CC BY
24
Огнезащита
УДК 614.841
АЭС И МЕРЫ ПО ПАССИВНОЙ ОГНЕЗАЩИТЕ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ
А. К. Микеев, Ю. В. Кривцов
НПО "Ассоциация Крилак"
Предлагается решение по ограничению распространения пожаров на тепловых и атомных электростанциях при помощи использования огнезащитных покрытий, разработанных НПО "Ассоциация Крилак".
Пожары, имевшие место в машинных залах тепловых и атомных электростанций, в ряде случаев сопровождались обрушением ферм перекрытия и конструкций покрытия, что свидетельствует о недостаточных пределах огнестойкости несущих металлоконструкций.
Атомные электрические станции относятся к объектам повышенной техногенной, экологической и радиационной опасности, которые проектируются по специальным нормам и правилам.
Одним из основных событий, при котором возможно нарушение проектных барьеров ядерной и радиационной безопасности, является пожар как исходное событие, приводящее к множественным отказам технологического оборудования и характеризующееся относительно высокой частотой возникновения — около 10 -1 (реактор • год-1).
Главное отличие требований норм и правил, действующих в атомной энергетике, от требований общепромышленных норм связано с общими принципами схемных решений противопожарной защиты. Последняя, в свою очередь, основывается на технических решениях по ограничению распространения пожара. При этом совокупность технических решений рассматривается как единое целое и недостаточная эффективность любого из них может быть компенсирована остальными.
Система противопожарной защиты в помещениях, зданиях и сооружениях энергоблоков АЭС, содержащих системы (элементы) безопасности, должна иметь показатели надежности систем (элементов), которые она защищает, и строиться исходя из предпосылки возможности отказа любого элемента противопожарной защиты, имеющего подвижные части.
Указанное требование определяет два возможных схемных решения. Первое предусматривает создание эшелонированной противопожарной защи-
ты, состоящей из технических решений по ограничению распространения (1-й эшелон), локализации (2-й эшелон) и ликвидации (3-й эшелон) пожара. При этом каждый из эшелонов может самостоятельно (без включения в работу других эшелонов) обеспечить защиту систем безопасности.
Одним из технических решений 1-го эшелона является использование огнезащитных покрытий.
В НПО "Ассоциация Крилак" разработано несколько видов огнезащитных покрытий, в том числе на основе акриловых эмульсий по металлу: "Уникум" с пределом огнестойкости 1,0 ч и "Джокер" — до 1,5 ч.
Акрилаты — обширный и разнообразный класс полимеров. Полиметилметакрилат и его сополимеры относятся к аморфным полимерам с атактиче-ской конфигурацией цепи, т.е. с беспорядочным расположением боковых групп вдоль оси макромолекулы. Метилметакрилат образует разнообразные привитые (графт) и блоксополимеры. В результате реакций полимеризации образуются полимеры двух видов:
яСН3 = СН
СО ОЯ
СН2 — СН
СН
3
иСН3 = С
С = О ОЯ
С —О ОЯ СН
СН2 — С
С = О ОЯ
Метод эмульсионной полимеризации очень эффективен. В результате испарения воды полимер коагулирует и образует покрытие. Конечно, такие
п
п
ОГНЕЗАЩИТА
Е, мВ -600
-400
-200
0
200
400
600
800
1000
Е, мВ - 600
- 400
- 200
0 200 400 600 800 1000
1 г, мкА/см2
1 ,.„ 2,5 3,75
РИС.1. Анодные поляризационные кривые стальных стержней с покрытиями "Уникум" (а) и "Джокер" (б) в различных средах:
1 — дистилированная вода;
2 — насыщенный раствор Са(ОН)2;
3 — 3% раствор ЫаС1
пленки менее водо- и химически стойки, чем пленки, полученные из раствора в органических растворителях, однако работа с ними взрывопожаробез-опасна в отличие от составов на органических растворителях.
Полиметил и полиэтилакрилат в виде латексов находят применение для получения покрытий по коже, дереву, бумаге, ткани, полибутилметакрилат и сополимеры метилметакрилата — для изготовления лаков, грунтов и эмалей для металлов.
Для определения области применения различных способов огнезащиты немаловажное значение имеют такие факторы, кактемпературно-влажност-ные условия эксплуатации и степень агрессивности окружающей среды по отношению к огнезащите и материалу конструкций, эстетические требования к внешнему виду огнезащиты.
Для обеспечения коррозионной стойкости металла под комплексной огнезащитной системой, включающей грунт - огнезащитное покрытие -гидроизоляционный слой, система должна обладать пассивирующими и изолирующими свойствами металла по отношению к коррозионной среде, которые оцениваются по изменению электрохимических характеристик (стационарного потенциала, омического сопротивления, характера анодных поляризационных кривых). Исследования проводили в стандартных средах: 3% растворе КаС1, насыщенном растворе Са(ОН)2 и дистиллированной воде. Электрохимические испытания проводили в соответствии со стандартом СЭВ 4421-83. Проницаемость огнезащитного покрытия определяли путем погружения образцов в насыщенный раствор Си804. Испытания осуществляли в течение 10 дней ежедневным осмотром образцов. Визуальный осмотр извлеченных из раствора СиБ04 образцов с двумя видами покрытий показал, что изменений покрытий не обнаружено в течение всего срока испытаний, это свидетельствует о хороших изолирующих свойствах испытуемого покрытия.
Электрохимические испытания также продемонстрировали, что по показателям омического сопротивления, плотности тока, стационарного потенциала исследуемые комплексные покрытия
обладают надежными изолирующими свойствами по отношению к металлу.
Анодные поляризационные кривые (рис. 1), снятые на стальных стержнях с огнезащитным покрытием в различных средах (нейтральной, кислой и щелочной), свидетельствуют о том, что коррозия арматуры отсутствует во всех перечисленных средах. Плотность силы тока при потенциале 300 мВ не превышала 1,3 мкА/см2у"Уникума"и 1,1 мкА/см2 у "Джокера" (коррозия металла развивается при плотности силы тока > 25 мкА/см2).
Значения стационарного потенциала приведены в таблице. Они указывают на то, что сталь под комплексным покрытием в обоих случаях находится в пассивном состоянии.
Значение стационарного потенциала в различных средах для огнезащитных покрытий
Значение стационарного потенциала, мВ, в различных средах
покрытие вода дистиллированная насыщенный 3% раствор раствор Са(ОН)2 ЫаС1
"Уникум" 200 - 230 130- 120 220- 130
"Джокер" 210-235 250-300 330-350
Омическое сопротивление комплексных покрытий в вышеуказанных средах значительно (на три порядка) превышало величины предельных значений для покрытия изолирующего действия (> 103 Ом) и составляло, Ом, для:
"Уникум" "Джокер"
Дистиллированная вода............. 5,8 • 106 6,7 • 106
Насыщенный раствор Са(ОН)2 6,2 • 106 6,9 • 106 3% раствор ШС1......................... 3,2 • 106 5,2 • 106
Таким образом, результаты проведенных испытаний показали, что оба покрытия (в виде комплексных систем) обладают хорошими изолирующими свойствами по отношению к металлу при воздействии влажной, водной среды, в т.ч. хлорсодержащей, при нормальных температурных влажностных условиях.
ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 5'2003
500
400
й
I? 300 ^
с 200
г
Н 100 0
0 10 20 30 40 0 20 40 60 80 Время, мин Время, мин
РИС.2. Изменение средней температуры стальной колонны образца с покрытиями "Уникум" (а) и "Джокер" (б)
Покрытие "Джокер", в силу своего состава, имеет меньшую плотность и поэтому представляет собой более проницаемую пленку, отсюда все электрохимические показатели у "Джокера" незначительно ниже, чем у краски "Уникум".
Покрытия были также исследованы специализированным центром НИКИМТ и РНЦ "Курчатовский институт". Радиационная стойкость покрытий исследовалась на установке ГУТ-2-М. Общая мощность дозы у-излучения составила 100 рентген/с, суммарная доза облучения — 8,28 • 106 рентген. После чего образцы не претерпели визуальных изменений. На основании проведенных испытаний было сделано заключение, что эти покрытия можно использовать в радиационно-опасных помещениях и установках.
Кроме того, оценивали свойства покрытий "Уникум" и "Джокер" на дезактивируемость. Испытания проводили по следующей программе.
1. Образцы загрязняли в соответствии с ГОСТ 27708-88 "Материалы и покрытия полимерные защитные дезактивируемые. Метод определения дезактивируемости", п. 2.7.4 раствором хлорида цезия-137, содержащим 10-3 моль/л хлорида калия, с объемной активностью 2,2 • 107Бк/л; рНрас-твора — 5,5. Начальный уровень загрязнения для всех образцов составил ~10000р част./(см2 • мин). Загрязненные образцы протирались тампонами, смоченными дезактивирующей рецептурой по ГОСТ 27708-88, п. 2.7.5. После дезактивации "снимаемых" загрязнений обнаружено не было. Таким образом, на основании испытания дезактивируемо-сти огнезащитных покрытий "Уникум" и "Джокер" было установлено, что они могут использоваться в условиях возможного радиоактивного загрязнения.
Перечисленные качества покрытий показали их высокую эффективность, особенно при работе в условиях возможного радиоактивного загрязнения, в любых эксплуатационных условиях, включая высокую влажность и наличие коррозионных сред (ионы хлора, БОф щелочи).
Испытания огнезащитных свойств разработанных покрытий проводили на базе ВНИИПО
(Санкт-Петербургский филиал). На рис. 2 показаны кривые прогрева металла под покрытиями. Как можно видеть, предельной температуры нагрева (500°С) металл под покрытием "Джокер" при толщине слоя 2,4 мм на колонне I 60 достигает через 90 мин; при использовании "Уникума" с толщиной слоя 1,3 мм на колонне с приведенной толщиной металла 3,4 мм (I 20) прогрев металла происходит через 45 мин, а на колонне с приведенной толщиной металла 4,1 мм — через 60 мин.
Характер поведения материалов в процессе нагрева был идентичным (на примере "Джокера"):
0 мин — начало испытания;
2 мин — начало вспучивания покрытия,
образование на поверхности образца пузырей;
5 мин — равномерное вспучивание по всей поверхности;
50 мин — образование трещины по ребру полки двутавра;
65 мин — постепенное увеличение ширины трещины;
92 мин — опыт прекращен.
Время окончания экспериментов во всех случаях было, естественно, различным, однако общий характер поведения краски при нагреве был идентичным: покрытия (оба) хорошо вспенивались, образовывали пену хорошей прочной структуры, которая не разрушалась при воздействии нагрева и тепловых потоков воздуха в печи, не оплывала во все время нагрева.
Как известно, вспучивающиеся тонкослойные покрытия на основе органических связующих содержат соединения, которые являются источником образования угольного слоя — генератора газа, вызывающего вспенивание и образование угольной пены. Кроме того, эти соединения выделяют инертные газы. В составе покрытия необходимо наличие флюса, что позволяет составу размягчаться в тот же момент, когда идет газообразование, чтобы масса вспенилась. Для армирования пенококса состав может содержать армирующий компонент.
Как можно видеть по поведению составов "Уникум" и "Джокер", при огневых испытаниях соотношение углеродосодержащего компонента, генератора газа и флюса в обоих случаях подобрано оптимально, что и позволило получить высокие пределы огнестойкости.
Оба состава уже нашли применение на объектах атомной энергетики: Кольской, Балаковской и ряде других АЭС.
НПО "Ассоциация Крилак" Тел. (095) 744-00-52.
Поступила в редакцию 25.10.03.
