в разделе 3, необходимо рассматривать пожарную опасность КТИ с учётом эксплуатационные условий.
При разработке норм применения промышленной ТИ независимо от назначения (трубопроводы, аппараты или резервуары) необходимо учитывать методологию оценки пожарной опасности КТИ.

В связи с изложенным для научно-обоснованного применения материалов возникает необходимость в разработке методики оценки пожарной опасности конструкций тепловой изоляции, их поведения в условиях моделирующих реальный пожар и учитывающий эксплуатационные условия. 
Для определения предельного состояния КТИ (по распространению горения, достижения критической температуры на трубопроводе и особенности горения ТИ в зависимости от геометрического расположения) в условиях воздействия реального пожара были проведены натурные огневые испытания различных видов конструкций тепловой изоляции трубопроводов. Источником огневого воздействия был металлический поддон (противень) размером 8 х 15 м на полигоне в г. Грозном. В качестве горючей жидкости использовали дизельное топливо в количестве 9 м3. В процессе испытания замеряли тепловые потоки и температуры под тепловой изоляцией по длине (высоте) трубопроводов.
Результаты испытаний показали, что максимальный тепловой поток при горении дизтоплива на площади 120 м2 составил в среднем порядка 45-47 кВт м-2.
Результаты испытаний позволили сформулировать параметры и критерии дости-жения предельного состояния КТИТ и условия проведения маломасштабных испытаний ТИ трубопроводов, соответствующих условиям реального пожара. 

Экономические аспекты 

Экономический эффект, получаемый за счет применения тепловой изоляции, рассчитывается для каждого элемента теплоизоляции, а именно:
* трубопроводы (нефтепроводы, паропроводы, водопроводы, теплопроводы и т.д.);
* аппараты и оборудования:
* резервуары.

В соответствии с целевой федеральной программой (ФЦП) "Энергоэффективная экономика" на 2002-2005 гг. и на перспективу до 2010 г. предполагается при реализации подпрограммы "Энергоэффективность в ЖКХ" сэкономить 35-38 млн. тонн условного то-плива энергоресурсов стоимостью около 24 млрд. руб. (в ценах 2001г.). Экономический эффект после компенсации затрат на создание энергосберегающих мощностей может со-ставить порядка 14 млрд. руб. 
В настоящее время, по данным Чувашской Республики, экономия средств от без-аварийного срока службы трубопроводов составляет порядка 62 млн. руб. в год. Годовой экономический эффект за счет увеличения долговечности теплопроводов и сокращения теплопотерь составляет 0,46 млн. руб. на 1 км. трубопровода.
Экономическая эффективность применения тепловой изоляции на нефтяных резервуарах типа РВС-5000 позволяет, по данным Уфимского нефтеперерабатывающего завода, достичь положительных результатов при их эксплуатации, а именно:
улучшается экологическая обстановка в резервуарном парке за счёт ликвидации малых дыханий;
снижается коррозионный износ резервуара; 
улучшаются условия эксплуатации резервуара в зимний период за счет стабильно-сти температуры нефти, отсутствия образования снегового слоя с наледью;
для высокосернистых нефтей отсутствие образования пирофорных отложений, что в свою очередь приводит к увеличению технологического регламента по увеличению скорости откачивания нефти;
снижается пожарная опасность резервуара за счет отсутствия малых дыханий, от-сутствия образования пирофорных отложений на стенках резервуара, достижения в опре-деленной степени молниезащиты;
снижаются потери легких фракций нефтей;
при возникновении по каким-либо причинам пожара улучшаются тактические особенности их тушения.
Предварительные экономические расчеты позволили определить, что в процессе эксплуатации резервуара в течение года за счет малых дыханий происходит выброс в ат-мосферу более 200 тонн в год высокооктановой бензиновой фракции ( кроме ксилола, то-луола, углеводородов, сероводорода и керосина - порядка 100 тонн), что составляет в пе-ресчете на бензин А-95 (рыночная цена 1 литра 10 руб.) порядка 1.5 млн. руб. 

Критические замечания

Сегодня идет период разработки и согласования новых нормативных актов, регла-ментирующих применение материалов в конструкциях промышленной тепловой изоля-ции. В этом направлении работают многие научные институты и научно-производственные объединения, центры и другие заинтересованные учреждения, которые в силу своих знаний и возможностей разрабатывают эти документы.
Однако практика показывает, что сегодня в разработке противопожарных требова-ний в нормативные документы по промышленной тепловой изоляции не участвуют спе-циалисты научных подразделений Государственной противопожарной службы, а если и участвуют, то только на стадии корректировки, оказания консультативных услуг и, в конечном итоге, согласования. И это не вина научного потенциала ГПС МЧС России.
К моему сожалению, этих специалистов не приглашают на выполнение постав-ленной тематики в начальной стадии работ.
Все дело в том, что разработчики, полагаясь на свои знания, думают сами написать раздел противопожарных требований, однако их знания в этой области бывают поверхностными, морально устаревшими и зачастую ошибочными. А поэтому переписывая из мно-гих норм, правил и отчётов ВНИИПО МВД СССР конца 1980 и начала 1990 гг. соответствующие требования, то не учитываются многие параметры, присущие для промышленной тепловой изоляции и не вносятся новые научно и экспериментально обоснованные ре-зультаты о возможности внесения тех или иных изменений в требования. 
Сегодня однозначно можно сказать, что размеры негорючих вставок и расстояния между ними могут быть пересмотрены и откорректированы с учетом полученных новых расчётно-экспериментальных данных в Академии ГПС МЧС РФ и Институте пожарной безопасности в строительстве МГСУ профессором А.Я.Корольченко. 
Можно провести ещё ряд новых предложений, идеи которых изложены в разделе ТИ как средство снижения пожарной опасности.
Считаю целесообразным поставить целевую программу с проведением НИиОКР по разработке противопожарных норм и правил на проектирование, строительство и эксплуатацию конструкций промышленной тепловой изоляции, в том числе и полимерной. Необходимо также уделить внимание на разработку методики комплексной оценки показателей пожарной опасности КТИ и создания установки, позволяющей проводить эти испыта-ния с учетом многих факторов, указанных в классификации промышленной тепловой изоляции.

Литература

1. ГОСТ 12.1.004-91 "Пожарная безопасность. Общие требования".
2. ГОСТ 12.1.044-89 ССБТ "Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Но-менклатура показателей и методы их определения".
3. ГОСТ Р 12.3.047-98 "Пожарная безопасность технологических процессов".
4. ГОСТ 30244-94 "Материалы строительные. Методы испытаний на горючесть".
5. ГОСТ 30247-94 "Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестой-кость. Общие требования".
6. СНиП 2.04.07-86 "Тепловые сети" /Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1988.-48с. 
7. СНиП 2.04.08-87 "Газоснабжение".
8. СНиП 2.04.14-88 "Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов" /Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1989.-32с.
9. СНиП 2.09.03-85 "Сооружения промышленных предприятий".
10. СНиП 2.11.03-93 "Склады нефти и нефтепродуктов. Противопожарные нормы" /Госстрой России. - М.: ГП ЦПП, 1993. - 24с.
11. СНиП 2.11.04-85 "Подземные хранилища нефти, нефтепродуктов и сжиженных газов".
12. СН 542-81 "Инструкция по проектированию тепловой изоляции оборудования и трубопроводов промышленных предприятий" 
13. Пенополиуретан. Производственный и научно-популярный журнал. № 6 апрель 2002г.