В.Б. Пономарев, к.т.н., зам. генерального
директора ОАО «Теплопроект»
Состояние и перспективы развития производственной базы промышленности теплоизоляционных материалов на основе минерального волокна
(доклад на научно-технической конференции по теплоизоляционным материалам 06-08.06.2012 г. в г.Бийске)
В последние годы перед кризисом 2008 г. наблюдался интенсивный рост производства и потребления теплоизоляционных материалов (ТИМ). Те объемы утеплителей, которые мы получали за счет производства и импорта, не позволяли удовлетворить потребность строительного комплекса, которая резко возросла после ужесточения нормируемых теплопотерь через ограждающие конструкции зданий. Но это было до кризиса, сейчас наблюдается постепенный рост объемов производства после значительного спада в 2009-10 г.г.
Положение дел в отрасли.
Если раньше в России производством ТИМ занимались крупные предприятия, выпускавшие 150 – 200 и более тыс. м3 минераловатной продукции в год, то сегодня очень много предприятий, относящихся к малому и среднему бизнесу и производящих от нескольких тысяч до 40-50 тыс. куб. метров продукции в год, которым надо помочь обновиться, встать на ноги, не забывая при этом о соблюдении технологических параметров и контроле качества продукции. Фактически это наши старые минераловатные заводы (их более 50 по России), которые не смогли оснаститься импортным высокопроизводительным оборудованием, а также установки БСТВ, которые работают более чем на 30 предприятиях.
Если же говорить о производстве ТИМ из стеклянного волокна, то в данном секторе, видимо, этой проблемы не будет. Производство стекловаты – процесс достаточно затратный, требующий значительных инвестиций в строительство (порядка 35-40 млн. евро на одну современную технологическую линию производительностью более 1 млн. кубометров продукции), поэтому оно сосредоточено в руках крупных производителей («УРСА-УРАЛИТА», «КНАУФ» и «ИЗОВЕР»). Мелким и средним предпринимателям вряд ли удастся развернуться и занять уверенные позиции в этом секторе.
Концентрация больших объемов дала преимущество в том, что на смену старому пыльному и колючему стекловолокну, производимому дутьевым способом и имеющему диаметр 10–15 мкм и массу неволокнистых включений, пришло качественное тонкое стекловолокно средним диаметром 3–4 мкм, длиной до 40–50 мм и практически без неволокнистых включений. Это позволяет выпускать сверхлегкую высококачественную негорючую теплоизоляцию, которой сегодня почти нет альтернативы. Однако это ниша продукции в диапазоне плотностей от 11 до 20 кг/куб.м, так называемая сверхлегкая теплоизоляция, она хоть и заполонила рынок, но у нее проблемы с коэффициентом монтажного уплотнения ( который должен быть в диапазоне от 4 до 2,5 ) и искушенный покупатель начинает понимать, что толщину такой стекловаты надо соответственно этому коэффициенту увеличивать, что весьма существенно для его кармана. Но это искушенный, а их пока немного.
Теперь несколько цифровых показателей за последний год.
По данным фирмы «ИТКОР» (г. Москва) в 2011г. произведено минераловатных изделий 16,111млн. куб.м, стекловатных 12,725 млн. куб.м, пенополистирола 6,5 млн. куб.м, прочих вспененных полимеров 2,35 млн. куб.м, итого 37 млн. 686 тыс. куб.м .Кроме тог, по импорту поставлено 3,289 млн. куб.м ТИМ, в том числе 1,689 млн. куб.м минераловатных изделий, 1,473 млн.куб.м стекловатных и 127 тыс. куб.м прочих. Более весомый послекризисный спад производства стекловатной продукции (в 3,5 раза по сравнению с минераловатной) - итог недальновидной политики ведущих производителей, увлекающихся «накачиванием кубатуры» сверхлегкой теплоизоляции и погоней за прибылью, которая на российском рынке превышала все разумные пределы.
С чего следовало бы начать подъем производства?
С технического перевооружения отрасли и кризис здесь должен стать мощным толчком на этом пути, ибо после кризиса выживают только те предприятия, которые выпускают качественную и конкурентоспособную продукцию.
Во-первых, необходимо осуществить переход на производство минеральной ваты и изделий из горных пород габбро-базальтовой группы. Многие выпускают базальтовую вату причем не только из базальта, но и из габбро-диабаза, порфирита, амфиболита и др. пород габбро-базальтовой группы. Термин прижился. Но, к сожалению, однокомпонентная шихта приживается пока туго. Видимо существуют определенные проблемы, не с поставками сырья, естественно, а с плавильными агрегатами. Старые вагранки не тянут, на новые нет средств, а электропечи слишком медленно внедряются, да и не везде имеются резервы электрических мощностей, а получение дополнительных мощностей весьма затратно.
Поэтому второй пункт – это разработка более эффективных плавильных агрегатов и технологического оборудования, их автоматизация и компьютеризация.
Плавильный агрегат – важнейший элемент технологической линии Как правило, выбор плавильного оборудования осуществляется из соображений доступности энергоносителя в том или ином регионе. Если это Сибирь или Дальний Восток, где пока нет газа, то предпочтение отдается электропечам. Это плавильные агрегаты нового поколения разных модификаций и производительности, более совершенные, дающие качественный расплав из любого сырья. Их называют «всеядные печи», тем более, что в них можно переплавлять все твердые отходы производства, что весьма актуально в современных условиях.
Достаточно хорошая перспектива у ванных газовых печей, потому что на сегодняшний день их эксплуатация обходится гораздо дешевле, если сравнивать их с вагранками и электропечами.
Недостатки ванных печей : большие капвложения (первоначальные затраты на огнеупоры), значительные затраты на периодические и капитальные ремонты, убытки при 30-40-дневном капитальном ремонте и вынужденные затраты на топливо для печи в период остановок (при отсутствии сбыта продукции). Вместе с тем расчеты Теплопроекта (зам. главного инженера Артемьев В.М.) показывают, что даже при увеличении стоимости природного газа до европейского уровня, удельные затраты на топливо в ванной печи будут в 4-5 раз меньше, чем в вагранке ( даже при условии, что стоимость кокса останется на нынешнем уровне). При длительности кампании печи более 2-х лет ванная печь становится более предпочтительным плавильным агрегатом. Практика показывает, что сегодня кампания ванных печей при применении современных огнеупоров составляет от 3 до 5 лет, а в производстве стекловолокна до 8 лет.
Применяются и газоэлектрические агрегаты, например германской фирмы «Зорг» или НПЦ «Стекло-Газ» (г. Гусь-Хрустальный), а где нет проблем с коксом, там можно ставить и коксовые вагранки. Они тоже достаточно эффективны, просты в обслуживании. Сегодня вагранка - наиболее распространенный вид плавильного агрегата. Ее производительность - до 3 т/ч по расплаву (отечественные) и от 5-6 до 10 т/ч – импортные. Преимущества отечественных вагранок в простоте конструкции и обслуживания, относительной дешевизне, небольших производственных площадях, возможности быстрой остановки, ремонта и повторного запуска (в течение нескольких смен). Импортные вагранки на порядок дороже, т.к. они оснащены системами подогрева дутьевого воздуха, дожига СО, мокрой очистки отходящих газов, кислородного наддува, кислородного прожига для слива восстановленного металла, компьютерного управления ваграночным процессом и др. Общим недостатком вагранок наряду с применением дефицитного и дорогостоящего металлургического кокса, является необходимость применения крупнофракционного сырья, и вытекающая отсюда необходимость брикетирования на цементе мелких отходов расплава от центрифуги ( которых набирается до 1,5 т/ч, а у 10-тонной вагранки – до 2,5 т/ч) для повторного использования.
Что касается электропечей, то есть маленькие печи производительностью от 20 до 100–150 кг/ч, это в основном электропечи индукционного типа. Правда, за счет индуктивной плавки они потребляют много электроэнергии – 5–7 киловатт на килограмм. Поэтому их применяют для выпуска дорогого супертонкого волокна. Но есть же масса электродуговых печей, и диапазон по производительности большой – от 400 кг/ч до 5–6 т/ч по расплаву. Это общеизвестные печи на графитовых электродах, раньше их называли рудно-термическими. В минераловатном производстве они начинают потихоньку приживаться, и там, где электроэнергия не столь дефицитна, применение любых электропечей, индукционных , газоэлектрических, рудно-термических, вполне оправдано. Стоимость этих печей намного ниже импортных. Например, печи производительностью 500–1000 кг/ч. обойдутся заказчику в 300–500 тыс. долларов. То есть это вполне приемлемые для среднего бизнеса инвестиции.
Но в любом случае плавильные агрегаты можно и нужно подбирать исходя из условий энергоснабжения заказчика.
Не за горами тот день, когда в отечественную промышленность придут плазменные печи. По предварительным расчетам, такая печь при расходе 350 кг угля и 10 - киловаттном плазмотроне позволит получать 1 тонну в час базальтового расплава. В настоящее время изготовлен и испытан опытный плазменный агрегат производительностью 700 кг/час. Затем его планируется установить в цехе базальтовой ваты ОАО «ИВОТСТЕКЛО». По результатам опытно-промышленных испытаний будет спроектирован агрегат производительностью несколько тонн в час. Такие агрегаты будут в сто раз меньше потреблять электроэнергии на плавление и будут намного дешевле сегодняшних электропечей.
Следующее направление работы – повышение и доведение качества синтетического связующего, выпускаемого отечественными предприятиями, до мирового уровня и разработка новых более экологически допустимых связок. Сейчас ведется поиск новых связок на основе сахара («КНАУФ»), крахмала, ПВАД и др.
В Институте элементоорганических соединений РАН в лаборатории химической технологии и прикладной химии разработана технология приготовления связки из наномодифицированных кремнийорганических полимеров на основе жидкого стекла (торговая марка «Крелан»), которой предстоит опытно-промышленная апробация в этом году. Ряд заводов в качестве связующего применяет бентонитовую глину (Хабаровск, Татарстан), производя абсолютно негорючие базальтовые плиты повышенной жесткости из гидромассы на бентаколлоидном связующем.
Один из путей повышения качества и расширения номенклатуры волокнистых материалов – совершенствование способов переработки расплава в волокно, разработка и внедрение современных камер тепловой обработки.
Ведущие отечественные и мировые фирмы производят вату на многовалковых центрифугах, позволяющих снизить диаметр волокна до 4–6 мкм, в связи с чем свойства утеплителя значительно улучшаются.
На старых заводах многовалковыми центрифугами в 2003 г. было оснащено 26% технологических линий, в 2006 г. около 50%, сейчас эта цифра приближается к 70%. В большинстве оставшихся случаев процессу реконструкции узлов волокнообразования мешают стесненные условия существующих цехов. Приходится поднимать вагранку на более высокую отметку и изготавливать камеру отдува для валковой центрифуги, что связано со значительными затратами времени и средств.
Важное звено в технологической цепочке – камера тепловой обработки. На большинстве отечественных предприятий эксплуатируются устаревшие камеры тепловой обработки с несовершенными схемами подачи теплоносителя с температурой 250 0С и выше, что не позволяет создавать щадящие режимы для правильного и полного протекания процессов поликонденсации и предотвращения охрупчивания пленки затвердевшего связующего.
Известные мировые производители применяют камеры тепловой обработки, способные обеспечить на одной быстро переналаживаемой линии поточное производство высококачественного плитного утеплителя различной плотности (от 35 до 220 кг/м3) и толщины (от 20 до 250 мм), однако и они не избавлены от проблемы утилизации волокнистых отходов (челябинская линия).
В настоящее время в России работает около 30 произодств БСТВ в разных регионах, но выпускают они только менее 3% всей волокнистой теплоизоляции.
К сожалению, широкому внедрению этих материалов в строительство и промышленность препятствует высокая энергоемкость и малая производительность традиционного двухстадийного процесса производства БСТВ.
Качество минераловатных утеплителей.
Всю волокнистую теплоизоляционную продукцию, предлагаемую на рынке стройматериалов в России, можно подразделить на две категории:
1. Качественная теплоизоляция из расплавов габбро-базальтовых пород (иногда с добавкой до 20-25% карбонатных пород) или из стекла, изготовленная на импортном оборудовании. Сюда же относятся БСТВ и ввозимая по импорту продукция;
2. Менее качественная изоляция большинства отечественных заводов, оснащенных устаревшим оборудованием, производимая из металлургических шлаков и др. отходов с небольшой добавкой (до 20%) габбро-базальтовых пород.
Рост рынка обеспечивается производителями качественной продукции,
где представлены отечественные предприятия, которые провели модернизацию производства, а также зарубежные компании, поставляющие продукцию в Россию (более 3 млн.куб.м в 2011 г.).
Ведущие производители качественной продукции успешно конкурируют, дифференцируя свою продукцию и придавая ей определенные индивидуальные характеристики. Существенную роль приобретает также репутация компании – производителя, что приводит к растущему значению брэндов на этом рынке.
В группе производителей низкокачественной продукции сосредоточена основная масса отечественных заводов. Сегмент рынка подобной продукции сокращается, что приводит к усилению конкуренции. Заводы выпускают схожую продукцию с менее стабильными параметрами. Конкуренция носит ценовой характер, т.е. в отсутствие каких-либо преимуществ самого продукта, цена является наиболее значимым критерием выбора потребителями изделий этих производителей.
Многие предприятия недостаточно хорошо организуют маркетинговую и информационную поддержку своей продукции. В отличие от них, компании «Rockwool», «ТехноНИКОЛЬ», «Изомин», «Изорок», «Ивотстекло» и некоторые другие уделяют должное внимание продвижению минераловатных утеплителей, и их брэнды (торговые марки) являются хорошо известными на отечественном рынке. Компании ведут активное продвижение продукции среди всех участников строительного процесса, включая проектные организации. Так, с привлечением специалистов ОАО «Теплопроект», фирмы «Роквул», «Сен-Гобэн ИЗОВЕР» и «ИЗОРОК» выпустили специальные альбомы по применению своей продукции в различных теплоизоляционных конструкциях для разных регионов России.
В будущем преимущество останется за предприятиями, не только выпускающими широкий спектр качественной продукции, но и грамотно поддерживающими ее на рынке.
Несколько слов об энергосбережении.
Теплообеспечение выступает одной из основных проблем национального масштаба благодаря своему экономическому весу и социальному значению. Это объясняется тем, что с учетом используемой для обогрева жилья электроэнергии, затраты органического топлива для целей теплообеспечения составляют половину от используемого внутри страны топлива, т.е. столько, сколько расходуется на все остальные отрасли промышленности, транспорта и т.д.
Системный анализ энегозатрат на этапах жизненного цикла в строительстве и коммунально-бытовом секторе свидетельствует, что самой энергозатратной является эксплуатация зданий. Анализ потенциала энергосбережения показывает, что только за счет улучшения теплозащиты ограждений зданий можно получить 45-55% экономии энергоресурсов. Поэтому при газификации деревень и поселков на Украине из полутора тысяч долларов, выделяемых на каждый индивидуальный дом, 1000 долларов идет на подключение дома к газовой трубе, а 500 долларов – на наружное утепление стен и кровли базальтовой теплоизоляцией, чтобы не согревать окружающую среду дорогим российским газом. Поэтому даже в кризис некоторые базальтовые предприятия имели хорошую загрузку за счет госзаказа.
В Германии в последние годы существенно сократилось потребление энергии на отопление и горячее водоснабжение. Это связано с удвоением темпов модернизации отопительных систем и реализацией мероприятий по улучшению тепловой защиты зданий. К 2020 году планируется снизить на 30% потребление энергии на отопление по сравнению с существующим в настоящее время.
В заключение информация о разработке новой редакции межгосударственного ГОСТ 9573 на минераловатные плиты, т.к. старая редакция 1996 года издания в настоящее время является тормозом в техническом развитии подотрасли.
Необходимость в пересмотре ГОСТа назрела давно, однако на его проведение бывший Госстрой, а затем его преемники так и не нашли средств. Теплопроект как головная организация по стандартизации теплоизоляционных материалов давно высказывал идею пересмотра действующих стандартов на минеральную вату и продукцию из нее с целью гармонизации их со стандартами передовых в области теплоизоляции стран, а затем и с едиными европейскими нормами. Совместно с проф., д.т.н. Бобровым Ю.Л. из ГАСИС и ОАО «МАКСМИР»- крупным поставщиком минераловатной изоляции на российском рынке (генеральный директор – Матвиевский Александр Анатольевич) была разработана новая редакция ГОСТ 9573.
Конкретные задачи пересмотра заключаются в следующем:
- расширение номенклатуры и марочности плит для дифференцированного применения их при изоляции объектов различного назначения;
- введение показателей качества, характеризующих продукцию строительного назначения, в том числе полноты полимеризации (поликонденсации) связующего, предела прочности на отрыв слоев, паропроницаемости;
- стандартизации новых методик (в частности ускоренного определения сорбционной влажности) для минераловатных плит.
Считаем целесообразным вернуться к старому способу маркировки плит по степени их жесткости на следующие группы – мягкие (по международной классификации – легкие), полужесткие, жесткие, повышенной жесткости и твердые, куда войдут плиты плотностью более 200 кг/куб.м , изготавливаемые из гидромассы или прессованием.
Внутри каждой группы будет несколько марок по плотности. Так, мягкие плиты будут иметь марки 40 и 50, полужесткие – марки 60, 70 и 80, жесткие – 100, 120 и 140, повышенной жесткости – 160, 180 и 200, твердые – 220, 250 и 300.
Теперь о новых показателях. Некоторые из них совсем не новые, а хорошо забытые старые, предлагаемые или бывшие в предыдущих редакциях этого ГОСТа.
Одним из важнейших критериев прочности, долговечности и экологической безопасности минераловатных плит является показатель полноты поликонденсации фенолформальдегидного связующего. Сущность метода определения этого показателя заключается в определении количества заполимеризовавшегося связующего. По нашему мнению, этот показатель для различных марок плит должен быть не ниже 92-95%, а в настоящее время он у многих производителей не превышает 85%, что говорит о низком качестве смолы или о некорректных режимах работы камеры тепловой обработки. Методика определения имеется в ГОСТ 17177.8-81 на методы испытаний теплоизоляционных материалов, разработанном Теплопроектом.
Следующий показатель – относительное изменение сжимаемости для легких плит и прочности на сжатие при 10% деформации для жестких плит после выдержки над кипящей водой. Сущность метода заключается в определении изменения показателей деформации образцов, подвергающихся воздействию паров кипящей воды в течение заданного времени, например 1 часа ( для легких плит достаточно 20 минут). Достоинством метода является то, что можно будет перейти к ускоренному методу определения сорбционной влажности и упруго-прочностных показателей минераловатных плит и определять их в специальном приборе над кипящей водой в течение 1 часа, а не 3-х суток в эксикаторе при комнатной температуре. Тем более, что продукция через 3 суток может быть давно отправлена потребителю, а мы все еще проверяем ее показатели. На данный прибор и методику имеется положительное решение о выдаче группе разработчиков патента РФ с приоритетом от марта 2008 г.
Что касается показателя паропроницаемости, то это ненормируемый показатель, необходимый проектировщикам в расчетах теплоизоляционных конструкций в целом, с учетом всех конструктивных, несущих, паро-гидроизоляционных слоев стеновой, кровельной и иной конструкции. Он помогает принять правильное техническое решение для возможности удаления влаги из теплоизоляции при ее увлажнении.
Надеюсь, что вновь предложенные показатели и методики не вызовут больших нареканий и возражений, т.к. аппаратурное оформление и приборная база измерения и определения указанных показателей достаточно проста и не потребует больших материальных затрат, а потребителям нашей продукции эти показатели крайне необходимы.
Текст новой редакции ГОСТ 9573 разработан, обсужден и согласован более чем с 30 предприятиями и организациями отрасли, представлен в ТК 465 «Строительство» и разослан на согласование в страны СНГ, после чего будет передан в Ростехрегулирование на утверждение.