Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка гибкой, экономичной, быстромонтируемой теплоизоляционной конструкции для повышения эффективности теплообменного оборудования и трубопроводов.

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
тригенерация, теплоизоляция, теплоизоляционные материалы, потери тепла, коэффициент теплопроводности, тонкопленочные теплоизоляционные покрытия, холодное водоснабжение, конденсация, холодоснабжение.

Цель проекта:
Повышение энергоэффективности теплообменного оборудования и трубопроводов за счет использования гибкой теплоизоляционной конструкции на базе тонкопленочных многослойных теплоизоляционных покрытий (ТМТП), обладающей низким значением коэффициента теплопроводности не более 0,08 Вт/(м·К) при 300 ºС и высокими механическими свойствами, характеризующимися эластичностью при изгибе не менее 1 мм.

Основные планируемые результаты проекта:
Экспериментальный образец гибкой, экономичной, быстромонтируемой теплоизоляционной конструкции следующих параметров:
- работоспособность в температурном диапазоне от 0ºС до 300ºС;
- эластичность при изгибе не менее 1 мм ± 10%;
- твердость по Шору А не менее 35 ед. ± 10%;
- предел прочности при изгибе не менее 0,5 МПа ± 10%;
- прочность на сжатие при 10%-й линейной деформации не менее 0,5 МПа ± 10%;
- адгезию к металлической подложке не менее 0,5 МПа ± 10%;
- водопоглощение не более 2% в сутки по объему ± 20%;
- паропроницаемость не более 1000 см3/м2*(24ч*бар-1) ± 10%;
- стойкость к УФ-воздействию не менее 70 часов ± 20%;
- биостойкость по ГОСТ 9.048 - ГОСТ 9.050, ГОСТ 9.052 не менее 3 баллов ± 10%;
- коэффициентом линейного теплового расширения не менее 30 *10-6°С-1 ± 10%;
- коэффициент теплопроводности не более 0,08 Вт/(м*К) ± 10% при 300ºС;
- отсутствие токсичных выделений;
- вибростойкость – допустимая частота колебаний до 100 Гц, амплитуда перемещения не менее 0,5 мм ± 5%.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Конечный продукт: Образцы гибкой, экономичной, быстромонтируемой теплоизоляционной конструкции, обладающие эксплуатационными характеристиками превышающими характеристики применяемых в настоящее время теплоизоляционных материалов и ниже их по себестоимости.
Одним из перспективных видов теплоизоляционных материалов для создания быстромонтируемых теплоизоляционных конструкций являются синтактные пены или ТМТП, характеризующиеся низким значением эффективного коэффициента теплопроводности. ТМТП создаются с использованием полых микросфер и различного рода связующих веществ.
Формирование ТМТП на теплоизолируемую поверхность осуществляется в основном методами распыления (пневматическим, электростатическим и т.д.), хорошо зарекомендовавшими себя для нанесения покрытий на плоские и цилиндрические поверхности большой площади, но малоэффективными для цилиндрических поверхностей диаметром 300 мм и менее, так как характеризуются большой степенью уноса композиционного материала ТМТП (до 50%).
Поэтому разработка гибкой, экономичной, быстромонтируемой теплоизоляционной конструкции на базе ТМТП, способной сохранять свои рабочие характеристики при температурах эксплуатации до 300°С, является весьма актуальной.
Известны зарубежные лаборатории, занимающиеся разработками теплоизоляционных материалов:
1. Key Lab of Advanced Materials of Tropical Island Resources, Ministry of Education, College of Materials and Chemical Engineering, Hainan University, Haikou 570228, Hainan, China. Исследования направлены на разработку гидрофобных теплоизоляционных конструкций с использованием аэрогеля. Известно, что аэрогели обладают низким значением коэффициента теплопроводности ~ 0,025 Вт/м*К при 20 0C. Их недостатком является необратимое изменение структуры и увеличение теплопроводности в десятки раз при попадании в слой материла капель влаги. Кроме того, рыночная стоимость предлагаемых на сегодняшний день теплоизоляционных покрытий с использованием аэрогеля превышает 5000 (пять тысяч) рублей за один квадратный метр.
2. Microcellular Plastics Manufacturing Laboratory, Department of Mechanical and Industrial Engineering, University of Toronto, 5 King’s College Road, Toronto, Ontario M5S 3G8, Canada. Исследования направлены на изучение механических и теплофизических свойств пенополимерминералов. Коэффициент теплопроводности этих материалов составляет ~ 0,07 Вт/(м·К), а предельная температура применения 150°С.
Уникальность инициируемого проекта заключается в ориентации исследований и разработок на энергетическую отрасль.


Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Полученные результаты направлены на последующую разработку технологических решений по реализации инновационных теплоизоляционных конструкций на базе ТМТП, предназначенных для защиты теплообменного оборудования и трубопроводов от сверхнормативных потерь тепловой энергии и защиты поверхностей от конденсатообразования.
Использовать новые виды теплоизоляционных конструкций возможно и в других отраслях народного хозяйства, например, на объектах химической промышленности, для теплоизоляции энер-гетических установок и трубопроводов морских и речных судов и пр.
Внедрение в эксплуатацию гибкой, экономичной, быстромонтируемой конструкций на базе ТМТП приведет к повышению энергоэффетивности работы теплообменного оборудования и трубо-проводов за счет:
- снижения капитальных затрат не менее чем на 10%;
- эксплуатационных затрат не менее чем на 20%;
- увеличения срока службы трубопроводов и оборудования не менее чем на 15%.
Потенциальными объектами коммерциализации являются полученные в ходе выполнения ра-боты патенты и прочие результаты интеллектуальной деятельности, а также лицензионные соглаше-ния.
Последующая реализация разработанной технологии по формированию гибкой, экономич-ной, быстромонтируемой теплоизоляционной конструкции окажет не только прямой технико-экономический эффект, но также будет способствовать созданию новых рабочих мест на производ-ствах по созданию теплоизоляционных конструкций.
Промежуточные результаты ПНИ были успешно популяризированы на VII Международной конференции «Характеристики материалов 2015», проходившей в г. Валенсия, Испания в период с 20 апреля по 24 апреля 2015 г., труды которой реферируются в базах данных Scopus и Web of Science. В конференции принимали участие ученые мирового сообщества из стран Европы, Америки, Азии, Африки. Доклад о результатах ПНИ привлек интерес потенциальных партнеров, заинтересованных в расширении дальнейших контактов, совместных исследованиях и внедрении полученных результатов на международном уровне.

Текущие результаты проекта:
1. Разработан и создан измерительно-диагностический комплекс для проведения экспериментальных исследований по определению эффективности теплоизоляционных покрытий в т.ч.:
а) модуль формирования теплоизоляционного покрытия, включающий пресс-формы для гидравлического пресса, для формирования образцов теплоизоляционного покрытия, вальцы, устройство для полимеризации изготовленных образцов;
б) модуль контроля механических свойств покрытия, включающий разрывную машину со специальными захватами, для проведения испытаний на изгиб, сжатие и разрыв, твердомер для определения твердости материалов по шкале Шора и устройство для определения эластичности образцов теплоизоляционного покрытия;
в) модуль определения теплофизических параметров, в который входит автоматизированный комплекс для исследования коэффициента теплопроводности теплоизоляционных материалов, станина для расположения образцов с теплоизоляционным материалом, греющие элементы и датчики температуры.
2. В соответствии с разработанными программой и методикой проведены экспериментальные исследования теплофизических параметров ТМТП.
Экспериментальные образцы покрытий характеризуются:
термостойкостью не ниже 300 °C,
коэффициентом теплопроводности 0,074 Вт/(м*К) (при 300 °C),
коэффициент линейного температурного расширения β = 98,1*10-6*К-1
3. Получен охранный документ РИД – Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ «Программное обеспечение модуля измерения теплофизических свойств теплоизоляции (ПОМИТСТ)».
Подготовлена и передана в ФИПС заявка на государственную регистрацию полезной модели «Теплоизоляционное покрытие»
4. Результаты настоящего ПНИ освещались на VII Международной конференции «Характеристики материалов 2015», проходившей в г. Валенсия, Испания; выставке «Москва - энергоэффективный город -2015», г. Москва