Главная // Статьи // Исследование процесса углеводородного горения и используемые при этом способы огнезащиты

Исследование процесса углеводородного горения и используемые при этом способы огнезащиты

№ 3(4), 2019 ПОЖАРНАЯ И ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ: ПРОБЛЕМЫ И ПУТИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ

Столяров Святослав Олегович Адъюнкт ФГБОУ ВО Санкт-Петербургский университет государственной противопожарной службы МЧС России

Скрипник Игорь Леонидович Кандидат технических наук, доцент Профессор ФГБОУ ВО Санкт-Петербургский университет государственной противопожарной службы МЧС России

Рассмотрена статистика пожаров по сценариям их возникновения. Проведен анализ характеристик зон факела пламени и их численных показателей. Обоснованы критерии, использования строительных конструкций в условиях углеводородного горения. Приведены основные направления использования огнезащитных средств, их достоинства и недостатки, перспективы применения.

Ключевые слова: пожар, факел, строительные конструкции, огнезащита.

Анализ, произошедших пожаров на объектах нефтегазового комплекса (НГК) за последнее время показал, что их число повышается [13].

Приблизительное соотношение пожаров по основным поражающим факторам распределено следующим образом [7]:

- пожары пролива – 39%;

- огненный шар – 17%;

- факельное горение – 26%;

- сгорание облака – 18%.

Второе место по распространению среди рассмотренных сценариев развития пожаров имеет факельное горение. Они влекут за собой гибель людей, потерю материальных ценностей, в следствие большой насыщенности производственных объектов [11]. Самым опасным представляется пожар, вызванный горением углеводородов, который сопровождается стремительным ростом температуры 1100÷1200 оС (эффект “теплового удара пламени”), большим тепловым потоком, повышенной концентрацией токсичных продуктов термической деструкции углеводородного топлива, опасными факторами взрыва, ударом пламени по несущим строительным конструкциям (СК) и материалам [4]. Пожар на объекте НГК часто приводит к чрезвычайным ситуациям (ЧС) техногенного характера, разгерметизации оборудования и больших площадей возгорания.

Основная часть СК объектов НГК производится из металла. При воздействии высоких температур происходит окалинообразование, обезуглероживание и рост аустенитного зерна, в следствие чего их механическая прочность уменьшается, происходит обрушение [12]. Огнезащитную эффективность покрытия снижает температура и скорость газового потока.

Факел пламени описывается тремя зонами и набором показателей (табл. 1).

Таблица 1 Характеристики зон факела пламени

№ п/п Зона горения Характеристики Температура, °С Скорость газового потока, м/с Среднее значение огнестойкости СК, мин

1 Реактивная 1100÷1300 80 < 3

2 Углеводородная < 1100 < 50 < 8

3 Стандартная < 900 < 20 < 18

Данная классификация позволяет обосновать критерии, использования СК:

- обобщенный показатель качества огнезащиты, полученный сравнением нормированных характеристик в условиях стандартного горения в сравнении с рассматриваемым режимом;

- длина факельного горения.

Одним из способов, направленных на защиту от преждевременного обрушения оборудования объектов НГК, является применение огнезащитных средств, увеличивающих предел огнестойкости металлических конструкций, изолирующих защищаемую поверхность от теплового потока пламени, препятствующих от резкого прогревания, что позволяет сохранить несущую способность СК [6, 9].

Активно развивается направление, связанное с использованием тонкослойных огнезащитных покрытий, заключающийся в нанесении на поверхность СК лакокрасочных материалов (имеет некоторые ограничения в связи с разной конструкцией и сложностью нанесения), которые под действием высоких температур формируют пенистый слой кокса, препятствующий их разрушению [8, 10].

Современные средства огнезащиты могут реализовывать данную функцию за счет следующих физических принципов действия: охлаждения, изоляции, флегматизации, ингибирования.

В настоящий момент лучшими характеристиками огнестойкости в условиях углеводородного пожара обладают материалы на основе керамики, базальта, эпоксидных смол, ряда флегматизаторов, ингибиторов горения, а также углеродных наноматериалов [1].

В качестве керамических средств используются керамические связующие волокна, природные и синтетические кремнийорганические адсорбенты, перлит, вермикулит, цеолит и т.д. Керамика обладает большой теплоемкостью и зачастую имеет в своем составе связанную воду. В момент теплового воздействия происходит отвод тепловой энергии от защищаемой поверхности в результате дегидратации химически связанной воды. Часть тепла расходуется на эндотермические реакции полиморфных модификаций кремния. За счет больших показателей теплоемкости и низкой теплопроводности тепловая энергия распространяется в глубину материала медленнее в сравнении с минераловатными плитами.

Достоинством материалов данной группы является универсальность монтажа, которая позволяет производить работы при низких значениях температур.

Наиболее универсальным средством огнезащиты металлических конструкции являются композиционные материалы вспучивающегося типа, обладающие лучшей огнестойкостью металлоконструкций, противокоррозионной защитой, способностью сохранять декоративные характеристики строительных материалов.

Удобство применения данных материалов заключается в его универсальности и способности к всевозможным модификациям.

На сегодняшний день можно выделить несколько способов повышения эксплуатационных характеристик огнезащитных композиций: введение антиперенов-добавок, микрокапсулирование, применение реагентов; химическая модификация пленкообразователей, хлорирование, сульфохлорирование, фосфолирирование, наномодификация, введение полифункциональных компонентов [5].

Основным механизмом огнезащитного действия полимерных композиций является теплоизоляция защищаемой поверхности за счет образования защитного слоя вспученной смоляной массы. Большинство исследователей склоняются к тому, что наибольшей эффективностью обладают материалы, основанные на физическом механизме огнезащитного действия. Некоторые материалы и добавки обладают синергетическим эффектом включающие несколько механизмов огнезащитного действия. В связи с этим для комплексного эффекта стоит учитывать, как химические, так и физические свойства материала и его отдельных компонентов.

Представляется возможным управлять свойствами огнезащитной полимерной композиции не только с помощью регулирования соотношения компонентов, но также и способе их синтеза. Так, например, большими показателями огнестойкости обладают материалы с добавлением стеклянных микросфер, адсорбентов с микрокапсулированной водой или антипиреном. От способа микрокапсулирования зависит количество материала в микросфере, а также его эффективность при воздействии пламени. Данный вид синтеза способен достигать синергетического эффекта.

Наномодификация огнезащитных покрытий представляет собой введение углеродных наноматериалов (фуллерены, углеродные нанотрубки, графит). Углеродные наноматериалы при относительно малых концентраций способны существенно увеличить эксплуатационные характеристики огнезащитных покрытий, но их механизм действия до конца полностью не изучен и представляет особый интерес для исследователей [3].

Применение комплекса мер в области огнезащиты металлических СК позволит учитывать особенности поведения технологического оборудования в условия пожара, снизить риск их обрушения, выхода из строя оборудования, разгерметизации и розливу нефтепродуктов [2].

Библиографический список

1. Боева, А. А. Вопросы повышения термической стабильности материалов с помощью углеродных нанотрубок / А. А. Боева, И. Л. Скрипник, Е. Н. Кадочникова // «Пожарная и промышленная безопасность» УГНТУ, «Актуальные проблемы и тенденции развития техносферной безопасности в нефтегазовой отрасли» : материалы I-ой международной научно-практической конференции, посвященной 15-летию кафедры «Пожарная и промышленная безопасность» УГНТУ». – УФА, 2018. – С. 56-59.

2. Воронин, С. В. Анализ снижения пожарной опасности резервуарных парков / С. В. Воронин. И. Л. Скрипник, Е. Н. Кадочникова // Проблемы управления рисками в техносфере / Научно-аналитический журнал. – Санкт-Петербург,2 018. – № 4 (48). – С. 15-20.

3. Иванов, А. В. Исследование модифицированных полимерных композиций для улучшения их свойств / А. В. Иванов, И. Л. Скрипник, Ф. А. Дементьев, В. А. Ловчиков // Научный электронный журнал Вестник Уральского института государственной противопожарной службы МЧС России. – 2019. – № 1 (22). – С.89-97.ISSN 2617-6998; (Е)

4. Иванов, А. В. Применение огнезащитных вспучивающих композиций для тушения углеводородного пожара / А. В. Иванов, И. Л. Скрипник, Е. Н. Кадочникова // «Пожарная и промышленная безопасность» УГНТУ, «Актуальные проблемы и тенденции развития техносферной безопасности в нефтегазовой отрасли» : материалы I-ой международной научно-практической конференции, посвященной 15-летию кафедры «Пожарная и промышленная безопасность» УГНТУ». – УФА, 2018. – С. 62-66.

5. Иванов, А. В. Применение углеродных нанотрубок для защиты огнезащитных покрытий / А. В. Иванов, И. Л. Скрипник, Е. Н. Кадочникова // XIV Международная научнопрактическая конференция “Комплексная безопасность и физическая защита. Труды VII Мемориального семинара профессора Б.Е. Гельфанда”. – 2018. – С. 293-297.

6. Иванов, А. В. Характеристика модифицированных огнезащитных вспучивающихся составов / А. В. Иванов, И. Л. Скрипник, Е. Н. Кадочникова // XIV Международная научнопрактическая конференция “Комплексная безопасность и физическая защита. Труды VII Мемориального семинара профессора Б.Е. Гельфанда”. – 2018. – С. 285-293.

7. Скрипник, И. Л. Вопросы повышения термической стабильности материалов с помощью углеродных нанотрубок / И. Л.Скрипник, А. А. Искандеров // Актуальные вопросы совершенствования инженерных систем обеспечения пожарной безопасности объектов: сб. материалов VI Всероссийской научно-практической конференции 17 апреля 2019 г.; г. Иваново / ФГБОУ ВО Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России. – Иваново, 2019. – С. 329-332.

8. Скрипник, И. Л. Исследование свойств огнезащитного лака депонированного углеродными нанотрубками при углеводородном пожаре / И. Л. Скрипник // Актуальные проблемы обеспечения пожарной безопасности и защиты от чрезвычайных ситуаций : сб. материалов Всероссийской научно-практической конференции, 26 апреля 2019 года, г. Железногорск : ФГБОУ ВО Сибирская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России, 2019. – С. 271-278.

9. Скрипник, И. Л. Исследование электростатических параметров модифицированных жидкостей для повышения пожарной безопасности металлоконструкций / И. Л. Скрипник // Комплексные проблемы техносферной безопасности. Задачи, технологии и решения комплексной безопасности : сб. статей по материалам XV Международной научнопрактической конференции / ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет». – Воронеж : Изд-во ВГТУ, 2019. – Ч. 2. – С. 181-185.

10. Скрипник, И. Л. Повышение характеристик лакокрасочных материалов депонированием в них углеродных нанотрубок и воздействием переменного частотномодулированного сигнала / И. Л. Скрипник // Современные технологии обеспечения гражданской обороны и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций : сб. ст. по материалам X Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. уч. 18 апр. 2019 г. / Воронежский институт – филиал ФГБОУ ВО Ивановский пожарно-спасательной академии ГПС МЧС России. – Воронеж, 2019. – С. 374-377.

11. Скрипник, И. Л. Применение модифицированных огнезащитных красок для тепловой защиты металлических конструкций в условиях горения нефтепродуктов / И. Л. Скрипник // Актуальные проблемы обеспечения пожарной безопасности и защиты от чрезвычайных ситуаций : сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции, 26 апреля 2019 года. – Железногорск : ФГБОУ ВО Сибирская пожарноспасательная академия ГПС МЧС России, 2019. – С. 290-297.

12. Скрипник, И. Л. Применение огнезащитных вспучивающихся композиций для снижения последствий углеводородного пожара/ И.Л. Скрипник // Передовые инновационные разработки. Перспективы и опыт использования, проблемы внедрения в производство : сб. науч. ст. третьей международной научной конференции. 30 апреля 2019 г.– Казань: ООО “Конверт”, 2019. – Ч. 1. – С. 80-82.ISSN 2617-6998; (Е)

13. Сорокин, А. Ю. Некоторые способы уменьшения последствий пожаров на объектах хранения и транспортировки нефтепродуктов / А. Ю. Сорокин, И. Л. Скпипник, С. В. Воронин // Проблемы обеспечения безопасности при ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций: сб. ст. по материалам VI Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. уч. 26 дек. 2017 г. / Воронежский институт – филиал ФГБОУ ВО Ивановский пожарно-спасательной академии ГПС МЧС России. – Воронеж, 2017. – С. 179-183.

огнезащита айсберг, огнезащитная краска, огнезащитный состав, огнезащита углеводородное горение, углеводородный пожар, огнезащита металла, огнезащита кабеля, огнезащита углепластика, повышение предела огнестойкости, огнезащитная эффективность, огнезащита карбона, огнезащита композитных материалов, конструктивная огнезащита, степень огнестойкости