ШТУКАТУРНЫЕ СОСТАВЫ КАК ОГНЕЗАЩИТА СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ОБЪЕКТОВ НЕФТЕГАЗОВОГО КОМПЛЕКСА Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

БЕЗОПАСНОСТЬ ОБЪЕКТОВ

SAFETY OF FACILITIES

НАУЧНАЯ СТАТЬЯ / ORIGINAL ARTICLE УДК 699.81

DOI 10.25257/FE.2022.3.46-55

® М. В. ГРАВИТ1, Д. Е. ШАБУНИНА1

1 Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Санкт-Петербург, Россия

Штукатурные составы как огнезащита стальных конструкций объектов нефтегазового комплекса

АННОТАЦИЯ

Тема. В статье приводятся экспериментальные исследования образцов стальных колонн с двумя видами огнезащитных штукатурок для определения времени достижения критической температуры и потери образцами несущей способности.

Методы. Проведены экспериментальные исследования двух типов штукатурных составов, каждый из которых представляет собой смесь портландцемента, вермикулита и других вяжущих с целевыми добавками и наполнителями. Для моделирования теплофизических процессов рассматриваемых стальных конструкций использовался программный комплекс БЬСЫТ.

Результаты. Моделирование прогрева стальных конструкций показало хорошую корреляцию (не более 5 %) с результатами эксперимента. Определены теплофизические характеристики штукатурных огнезащитных покрытий в диапазоне температур от 20 до 1 ООО °С решением обратной задачи теплопроводности с использованием конечно-элементной модели в программном комплексе БЬСЫТ. Построены номограммы нагрева стальных конструкций при воздействии стандартного и углеводородного режимов пожара с использованием штукатурного состава.

Область применения результатов. Полученные результаты могут быть использованы в технической документации производителей огнезащитных составов для возможности моделирования и прогнозирования расхода штукатурного покрытия в зависимости от приведённой толщины металла.

Выводы. Показано, что расхождение значений теплопроводности при стандартном и углеводородном режимах пожара составляет 8-10 %, значений теплоёмкости - 10-15 % при 1 ООО °С. Показано, что наступление предела огнестойкости при углеводородном режиме пожара наблюдается раньше на 4О-5О мин при сопоставимых расходах и приведённых толщинах металла.

Ключевые слова: нефтегазовый комплекс, огнестойкость конструкций, теплофизические характеристики, огнезащитные материалы, предел огнестойкости, углеводородный и стандартный режимы пожара

© M.V. GRAVIT1, D.E. SHABUNINA1

1 Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University, St. Petersburg, Russia

Plaster compositions as fire protection of steel structures at oil and gas facilities

ABSTRACT

Purpose. The article describes experimental studies of steel columns samples with two types of fire resistant plasters to determine time of reaching critical temperature and loss of bearing capacity by samples.

Methods. Experimental studies of two plaster compositions types, each of which is a mixture of Portland cement, vermiculite and other binders with target additives and fillers have been conducted. The ELCUT software package has been used to simulate thermophysical processes of the considered steel structures.

Findings. Simulation of steel structures heating has showed a good correlation (not more than 5 %) with the results of the experiment. Thermophysical characteristics of plaster fire resistant coatings in the temperature range from 20 to 1 000 °C have been determined by solving the inverse task of thermal conductivity using the finite-element model in the ELCUT software package. Nomograms of steel structures heating under the influence of standard and hydrocarbon regimes of the fire with use of plaster composition have been given.

Research application field. The obtained results can be used in the technical documentation of fire resistant compositions done by manufacturers for the possibility of simulating and forecasting plaster coating consumption depending on the given thickness of the metal.

Conclusions. It has been shown that the difference of thermal conductivity values under standard and hydrocarbon fire conditions at 1 000 °C is 8-10 %, the difference of heat capacity values at 1 000 °C is 10-15 %. It has been found that the fire-resistance limit in the hydrocarbon fire regime is observed 40-50 minutes earlier with comparable flow rates and given metal thicknesses.

Key words: oil and gas facility, fire resistance of structures, thermophysical characteristics, fire resistant materials, fire resistance limit, hydrocarbon and standard fire regimes

ВВЕДЕНИЕ

Объекты нефтегазового комплекса характеризуются наличием и обращением в больших количествах взрывоопасных и пожароопасных веществ и материалов, технологического оборудования и трубопроводов, а также значительными горизонтальными и вертикальными размерами, увеличивающими вероятность возникновения пожара в аварийных ситуациях [1-4].

Испытания на огнестойкость конструкций с огнезащитой не дают информации о теплофизи-ческих свойствах материалов, поскольку регистрируются деформации строительных конструкций и значения температуры на всём этапе огневого воздействия. Различные программные комплексы имеют возможность решать теплотехнические задачи, включающие в себя обеспечение требуемого предела огнестойкости, рассчитанного при «реальном», стандартном и углеводородном режимах пожара, при действии проектной нагрузки и расчёт необходимого и достаточного количества огнезащиты [5]. Численное моделирование требует введения корректных исходных данных о свойствах материала и граничных условиях для получения реалистичных результатов прогрева конструкции. В [6] констатируется, что «при обработке и анализе экспериментальных данных решением обратной задачи теплопроводности определяются и впоследствии используются так называемые эффективные (или модифицированные) теплофизические характеристики огнезащитных материалов (прежде всего, теплопроводность)».

Стальные конструкции нефтегазовых объектов при аварии, сопровождающейся пожаром и взрывом, подвергаются высокотемпературному воздействию и избыточному давлению, характерных для углеводородного режима, при котором в первые минуты пожара температура достигает 1 000 °С и выше [7]. Прочность стальной конструкции значительно снижается в диапазоне 400600 °С, а при нагрузке незащищённая конструкция практически мгновенно теряет устойчивость. В связи с этим на объектах повышенной опасности должны применяться конструкции, способные выдерживать высокие температуры и взрывную волну, то есть защищённые средствами огнезащиты.

Способы огнезащиты выбирают не только с учётом требуемого предела огнестойкости стальной конструкции, вида нагрузки, но и принимая во внимание температурно-влажностный режим эксплуатации и производства работ по огнезащите. Исходя из анализа научно-технической литературы [8-11], можно назвать три способа огнезащиты стальных конструкций: нанесение вспучивающихся красок, штукатурных составов или применение конструктивной огнезащиты конструкций. На рисунке 1 представлена схема, описывающая средства и способы огнезащиты стальных конструкций [12].

К одному из трёх способов огнезащиты металлических конструкций относят применение штукатурных составов толщиной 10-50 мм, рекомендуемых к применению в сухих помещениях (при относительной влажности воздуха менее 65 %), используемых для повышения предела огнестойкости

Рисунок 1. Средства и способы огнезащиты стальных конструкций Figure 1. Means and methods of steel structures fire protection

ПОЖАРЫ И ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ: ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ, ЛИКВИДАЦИЯ. 2022. № 3

FIRE AND EMERGENCIES: PREVENTION, ELIMINATION. 2022. No. 3

Рисунок 2. Стальные конструкции с нанесённым штукатурным покрытием Cafco Fendolite MII [13] Figure 2. Steel structures with plaster-coated Cafco Fendolite MII [13]

металлических конструкций (рис. 2). В данном исследовании рассматриваются строительные конструкции, применяемые внутри сооружений объектов нефтегазового комплекса, для обеспечения требуемого предела огнестойкости которых применяются штукатурные составы.

Огнезащитные штукатурные составы изготавливают на основе силикатного жидкого стекла, строительного гипса, глиноземистого цемента, на портландцементе. В качестве заполнителя используется вспученный или невспученный вермикулит, перлит, диатомит, трепел, вулканическая пемза, вулканический туф и др. Применяют также волокнистые наполнители: каолиновую вату и другие минеральные волокна, распушенный асбест [14, 15].

В [16] демонстрируются испытания штукатурных составов с высокой плотностью (1 6001 800 кг/м3) для определения их теплофизических свойств при стандартном температурном режиме. В исследовании [17] представлен обзор проведённых огневых испытаний, сопровождаемых исследованиями теплофизических свойств штукатурок. В [18] изложены результаты экспериментальных исследований свойств перлитной штукатурки для стальных элементов, подвергающихся реальному режиму пожара. В [19] выполнено прогнозирование пределов огнестойкости стальных конструкций, покрытых тремя штукатурными составами плотностями 220-775 кг/м3, и получены значения деформаций методом моделирования при совместном действии постоянной статической и тепловой нагрузок. В рассмотренных исследованиях отсутствуют сводные данные о теплофи-зических характеристиках штукатурных составов для разных температурных режимов пожара и, соответственно, графическое отображение по-

лученных зависимостей в виде номограмм («критическая температура» - «приведённая толщина металла»).

Целью статьи является моделирование экспериментальных данных по определению пределов огнестойкости несущих стальных конструкций, покрытых штукатурными огнезащитными составами, при воздействии стандартного и углеводородного режимов пожара для получения расчётных теплофизических характеристик штукатурных покрытий, необходимых для прогнозирования пределов огнестойкости стальных конструкций и разработки номограмм прогрева стальных конструкций с применением штукатурных составов.

МЕТОДЫ И МАТЕРИАЛЫ

В статье описаны экспериментальные исследования двух видов штукатурных составов, каждый из которых представляет собой смесь портландцемента, вермикулита и других вяжущих с целевыми добавками и наполнителями: «Игнис Лайт» (ООО «Прозаск») и «Cafco Fendolite MII» (Isolatek International). Данные штукатурные составы часто применяются в качестве огнезащиты на стальных конструкциях объектов нефтегазового комплекса.

Испытания опытных образцов со штукатурным составом «Игнис Лайт» (образцы № 1.1 и 1.2) по определению времени достижения критического состояния в процессе четырёхстороннего огневого воздействия проводились при условии создания в огневой камере печи стандартного температурного режима по ГОСТ 30247.1-94 «Конструкции строительные. Методы испытаний

на огнестойкость. Общие требования», характеризующегося зависимостью (1):

T - T0 = 345 lg (8t + 1),

где T - температура в печи, соответствующая времени t, °C; T0 - температура в печи до начала теплового воздействия t, °C; t - время, исчисляемое от начала испытаний, мин.

Испытания опытных образцов со штукатурным составом «Игнис-Лайт» (образец № 1.3) и штукатурным составом «Fendolite MII» (образцы № 2.1 и 2.2) по определению времени достижения критического состояния в процессе четырехстороннего огневого воздействия проводились при условии создания в огневой камере печи углеводородного температурного режима по EN 1363-2:1999 "Fire Resistance Tests - Part 2: Alternative and Additional Procedures», характеризующегося зависимостью:

T - T0 = 1080 (1 - 0,325 e-0'167t - 0,675 e-2-5t).

Температура в огневой камере печи измерялась термопарами типа ТПК, равномерно распределёнными по высоте образца в пяти местах, а на опытных образцах температура измерялась тремя термопарами типа ТХА, установленными в середине высоты опытного образца.

Для экспериментальных образцов, являющихся несущими вертикальными конструкциями, предельным состоянием при испытании на огнестойкость являлась потеря несущей способности вследствие обрушения конструкции или возникновения предельных деформаций. Подготовка образцов к испытаниям, условия проведения огневых испытаний, определение предельных состояний конструкций и оценка результатов проведения экспериментов регламентируется ГОСТ 30247.1-94 «Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Общие требования».

Для моделирования теплофизических процессов рассматриваемых стальных конструкций использовался программный комплекс (ПК) БЬСиТ [2О].

Эксперименты на стальных конструкциях. Основные параметры образцов, используемых в экспериментальном исследовании, приведены в таблице 1. Опытные образцы с покрытиями № 1.1-1.3 оснащены опорными пластинами толщиной 4О мм и испытывались под воздействием постоянной статической нагрузки, равной 195,22 кН (19,9 тс). В соответствии с техническим заданием заказчика испытания для образцов № 2.1, 2.2 проводились под действием постоянной статической нагрузки, равной 294 кН (3О тс), при условии вертикального сжатия с шарнирным опиранием с одной стороны и жёстким защемлением с другой стороны колонны.

Моделирование в программном комплексе ELCUT. Для определения характеристик огнезащитной способности покрытий несущих стальных конструкций применяются уточнённые математические модели процесса теплопроводности и используется метод решения обратных задач теплопроводности согласно следующей системе уравнений [21, 22]:

- уравнение теплопроводности:

эер э сррр~эГ=а*

/

эе„

0 < х < d ; 0 = 0 (х, t); 0 < t < t , где

p' p p v ' n max '

начальное условие:

0p X 0) = 0o ,

- граничное условие на внешней поверхности огнезащитного покрытия при х = d :

Таблица 1 (Table 1)

Основные параметры образцов со штукатурными составами Main parameters of samples with plaster compositions

Номер образца с покрытием Профиль Высота, мм Приведённая толщина металла, мм Толщина, мм Режим пожара

№ 1.1 I 40Ш1 2 700 7,47 32 Стандартный

№ 1.2 I 40Ш1 2 700 7,47 32 Стандартный

№ 1.3 I 40Ш1 2 700 7,47 32 Углеводородный

№ 2.1 I 30К1 3 000 6,30 30 Углеводородный

№ 2.2 I 30К1 3 000 6,30 30 Углеводородный

FIRE AND EMERGENCIES: PREVENTION, ELIMINATION. 2022. No. 3

Таблица 2 (Table 2)

Основные характеристики применяемых штукатурных составов

Main characteristics of applied plaster compositions

Номер образца р, кг/м3 X, Вт/(м-К) Cp , Дж/(кг-К) Толщина, мм

с покрытием 20 °C 100 °C 300 °C 20 °C 100 °C 300 °C

№ 1.1 300 0,086 0,077 0,089 420 900 1 750 32

№ 1.2

№ 1.3 0,078 0,091 1 720

№ 2.1 775 0,190 0,182 0,191 450 930 1 800 30

№ 2.2

a =a, +

где

C0e

Qt +273,15

100

9p(rfp,f)+273,15

100

Характеристики применяемых штукатурных составов для стальных колонн при воздействии стандартного и углеводородного температурных режимов представлены в таблице 2 (плотность и коэффициент теплопроводности при 20 °С приняты по данным производителей штукатурных составов, толщина - согласно экспериментальным исследованиям, значения теплоемкости и теплопроводности при 100 °С - в результате моделирования). В качестве допущения принято, что значение плотности в процессе нагрева не изменяется.

- граничное условие на внутренней поверхности огнезащитного покрытия при х = 0:

, эер(о,0 у эер(о,0

дх

-= срр,

dt

где x - координата в огнезащитном покрытии (x = 0 соответствует месту контакта покрытия с металлом, где измеряется температура образца 6а = 6р (0, t)); сррр - удельная объёмная теплоёмкость, Дж/(кг-К); V/A - приведённая толщина профиля (перевод в России как 1/100), мм; Хр -коэффициент теплопроводности, Вт/(м-К); t -время, с; dp - толщина огнезащитного покрытия, мм; t - максимальное время нагрева образ-

1 1 max г г г

ца, с; ac - коэффициент теплоотдачи на внешней поверхности огнезащитного покрытия, Вт/(м2-К); C0 = 5,67; е - степень черноты поверхности огнезащитного покрытия; 60 - начальная температура образца, °С; Qf - температура в огневой печи, °С.

Исходные характеристики стали: марка С245; плотность 7 800 кг/м3; теплопроводность и теплоёмкость являются переменными в зависимости от температуры (значения взяты из справочника программы).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Результаты экспериментов на стальные конструкции. Предел огнестойкости образцов с покрытиями № 1.1 и 1.2 соответствует классификации Я 180. Средняя температура составила 720 °С и 680 °С для образцов с покрытиями № 1.1 и 1.2 соответственно (рис. 3). Предел огнестойкости образца с покрытием № 1.3 соответствует

а (а)

б (b)

в (с)

Рисунок 3. Образец № 1.1 до испытания (а, б) и после испытания (в) Figure 3. Sample № 1.1 before (a, b) and after (с) the test

классификации К 12О. Средняя температура составила 474 °С. Предел огнестойкости образцов с покрытиями № 2.1 и 2.2 соответствует классификации К 12О. Средняя температура составила 71О °С и 7О7 °С для образцов с покрытиями № 2.1 и 2.2 соответственно.

Результаты моделирования в программном комплексе ELCUT. В результате моделирования получены визуализации прогрева стальных двутавровых колонн на виде сверху (рис. 4).

По результатам моделирования получены зависимости температуры от времени в точке расположения термопар на середине поверхности опытных образцов при стандартном и углеводородном режимах пожара (рис. 5).

Построение номограмм прогрева стальных конструкций. Для определения предела огнестойкости конструкции необходимо произвести прочностной расчёт, чтобы выявить критическую температуру стали (в случае невозможности определения исходных данных для прочностного расчёта критическая температура принимается равной 5ОО °С). Как правило, критическая температура стали варьируется в диапазоне от 4ОО до 7ОО °С в зависимости от условий эксплуатации конструкции.

Теплотехническая часть расчёта выполняется с использованием метода расчёта прогрева стальных конструкций с огнезащитой. Для определения времени прогрева построены номограммы прогрева стальных конструкций с двумя видами штукатурок.

а (а)

Температурная шкала при углеводородном режиме пожара, °С

1100

1010

920

830

740

650

560

470

380

290

200

Температурная шкала при стандартном режиме пожара, °С

1050

992

935

877

820

763

705

590 532 475

б (b)

Рисунок 4. Структурная схема образцов № 1.1-1.3 и визуализация прогрева образца № 1.1 (а); структурная схема образцов № 2.1 и 2.2 и визуализация их прогрева (б) Figure 4. Schematic diagram of samples № 1.1-1.3 and visualization of sample № 1.1 heating (a); schematic diagram of samples № 2.1 and 2.2 and visualization of their heating (b)

Рисунок 5. Экспериментальные и расчётные температурные кривые образцов во время огневого воздействия: образец № 1.1 (эксперимент); образец № 1.2 (эксперимент); образец № 1.3 (эксперимент); образец № 2.1 (эксперимент); _ — образец № 1.1 (моделирование); — — образец № 1.2 (моделирование); — _ образец № 1.3 (моделирование); — — образец № 2.1 и 2.2 (моделирование) Figure 5. Experimental and calculated temperature curves of samples during fire exposure: sample № 1.1 (experiment); sample № 1.2 (experiment); sample № 1.3 (experiment); sample № 2.1 (experiment); sample № 1.1 (simulation); __ sample № 1.2 (simulation); «« sample № 1.3 (simulation); м sample № 2.1 и 2.2 (simulation)

FIRE AND EMERGENCIES: PREVENTION, ELIMINATION. 2022. No. 3

300 280 260 240 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20

1 23 4 56 7 89 10 11 12 Приведённая толщина металла, мм

а (а)

123456789 10 11 12 Приведённая толщина металла, мм

б (b)

Рисунок 6. Номограммы прогрева стальных конструкций с применением штукатурного состава «Игнис Лайт» при стандартном режиме пожара при t = 500 °С (а) и t = 600 °С (б): 10 мм; 15 мм; 20^м; 25 мм; 30 мм; 35 мм; ^ 40 мм;

45 мм; 50 мм; 55 мм; 60 мм Figure 6. Nomograms of steel structures heating using the plaster composition "Ignis Lite" under the standard fire regime at t = 500 °С (а) and t = 600 °С (b) 10 mm; 15 mm; 20 mm; 25 mm; _ 30 mm; 35 mm; 40 mm; 45 mm; 50 mm; 55 mm; 60 mm

260 240 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20

0

280 260 240 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20

123456789 10 11 12 Приведённая толщина металла, мм

а (а)

0 123456789 10 11 12 Приведённая толщина металла, мм

б (b)

Рисунок 7. Номограммы прогрева стальных конструкций с применением штукатурного состава «Игнис Лайт» при углеводородном режиме пожара при t = 500 °С (а) и t = 600 °С (б): 10 мм; 15 мм; 20 мм; 25 мм; 30 мм; 35 мм; ^ 40 мм;

45 мм; 50 мм; 55 мм; 60 мм Figure 7. Nomograms of steel structures heating using the plaster composition "Ignis Lite" under the hydrocarbon fire regime at t = 500 °С (а) and t^ = 600 °С (b) 10 mm; 15 mm; 20 mm; 25 mm; — 30 mm; 35 mm; 40 mm; 45 mm; 50 mm; 55 mm; 60 mm

0

0

Номограммы строятся при определённом температурном режиме пожара (стандартный или углеводородный) в координатах: «приведённая толщина металла» - «время», где «время» - время достижения заданной критической температуры конструкции. Каждая точка номограммы соответствует пределу огнестойкости стальной конструкции с определённой приведённой толщиной металла и толщиной огнезащитного покрытия для определённой температуры. Точки номограммы, соответствующие конструкциям с одной и той же толщиной огнезащитного покрытия, соединены линиями одного цвета и обозначены в виде значений толщины огнезащитного покрытия.

Приведены номограммы для образцов с покрытиями № 1.1 - 1.3 при критических температурах 500 и 600 °С при стандартном и при углеводородном режимах пожара (рис. 6, 7). Построение номограмм прогрева производилось расчётно-экспериментальным методом.

Уточнение значений коэффициентов теплопроводности и удельной теплоёмкости. Расчётные значения теплофизических характеристик, полученных в результате моделирования и представленных в таблице 3, коррелируют с данными таблицы 2. При температуре свыше 400 °С полученные значения требуют экспериментального подтверждения, но могут быть использованы при решении теплотехнических задач с нестационарной теплопроводностью. Как видно из приведённых данных (табл. 3), при воздействии на конструкцию углеводородного температурного режима значения коэффициента теплопроводности на 8-10 % при 1 000 °С выше, чем при воздействии стандартного температурного режима; удельная тепло-

ёмкость для образцов со штукатурными составами при воздействии стандартного температурного режима на 10-15 % при 1000 °С.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

К огнезащите стальных конструкций в нефтегазовом комплексе, в отличие от конструкций объектов непроизводственного характера, предъявляются более высокие требования, в частности, определяться пределы огнестойкости при углеводородном режиме пожара. На основе экспериментальных данных проведено моделирование огнестойкости несущих стальных конструкций, покрытых штукатурными огнезащитными составами, при воздействии стандартного и углеводородного режимов пожара.

Установлено, что для получения требуемого предела огнестойкости, как правило, следует применять штукатурные составы толщиной 30-35 мм в зависимости от их теплотехнических характеристик и режима пожара [19]. Методом решения обратной задачи теплопроводности рассчитаны коэффициенты теплопроводности и удельной теплоёмкости применяемой огнезащиты в диапазоне температур от 20 до 1 000 °С. Показано, что расхождение значений коэффициента теплопроводности при стандартном и углеводородном режимах пожара составляет 8-10 %, значений теплоёмкости - 10-15 % при 1 000 °С.

Разработаны номограммы прогрева при стандартном и углеводородном режимах пожара стальных конструкций с применением штукатурных составов [23]. Показано, что наступление предела огнестойкости при углеводородном режиме

Таблица 3 (Table 3)

Значения теплопроводности и теплоёмкости штукатурных составов в зависимости от температуры ((1) - «Игнис Лайт», (2) - «Cafco Fendolite MII») Values of heat conductivity and heat capacity of plaster compositions depending on the temperature ((1) - "Ignis Lite", (2) - "Cafco Fendolite MII")

Т °c 20 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1 000

При стандартном режиме пожара

X (1), Вт/К-м 0,086 0,077 0,081 0,089 0,096 0,104 0,110 0,116 0,125 0,132 0,138

С (1), Дж/кг-К 420 900 1 320 1 750 2 120 2 540 2 930 3 330 3 700 4 250 4 800

При углеводородном режиме пожара

X (1), Вт/К-м 0,086 0,076 0,083 0,091 0,099 0,108 0,116 0,125 0,134 0,143 0,151

X (2), Вт/К-м 0,190 0,182 0,186 0,191 0,198 0,206 0,215 0,222 0,229 0,236 0,245

С (1), Дж/кг-К 420 900 1 310 1 720 2 080 2 460 2 835 3 230 3 580 3 950 4 320

С (2), Дж/кг-К 450 930 1 345 1 800 2 220 2 650 3 080 3 465 3 810 4 185 4 510

FIRE AND EMERGENCIES: PREVENTION, ELIMINATION. 2022. No. 3

пожара наблюдается раньше на 4О-5О мин при сопоставимых расходах и приведенных толщинах металла. Полученные результаты могут быть использованы в технической документации производителей огнезащитных составов для возможности

моделирования и прогнозирования расхода штукатурных покрытий в зависимости от приведённой толщины металла; а также проектными и строительными организациями при проектировании огнезащиты строительных конструкций.

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ

1. Morgunova M. The Role of the Socio-Technical Regime in the Sustainable Energy Transition: A Case of the Eurasian Arctic // Extr. Ind. Soc. 2021, 8. D0I:10.1016/j.exis.2021.100939

2. Abdoul Nasser A. H., Ndalila P. D., Mawugbe E. A., Emmanuel Kouame M., Paterne M. A, Li Y. Mitigation of Risks Associated with Gas Pipeline Failure by Using Quantitative Risk Management Approach; a Descriptive Study on Gas Industry // J. Mar. Sci. Eng. 2021, 9. D0I:10.3390/jmse9101098

3. Log T., Pedersen W. B. A Common Risk Classification Concept for Safety Related Gas Leaks and Fugitive Emissions? // Energies. 2019, 12, D0I:10.3390/en12214063

4. Fang H., Lo S. M., Zhang Y., Shen Y. Development of a Machine-Learning Approach for Identifying the Stages of Fire Development in Residential Room Fires // Fire Saf. J. 2021, 126. D0I:10.1016/j.firesaf.2021.103469

5. Chandrasekaran S., Nagavinothini R. Behavior of Stiffened Deck Plates under Hydrocarbon Fire // Mar. Syst. Ocean Technol. 2020, 15. D0I:10.1007/s40868-020-00077-1

6. Гаращенко А. Н., Берлин А. А, Кульков А. А, Рудзин-ский В. П. Моделирование влияния режимов огневого воздействия на эффективность вспучивающихся огнезащитных покрытий // Вопросы оборонной техники. Серия 15. 2020. Вып. 3-4. С. 75-84.

7. Niazi U. M., Nasif M. S., Muhammad M. Bin, Imran M. Integrated Consequence Modelling for Fire Radiation and Combustion Product Toxicity in 0ffshore Petroleum Platform Using Risk Based Approach // MATEC Web Conf. 2018, 225. D0I:10.1051/matecconf/201822506013

8. Elbasuney S., Maraden A. Novel Thermoset Nanocomposite Intumescent Coating Based on Hydroxyapatite Nanoplates for Fireproofing of Steel Structures // J. Inorg. 0rganomet. Polym. Mater. 2020, 30. D0I:10.1007/s10904-019-01260-7

9. Mahmud H. M. I., Mandal A., Nag S., Moinuddin K. A. M. Performance of Fire Protective Coatings on Structural Steel Member Exposed to High Temperature // J. Struct. Fire Eng. 2021, 12. D0I:10.1108/JSFE-07-2020-0025

10. Jiang S., Wu H. An Experimental Investigation on the Fire Resistance of the Integrated Envelope-Fire Protection Material for Steel Buildings // Prog. Steel Build. Struct. 2021, 23. D0I:10.13969/j.cnki.cn31-1893.2021.01.010

11. Zybina O., Gravit M. Intumescent Coatings for Fire Protection of Building Structures and Materials; Springer Series on Polymer and Composite Materials; Springer International Publishing: Cham, 2020.

12. Gravit M., Shabunina D. Structural Fire Protection of Steel Structures in Arctic Conditions // Buildings. 2021, 11.

D0l:10.3390/buildings11110499

13. Cafco FENDOLITE ® Mll & Cafco FENDOLITE ® TG for Fire Protection in the Petrochemical Industry [Электронный ресурс] // Progressivematerials: сайт. Режим доступа: www. progressivematerials.com.au/wp-content/files_mf/1605227286C afcoFEND0LITE®MIICafcoFEND0LITE®TGfireprotectioninthepet rochemicalindustry.pdf (дата обращения 09.05.2022).

14. Santos T., Gomes M. I., Silva A. S., Ferraz E., Faria P. Comparison of Mineralogical, Mechanical and Hygroscopic Characteristic of Earthen, Gypsum and Cement-Based Plasters // Constr. Build. Mater. 2020, 254. D0I:10.1016/j.conbuildmat.2020. 119222

15. Rashad A. M. Possibility of Using Metakaolin as Thermal Insulation Material // Int. J. Thermophys. 2017, 38. D0I:10.1007/ s10765-017-2260-4

16. Johanna L., Judith K., Alar J., Birgit M., Siim P. Material Properties of Clay and Lime Plaster for Structural Fire Design // Fire Mater. 2021, 45. D0I:10.1002/fam.2798

17. Liblik J., Küppers J., Maaten B., Just A. Fire Protection Provided by Clay and Lime Plasters // Wood Mater. Sci. Eng. 2021, 16. D0I:10.1080/17480272.2020.1714726

18. Zehfuß J., Sander L., Schaumann P., Weisheim W. Thermal Material Properties of Fire Protection Materials for Natural Fire Scenarios // Bautechnik. 2018, 95. D0I:10.1002/ bate.201800033

19. Gravit M., Shabunina D., Antonov S., DanilovA. Thermal Characteristics of Fireproof Plaster Compositions in Exposure to Various Regimes of Fire // Buildings. 2022, 12, 630. D0I:10.3390/buildings12050630

20. Руководство по моделированию в программе ELCUT [Электронный ресурс]. Режим доступа: elcut.ru/free_doc_r.htm (дата обращения 06.01.2022).

21. Григорьян Н. Б., Круковский П. Г., Новак С. В. Алгоритм решения обратной задачи теплопроводности при оценке огнезащитной способности покрытий несущих стальных конструкций // Пожежна безпека: теорiя i практика. 2014. № 16. С. 140-147.

22. Новак С. В., Круковский П. Г., Григорьян Н. Б. Оценка огнезащитной способности вермикулито-цементной плиты «Эндотерм 210104» стандартизированными методами // Науко-вий вюник: Цившьний захист та пожежна безпека. 2017. № 1 (3). С. 11-19.

23. Отчет о НИР СПбПУ «Определение пределов огнестойкости стальных конструкций при применении огнезащитного состава "Игнис Лайт». Режим доступа: https://prozask.ru/f/ politeh-otchet_ob_ognestojkosti.pdf (дата обращения 9.05.2022)

REFERENCES

1. Morgunova M. The Role of the Socio-Technical Regime in the Sustainable Energy Transition: A Case of the Eurasian Arctic. Extr. Ind. Soc., 2021, 8. D0I:10.1016/j.exis.2021.100939

2. Abdoul Nasser A.H., Ndalila P.D., Mawugbe E.A., Emmanuel Kouame M., Paterne M.A., Li Y. Mitigation of Risks Associated with Gas Pipeline Failure by Using Quantitative Risk Management Approach; a Descriptive Study on Gas Industry. J. Mar. Sci. Eng., 2021. P. 9. D0I:10.3390/jmse9101098

3. Log T., Pedersen W.B. A Common Risk Classification Concept for Safety Related Gas Leaks and Fugitive Emissions? Energies, 2019, 12, D0I:10.3390/en12214063

4. Fang H., Lo S. M., Zhang Y., Shen Y. Development of a Machine-Learning Approach for Identifying the Stages of Fire

Development in Residential Room Fires. Fire Saf. J., 2021, 126. D0I:10.1016/j.firesaf.2021.103469

5. Chandrasekaran S., Nagavinothini R. Behavior of Stiffened Deck Plates under Hydrocarbon Fire. Mar. Syst. Ocean Technol., 2020, 15. D0I:10.1007/s40868-020-00077-1

6. Garashchenko A.N., Berlin A.A., Kulkov A.A., Rudzinskii V.P. Modeling of the effect of fire exposure modes on the effectiveness of bulging flame retardant coatings. Voprosy oboronnoi tekhniki -Counter-terrorism technical devices, Series 15, 2020, no. 3-4, pp. 75-84 (in Russ).

7. Muhammad Niazi U., Nasif M.S., Bin Muhammad M., Imran M. Integrated Consequence Modelling for Fire Radiation and Combustion Product Toxicity in Offshore Petroleum Platform

Using Risk Based Approach. MATEC Web Conf., 2018, 225. D0l:10.1051/matecconf/201822506013

8. Elbasuney S., Maraden A. Novel Thermoset Nanocomposite Intumescent Coating Based on Hydroxyapatite Nanoplates for Fireproofing of Steel Structures. J. Inorg. Organomet. Polym. Mater., 2020. 30. D0I:10.1007/s10904-019-01260-7

9. Mahmud H.M.I., Mandal A., Nag S., Moinuddin K.A.M. Performance of Fire Protective Coatings on Structural Steel Member Exposed to High Temperature. J. Struct. Fire Eng., 2021, 12. D0I:10.1108/JSFE-07-2020-0025

10. Jiang S., Wu H. An Experimental Investigation on the Fire Resistance of the Integrated Envelope-Fire Protection Material for Steel Buildings. Prog. Steel Build. Struct., 2021, 23. D0I:10.13969/j.cnki.cn31-1893.2021.01.010

11. Zybina O., Gravit M. Intumescent Coatings for Fire Protection of Building Structures and Materials; Springer Series on Polymer and Composite Materials; Springer International Publishing: Cham, 2020.

12. Gravit M., Shabunina D. Structural Fire Protection of Steel Structures in Arctic Conditions. Buildings, 2021, 11. D0I:10.3390/buildings11110499

13. Cafco FEND0LITE ® MII & Cafco FEND0LITE ® TG for Fire Protection in the Petrochemical Industry. Available at: www.progressivematerials.com.au/wp-content/files_mf/1605227 286CafcoFEND0LITE®MIICafcoFEND0LITE®TGfireprotectionint hepetrochemicalindustry.pdf (accessed May 9, 2022).

14. Santos T., Gomes M. I., Silva A. S., Ferraz E., Faria P. Comparison of Mineralogical, Mechanical and Hygroscopic Characteristic of Earthen, Gypsum and Cement-Based Plasters. Constr. Build. Mater., 2020, 254. D0I:10.1016/j.conbuildmat.2020.119222

15. Rashad A.M. Possibility of Using Metakaolin as Thermal Insulation Material. Int. J. Thermophys., 2017, 38.

DOI:10.1007/s10765-017-2260-4

16. Liblik J., Judith K., Just A., Mets B., Siim P. Material Properties of Clay and Lime Plaster for Structural Fire Design. Fire Mater., 2021, 45. D0I:10.1002/fam.2798

17. Liblik J., Küppers J., Maaten B., Just A. Fire Protection Provided by Clay and Lime Plasters. Wood Mater. Sci. Eng., 2021, 16. D0I:10.1080/17480272.2020.1714726

18. Zehfuß J., Sander L., Schaumann P., Weisheim W. Thermal Material Properties of Fire Protection Materials for Natural Fire Scenarios. Bautechnik. 2018, 95. D0I:10.1002/bate.201800033

19. Gravit M., Shabunina D., Antonov S., Danilov A. Thermal Characteristics of Fireproof Plaster Compositions in Exposure to Various Regimes of Fire. Buildings. 2022, 12, 630. D0I:10.3390/buildings12050630

20. Rukovodstvo po modelirovaniju v programme ELCUT [Guide to modeling in the ELCUT program]. Available at: elcut.ru/ free_doc_r.htm (accessed January 6, 2022) (in Russ.).

21. Grigoryan N.B., Krukovsky P.G., Novak S.V. Algorithm for solving the inverse problem of thermal conductivity in assessing the fire-resistant ability of coatings of load-bearing steel structures. Pozhezhna bezpeka: teorija i praktika - Fire safety: theory and practice. 2014, no. 16. pp. 140-147 (in Russ.).

22. Novak S.V., Krukovsky P.G., Grigoryan N.B. Evaluation of the flame-retardant ability of the vermiculite-cement plate "Endotherm 210104" by standardized methods. Naukovij visnik: Civilnij zahist ta pozhezhna bezpeka - Scientific bulletin: Civil Protection and fire safety, 2017 no. 1 (3), pp. 11-19 (in Russ.).

23. SPbPU Research Report "Determination of fire resistance limits of steel structures when using Ignis Lite flame retardant". Available at: https://prozask.ru/f/politeh-otchet_ob_ ognestojkosti.pdf (accessed May 9, 2022)

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ Марина Викторовна ГРАВИТ

Кандидат технических наук, доцент,

доцент Высшей школы промышленно-гражданского

и дорожного строительства, ведущий инженер

Научно-исследовательского и образовательного центра

«Везерфорд-Политехник», ведущий научный сотрудник

лаборатории самовосстанавливающихся конструкционных материалов,

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого,

Санкт-Петербург, Российская Федерация

SPIN-код 9023-1060

Ди^огЮ: 667288

ORCID: 0000-0003-1071-427Х

[email protected]

Дарья Евгеньевна ШАБУНИНА Н

Студент Высшей школы промышленно-гражданского и дорожного строительства,

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Санкт-Петербург, Российская Федерация ORCID: 0000-0002-6155-060Х Н [email protected]

Поступила в редакцию 14.05.2022 Принята к публикации 23.06.2022

INFORMATION ABOUT THE AUTHORS Marina V. GRAVIT

PhD in Engineering, Associate Professor, Associate professor of the Higher School of Industrial-civil and Road Construction, Leading engineer of the Research and Educational Center "Vezerford-Politechnik",

Leading researcher of the Laboratory of Self-healing Structural Materials,

Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University,

St. Petersburg, Russian Federation

SPIN-KOA: 9023-1060

AuthorID: 667288

ORCID: 0000-0003-1071-427X

[email protected]

Dariya E. SHABUNINA H

Student of the Higher School of Industrial-civil and Road Construction, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University, St. Petersburg, Russian Federation ORCID: 0000-0002-6155-060X H [email protected]

Received 14.05.2022 Accepted 23.06.2022

Для цитирования:

Гравит М. В., Шабунина Д. Е. Штукатурные составы как огнезащита стальных конструкций объектов нефтегазового комплекса // Пожары и чрезвычайные ситуации: предупреждение, ликвидация. 2022. № 3. С. 46-55. 00!:10.25257/РБ.2022.3.46-55

For citation:

Gravit M.V., Shabunina D.E. Plaster compositions as fire protection of steel structures at oil and gas facilities. Pozhary i chrezvychaynyye situatsii: predotvrashcheniye, Hkvidatsiya - Fire and emergencies: prevention, elimination, 2022, no. 3, pp. 46-55. DO1:10.25257/FE.2022.3.46-55