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.: Энергия, 197 ; температура поверхности не выше 45 °C для оборудования и трубопроводов с теплоносителем до 500 °C, при более высоких температурах теплоносителя – не выше 48 °C; тепловой поток с поверхности по табличным значениям (для обмуровки – не более 349 Вт/м2);

с 1990 года – по нормам СНиП 2.04.1488* «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов»; температура поверхности в любых случаях не более 45 °C; тепловой поток с поверхности по табличным значениям, которые в среднем на 56 % жестче, чем ведомственные, использовавшимся 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.

Соблюдение норм тепловых потерь
На 80 обследованных блоках тепловые потери с поверхности изоляции соответствовали нормативам полувековой давности только у двух блоков – Березовской ГРЭС и ТЭЦ27 «Мосэнерго» через 3–6 месяцев после пуска.

Структура и общая величина тепловых потерь через изоляцию и обмуровку
Тепловой паспорт любого блока демонстрирует, что от 70 до 95 % сверхнормативных потерь приходится на трубопроводы с температурой теплоносителя 400 °C и выше. Самые неблагополучные на станциях, – трубопроводы острого пара и горячего промперегрева, чьи сверхнормативные потери в зависимости от мощности блока (т. е. общей площади изоляции) составляют от 1 до 8 тыс. Гкал/год. Встречаются блоки с потерями до 20–25 тыс. Гкал/год.

Потери тепла с поверхности тепловой изоляции – это чистые деньги. Общую сумму 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 принцип. 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 3 млрд руб. 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 пр.

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 вицепрезидентом РАО «ЕЭС России» был утвержден эксплуатационный циркуляр Ц0194 (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:

П. 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.

П. Приоритеты при ремонте тепловой изоляции.

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

П. Особо важная директива циркуляра, которой предписывается в цикле ремонтов перейти на нормы тепловых потерь, указанные в СНиП 2.04.1488* «Тепловая изоляция промышленного оборудования и трубопроводов». С 1994го 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 производятся без теплового расчета или иной официально утвержденной проектной документации. Следовательно, 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 того требуют официальные нормы.

Вывод: тепловая изоляция на тепловых электростанциях находится в неудовлетворительном состоянии. Требования циркуляра, направленные на исправление ситуации, не выполняются.

Материалы
В Приложении № 1 к СНиП 2.04.1488* «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов», в котором приведены расчетные характеристики теплоизоляционных материалов, из 16 позиций продуктов, 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 % продуктов по номенклатуре на рынке в настоящее время отсутствуют.

Оставшиеся позиции представляют собой различные виды волокнистых продуктов (из волокна базальтового, минерального, стеклянного, муллитокремнеземистого).

Эксплуатация волокнистых продуктов в качестве изоляции имеет ряд характерных особенностей:

стекловолокнистые изделия ограничены по применению температурой горячей поверхности 180 °C;

изделия из минеральной ваты с модулем кислотности ниже 1,8, область применения которых определена ГОСТом 464093 «Вата минеральная» и составляет 600 °C, изза 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 °C 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. 2.1 СНиП их не следует использовать для оборудования и трубопроводов, подвергающихся ударным воздействиям и вибрации, к которым относится практически все энергетическое оборудование;

изделия из базальтового супертонкого волокна и изделия из минеральной ваты энергетической с модулем кислотности 1,9–2,2 определены НИКИМТ (Научноисследовательский и конструкторский институт монтажной технологии) как вибростойкие и рекомендованы к использованию на вибрирующем оборудовании. Область применения этих продуктов определена в 700 °C. но и этим изделиям свойственны те же циклы деградации (плюс железистый распад волокна у БСТВ), что и минеральной вате с модулем кислотности ниже 1, В результате повышение теплопроводности конструкций из этих продуктов составляет до 25 % через дватри года и продолжает возрастать при дальнейшей эксплуатации. Кроме того, отмечены многократные случаи укладки БСТВ на трубопроводы с объемной массой 60 кг/м3 при обязательном минимуме в 80 кг/м3 в связи с исключительной трудоемкостью уплотнения этого упругого материала, в результате чего сразу после установки теплопроводность конструкции оказывается на 20 % выше той, что заложена в проекте;

изделия из муллитокремнеземистого волокна служат на энергетическом оборудовании неопределенно долго, поскольку их температуростойкость равна 1 150 °C, но имеют повышенное вибрационное уплотнение в цикле эксплуатации.

Вывод: материалы, имеющиеся на рынке, не в состоянии обеспечить норматив тепловых потерь в соответствии со СНиП 2.04.1488* «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 и:

учитывая то обстоятельство, что в структуре сверхнормативных потерь изоляция горячих поверхностей с температурой 400 °C и выше дает 70–95 % сверхнормативных потерь, а изоляция поверхностей с температурами ниже 400 °C – только 5–30 %;

принимая во внимание отсутствие на рынке какихлибо 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 °C и впредь производить изделиями из минеральной ваты с модулем кислотности ниже 1,8, увеличив толщину изоляционного слоя для конструкций на поверхностях 100–300 °C 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 цикле 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 °C 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 эксплуатационный циркуляр в качестве обязательного руководства при решении вопроса о замене изоляции при ремонтах.

Эта конструкция была предложена так же в 1980х годах, но идея была дискредитирована изза неправильного применения. Был уложен материал МКРР200 со связующим из полиэтилсилоксановой жидкости, в результате чего изза 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 °C.

Анализ результатов натурных испытаний
40 % изоляции трубопроводов острого пара и горячего промперегрева (545 °C) Пермской ГРЭС (два блока 800 МВт) выполнено в виде двухслойной изоляции из МКРР130 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 1990 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, что конструкция толщиной 320 мм (два слоя МКРР130 70 мм в деле, семь слоев холста БСТВ 250 мм в деле) была смонтирована небольшой фирмой, не имеющей опыта теплоизоляционных работ, с грубейшими отклонениями от правил монтажа: 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 °C);

За полные семь лет эксплуатации конструкция не претерпела какихлибо изменений структуры, что подтверждается данными лабораторных испытаний вырезанных на обследованном участке образцов. Следовательно, в полном объеме сохранилась теплозащитная функция конструкции. но следует отметить, что слой БСТВ, прилегающий к МКРР130, охрупчился, потеряв до 90 % прочности единичного волока, и при грубом обращении осыпается.

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

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

Конструкция № Изоляция матами БСТВ.

Для обеспечения действующей нормы СНиП требуется четырехслойная изоляция безобкладочными матами БСТВ, уплотненными до объемной массы 80 кг/м3 с общей толщиной изоляционного слоя 320 мм при покрытии из алюминиевого листа. Стоимость такой конструкции (здесь и далее: 1 п. м. в деле без НДС) – 4 396 руб. (здесь и далее: стоимость на 01.200 .

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

Прогноз изменений эксплуатационных характеристик в цикле 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.

Конструкция № Изоляция матами БСТВ в обкладке из стеклоткани КТ11 для обеспечения cъемности 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/м3 с общей толщиной изоляционного слоя 320 мм при покрытии из алюминиевого листа. Стоимость такой конструкции – 8 266 руб.

Конструкция может быть демонтирована и вновь смонтирована с потерей при каждой операции монтажадемонтажа 25 % по объему.

Прогноз изменений эксплуатационных характеристик в цикле 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.

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

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 – 2 083 руб.

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

Прогноз изменений эксплуатационных характеристик в цикле 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.

Конструкция № Изоляция из матов прошивных базальтовых энергетических (МБПЭ) Назаровского завода ТИиК (на основе ваты с модулем кислотности 1,8–2, в обкладке из стеклоткани КТ11 для обеспечения съемности конструкции (например, для проверки металла и КИП).

Для обеспечения действующей нормы СНиП требуется трехслойная изоляция матами прошивными базальтовыми энергетическими (МБПЭ) в обкладке из ткани КТ11 с общей толщиной 180 мм при покрытии из алюминиевого листа. Стоимость такой конструкции – 7 220 руб. Конструкция после демонтажа повторному использованию не подлежит (33 % материала будут непригодны для дальнейшего использования).

Прогноз изменений эксплуатационных характеристик в цикле 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.

Конструкция № Комбинированная безобкладочная конструкция (первый слой МКРР130; второй слой – холст БСТВ).

Для обеспечения действующей нормы СНиП требуется два слоя продуктов МКРР130 из муллитокремнеземистого 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 – 4 743 руб.

Демонтаж конструкции нежелателен. После аккуратного демонтажа изделия МКРР130 будут пригодны для повторного использования. Прилегающий к МКРР130 холст БСТВ (составляющий 25 % от общего количества БСТВ конструкции) будет для дальнейшего использования непригоден.

Прогноз изменений эксплуатационных характеристик в цикле службы: без изменений в течение 10–15 лет.

Конструкция № Комбинированная конструкция в обкладке из стеклоткани (первый слой МКРР130 в КТ11; второй слой – холст БСТВ в Т2 .

Для обеспечения действующей нормы СНиП требуется два слоя продуктов МКРР130 из муллитокремнеземистого волокна в обкладке из стеклоткани КТ11 общей толщиной 40 мм и 3 слоя холста БСТВ (240 мм) в обкладке из стеклоткани Т23 с общей толщиной изоляции 280 мм при покрытии из алюминиевого листа. Стоимость такой конструкции – 6 733 руб.

Подлежит демонтажумонтажу неопределенно большое количество раз без учета человеческого фактора. С учетом человеческого фактора количество операций демонтажмонтаж оценивается до 7–10 раз. После 2–3 операций по демонтажумонтажу возможно возрастание потерь на 10–15 % изза частичного разрушения слоя БСТВ, прилегающего к изделиям из МКРР130.

Прогноз изменений эксплуатационных характеристик в цикле службы: без изменений в течение 10–15 лет.

Конструкция № Комбинированная безобкладочная конструкция (первый слой МКРР130; второй слой – маты прошивные базальтовые энергетические (МБПЭ) Назаровского завода ТИиК (на основе ваты с модулем кислотности 1,8–2, .

Для обеспечения действующей нормы СНиП требуется два слоя продуктов МКРР130 из муллитокремнеземистого 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, (150 мм) с общей толщиной изоляции 190 мм при покрытии из алюминиевого листа. Стоимость такой конструкции – 3 214 руб.

Демонтаж конструкции нежелателен. После аккуратного демонтажа изделия МКРР130 будут пригодны для повторного использования. Прилегающее к МКРР130 волокно мата МБПЭ будет частично охрупчено, и для дальнейшего использования этот мат будет пригоден только при чрезвычайно аккуратном обращении.

Прогноз изменений эксплуатационных характеристик в цикле службы: без изменений в течение 10–15 лет.

Конструкция № Комбинированная конструкция в обкладке из стеклоткани (первый слой МКРР130 в КТ11; второй слой – маты прошивные базальтовые энергетические (МБПЭ) Назаровского завода ТИиК (на основе ваты с модулем кислотности 1,8–2, в обкладке из стеклоткани Т2 .

Для обеспечения действующей нормы СНиП требуется два слоя продуктов МКРР130 из муллитокремнеземистого волокна общей толщиной 40 мм в обкладке из ткани КТ11 и 3 слоя матов прошивных базальтовых энергетических (МБПЭ) Назаровского завода ТИиК (на основе ваты с модулем кислотности 1,8–2, (150 мм) в обкладке из ткани Т23 с общей толщиной изоляции 190 мм при покрытии из алюминиевого листа. Стоимость такой конструкции – 4 269 руб. Подлежит демонтажумонтажу неопределенно большое количество раз без учета человеческого фактора. С учетом человеческого фактора количество операций демонтажмонтаж оценивается до 7–10 раз. После 2–3 операций по демонтажумонтажу возможно возрастание потерь на 10–15 % изза частичного охрупчивания волокна матов в слое, прилегающем к изделиям из МКРР130.

Прогноз изменений эксплуатационных характеристик в цикле службы: без изменений в течение 10–15 лет.

Рекомендуется:
участки трубопроводов, не подлежащие ремонту, изолировать конструкцией № 7 со сроком службы 15 лет без какихлибо изменений теплозащитной функции вследствие наилучшего соотношения ценакачество – 3 214 руб./п. м.;

участки трубопроводов, подлежащие вскрытию для контроля и/или ремонта металла, изолировать конструкцией № 8 со сроком службы 15 лет (после 5–10 случаев демонтажамонтажа возможно снижение теплозащитной функции до 10 %) вследствие возможности неоднократного монтажадемонтажа и наилучшего соотношения ценакачество – 4 259 руб./п. м.

Общий вывод
В целом состояние тепловой изоляции в энергетике следует признать неудовлетворительным, хотя положение может быть исправлено долгой постоянной работой в соответствии с новым Циркуляром Ц012004 (Т) «Организация контроля за состоянием и ремонтом обмуровки и тепловой изоляции в целях снижения потерь тепла и температур до нормативных значений».