CC BY
50
Огнезащита
УДК 614.841.332:620.197.6
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВСПУЧИВАЮЩЕГОСЯ ПОКРЫТИЯ СГК-2 ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ПОЖАРОВ КОНСТРУКЦИЙ И ОБОРУДОВАНИЯ РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Назаренко Валерий Александрович
Гаращенко Анатолий Никитович
В. А. Назаренко
генеральный директор ЗАО НПП “Спецэнерготехника”
А. Н. Гаращенко
канд. техн. наук, зам. директора по науке ЗАО “Теплоогнезащита”
Представлены результаты исследований комплекса эксплуатационных и огнезащитных характеристик вспучивающегося покрытия СГК-2, приведены примеры его использования на промышленных, транспортных и военных объектах. Рассмотрены данные апробирования методики расчетов проектных толщин данного средства огнезащиты. Сочетание стойкости покрытия к воздействию неблагоприятных факторов окружающей среды с огнезащитной эффективностью свидетельствует о хороших перспективах дальнейшего использования СГК-2 для защиты от пожаров широкого спектра конструкций.
В настоящее время на объектах промышленного и гражданского строительства используется большое число разнообразных средств огнезащиты. Однако большая часть из них не предназначена для защиты конструкций, подверженных воздействию влаги и агрессивных сред в процессе их эксплуатации. Тем не менее во многих случаях именно такие требования предъявляются к средствам огнезащиты несущих конструкций, оборудования, емкостей, коммуникаций и пр.
Анализ современных сертифицированных материалов отечественного и импортного производства показал, что по совокупности технико-экономических показателей в таких случаях целесообразно применять вспучивающееся покрытие СГК-2 на основе хлорсульфированного полиэтилена и терморасширяющегося графита. Оно разработано в результате совершенствования рецептуры известного покрытия СГК-1 и сохраняет все его положительные свойства, но существенно превосходит СГК-1 по огнезащитной эффективности. Отличительной особенностью указанных покрытий является то, что одной из основных сфер их использования являются изделия и объекты военной техники. Как известно, для материалов, используемых в данной области, требуется надежное определение целого комплекса эксплуатационных характеристик, для чего необходим значительно больший объем
испытаний, чем для большинства других средств огнезащиты. Определение таких характеристик четко регламентируется соответствующими нормативными документами.
Покрытие СГК-2 (кроме защиты объектов военной техники) предназначено для применения на объектах нефтегазового комплекса, химической и нефтехимической промышленности, транспорта и транспортной инфраструктуры (несущие конструкции, технологическое оборудование, хранилища, емкости и цистерны для нефтепродуктов и сжиженных газов, трубопроводы, железнодорожные вагоны, контейнеры, мосты, эстакады). На указанных объектах реализуются такие преимущества данного покрытия, как влаго- и морозостойкость, стойкость к воздействию агрессивных сред и нефтепродуктов, высокая адгезия к защищаемым конструкциям, долговечность.
Только за последний год покрытие использовалось для защиты металлоконструкций на таких ответственных объектах, как эстакада в районе завода им. Войтовича, Лужнецкая эстакада, а также тоннель на пересечении улицы Беговая и Ленинградского шоссе 3-го транспортного кольца Москвы, Московская монорельсовая дорога, нефтехимические заводы “Киришинефтеоргсинтез”, “Ноябрьскнефтегаз”, Ачинский и Рязанский НПЗ. По заданию
ООО “СГ-транс” проводилась работа по защите от огня цистерн для перевозки сжиженных газов.
Перспективность дальнейшего применения покрытия СГК-2 в значительной степени обусловлена тем, что оно обладает благоприятным сочетанием следующих свойств:
• высокая эластичность и адгезия к любым материалам;
• стойкость к механическим воздействиям;
• стойкость к агрессивным средам (кислотным, щелочным, солевым);
• долговременная защита металлических конструкций от коррозии;
• возможность эксплуатации при температуре +50°С, влажности до 100% и повышенных вибрациях;
• высокая технологичность (быстрота нанесения и сушки);
• относительно небольшой расход состава на 1 м — 1,5 кг при толщине слоя 1 мм;
• гарантийный срок эксплуатации не менее 15 лет. Долговечность (гарантийный срок) покрытия
СГК-2 подтверждена результатами ускоренных климатических испытаний на соответствие требованиям ОСТ ВЗ-14.301-87 и натурной эксплуатацией объектов военного и гражданского назначения. В ходе испытаний моделировались воздействие сезонных и суточных перепадов температур, термовлажностное старение.
Расчет режима испытаний на старение проводился по энергии активации 18,6 кДж/моль. В процессе испытаний определялись:
• адгезия и прочность пленки при ударе по ГОСТ 15140-73;
• твердость покрытия по маятниковому прибору по ГОСТ 5233-87;
• стойкость к статическому воздействию жидкостей по ГОСТ 9.403-80;
• теплоогнезащитные характеристики. Установлено, что теплоогнезащитные и эксплуатационные характеристики объектов после имитации 18-летней эксплуатации не ухудшились. Результаты ускоренных климатических испытаний подтверждаются опытом эксплуатации в течение 12 лет покрытия СГК-1 (прототип СГК-2), используемого на воздуховодах протяженностью порядка 15 км на заводе “Стинол” в г. Липецк и ряде других объектов.
Огнезащитная эффективность СГК-2 подтверждена значительной серией испытаний фрагментов конструкций с данным покрытием, большая часть которых проводилась в аккредитованном Испытательном центре “Опытное” 26 ЦНИИ Минобороны России. Осуществлены огневые испытания колонн из двутавра, а также стальных пластин с покрытием СГК-2 различной толщины. Основные результаты и номера протоколов испытаний представлены в табл. 1.
Покрытие огнезащитное вспучивающееся СГК-2 производится по ТУ 7719-171-21366107-02, имеет сертификат пожарной безопасности № ССПБ. ЯИ. ОП032.В00197. Данный состав разрешен для использования в промышленном строительстве Гос-
ТАБЛИЦА 1. Результаты огневых испытаний конструкций с покрытием СГК-2
Вид (профиль) Приведенная толщина Толщина покрытия, Номер протокола Время достижения температуры 500°С, мин
конструкции металла, мм мм испытании эксперимент расчет
Двутавр: № 20 (ГОСТ 8239-72) 3,4 2,2 426/ИЦ-02 от 20.05.02 50 50
2,0 721/ИЦ-05 от 22.07.05 45 46
№ 40 (ГОСТ 26020-83) 4,55 3,5 127/ИЦ-04 от 30.01.04 85 81
№ 35Ш1 (АСЧМ 20-93) 5,0 3,5 122/ИЦ-04 от 30.01.04 87 85
Лист противопожарного экрана эстакады (4 мм) - 4,15 3948* от 22.04.03 91 115
Пластина размером, мм: 600x600x5 2,2 523/ИЦ-02 от 27.05.02 53 74
600x600x5 - 5,0 29 т/ф** от 4.07.03 Более 120 129
700x1100x4 - 4,0 219/ИЦ-03 от 27.02.03 Более 120 120
140x100x12,6 - 8,0 519*** от 12.08.04 Значительно более 120 172
Научно-исследовательский центр пожарной безопасности ВНИИПО МЧС России. Испытательная пожарная лаборатория, г. Пермь. Испытательная пожарная лаборатория, г. Киров.
санэпидслужбой России (санитарно-эпидемиологическое заключение №50.99.16.771.П.05639.04.2).
СГК-2 может наноситься кистью, валиком, с помощью установок типа “Вагнер”, “Монарх” или распылителями типа СО-74. Работы по его нанесению могут проводиться при температуре 0-35°С и относительной влажности воздуха не выше 80%. При этом обеспечивается высокая производительность работ, поскольку нанесение последующего слоя можно осуществлять через 15-20 мин после нанесения предыдущего при температуре от 15 до 35°С и через 40-45 мин при температуре от 0 до 10°С.
Следует отметить возможность нанесения данного покрытия на конструкции не только на строительной площадке, ноив цехе или ангаре, т.е. в наиболее благоприятных условиях. Это обеспечивает более высокие качество и точность нанесения заданных толщин покрытия, а также позволяет сократить сроки проведения строительно-монтажных работ. Покрытие СГК-2 в наименьшей степени по сравнению с другими средствами огнезащиты подвергается повреждениям при транспортировке конструкций и их монтаже на объекте. После монтажа конструкций с огнезащитой на строительной площадке требуется нанесение покрытия только на участки их сопряжения, площадь которых относительно невелика. Предварительное нанесение состава на конструкции уже неоднократно реализовывалось на практике (например, на фермах и балках тоннеля 3-го транспортного кольца г. Москвы на пересечении ул. Беговая и Ленинградского шоссе).
Значительный интерес представляют результаты экспериментальных исследований возможности применения вспучивающегося покрытия СГК-2 для защиты резервуаров со сжиженными углеводородными газами в очаге пожара. Исследования проводились Научно-исследовательским центром пожарной безопасности ВНИИПО МЧС РФ совместно с ЗАО НПП “Спецэнерготехника” [1]. В качестве объекта изучения использовались баллоны с пропаном объемом 50 дм3 при наличии и отсутствии на их стенках вспучивающегося огнезащитного покрытия СГК-1 (прототип состава СГК-2). Очаг пожара моделировался горением дизельного топлива в ванне. Условия проведения экспериментов и основные результаты приведены в табл. 2.
Полученные данные показали, что применение покрытия толщиной 1-2 мм существенно снижает скорость нарастания давления и увеличивает промежуток времени до разрушения баллона. При использовании состава СГК-2 следует ожидать значительно большего эффекта, поскольку его огнезащитная эффективность в 1,5 раза выше, чем СГК-1. Это свидетельствует о перспективности примене-
ТАБЛИЦА 2. Результаты огневых испытании баллонов с пропаном
Наличие огнезащитного покрытия на стенках баллона Размеры поддона с топливом, м Промежуток времени от начала опыта до взрыва баллона, с Скорость нарастания давления в баллоне, кПа/с
макси- мальная сред- няя
Без покрытия 1,2х0,9х0,2 203 34,3 25,7
С покрытием
толщиной:
2 мм 1,2х0,9х0,2 478 20,6 13,9
1 мм 1,0х0,5х0,2 331 34,9 20,6
1 мм 1,0х0,8х0,2 633 25,5 12,3
ния рассматриваемого покрытия для противопожарной защиты технологического оборудования, резервуаров с сжиженными газами, а также с жидким углеводородным топливом.
Эффективность практического использования средств огнезащиты в значительной степени определяется наличием надежных методик расчетов проектных толщин огнезащиты. Для покрытия СГК-2 такая методика разработана и апробирована с учетом результатов имеющихся огневых испытаний различных конструкций.
Для проведения расчетов используется разработанный ЗАО “Теплоогнезащита” “Программный комплекс для расчетов нестационарных температурных полей в конструкциях с разлагающейся и вспучивающейся или испытывающей усадку огнезащитой” (“Огнезащита”, версия ВУ.1). Он прошел тестирование и сертификацию в специализированном аккредитованном в системе Госстандарта РФ органе “Независимом испытательном центре программных средств “КУРС” МГТУ им. Н. Э. Баумана. В процессе сертификации проверялось соответствие разработанного программного продукта требованиям нормативных документов: ГОСТ Р ИСО/МЭК 9126-93 и ГОСТ Р ИСО/МЭК ТО 9294-93, принятых как в нашей стране, так и за рубежом (сертификат соответствия № РОСС. ЯИ. СП05.С00039).
Применяемая при проектировании огнезащиты методика дает возможность реализовать на практике дифференцированный (индивидуальный) подход к определению требуемых толщин огнезащиты различных конструкций. Согласно этому подходу алгоритм и программа расчета огнезащиты конкретного типа сначала согласовываются с результатами огневых испытаний по ГОСТ 30247.1-94 и НПБ 236-97. Затем по указанной программе рассчитываются требуемые толщины огнезащиты для всего многообразия встречающихся на практике типов конструкций, которые отличаются от испытанного образца формой и размерами, а также вре-
ТАБЛИЦА 3. Теплофизические характеристики основных компонентов покрытия СГК-2
Связующее Кокс Наполнитель
рс, кг/м3 сс, ДжДкг-К) %с, ВтДм-К) рк, кг/м3 ск, Дж/(кг-К) Вт/(м-К) р„, кг/м3 сн, Дж/(кг-К) Хн, Вт/(м-К)
1280 1500 0,81 1600 1490 4,7 4260 990 4,0 теристик, приведенных в табл. 3-5: Т — температура; р — плотность; кость; ф — пористость; % — степень завершенности процесса термического шссовая доля твердого остатка в продуктах полного термическогоразложе-олнитель; к—пенококс; нп, кп—начало и конец вспучивания; 0—начальный.
Примечание. Обозначения харак X — теплопроводность; с — теплоем разложения; ц —массовая доля; К— ния. Индексы: с—связующее; н—нап
менем теплового воздействия. Имеется положительный опыт использования данной методики расчетов вспучивающихся покрытий при проектировании огнезащиты для многочисленных объектов в московском и других регионах РФ.
Математическая модель и перечень исходных данных, необходимых для проведения численных расчетов толщин вспучивающихся покрытий, представлены в работе [2]. В табл. 3-5 приведены характеристики СГК-2, обозначения и порядок определения которых представлен в работе [2].
Для учета температурной зависимости степени разложения, представленной в табл. 5, использовались данные измерения потери массы покрытия, полученные на термоанализаторе. Теплофизические характеристики при температурах до начала термического разложения материала определялись на установках ИТ-^-400 и ИТ-с-400.
Кроме приведенных в табл. 3-4 характеристик покрытия СГК-2, определяемых известными лабораторными методами, были получены значения параметров согласования с экспериментом математических моделей, описывающих их работу в условиях пожара [2]. К этим параметрам относятся: коэффициент вспучивания ку, параметры лучистого теплопереноса 0 и поверхностного уноса Т. Как показали результаты специальных численных исследований математической модели, от указанных параметров зависит, в основном, огнезащитная эффективность покрытия, и они консервативны к изменению в достаточно широких пределах условий нагрева.
ТАБЛИЦА 4. Характеристики СГК-2
р г/ к ф0 Вт/(м-К) Ця К к Д к *1 Тт ,°С Ткп ,°С
950 0,27 0,51 0,45 0,44 3000 165 400
Время, мин
РИС. 1. Зависимость от времени температуры газовой среды (1) и колонны из двутавра № 35Ш1 (2) с приведенной толщиной металла 5,0 мм при толщине огнезащитного покрытия СГК-2, равной 3,5 мм, в опыте, данные по которому использовались для определения параметров математической модели: —•—•— эксперимент
Время, мин
РИС. 2. Зависимость от времени температуры газовой среды (1) и колонны из двутавра № 40 (2) с приведенной толщиной металла 4,55 мм при толщине покрытия СГК-2, равной 3,5 мм
ТАБЛИЦА 5. Зависимость степени термического разложения СГК-2 от температуры
Т, °С 20 50 60 80 100 120 140 160 180 200 300 500
X 0 0 0,002 0,005 0,012 0,038 0,043 0,07 0,098 0,13 0,336 0,79
Т, °С 560 580 600 620 640 660 700 750 800 850 900
X 0,848 0,877 0,904 0,923 0,934 0,947 0,965 0,977 0,99 0,995 1
Время, мин
Время, мин
РИС. 3. Зависимость от времени температуры газовой среды (1) и колонны из двутавра № 20 (2) с приведенной толщиной металла 3,4 мм при толщине покрытия СГК-2, равной 2,2 (а) и 2,0 мм (б)
С
О
1200
800
а
р
еТ
400
1
2^
30 60 90
Время, мин
120
РИС. 4. Зависимость от времени температуры газовой среды (1) и стальной пластины размером 700x1100x4 мм (2) при толщине покрытия СГК-2, равной 4,0 мм
Для определения значений указанных параметров использовались результаты одного из огневых экспериментов, а именно испытания двутавра № 35Ш1 с покрытием толщиной 3,5 мм. Значения параметров согласования с экспериментом математической модели работы вспучивающихся покрытий составляют: ку = 25, 0 = 7,4-10 ^11 Вт/(м-К4), Т = 0,2. На рис. 1ив табл. 1 показано соответствие результатов расчета и эксперимента при этих значениях параметров математической модели.
Полученный комплекс характеристик использован при апробировании и расчетах прогрева различных конструкций с покрытием СГК-2.
Апробирование методики расчетов и представленного комплекса исходных данных проводилось
путем сопоставления результатов расчетов и огневых испытаний конструкций, перечисленных в табл. 1. Нарис. 2-4 приведены экспериментальные данные изменения во времени температур газовой среды и защищаемых конструкций, а также дано сравнение с соответствующими расчетными данными. В табл. 1 представлены результаты расчетов времени достижения температуры 500°С на защищаемой поверхности для всех упомянутых конструкций. Можно видеть достаточно хорошее согласование расчетных и опытных данных по характеру изменения температуры конструкций с покрытием в течение испытаний, а также по времени достижения температуры 500°С на защищаемой поверхности. Проведенное апробирование подтвердило возможность использования рассматриваемой методики расчетов и указанных выше характеристик при определении проектных толщин огнезащитного покрытия СГК-2.
Таким образом, результаты исследований комплекса характеристик и имеющийся опыт применения покрытия СГК-2 свидетельствуют о хороших перспективах его дальнейшего использования для защиты от пожаров широкого спектра конструкций. Предпосылкой для этого являются сочетание высокой стойкости покрытия к воздействию неблагоприятных факторов окружающей среды с его огнезащитной эффективностью, а также наличие апробированной и надежной методики расчетов проектных толщин данного покрытия.
ЛИТЕРАТУРА
1. Шебеко Ю. Н., Филиппов В. Н., Навценя В. Ю. и др. Исследование влияния вспучивающегося огнезащитного покрытия на поведение резервуаров со сжиженными углеводородными газами в очаге пожара // Пожаровзрывобезопасность. — 1998. — Т. 7,№ 1.
2. Страхов В. Л., Гаращенко А. Н., Рудзинский В. П. Математическое моделирование работы и определение комплекса характеристик вспучивающейся огнезащиты // Пожаровзрывобезопасность. — 1997. — Т. 6, № 3.
Поступила в редакцию 12.11.05.
б
0
