Том 337 № 4 (2026)
DOI https://doi.org/10.18799/24131830/2026/4/5121
Влияние высоких температур на долговечность пенополиуретановой изоляции тепловых сетей
Актуальность. В связи с появлением новых изоляционных материалов, а также с тенденцией к замене минераловатной изоляции на пенополиуретановую при реконструкции тепловых сетей исследование долговечности теплоизоляционных материалов – актуальная задача, особенно учитывая широкий диапазон температур, в котором эксплуатируются материалы при изоляции трубопроводов тепловых сетей. При выборе теплоизоляционного материала необходимо учитывать, что воздействие высоких температур на материал может приводить к его термической деградации. Цель. Оценка долговечности и предельной температуры применения пенополиуретановой изоляции путем определения степени термической деструкции материала под действием температур в диапазоне 100–150 °C. Методы. Долговечность и предельная температура применения пенополиуретановой изоляции определялись по результатам проведенного термогравиметрического анализа с использованием изоконверсионных методов кинетического анализа. Результаты. По результатам проведенного термогравиметрического анализа рассчитана энергия активации процесса термического разложения для пенополиуретановой изоляции. Полученные значения энергии активации использовались для расчёта долговечности и предельной температуры применения. Рассчитаны предельные температуры применения пенополиуретановой изоляции для разной степени разложения материала в зависимости от сроков эксплуатации. Представлена зависимость долговечности материала от температуры воздействия на материал. Заключение. Предложена методика оценки долговечности и предельной температуры применения теплоизоляционных материалов. Показано как температура, при которой эксплуатируются теплоизоляционные материалы в тепловых сетях, влияет на термическую деструкцию пенополиуретановой изоляции. Данная методика может использоваться для оценки соответствия долговечности материала требованиям, предъявляемым к теплоизоляционным конструкциям трубопроводов тепловых сетей.
Для цитирования: Влияние высоких температур на долговечность пенополиуретановой изоляции тепловых сетей. Э.Р. Базукова, Ю.В. Ваньков, Ш.Г. Зиганшин, Т.Р. Абдуллин, Я.Р. Закирова. Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов, 2026, Т. 337, № 4, С. 7-16.
Ключевые слова:
долговечность, пенополиуретановая изоляция, термическая деструкция, предельная температура применения, тепловая изоляция трубопроводов, тепловые потери
Библиографические ссылки:
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. РЭА Минэнерго России. Доклад о состоянии теплоэнергетики и централизованного теплоснабжения в Российской Федерации 2022 году. URL: https://minenergo.gov.ru/press-center/presentations/doklad-o-sostoyanii-teploenergetiki-i-tsentralizovannogo-teplosnabzheniya-v-rf-2022- (дата обращения 03.03.2025).
2. Исследования теплопроводности рулонных материалов на основе аэрогеля. П.П. Пастушков, С.И. Гутников, Н.В. Павленко, М.Д. Столяров. Строительные материалы, 2020, № 6, С. 39–43. DOI: 10.31659/0585-430X-2020-781-6-39-43.
3. Aerogel product applications for high-temperature thermal insulation. A. Fedyukhin, K. Strogonov, O. Soloveva, S. Solovev, I. Akhmetova, U. Berardi, M. Zaitsev, D. Grigorev. Energies, 2022, Vol. 15, P. 7792. DOI: 10.3390/en15207792.
4. Abdullin T., Kondratiev A., Vankov Yu. Study of the effectiveness of the use of aerogel thermal insulation to reduce heat loss. Advances in Ecology and Environmental Engineering. Springer Proceedings in Earth and Environmental Sciences. Cham: Springer, 2024. DOI: 10.1007/978-3-031-64423-8_47.
5. Базукова Э.Р. Ваньков Ю.В., Пономарев Р.А. Экономический эффект вариантов тепловой защиты трубопроводов энергетических комплексов. Вестник Казанского государственного энергетического университета, 2022, Т. 14, № 4 (56), С. 103–112.
6. Berardi U., Nosrati R. Long-term thermal conductivity of aerogel-enhanced insulating materials under different laboratory aging conditions. Energy, 2018, Vol. 147, P. 1188–1202. DOI: 10.1016/j.energy.2018.01.053.
7. Nosrati R., Berardi U. Long-term performance of aerogel-enhanced materials. Energy Procedia, 2017, Vol. 132, P. 303–308. DOI: 10.1016/j.egypro.2017.09.733.
8. Determination of the long-term thermal performance of foam insulation materials through heat and slicing acceleration. M. Bae, H. Ahn, J. Kang, G. Choi, H. Choi. Polymers, 2022, Vol. 14, P. 4926. DOI: 10.3390/polym14224926
9. Lakatos A. Stability investigations of the thermal insulating performance of aerogel blanket. Energy and Buildings, 2019, Vol. 185, P. 103–111. DOI: 10.1016/j.enbuild.2018.12.029.
10. Lakatos A., Csarnovics I. Influence of thermal annealing on structural properties of silica aerogel super insulation material. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 2020, Vol. 142, P. 321–329. DOI: 10.1007/s10973-019-09043-5.
11. Lakatos A., Csík A., Csarnovics I. Experimental verification of thermal properties of the aerogel blanket. Case Studies in Thermal Engineering, 2021, Vol. 25, P. 100966. DOI: 10.1016/j.csite.2021.100966.
12. Kovacs Z., Csík A., Lakatos A. Thermal stability investigations of different aerogel insulation materials at elevated temperature. Thermal Science and Engineering Progress, 2023, Vol. 42, P. 101906. DOI: 10.1016/j.tsep.2023.101906.
13. The evolution of insulation performance of fiber-reinforced silica aerogel after high-temperature treatment. R. Gao, Z. Zhou, H. Zhang, X. Zhang, Y. Wu. Materials, 2023, Vol. 16 (13), P. 4888. DOI: 10.3390/ma16134888.
14. High-temperature service stability of a novel ceramic composite insulation material. R. Gao, Z. Zhou, H. Zhang, X. Zhang, Y. Wu. Ceramics International, 2024, Vol. 50, P. 30402–30410. DOI: 10.1016/j.ceramint.2024.05.337.
15. Базукова Э.Р., Ваньков Ю.В., Хазиахметова Э.Р. Теплозащитные свойства промышленной тепловой изоляции паропроводов: Монография. Электронное издание локального распространения. СПб: Изд-во «Наукоемкие технологии», 2023. 193 с. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=56490611 (дата обращения 03.03.2025).
16. Jelle B. Accelerated climate ageing of building materials, components and structures in the laboratory. Journal of Materials Science, 2012, Vol. 47, P. 6475–6496. DOI: 10.1007/s10853-012-6349-7.
17. Тепловая изоляция в промышленности. Теория, материалы и системы изоляции: монография. А.Д. Жуков, В.В. Гурьев, В.С. Жолудов и др. М.: МИСИ – МГСУ, 2021. 184 с. URL: https://e.lanbook.com/book/248969 (дата обращения: 06.03.2025).
18. Vyazovkin S. Isoconversional kinetics of thermally stimulated processes. Springer International Publishing Switzerland, 2015. P. 239 DOI: 10.1007/978-3-319-14175-6.
19. ICTAC Kinetics Committee recommendations for performing kinetic computations on thermal analysis data. S. Vyazovkin, A. Burnham, J. Criado, L. Perez-Maqueda, C. Popescu, N. Sbirrazzuoli. Thermochimica Acta, 2011, Vol. 520, P. 1–19. DOI: 10.1016/j.tca.2011.03.034.
20. Vyazovkin S., Sbirrazzuoli N. Isoconversional methods as single-step kinetic approximation. Thermochimica Acta, 2024, Vol. 733, P. 179692. DOI: 10.1016/j.tca.2024.179692.
REFERENCES
1. REA Ministry of Energy of Russia. Report on the state of thermal power engineering and centralized heat supply in the Russian Federation in 2022. (In Russ.) Available at: https://minenergo.gov.ru/press-center/presentations/doklad-o-sostoyanii-teploenergetiki-i-tsentralizovannogo-teplosnabzheniya-v-rf-2022- (accessed 3 March 2025).
2. Pastushkov P.P., Gutnikov S.I., Pavlenko N.V., Stolyarov M.D. Studies of thermal conductivity of rolled materials based on aerogel. Construction materials, 2020, no. 6, pp. 39–43. (In Russ.) DOI: 10.31659/0585-430X-2020-781-6-39-43.
3. Fedyukhin A., Strogonov K., Soloveva O., Solovev S., Akhmetova I., Berardi U., Zaitsev M., Grigorev D. Aerogel product applications for high-temperature thermal insulation. Energies, 2022, vol. 15, pp. 7792. DOI: 10.3390/en15207792.
4. Abdullin T., Kondratiev A., Vankov Yu. Study of the effectiveness of the use of aerogel thermal insulation to reduce heat loss. Advances in Ecology and Environmental Engineering. Springer Proceedings in Earth and Environmental Sciences. Cham, Springer, 2024. DOI: 10.1007/978-3-031-64423-8_47.
5. Bazukova E.R., Vankov Yu.V., Ponomarev R.A. Economic effect of thermal protection options for pipelines of energy complexes. Bulletin of the Kazan State Power Engineering University, 2022, vol. 14, no. 4 (56), pp. 103–112. (In Russ.)
6. Berardi U., Nosrati R. Long-term thermal conductivity of aerogel-enhanced insulating materials under different laboratory aging conditions. Energy, 2018, vol. 147, pp. 1188–1202. DOI: 10.1016/j.energy.2018.01.053.
7. Nosrati R., Berardi U. Long-term performance of aerogel-enhanced materials. Energy Procedia, 2017, vol. 132, pp. 303–308. DOI: 10.1016/j.egypro.2017.09.733.
8. Bae M., Ahn H., Kang J., Choi G., Choi H. Determination of the long-term thermal performance of foam insulation materials through heat and slicing acceleration. Polymers, 2022, vol. 14, pp. 4926. DOI: 10.3390/polym14224926
9. Lakatos A. Stability investigations of the thermal insulating performance of aerogel blanket. Energy and Buildings, 2019, vol. 185, pp. 103–111. DOI: 10.1016/j.enbuild.2018.12.029.
10. Lakatos A., Csarnovics I. Influence of thermal annealing on structural properties of silica aerogel super insulation material. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 2020, vol. 142, pp. 321–329. DOI: 10.1007/s10973-019-09043-5.
11. Lakatos A., Csik A., Csarnovics I. Experimental verification of thermal properties of the aerogel blanket. Case Studies in Thermal Engineering, 2021, vol. 25, pp. 100966. DOI: 10.1016/j.csite.2021.100966.
12. Kovacs Z., Csik A., Lakatos A. Thermal stability investigations of different aerogel insulation materials at elevated temperature. Thermal Science and Engineering Progress, 2023, vol. 42, pp. 101906. DOI: 10.1016/j.tsep.2023.101906.
13. Gao R., Zhou Z., Zhang H., Zhang X., Wu Y. The evolution of insulation performance of fiber-reinforced silica aerogel after high-temperature treatment. Materials, 2023, vol. 16 (13), pp. 4888. DOI: 10.3390/ma16134888.
14. Gao R., Zhou Z., Zhang H., Zhang X., Wu Y. High-temperature service stability of a novel ceramic composite insulation material. Ceramics International, 2024, vol. 50, pp. 30402–30410. DOI: 10.1016/j.ceramint.2024.05.337.
15. Bazukova E.R., Vankov Yu.V., Khaziakhmetova E.R. Thermal insulation properties of industrial thermal insulation of steam pipelines: monograph. St Petersburg, Science-Intensive Technologies Publ. House, 2023. 193 p. (In Russ.) Available at: https://elibrary.ru/item.asp?id=56490611 (accessed 3 March 2025).
16. Jelle B. Accelerated climate ageing of building materials, components and structures in the laboratory. Journal of Materials Science, 2012, vol. 47, pp. 6475–6496. DOI: 10.1007/s10853-012-6349-7.
17. Zhukov A.D., Guryev V.V., Zholudov V.S. Thermal insulation in industry. Theory, materials and insulation systems: monograph. Moscow, MISI – MGSU Publ., 2021. 184 p. (In Russ.) Available at: https://e.lanbook.com/book/248969 (accessed 3 March 2025).
18. Vyazovkin S. Isoconversional kinetics of thermally stimulated processes. Springer International Publishing Switzerland, 2015. 239 p. DOI: 10.1007/978-3-319-14175-6.
19. Vyazovkin S., Burnham A., Criado J., Perez-Maqueda L., Popescu C., Sbirrazzuoli N. ICTAC Kinetics Committee recommendations for performing kinetic computations on thermal analysis data. Thermochimica Acta, 2011, vol. 520, pp. 1–19. DOI: 10.1016/j.tca.2011.03.034.
20. Vyazovkin S., Sbirrazzuoli N. Isoconversional methods as single-step kinetic approximation. Thermochimica Acta, 2024, vol. 733, pp. 179692. DOI: 10.1016/j.tca.2024.179692.
