Регистрация / Вход
Прислать материал

14.577.21.0119

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.577.21.0119
Тематическое направление
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ"
Название доклада
Разработка новой теплоизоляционной конструкции для защиты оборудования, эксплуатирующегося при температурах до 700 С
Докладчик
Рыженков Артем Вячеславович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Цель проекта:
-разработка многослойной теплоизоляционной конструкции (ТК) на основе микросфер, способной сохранять свои рабочие характеристики до температуры 700 °С, а также технологических основ, экспериментального и лабораторного оборудования для ее создания;
-разработка экспериментального стенда по измерению теплофизических свойств теплоизоляции;
-разработка мероприятий по продвижению и внедрению результатов ПНИ в реальном секторе экономики.
Задачами настоящей ПНИ является:
- разработка состава, структуры, технологии изготовления новой теплоизоляционной конструкции для защиты оборудования, эксплуатирующегоcя при температурах до 700 ºС;
- выполнение комплекса экспериментальных исследований характеристик новой теплоизоляционной конструкции на основе полых стеклянных микросфер;
- изготовление экспериментального стенда по измерению теплофизических свойств теплоизоляции с целью обеспечения исследований характеристик в зоне высоких температур (до 750°С).
Актуальность и новизна исследования
Современные тенденции в разработке энергетического оборудования (таких как, котельные агрегаты, работающие при ультрасверхкритических параметрах теплоносителя) направлены на повышение параметров рабочего тела. Одним из способов повышения эффективности энергетического оборудования является использование высокотемпературных теплоизоляционных конструкций (ТК). Энергоэффективные ТК должны обладать следующими характеристиками:
-низкая теплопроводность;
-малый удельный вес;
-высокая термическая стойкость;
-малая усадка материала;
-высокие прочностные характеристики;
-технологичность применения.
Современные теплоизоляционные материалы, применяемые в энергетике (волокнистые, на основе вермикулита и перлита, шамотные изделия), не обеспечивают совокупность указанных требований.
Перспективным направлением развития высокотемпературной теплоизоляции является использование материалов на основе полых стеклянных микросфер и различных неорганических связующих, которые позволяют обеспечить работоспособность изделий при температурах свыше 700°С. В структуре теплоизоляции микросферы обеспечивают высокие теплофизические свойства, а неорганическое связующее создает непрерывную полимерную матрицу с прочными связями между микросферами. Подобная структура ТК позволяет обеспечить совокупность высоких механических и теплофизических характеристик.
Описание исследования

Для изготовления экспериментальных образцов новой теплоизоляционной конструкции (НТК) были выполнены исследования характеристик различных составов компонентов, вследствие чего установлено, что лучшими характеристиками обладает состав из следующих компонентов:

- основное связующее – АФС В1;

- дополнительное связующее – ФК-70 с катализатором отверждения;

- наполнитель – микросферы стеклянные К-25.

Технология изготовления образцов состоит из трех основных операций:

-изготовление формовочной смеси (смешивание и гомогенизация компонентов) в планетарном смесителе;

-вибропрессование  гидропрессом под давлением 15 атм;

-термическая обработка  по ступенчатому  графику 90-150-200-500-700-900°С.

Для определения свойств новой теплоизоляционной конструкции были проведены экспериментальные исследования по изучению следующих параметров НТК:

-работоспособность в температурном диапазоне от 0°С до 700°С (выдержка при 700°С в электропечи муфельной ЭКПС-500 в течение 200 часов и затем выдержка при 0°С в климатической камере Climats 4000 Н70/5 в течение 200 часов);

- адгезия к металлической подложке с использованием адгезиметра PosiTest AT (DeFelsko);

- прочностные характеристики (предел прочности на сжатие при 10%-ой линейной деформации образцов, предел прочности при изгибе) с использованием cервогидравлической испытательной машины для статических и циклических испытаний Instron 8801;

- термовлагостойкость, определяемая посредством попеременного выдерживания образцов в водной среде и сушке при 70 ºС в течение 30 циклов увлажнения – сушки;

- влагостойкость, которая определялась как степень водопоглощения НТК после выдержки в водной среде в течение 24 часов;

- альбедо (отражающая способность) поверхности определялось с использованием спектрофотометра SP-60 со сферической геометрией измерения в диапазоне длин волн от 400 до 700 нм (режимах SPIN и SPEX);

- поропроницаемость НТК определялась посредством измерения на автоматизированном анализаторе газопроницаемости TotalPerm количества водяного пара, кислорода и углекислого газа, проникающих через образец в течение 24 часов;

- вибропрочность определялась при воздействии вибрации с частотой 100 Гц и амплитудой перемещения не менее 0,5 мм. Исследование проводилось на вибростенде SignalStar Scalar, модель V400LT/DSA1-2K. Исследования проводили при воздействии вибрации в двух взаимно перпендикулярных направлениях по отношению к экспериментальному образцу.

При исследовании теплофизических свойств экспериментальных образцов НТК определялись следующие величины:

-коэффициент теплопроводности НТК в диапазоне температур 0÷7000С на цилиндрических и плоских образцах. Исследование выполнялось на созданном в рамках ПНИ экспериментальном стенде для измерения теплофизических свойств в вакууме;

- температурный коэффициент линейного расширения (изменения линейного размера образца в процессе его нагрева до температуры 7000С), определяемый на автоматическом дилатометре с кварцевым толкателем типа ДКТ-50.

Результаты исследования

Результаты проведенных исследований экспериментальных образцов НТК для защиты оборудования, эксплуатирующегося при температурах до 700°С, показали следующее:

- НТК работоспособна в температурном диапазоне от 0°С до 700°С;

- предел прочности при сжатии в продольном направлении после выдержки при 0ºС составил 0,71МПа при усилии 42 КН, после выдержки при 700ºС предел прочности при сжатии составил 0,52-0,55 МПа при усилии 31 КН. Прочностные характеристики удовлетворяют требованиям Технического задания (ТЗ) (не менее 0,5 МПа);

- среднее значение адгезии к металлической подложке экспериментальных образцов НТК составляет 0,541 МПа, что соответствует требованиям ТЗ диапазону 0,1 ÷ 3 МПа;

- среднее значение предела прочности на сжатие при 10% деформации образцов НТК при средней нагрузке 50,2 КН составило 0,836 МПа, что соответствует заданному в ТЗ диапазону 0,1÷ 2 МПа. Среднее значение предела прочности на изгиб образцов НТК при средней нагрузке 6,3 КН составило 1,386 МПа, что соответствует заданному в ТЗ диапазону 0,1÷ 2 МПа;

- значения эффективной теплопроводности при 700°С не превышает 0,28 Вт/м*К, что удовлетворяет требованиям ТЗ (0,3 Вт/м*К );

- после выполнения испытаний на термовлагостойкость в течение 30 циклов увлажнения – сушки, дефектов образцов не обнаружено, что соответствует требованиям ТЗ;

- значения альбедо поверхности (отражательной способности k, %) находилось в диапазоне 33-46%, что вдвое выше заданного ТЗ (15%);

- средние значения поропроницаемости исследованных образцов НТК для паров воды составили 180,573 см32/(24 ч×бар-1), кислорода -179,518 см32/(24 ч×бар-1), углекислого газа - 62,285 см32/(24 ч×бар-1), что соответствует требованию ТЗ;

- визуальный осмотр образцов после проведения исследовательских испытаний на вибропрочность не выявил дефектов на образцах.

Для снижения лучистой составляющей теплообмена впервые разработана технология металлизации поверхностей теплоизоляционной конструкции методом ионно-плазменного напыления в вакууме.

Проведена апробация образцов НТК при изоляции  натурного объекта с температурой поверхности 700°С в течении 100 часов. Образцы выдержали испытания, дефектов конструкции не обнаружено. Температура на внешней поверхности теплоизоляционной конструкции не превышала 40°С, что соответствует требованиям СП 61.13330.2012 (Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов).

Полученные результаты полностью соответствуют техническим требованиям к выполняемому проекту.

Полученные характеристики НТК в совокупности превосходят широко используемые теплоизоляционные материалы и позволяют создавать новые эффективные теплоизоляционные ограждающие конструкции.

В результате ПНИ выполнен комплекс мероприятий по коммерциализации результатов:

- разработан проект ТЗ на проведение ОКР по теме: «Разработка технологии производства новой многослойной теплоизоляционной конструкции для защиты оборудования, эксплуатирующегося при температурах до 700 ºС»;

- принято участие в 3 информационных мероприятиях с представлением результатов и презентаций работ по настоящему Соглашению.

Практическая значимость исследования
В современных условиях энергетика и промышленность РФ нуждаются в новых видах высокоэффективных теплоизоляционных материалов, позволяющих повысить эффективность использования энергии, надежность и ресурс широкого спектра котельного, турбинного, судового и других типов оборудования, сохраняющих свои свойства при температурах до 7000С и отвечающих современным требованиям по экологичности, вибростойкости и ремонтопригодности.
Разработанная тепловая изоляция за счет надежности и долговечности обеспечивает нормированные тепловые потери с поверхности оборудования в течение длительного времени эксплуатации, что ведет к уменьшению количества сжигаемого топлива, и, как следствие, улучшению экологической обстановки, приводит к снижению тарифов на тепловую и электрическую энергию, обеспечивает необходимые санитарно-гигиенические условия рабочему персоналу, находящемуся в зоне работы и обслуживания высокотемпературных промышленных объектов.
Полученные результаты направлены на последующую разработку технологических решений по реализации новой теплоизоляционной конструкции на основе микросфер для защиты оборудования, эксплуатирующегося при температурах до 700 0С.
Потенциальными объектами коммерциализации являются полученные в ходе выполнения работы патенты и прочие результаты интеллектуальной деятельности, а также лицензионные соглашения.

Постер

+ПОСТЕР 119.ppt