Производства асбестоизвестковопесчаных плит

Введение

 

 

Ни для кого не секрет, что на сегодняшний день совершенно удручающее состояние теплоизоляции  на промышленных предприятиях.

Это объясняется  рядом причин: относительно невысокая цена на энергоносители в недалеком прошлом позволяла не задумываться об экономии,

 отсутствием на рынке жесткоформованных изделий с широким температурным интервалом эксплуатации, которые совмещают в себе низкую плотность, атмосферостойкость и возможность повторного использования.

Постоянный  рост цен на энергоносители требует серьезного подхода к выбору теплоизоляционного материала. Если с температурами до +120^оС справляется пенополиуретановая теплоизоляция, то для температур до +600^оС выбор приемлемых теплоизоляционных материалов крайне ограничен.

По оценке специалистов, работающих на украинском рынке теплоизоляционных материалов, основной вид теплоизоляции, применяемой сегодня в Украине - минераловатные изделия. Однако использование минераловатовой ваты и изделий из нее в промышленных условиях имеет ряд недостатков:

- невозможность повторного использования;

- провисания  и слеживаемость, что приводит  к снижению эффективности теплоизоляции;

- необходимость  защиты от атмосферных воздействий;

- высокая стоимость  монтажных работ

Для повышения  эффективности промышленной теплоизоляции необходимо использовать жесткоформованные изделия (плиты, полуцилиндры). Производство этих изделий в Украине крайне ограничено, кроме того их широкое применение сдерживает ряд существенных недостатков.

Перлито-цементные, муллито-кремнеземистые и изделия из вермикулита имеют относительно высокую плотность (340 – 850 кг/м³), что повышает теплопроводность изоляции, нуждаются в защите от атмосферных воздействий, но самым главным недостатком данных изделий является хрупкость. Именно этот недостаток приводит к большим потерям при монтаже либо совсем не дает возможности производить полуцилиндры.

В 1965 году была разработана и внедрена технология производства асбестоизвестково-кремнеземистой изоляции (теплоизоляция ИКИ), которая с успехом применялась для изоляции котлотурбинных агрегатов (котлы, турбины), технологических трубопроводы высокого давления и температуры, подачи и отвода теплоносителя, теплоизоляции резервуаров-накопителей, дымоходов и воздуховодов. Сочетание уникальных характеристик – низкой плотности (225 кг/м³), широкого температурного интервала эксплуатации (-170 ÷ +600^оС) и прекрасных физико-механических свойств сделали ее незаменимой для использования в качестве промышленной теплоизоляции. Практически не было ТЭС, которая не использовала бы плиты, полуцилиндры и сегменты из ИКИ, в частности в нашем регионе Кураховская, Старобешевская, Углегорская, Луганская, Славянская, Мироновская и другие ТЭС, а также топливно-энергетические комплексы России и Белоруссии. Эти изделия эксплуатируются на теплоэлектростанциях до сих пор. К сожалению, в 2007 году Светловодский завод прекратил выпуск продукции и технология производства теплоизоляции с атмосферостойким покрытием была практически утрачена.

Специалисты ООО  «ТД «Полиспаст» (г. Донецк) за последние  годы не только восстановили, но и усовершенствовали состав и технологию получения ИКИ. Известно, что практически все теплоизоляционные материалы нуждаются в защите от атмосферных воздействий. Нами разработано атмосферостойкое покрытие для нанесения в заводских условиях, которое с успехом прошло испытания в лабораториях ДП «Донецкий Промстройниипроект», Донецкой национальной академии строительства и архитектуры, «Югтест». По заключению специалистов теплоизоляция с атмосферостойким покрытием ИКИ выдерживает многократное термоциклирование (-30 ÷ +40оС) полностью сохраняя не только первоначальные визуальные характеристики, но и не увеличивая показатели водопоглощения при полном погружении в воду и сорбционного увлажнения. Разработанное покрытие стойко к действию УФ-излучения. Изделия ИКИ в виде плит, полуцилиндров и сегментов могут использоваться многократно. Они прекрасно режутся с помощью ножовки, не крошатся и не осыпаются при насаживании на штыри, быстро монтируются, дают возможность быстрого доступа к участкам трубопроводов и агрегатов, требующим ремонта или плановой ревизии так как крепятся хомутами.

Расширенные испытания  опытной партии известково-кремнеземистой теплоизоляции с атмосферостойким покрытием в реальных условиях эксплуатации (температура поверхности трубы +400оС, воздействие атмосферных осадков, температура окружающей среды от -30оС до +30оС) показали:

- простоту и  высокую скорость монтажа теплоизоляции;

- высокую теплоизолирующую  способность известково-кремнеземистой  теплоизоляции с атмосферостойким покрытием;

- следов разрушения  атмосферостойкого покрытия после  воздействия зимних погодных  условий не обнаружено;

- простоту и  высокую скорость демонтажа теплоизоляции;

- возможность  100 % повторного использования демонтированной  теплоизоляции после ремонта или ревизии состояния трубы.

В настоящее  время ООО «ТД «Полиспаст» (г. Донецк) заканчивает строительство  завода по производству известково-кремнеземистой теплоизоляции мощностью 2000 м³ в месяц. Ассортимент продукции включает плиты, полуцилиндры и сегменты, которые будут выпускаться в соответствии с ГОСТ 24748-81 (действующий на территории Украины), ГОСТ 24748-2003 (действующий на территории России и стран СНГ) и ТУ У 26.2-37254647-004:2011 (для известково-кремнеземистой теплоизоляции с атмосферостойким покрытием). Пуск производства планируется в сентябре 2011 года.

 

1 Литературный  обзор

 

 

Асбестоизвестково — кремнеземистые материалы, выпускаемые  промышленностью в виде изделий  в форме плит, скорлуп и сегментов, являются одной из разновидностей обширной группы асбестосодержащих теплоизоляционных материалов.

Основным сырьем для  производства асбестоизвестково —  кремнеземистых материалов служат: известь, кремнеземистый компонент (молотый  песок, диатомит или трепел) и асбест. С целью регулирования (ускорения) сроков твердения формовочных масс в них добавляют полуводный гипс в количестве 10—12% от массы извести.

В зависимости от применяющегося вида кремнеземистого компонента асбестоизвестково  — кремнеземистые изделия делятся  на: а) асбестоизвестково — песчаные и б) асбестоизвестково-диатомитовые (трепельные).

Показатели свойств  этих изделий могут колебаться в  довольно широких пределах. Например, средняя плотность может находиться в пределах от 200 до 400 кг/м³, а предел прочности при изгибе—от 0,3 до 1,0 МПа.

Значительное влияние на свойства асбестоизвестково — кремнеземистых изделий оказывают следующие технологические факторы: сорт, количество и степень распушки асбеста; величина удельной поверхности кремнеземистого компонента; количество и активность извести; влажность формовочной смеси; режим автоклавной обработки изделий и режим их сушки.

Как известно, асбест при  производстве асбестоизвестково —  кремнеземистых, равно как и других видов асбестосодержащих изделий, призван выполнять две основные функции: во-первых, создавать как бы арматурный каркас, увеличивая прочность изделий при изгибе, и, во-вторых, повышать водоудерживающую способность формовочных масс, что способствует уменьшению средней плотности изделий и, следовательно, теплоизолирующей способности.

Чем выше сорт применяющегося асбеста и степень его распушки (чем больше удельная поверхность его волокон), тем прочнее изделия и тем выше водоудерживающая способность формовочных масс.

С другой стороны, увеличение удельной поверхности кремнеземистого  компонента, кроме повышения водоудерживающей способности формовочных масс, увеличивает еще реакционную способность самого кремнеземистого компонента, что благоприятно сказывается на повышении прочности изделий.

От режима автоклавной  обработки (от температуры и продолжительности) зависит полнота прохождения реакции между известью и кремнеземистым компонентом, что в значительной мере обусловливает прочностные показатели асбестоизвестково — кремнеземистых изделий.

 

 

 

Асбестоизвестково-кремнеземистые изделия применяются на электростанциях, в судостроении, при подземных прокладках трубопроводов, на разных промышленных установках, сооруженных на открытом воздухе. Отличительными свойствами этих изделий являются: высокая температура применения-650 С, стойкость в воде, низкий коэффициент теплопроводности и высокая механическая прочность.

Асбестоизвестково-кремнеземистые изделия находят широкое применение в обмуровках газоплотных парогенераторов.

Плиты пока выпускаются в ограниченном количестве толщиной 105, 70 и 50 мм и размерами 1000X500 мм. Этот материал является одним из перспективных.

 Асбестоизвестково-кремнеземистые изделия По сравнению со всеми остальными изделиями имеют самый низкий коэффициент теплопроводности, наибольшую прочность и высокую температуростойкость, позволяющую применить их для изоляции практически любого объекта на электростанциях. Другими преимуществами являются крупноразмерность, точность формы, хорошее качество поверхности. В отличие от других формованных изделий они выпускаются длиной 1 м и толщиной, рассчитанной для изоляции в один слой. Все это позволяет намного уменьшить трудоемкость монтажных работ.

Плиты широко применяются в качестве высокотемпературной тепловой изоляции, обладают свойством медленного нарастания коэффициента теплопроводности, поэтому при изоляции оборудования с высокими температурами толщина изоляционного слоя незначительна.

Обмуровка парогенератора выполняется трехслойной из известково-кремнеземистых плит толщиной 50 мм. Двухслойные обмуровочные известково-кремнеземистые плиты.

Обмуровку щитов выполняют  из трех слоев известково-кремнеземистых плит толщиной по 50 м, уложенных на мастике.

Мастика приготовляется в виде раствора из жидкого стекла, шамотного порошка и огнеупорной  глины. На поверхность, выровненную  мастикой, укладывается первый слой известково-кремнеземистых плит, на которые снова наносится слой мастики толщиной 5 мм. Таким же образом укладываются последующие два ряда плит с обязательной перевязкой швов. Затем устанавливается металлическая обшивка из листовой стали толщиной 1 2 мм размерами 506x506 мм; обшивка эта крепится на шпильках с гайками и шайбами.

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Технологическая часть

 

2.1 Номенклатура продукции  проектируемого предприятия

 

 

Асбестоизвестково – кремнеземистые изделия (ГОСТ 24748-81) изготовляют из тонкоизмельченной смеси извести, кремнеземистого материала кварцевого песока с содержанием диоксида кремния Si02 не менее 75 % и асбеста 5-й или 6-й группы полужесткой структуры путем тепловлажностной обработки в автоклаве.

По средней  плотности асбестоизвестково – кремнеземистые изделия разделяют на марки 200 (высшая категория качества) и 225 (первая категория качества). Изделия выпускают в виде плит прямоугольного (ППС) и трапецеидального (ПТС) сечений.

Размеры плит (мм): ППС—длина 1000, ширина 500; ПТС— длина 1025, ширина 525 (по нижнему основанию); длина 1000; ширина 500 (по верхнему основанию). Толщина обоих видов плит 75 и 100 мм.

Изделия применяют  для тепловой изоляции поверхностей трубопроводов и оборудования при  температуре изолируемых поверхностей до 600 °С. Широкое применение изделия получили в печестроении, изоляции котельного оборудования. К достоинствам изделий следует отнести полное отсутствие в них органических веществ.

Использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 7076—99 Материалы  и изделия строительные. Метод определения теплопроводности и термического сопротивления при стационарном тепловом режиме

ГОСТ 9078—84 Поддоны плоские. Общие технические условия 

ГОСТ 9179—77 Известь строительная. Технические условия 

ГОСТ 12871—93 Асбест хризотиловый. Общие технические условия

ГОСТ 17177—94 Материалы  и изделия строительные теплоизоляционные. Методы испытаний

ГОСТ 18051—83 Тара деревянная для теплоизоляционных материалов и изделий. Технические условия

ГОСТ 25880—83 Материалы  и изделия строительные теплоизоляционные. Маркировка, упаковка, транспортирование и хранение

ГОСТ 26281—84 Материалы  и изделия строительные теплоизоляционные. Правила приемки

ГОСТ 30108—94 Материалы  и изделия строительные. Определение  удельной эффективной активности естественных радионуклидов

ГОСТ 30244—94 Материалы  строительные. Методы испытаний на горючесть

ГОСТ 30256—94 Материалы  и изделия строительные. Метод  определения теплопроводности цилиндрическим зондом

НРБ-99 Нормы радиационной безопасности

Асбестоизвестково – кремнеземистые изделия в зависимости от плотности подразделяют на марки 200 и 225.

Изделия выпускают в  виде плит прямоугольного сечения (ИКИ-П), плит трапецеидального сечения (ИКИ-Т).

Номинальные размеры  плит приведены в таблице 1.

 

Таблица 1 – Номинальные размеры плит

Наименование изделия	Длина		Ширина		Толщина
	по нижнему основанию	по верхнему основанию	по нижнему основанию	по верхнему основанию
Плиты прямоугольного сечения  ИКИ-П	1000	1000	500	500	75, 100
Плиты трапецеидального сечения ИКИ-Т	1025	1000	525	500	75, 100

 

Условное обозначение  изделий должно состоять из обозначения  вида изделия по 3.2, марки, размеров в миллиметрах по длине, ширине и  толщине для плит обозначения  настоящего стандарта.

Пример условного обозначения  плит прямоугольного сечения ИКИ-П  марки 200, длиной 1000 мм, шириной 500 мм и толщиной 75 мм:

ИКИ-П 200-1000. 500. 75 ГОСТ 24748-2003.

Изделия должны соответствовать  требованиям настоящего стандарта  и изготавливаться по технологической  документации, утвержденной предприятием-изготовителем.

Предельные отклонения номинальных размеров изделий не должны превышать значений, приведенных в таблице 2.

 

Таблица 2 – Предельные отклонения номинальных размеров изделий

Наименование изделия	Предельные отклонения
		по длине	по ширине	по внутреннему диаметру	по толщине
Плиты ИКИ-П	0; -16 для всех видов	0; -8	—	±5 для всех видов
Плиты ИКИ-Т			0; -8		—

 

 

По физико-механическим показателям изделия должны удовлетворять  требованиям, приведенным в таблице 3.

 

 

 

 

 

 

Таблица 3 – Требования к изделиям по физико-механическим показателям

Наименование показателя	Значение для изделий  марок
	200	225
Плотность в сухом  состоянии, кг/м3, не более	200	225
Теплопроводность, Вт/(м×К), не более при температуре:
(25±5) °С	0,058	0,065
(125±5) °С	0,070	0,077
(300±5) °С	0,104	0,112
Предел прочности при  изгибе в сухом состоянии, МПа, не менее	0,35	0,35
Линейная температурная  усадка при 600 °С, %, не более	1,8	2,0
Влажность, % по массе, не более	65	70

 

Для изготовления изделий  применяют: асбест хризотиловый по ГОСТ известь строительную воздушную кальциевую негашеную без добавок по ГОСТ 9179, кварцевый песок, содержащий SiO₂ не менее 75 %.

Удельная эффективная  активность естественных радионуклидов  материалов, применяемых для изготовления изделий, не должна превышать предельных значений, установленных НРБ-99.

Плиты упаковывают в  транспортные пакеты, сформированные на плоских поддонах.

Допускается при отгрузке самовывозом поставлять изделия  без упаковки в горизонтальном положении. При этом ответственность за сохранность  качества изделий несет потребитель.

Маркировку изделий  осуществляют по ГОСТ 25880, при этом дополнительно  указывают дату изготовления, знак соответствия, если продукция сертифицирована, и условное обозначение изделия.

При применении асбестоизвестково – кремнеземистых изделий должны соблюдаться требования, предъявляемые к асбестосодержащим материалам и изделиям органами Государственного санитарного надзора.

При постоянной работе с  изделиями помещения должны быть оборудованы приточно-вытяжной вентиляцией.

Для защиты органов дыхания необходимо применять противопылевые респираторы или марлевые повязки.

Отходы, образующиеся при  изготовлении и применении изделий, подлежат утилизации на предприятии-изготовителе или вне его, вывозу на специальные  полигоны промышленных отходов или организованному обезвреживанию в специальных отведенных для этих целей местах.

Асбестоизвестково – кремнеземистые изделия относятся к группе негорючих материалов НГ по ГОСТ 30244.

Приемку изделий проводят в соответствии с требованиями ГОСТ 26281 и настоящего стандарта.

Объем партии устанавливают в размере  не более суточной выработки.

При приемосдаточных испытаниях определяют размеры, плотность, предел прочности  при изгибе и влажность.

При периодических испытаниях определяют теплопроводность и линейную температурную  усадку один раз в полугодие и  при каждом изменении сырья и/или  технологии производства.

Горючесть изделий определяют при  постановке продукции на производство и при каждом изменении сырья и/или технологии производства.

Удельную эффективную активность естественных радионуклидов в материалах, применяемых для изготовления изделий, устанавливают по документам поставщика этих материалов. В случае отсутствия таких данных изготовитель изделий проводит входной контроль в соответствии с технологической документацией.

В документе о качестве указывают  результаты испытаний, рассчитанные как  среднеарифметические значения показателей  качества изделий, вошедших в выборку  по ГОСТ 26281 и удовлетворяющих требованиям настоящего стандарта.

Размеры, плотность, предел прочности  при изгибе, линейную температурную  усадку и влажность определяют по ГОСТ 17177.

Для определения предела прочности  при изгибе и линейной температурной  усадки из каждого изделия, попавшего в выборку по ГОСТ 26281, выпиливают по одному образцу.

Пробу для определения влажности  выпиливают по всей толщине изделия  на расстоянии не менее 100 мм от края изделия, попавшего в выборку по ГОСТ 26281.

Теплопроводность изделий определяют по ГОСТ 7076 или ГОСТ 30256.

Образцы для испытания вырезают по одному от каждого изделия, попавшего  в выборку по ГОСТ 26281.

Группу горючести изделий определяют по ГОСТ 30244.

Удельную эффективную активность естественных радионуклидов определяют по ГОСТ 30108.

Транспортирование и хранение изделий  осуществляют в соответствии с требованиями ГОСТ 25880 и настоящего стандарта.

Изделия перевозят крытыми транспортными  средствами всех видов в соответствии с правилами перевозки грузов, действующими на данном виде транспорта.

Допускается транспортировать изделия  на расстояние до 500 км без упаковки в открытых автомашинах с обязательной защитой их от атмосферных осадков.

Высота штабеля изделий, уложенных  горизонтально на поддоны, не должна превышать 2 м.

Срок хранения изделий на складе изготовителя до отгрузки потребителю — не менее 2 сут.

Срок хранения изделий  до их использования — не более  одного года с момента изготовления.

По истечении срока  хранения изделия могут быть использованы по назначению только после предварительной  проверки их качества на соответствие требованиям настоящего стандарта.

 

 

2.2 Сырье

 

 

Основным сырьем для  производства асбестоизвестково —  кремнеземистых материалов служат: известь, кремнеземистый компонент – молотый  песок и асбест. С целью регулирования (ускорения) сроков твердения формовочных  масс в них добавляют полуводный гипс в количестве 10—12% от массы извести.

В зависимости от применяющегося вида кремнеземистого компонента асбестоизвестково  — кремнеземистые изделия делятся  на: а) асбестоизвестково — песчаные и б) асбестоизвестково-диатомитовые (трепельные).

Показатели свойств этих изделий могут колебаться в довольно широких пределах. Например, средняя плотность может находиться в пределах от 200 до 400 кг/м3, а предел прочности при изгибе—от 0,3 до 1,0 МПа.

Значительное влияние  на свойства асбестоизвестково —  кремнеземистых изделий оказывают следующие технологические факторы: сорт, количество и степень распушки асбеста; величина удельной поверхности кремнеземистого компонента; количество и активность извести; влажность формовочной смеси; режим автоклавной обработки изделий и режим их сушки.

Как известно, асбест при  производстве асбестоизвестково —  кремнеземистых, равно как и других видов асбестосодержащих изделий, призван выполнять две основные функции: во – первых, создавать как бы арматурный каркас, увеличивая прочность изделий при изгибе, и, во-вторых, повышать водоудерживающую способность формовочных масс, что способствует уменьшению средней плотности изделий и, следовательно, теплоизолирующей способности.

Чем выше сорт применяющегося асбеста и степень его распушки (чем больше удельная поверхность его волокон), тем прочнее изделия и тем выше водоудерживающая способность формовочных масс.

С другой стороны, увеличение удельной поверхности кремнеземистого  компонента, кроме повышения водоудерживающей способности формовочных масс, увеличивает еще реакционную способность самого кремнеземистого компонента, что благоприятно сказывается на повышении прочности изделий.

От режима автоклавной  обработки (от температуры и продолжительности) зависит полнота прохождения  реакции между известью и кремнеземистым компонентом, что в значительной мере обусловливает прочностные показатели асбестоизвестково — кремнеземистых изделий.

 

 

 

 

2.3 Выбор и обоснование способа производства и технологической схемы

 

 

Асбестоизвестково –  кремнеземистые изделия изготовляют по литьевой технологии (рисунок 3) иногда применяется фильтр-прессовая технология.

В литьевой технологии  используют формовочную гидромассу с основностью асбестоизвестково-кремнеземистой смеси:

 

(CaO+MgO)_акт/(SiO₂+Al₂O₃)=0.65-0,8

 

Содержание асбеста – 20-25% по массе. Относительная влажность гидромассы 80-82%. В качестве кремнеземистого компонента применяют породы с большим содержанием высокодисперсного активного кремнезема –кварцевые пески.

В основе технологического процесса лежит химическое взаимодействие  в процессе тепловлажностной обработки гидрата окиси кальция Са(ОН)₂ (гашеной извести) с двуокисью кремния SiO₂, содержащейся в диатомите и др. В результате этого взаимодействия образуются гидросиликаты кальция, которые придают изделиям прочность. Асбестовое волокно играет роль армирующего вещества.

Известь получают из известняка в  шахтной печи и гасят, получая  известь-пушонку. При производстве известково-кремнеземистых изделий  состав по массе в % формовочной массы: известь – 30, гипс – 10, песок – 45, асбест 6-го сорта – 15. Относительная влажность формовочной массы 80-82% по массе.

Место добычи сырья находится недалеко от г.Туймазы.

Гашение извести, дробление  гипса, распушка асбеста производится непосредственно перед использованием.

Известь гасят в молоко в известегасильном аппарате. Молоко насосом или самотеком подают в расходные мешалки. Активность известкового молока должна быть не менее 60% в пересчете на сухое вещество.

Известковое молоко смешивают  с кремнеземистым компонентом и водой в мешалке до получения известково-кремнеземистого шлама относительной влажностью 70-72%.

Асбест загружают в  бегуны порциями по 125-170 кг, увлажняют  из мерного бачка до относительной  влажности 20-30%, обминают в течение 20-30 мин. порцию обмятого асбеста размешивают с водой в соотношении 12:1 (вода: асбест). Распушивают асбест путем обработки асбестовой пульпы в быстроходной пропеллерной мешалке в течение 15…20 мин. Степень распушки должна быть не менее 60%.

Известково-кремнеземистый шлам размалывают в вибромельницах до частиц менее 0,085 мм. Шлам и асбестовую суспензию дозируют в расчетном соотношении по объему и смешивают в мешалке для получения гидромассы.

 

 

 

                      

 

                                     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3 – Технологическая схема производства асбестоизвестково-кремниземистых изделий

Компоненты перемешивают в мешалке до получения гомогенной гидромассы в течение 15-30 мин. Гидромассу заливают в смазанные металлические сварные формы. Борта форм выполнены с уклоном для облегчения выемки затвердевших изделий. Массу заливают через патрубки с пробковыми кранами. При изготовлении известково-кремнеземистых изделий применяют совмещенный метод тепловлажностной обработки и сушки изделий под давлением в автоклаве.