CC BY
28
^Научно-технические ведомости СПбГПУ. Наука и образование 2'201 ]
Приведенные в расчетах (см. рис. 1,2) вероятности — условные вероятности выхода нефтепродукта. Для перехода к безусловным вероятностям эти значения необходимо умножить на вероятность аварии трубопровода, рассчитанную согласно (1).
При проведении дальнейших исследований можно учесть влияние размера отверстия истечения и оценить размеры области, занятой разливом нефти при различном положении пробоины.
Разработанный метод оценки вероятного объема истечения нефти или нефтепродуктов из аварийного трубопровода представляется более рациональным, особенно при разработке мероприятий по ликвидации ожидаемых последствий аварий на нефтепроводах, но, как все вероятностные оценки, результаты расчетов существенно зависят от объема и достоверности статистических данных об аварийных ситуациях для конкретного участка трубопроводной системы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Постановление Правительства Российской Федерации от 21 августа 2000 г. № 613 «О неотложных мерах по предупреждению и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов».
2. Постановление Правительства от 15 апреля 2002 г. № 240 «О порядке организации мероприятий по предупреждению и ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов натерритории Российской Федерации».
УДК61 4.841.34
А.Ю. Акулов, В.В. Смирнов
АЛГОРИТМ ПРОЕКТИРОВНИЯ ОГНЕЗАЩИТНГО СОСТАВОВА ДЛЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ ОБЪЕКТОВ НЕФТЕГАЗОВОГО КОМПЛЕКСА
Огнестойкость металлических конструкций объектов нефтегазового комплекса (НГК) в условиях пожара составляет от 6 до 25 минут. Фактический предел огнестойкости металлоконструкций зависит от толщины сечения элементов, величины действующих нагрузок, температуры горения углеводородов и их количества. Такое поведение конструкций обусловлено низкой критической температурой — для некоторых стальных конструкций она составляет 400 °С. Это отрицательное свойство металлических конструкций приводит к необходимости создания у них огнезащитных покрытий. Проведенный анализ существующих покрытий [1] выявил необходимость разработки огнезащитного штукатурного состава на основе вспученного перлита, вермикулита и магнезиального цемента.
Для определения качественных показателей покрытия проведен ряд испытаний [2,3]. Определены следующие физико-механические показате-
ли: объемная масса; прочность на сжатие; величина адгезии; водопоглощение. Полученные физико-механические свойства приведены в табл. 1.
Проведенные исследования различных композиций разработанного огнезащитного состава позволили сформулировать методику проектирования состава под конкретные физико-механические свойства. В ее основу заложен графический способ определения свойств материалов с помощью треугольных номограмм «состав — свойство» [4] (рис. 1). На разработанной номограмме точкам 1—5 соответствуют показатели физико-механических свойств пяти композиций, приведенных в таблице.
Данная номограмма позволяет определить необходимое количество вспученных вермикулита и перлита, а также магнезиального цемента. Определение компонентного состава производится в зависимости от заданных свойств покрытия. Номограмма «состав — свойство» (см. рис. 1) по-
4
Безопасность в чрезвычайных ситуациях^
Физико-механические свойства огнезащитного состава
Свойство Показатели свойств пяти композиции
1 2 3 4 5
Водопоглощение, % 72,0 47,0 15,2 14,1 10,0
Адгезия Неуд. Удовл. Удовл. Удовл. Удовл.
Объемный вес,кг/м^ 234 340 452 552 671
Прочность на сжатие,МПа 0,5 1,3 2,0 2,6 3,3
зволяет определять не только процентный состав огнезащитного покрытия, но и предусмотренные в них физико-механические свойства покрытия (объемный вес, водопоглогцение, прочность).
Проведенные испытания на огнестойкость [5] партии образцов стальных пластин, защищенных от огня покрытием различной толщины, позволили выявить приведенную на рис. 2 зависимость огнестойкости металлической пластины от толщины огнезащитного покрытия композицией № 3 (табл. 1).
Покрытие обеспечивает максимальный предел огнестойкости металлоконструкций — 240 минут при толщине защитного слоя 44 мм (рис. 2). В результате проведенных исследований [5] получены зависимость огнестойкости от приведенной толщины металла и толщины покрытия (рис. 3).
Результаты исследований позволили сформулировать методику подбора сечения несущих металлических конструкций с огнезащитным покрытием различной толщины в зависимости от требуемой огнестойкости конструкций объектов нефтегазового комплекса. Для этого необходимо использовать данные, приведенные на рис. 3. Так, при необходимой огнестойкости 240 мин можно применять металлические элементы с приведенной толщиной металла 3,4 мм; 5,2 мм; 9,1 мм — в зависимости от нагрузки, действующей на данную конструкцию, и условий ее эксплуатации. Причем можно определять необходимую толщину покрытия для каждого сечения металлического элемента. Данные зависимости позволяют также определить необходимую толщину покрытия при известных значениях приведенной толщины металла.
Разработанное огнезащитное покрытие обладает высокими эксплуатационными показателями и обеспечивает повышенный предел огнестойкости металлических конструкций НГК. Применение рассмотренного состава возможно
в условиях атмосферных воздействий (осадки, отрицательная температура). Проведенные исследования физико-механических свойств и огнестойкости составов № 1 [1] и № 2 (ОС № 1, ОС № 2) дали возможность разработать методику проектирования огнезащитных составов в зависимости от предъявляемых требований к свойствам, сечению и огнестойкости металлических конструкций.
Проведенная работа позволяет построить алгоритм (рис. 4) методики проектирования физико-механических свойств и огнестойкости составов на основе минеральных термостойких заполнителей для конкретных условий применения на объектах НГК, который значительно упрощает процесс проектирования огнезащитных составов для металлических конструкций объектов нефтегазовой отрасли. Он включает:
1. Назначение требуемых пределов огнестойкости для металлических конструкций объектов
Магнезиальный цемент
Рис. 1. Процентное содержание искомых компонентов при различных заданных свойствах огнезащитного состава
4
Научно-технические ведомости СПбГПУ. Наука и образование 2' 201 I
Рис. 2. Зависимость предела огнестойкости стальной пластины от толщины покрытия
400
350
300
250
200
Е 150 О
100
50
У У * ..
/ / ✓
/ /
✓ . -'
10 15 20 25 30
Толщина покрытия, мм
35
40
Рис. 3. Зависимость огнестойкости от толщины металла
и покрытия для приведенной толщины 3,4 (-),
5,2 (----) и 9,1 (--) мм
НГКпо нормативным документам [6] и/или назначение повышенной огнестойкости в зависимости от условий эксплуатации (удаленность, возможное длительное воздействие высоких температур и т. д.).
2. Определение фактической огнестойкости металлических конструкций по результатам огневых испытаний и/или результатам инженерно-технических расчетов.
3. Проверка условия П°ф = П°т, при котором огнезащита либо требуется, либо нет: если усло-
вие выполняется, конструкция проектируется без огнезащитного покрытия; если — нет, то проводится проектирование огнезащитного покрытия.
4. В зависимости от условий эксплуатации (помещение и/или окружающая среда) назначается вид огнезащитного покрытия: ОС № 1 — для помещений, ОС № 2 — атмосфероустойчивый, для условий окружающей среды.
5. Определение заданных физико-механических свойств покрытия ОС № 1 или ОС № 2 (водопоглощение, объемный вес, прочность).
4
Безопасность в чрезвычайных ситуациях
Рис. 4. Алгоритм проектирования огнезащитных составов
6. Определение количества каждого компонента входящего в состав огнезащитных покрытий ОС № 1 и ОС № 2 в зависимости от требуемых физико-механических свойств (рисЛ [1]).
7. Определение огнестойкости металлических конструкций в зависимости от толщины покрытия и/или от приведенной толщины металла и толщины покрытия по графикам (рис. 2, 3 [1]).
8. Определение стоимости покрытия.
9. Оптимальное исполнение металлоконструкции.
Разработанный алгоритм проектирования огнезащитных покрытий для металлических конструкций объектов нефтегазовой отрасли учитывает все требования, предъявляемые к металлоконструкциям, эксплуатируемым в жестких условиях, позволяет повысить эффективность применения огнезащиты и дает возможность оптимально спроектировать вводимые в эксплуатацию объекты нефтегазовой отрасли.
