Отчет по практике: Технологический процесс изготовления теплоизоляционных материалов из пенополиуретана
Заказчиками в основном являются предприятия, связанные с тепловой энергетикой, т.к. выполнение работ по тепловой изоляции трубопроводов обеспечивает снижение тепловых потерь, из чего вытекает снижение расхода топлива и электроэнергии на производство тепловой энергии. Много заказчиков как в городе Красноярске, так и по территории края: в Ачинске, Канске, Заозерном, Зеленогорске, Ужуре, Назарово, Шарыпово и т.д.
1.2 Характеристика и свойства ППУ
Теплоизоляционные изделия из пенополиуретана (ППУ) применяются для теплоизоляции газо- нефтепроводов, трубопроводов горячего и холодного водоснабжения, инженерных сетей химических и нефтехимических производств, цистерн, хранилищ, емкостей и других промышленных объектов, в диапазоне температур от -190С до +160С (горючесть ППУ – изделий определяется по ГОСТ 12.1.044-84, класс горючести Г2 (горючий, трудновоспламеняемый)).
Особенность пенополиуретана - исключительно высокие физико-механические свойства: достаточная механическая прочность и долговечность, не поддается гниению, не впитывает влагу, не выделяет в атмосферу каких-либо канцерогенных веществ (ЦГСЭН в гигиенических сертификатах указывает «безопасен при применении в качестве теплоизоляционного материала»).
На сегодняшний день пенополиуретан признан лучшим материалом для теплоизоляции трубопроводов ведущими теплотехническими НИИ РФ, в том числе и ВНИПИЭТ г.Железногорска.
Отечественные ППУ массового применения устойчиво держат коэффициент теплопроводности 0,028 Вт/м*градС и имеют тенденции в ближайшие годы снизится до 0,02 Вт/м*градС. В отличие от большинства теплоизоляционных материалов теплопроводность пенополиуретана от влажности среды не зависит (чего не скажешь о других утеплителях), хранение под дождем и снегом - нормальное.
Пенополиуретан позволяет создать монолитное, полностью гидроизолирующее покрытие трубы. Дополнительной защиты не требуется – только покраска для защиты от прямых солнечных лучей.
Применение пенополиуретана позволяет решить практически все проблемы, связанные с теплоизоляцией трубопроводов:
- приведение теплопотерь к нормируемым величинам, что дает значительную экономию денежных средств при транспортировке тепла;
- решение вопроса защиты теплосетей от варварского разграбления;
- увеличение срока службы теплоизоляции до 25-30 лет без какого-либо значительного изменения ее свойств;
- многократное уменьшение затрат на монтаж изоляции и ее эксплуатацию в дальнейшем;
- эстетичный внешний вид, позволяющий изолировать теплотрассы в городской черте, не уродуя архитектурный облик города.
Экономическая эффективность теплоизоляции пенополиуретаном обусловлена снижением стоимости прокладки по сравнению с традиционными методами на 20-30 %. Расчет экономического эффекта от бесканальной прокладки теплотрасс с изоляцией из ППУ (по сравнению с традиционным канальным вариантом) показал суммарный годовой экономический эффект в размере 200 млн. руб. (при диаметре трубопровода 100 мм) и 1,5 млрд. руб. (при диаметре 800 мм) на один километр теплотрассы в ценах 2000 года.
Что касается теплоизоляционных свойств новой технологии, то проведённые испытания на тепловые потери участка теплопровода длиной 683 м, диаметром 125 мм показали, что фактические потери в 1,7 раза меньше нормативных, рассчитанных по «Нормам проектирования тепловой изоляции» и СНиП 2.04.14-88.
По данным института «Норильскпроект», пенополиуретан – это единственный материал, подходящий по всем перечисленным показателям к применению в строительстве в климатической зоне Сибири и Заполярья. По приведенным затратам, с учетом полной стоимости тепловых потерь за 10 лет эксплуатации, ППУ изоляция экономичнее соответствующей минераловатной на 50-60% (Приложение Б).
Сырье. Пенополиуретан относится к классу газонаполненных пластмасс. Образование пенополиуретана происходит при реакции двух жидких компонентов (двухкомпонентной ПУ смеси): компонент «А» - полиол и компонент «Б» - полиизоционат, в результате образуются микрокапсюли, заполненные воздухом.
При работе по теплоизоляции ППУ компания использует компоненты, которые 
готовят отечественные фирмы. Полиизоционат в России не производится, весь компонент «Б» поступает в нашу страну импортный. Основные продавцы ПИЦа это Bayer, Elastogran (Германия), Huntsman (Нидерланды), Dow Chemical (США), также часть поступает из Венгрии, Польши, КНР. На территории РФ производители компонента «А» расположены в городах: Владимир, Дзержинск, Чебоксары, Пермь, Нижнекамск, Самара. Для гарантированного получения конечного продукта компания всегда приобретает систему компонентов («А» + «Б»). Такая смесь оптимальна с точки зрения «цена-качество».
Компонент «А» является гидроксилсодержащим компонентом, создающим при реакции с компонентом «Б» полимерную основу пенополиуретана марки ППУ-110 и представляет собой темную жидкость, состоящую из смеси нескольких химических соединений, таких как полиэфиры, амульгаторы, вспенивающие и сшивающие агенты. Компонент «А» малотоксичен, невзрывоопасен, хранить его необходимо в сухом вентилируемом помещении при температуре не ниже 0°С. При хранении компонент «А» имеет тенденцию к расслаиванию и поэтому перед использованием его необходимо тщательно перемешать путем перекатывания и опрокидывания бочки в течение 5-10 мин. Транспортируется компонент в бочках из углеродистой стали, внутренняя поверхность которых покрыта защитным покрытием, вместимостью не менее 200 литров всеми видами транспорта, обеспечивающими сохранность продукта и тары.
Компонентом «Б» является полиизоцианат марки «Б» высшего сорта и представляет собой смесь 50 - 60% диизоцианата и полиизоцианата групп не менее 30%. Компонент «Б» - темная жидкость со специфическим запахом. Токсичен, предельно допустимая концентрация его паров в воздухе производственных помещений составляет 0,2мг/куб.м, температура вспышки 175°С, воспламенения 215°С. Компонент «Б» легко реагирует с атмосферной влагой и водой, при этом образуется осадок твердого полимерного материала, который нельзя использовать для переработки. Поэтому бочки с компонентом «Б» должны быть герметично закрыты и защищены от контакта с водой и атмосферной влагой.
Из одной тонны сырья, с учетом возможных потерь можно получить 20 кубометров пенополиуретана при плотности 50 кг/м3. Тонна – это четыре 200 литровых бочки. Технологичность, экономическая целесообразность и удобство - очевидны.
1.3 Характеристика технологического процесса изготовления ППУ
Технологический процесс изготовления ППУ предусматривает следующие технологии: заливка в формы и напыление.
На сегодня в структуре предприятия имеются:
1) Цех по производству пенополиуретановой скорлупы
Заливка в формы – основная технология ООО «СибТехмонтаж» - предусматривает изготовление скорлупы и отводов в виде полых цилиндров и полуцилиндров от Ø32 мм до Ø1220 мм, согласно ТУ № 2254-234-10480596-01 и ТУ 5768-021-01297858-01. Длина скорлуп 1000 мм.
Технология производства ППУ методом заливки в пресс-форму позволяет в цеховых условиях изготовить требуемое количество теплоизоляционных полуцилиндров «скорлуп» для дальнейшей их установки на трубопровод.
Производство теплоизоляционных полуцилиндров «скорлуп» для трубопроводов - наиболее простой процесс из области производства формованных изделий из ППУ. Общие принципы данных производств одинаковы - пенополиуретановая композиция заливается в ограничительную оснастку - пресс-форму. Пресс-форма перед заливкой смазывается антиадгезионной смазкой (циатим, литол, солидол и т.п.). Система двух изначально жидких компонентов А и Б заливается в стальные пресс-формы с помощью машины высокого давления (производительность от 30 до 300 литров в минуту), как правило 100:130 по массе. В результате смешивания этих двух компонентов образуется реакционно-способная смесь. После заливки композиция вспенивается, расширяется и твердеет, занимая всё внутреннее пространство пресс-формы. Время выдержки скорлупы в пресс-форме 7-10 минут. Временная продолжительность единократной заливки не должна превышать 20-30 секунд от времени старта.
Производство «скорлуп» в основном упирается в пресс-формы, их качество и количество. Основные требования к пресс-формам - это точное соответствие геометрических размеров формы размерам требуемой детали и высокие прочностные характеристики ППУ при расширении создаёт избыточное давление внутри формы до 6 атмосфер.
Оптимальная температура для переработки ППУ – 22°C поэтому, чем ближе температура воздуха на производственном участке к оптимальной, тем лучше. Над непосредственным местом заливки установлен зонд вытяжной вентиляции, обеспечивающий 8-10 кратный обмен воздуха в рабочей зоне в течение часа. Для работы и обслуживания достаточно 2-х человек.