CC BY
7БЕЗОПАСНОСТЬ ОБЪЕКТОВ
SAFETY OF FACILITIES
НАУЧНАЯ СТАТЬЯ / ORIGINAL ARTICLE УДК 699.81
DOI 10.25257/FE.2024.2.73-84
® М. В. ГРАВИТ1, С. П. АНТОНОВ2, О. А. ФРИДРИХ3, Е. С. НЕДВИГА1
1 Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Санкт-Петербург, Россия
2 ООО «Прозаск», Москва, Россия
3 Оренбургский филиал ВНИИПО МЧС России, Оренбург, Россия
Системы огнезащиты стальных конструкций с цементными плитами и противопожарным барьером при криогенном и Jet-Fire воздействиях
АННОТАЦИЯ
Тема. В статье представлены результаты экспериментальных исследований образцов стальных конструкций с системами огнезащиты на основе цементного вяжущего при криогенном воздействии и при воздействии струйного углеводородного горения Jet-Fire.
Методы. Проведены экспериментальные исследования системы огнезащиты стальных конструкций с цементными плитами и противопожарным барьером при криогенном воздействии согласно методике, основные положения которой гармонизированы с ISO 20088-1 «Determination of the resistance to cryogenic spillage of insulation materials — Part 1: Liquid phase», и образцов системы огнезащиты, испытанных согласно методике, гармонизированной с ISO 22899-1 «Determination of the resistance to jet fires of passive fire protection materials. Part 1: General requirements».
Результаты. Испытания на криогенное воздействие образца огнезащитной системы, состоящей из плит «Прозаск Файерпанель» на цементном вяжущем, огнезащитного мата «Игнис-мат СВ» и противопожарного барьера «Промизол-ДШ Проплейт-60/5/10Л», позволили установить по результатам
60-минутного воздействия струйного углеводородного горения, что температура на образце на необогреваемой поверхности достигла 47,73 °С, при криогенном воздействии температура на образце достигла -49 °С через 53 мин.
Область применения результатов. Полученные результаты могут быть применены при проектировании противопожарной защиты в области пожарной безопасности на объектах нефтегазового комплекса и в тоннельных сооружениях.
Выводы. Установлено, что огнезащитные плиты с цементным вяжущим достаточно эффективны при криогенном воздействии углеводородов, а также в системе с противопожарным барьером из супертонкого базальтового волокна и огнезащитного керамического мата показывают высокие результаты сопротивлению струйного углеводородного горения.
Ключевые слова: нефтегазовая отрасль, пожарная безопасность, предел огнестойкости, режим Jet-Fire, криогенное воздействие, конструктивная огнезащита, углеводороды
© M.V. GRAVIT1, S.P. ANTONOV2, O.A. FRIDRIKH3, E.S. NEDVIGA1
1 St. Petersburg Polytechnic University of Peter the Great, St. Petersburg, Russia
2 "Engineering Center "Fire Protection of Building Structures"" LLC, Moscow, Russia
3 Orenburg branch of All-Russian Research Institute for Fire Protection of EMERCOM of Russia, Orenburg, Russia
Fire protection systems for steel structures with cement slabs and a fire barrier under cryogenic and Jet-Fire exposure
ABSTRACT
Purpose. The article presents the outcomes of experimental studies of steel structures samples with fire protection systems based on cement binder under cryogenic and hydrocarbon Jet-Fire exposure.
Methods. Experimental studies of the fire protection system for steel structures with cement slabs and a fire barrier under cryogenic exposure were carried out according to the methodology, the main provisions of which are harmonized with ISO 20088-1 "Determination of the resistance to cryogenic spillage of insulation materials - Part 1: Liquid phase", and samples of the system fire protection tested according to the method harmonized with ISO 22899-1 "Determination of the resistance to jet fires of passive fire protection materials. Part 1: General requirements".
Findings. Tests on cryogenic impact on a fire protection system sample consisting of Prozask Firepanel slabs on a cement binder, a fire protection mat Ignis-mat SV and a fire barrier Promizol-DSH Proplate-60/5/10L, made it possible to come to the conclusion based on the results of a 60-minute exposure to hydrocarbon Jet-Fire, that the temperature on the sample on an unheated surface reached 47.73 °C; during cryogenic exposure, the temperature on the sample reached -49 °C after 53 minutes.
Research application field. The outcomes obtained can be applied when planning fire protection in the field of fire safety at oil and gas facilities and in tunnel structures as well.
Conclusions. It has been found out that fire-retardant boards with a cement binder are quite effective under cryogenic
FIRE AND EMERGENCIES: PREVENTION, ELIMINATION. 2024. No. 2
exposure to hydrocarbons; they also show high resistance to hydrocarbon Jet-Fire in a system with a fire barrier made of super-thin basalt fiber and a fire-retardant ceramic mat.
Key words: oil and gas industry, fire safety, fire resistance limit, Jet-Fire mode, cryogenic exposure, structural fire protection, hydrocarbons.
В
ВВЕДЕНИЕ
связи с усложнением технологических процессов и ростом объёмов производства увеличивается использование и объёмы перевозки легковоспламеняющихся, горючих жидкостей (ЛВЖ, ГЖ) и газов, в том числе сжиженных углеводородов. Как следствие, большую актуальность приобретает проблема обеспечения пожарной безопасности объектов нефтегазового комплекса (НГК) и тоннельных сооружений, как части логистических маршрутов по перевозке ЛВЖ и ГЖ. Для защиты металлических конструкций от воздействия низких и высоких температур используют различные системы огнезащитных покрытий [1-3].
Исследования эффективности, оценка и обоснование требуемого расхода применяемых материалов должны проводиться с учётом особенностей исполнения огнезащиты и предполагают решение целого комплекса задач, включая определение основных характеристик материалов, проектные расчёты, подтверждение работоспособности путём стандартизированных огневых экспериментов [4-7] и экспериментов, направленных на подтверждение эксплуатации в различных климатических условиях и при воздействии возможных криогенных проливов [5, 8, 9].
В России требования к конструкциям в условиях криогенного пролива и устойчивости к другим режимам пожара, кроме стандартного,
не установлены и являются условиями, назначаемыми проектной организацией и заказчиком. Например, в комплекс стандартов ПАО «Газпром» «Система обеспечения пожарной безопасности» входит ряд регламентирующих документов по средствам огнезащиты разных видов, в которых авторами установлены нормативные значения показателей огнестойкости конструкций с учётом углеводородного режима горения, в том числе после криогенного воздействия, а также обозначена необходимость предоставления данных о теплофи-зических характеристиках используемых средств огнезащиты [5].
В США одним из основополагающих стандартов нефтегазовой промышленности является API 2218 «Fireproofing Practices in Petroleum and Petrochemical Processing Plants», в котором приводятся основные требования по пределам огнестойкости конструкций нефтегазового комплекса при различных режимах пожара, в том числе и при режиме Jet-Fire (JF) (рис. 1). Такой режим представляет собой турбулентное диффузионное пламя, возникающее в результате сгорания устойчивого выброса топлива под давлением, со значительно более высокой скоростью горения из-за турбулентности смешивания топлива с воздухом. Струйные пожары относятся к наименее серьёзным пожарам с точки зрения прямых последствий, но очень важны с точки зрения оценки риска охвата струйным пожаром окружающих сосудов, трубопроводов или других компонентов [5, 10, 11].
3 /
\
/ 2
/ 1
/ /
/ /
/
/
\ 3
\ 2
/
\ 1
V
1 200
400
1 000
300
800
S. 200
й- 600
400
200
0 10 20 30 40 50 60 0 10 20 30 40 50 61
Время, мин. Время, мин.
Рисунок 1. Графики режимов пожара согласно API 2218 «Fireproofing Practices in Petroleum and Petrochemical Processing Plants»:
1 - стандартный (целлюлозный); 2 - углеводородный; 3 - Jet-Fire
Figure 1. Graphs of fire regimes according to API 2218 "Fireproofing Practices in Petroleum and Petrochemical Processing Plants":
1 - standard (cellulose); 2 - hydrocarbon; 3 - Jet-Fire
Испытание на JF проводится в соответствии с ISO 22899-1:2021 «Determination of the resistance to jet fires of passive fire protection materials. Part 1: General requirements» и должно обеспечивать расход пропанового топлива 0,3±0,05 кг/с. Данный режим должен применяться только в наиболее опасных местах потенциальной утечки горючего вещества, определённых анализом пожарного риска [12, 13].
Требования нормативных документов разных стран и отраслевых стандартов крупнейших компаний НГК [14] предписывают, чтобы стальные конструкции оборудования, технологических установок и эстакад с обращением и хранением сжиженного природного газа (СПГ) также были стойкими к криогенному воздействию, то есть к воздействию газов, сжатых до жидкого состояния, находящихся при сверхнизких (криогенных) температурах (ниже -150 °C).
Таким образом, стальные конструкции зданий, сооружений и оборудования НГК, в особенности СПГ-производств, тоннельных сооружений, необходимо защищать не только от пожара, но и от криогенных проливов, то есть использовать огнезащитные материалы, которые должны сохранять свою целостность и теплоизоляционные свойства в диапазоне температур от -200 °C до +1 300 °C [8, 9, 15-18].
Обеспечение высоких пределов огнестойкости для несущих строительных конструкций на объектах нефтегазовой промышленности, а также стойкости к криогенному воздействию возможно при использовании конструктивной огнезащиты, штукатурных составов [19], а также при применении интумесцентных (вспучивающихся) огнезащитных покрытий [18], которые позволяют защитить конструкцию от воздействия температур при сравнительно небольшой толщине покрытия.
В работе рассматривается конструктивная огнезащита, к которой относятся огнезащитные плиты, маты и штукатурки, изготавливаемые на основе минеральных вяжущих (цемент, гипс, силикат кальция и др.) и различных наполнителей (вермикулит, перлит, стекловолокно) [19, 20] (рис. 2).
Ш fc
Рисунок 2. Повышение огнестойкости стальных конструкций конструктивной огнезащитой
Figure 2. Increasing steel structures fire resistance using structural fire protection
Исследований, посвященных криогенному проливу и воздействию режима Jet-Fire на огнезащиту стальных конструкций, в настоящее время чрезвычайно мало, поскольку технология сжижения углеводородов появилась недавно. Однако с учётом экспансии мирового нефтегазового комплекса в Арктике и Антарктике ожидается широкий интерес проектировщиков к результатам испытаний на криогенное воздействие и струйное горение на средства огнезащиты для выявления конкурентных преимуществ последних. Многие производители огнезащиты разрабатывают собственные методики для проведения испытаний, в которых регламентируются испытания на локальный пролив криогенных продуктов, а также воздействие струйного горения на огнезащитное покрытие после криогенного розлива.
Нормативными документами СП 16.13330.2017 «Стальные конструкции» и ГОСТ 27772-2021 «Прокат для строительных стальных конструкций. Общие технические условия» регламентируется температура эксплуатации конструкций из стали от -60 °С до 100 °С, подтверждаются физические характеристики стали (в том числе ударная вязкость) при температуре -20 °С, -40° С, -60 °С. Воздействие температур ниже -20 °C на некоторые виды сталей приводит к снижению прочностных характеристик, в том числе вследствие перехода материала конструкций и сварных соединений от вязкого состояния к хрупкому. В связи с этим при криогенном воздействии температура защищаемой стальной конструкции не должна выходить за указанные температурные значения. В данной работе используется методика, гармонизированная с ISO 20088-1 и в качестве предельных состояний установлено достижение температуры образца -49 °C, длительность испытания - 60 мин.
Относительно воздействия струйного горения на конструкции, необходимость разработки методик испытаний обусловлена тем, что в стандарте ISO 22899-1:2021 прямо не регламентируется время испытаний и критическая температура. Критическая температура, согласно документу, это «максимальная температура для оборудования, конструкций или материалов, при которой может быть обеспечена защита», а огнестойкость определяется как «способность изделия в течение определённого периода времени обеспечивать требуемую устойчивость и/или целостность и/или теплоизоляцию и/или другие ожидаемые функции, достигая критической температуры, указанной в стандартном испытании на огнестойкость».
При таком подходе для сравнения средств огнезащиты между собой и анализа параметров
FIRE AND EMERGENCIES: PREVENTION, ELIMINATION. 2024. No. 2
с целью выявления лучших показателей целостности и теплоизолирующей способности необходимо понимать, что являлось критической температурой и сколько времени длилось испытание. Такой анализ провести достаточно сложно, поскольку при поиске в официальных источниках на сайтах производителей средств огнезащиты, сертифицированной на ISO 22899-1:2021 (а это, как правило, зарубежные производители), критическая температура, расход материала и время испытания не указываются. Декларируется только сам факт проведения испытаний по воздействию Jet-Fire. Таким образом, критическая температура для средств огнезащиты устанавливается заказчиком, и может быть рассчитанной в зависимости от нагрузки, типа стали и т. д. или устанавливаться в соответствии с различными нормативными документами, например: 400 °C для морских платформ [21], 580 °C [22], 538 °C согласно UL 1709 «Rapid Rise Fire Tests of Protection Materials for Structural Steel», 550 °C согласно GB 149072018 «Fire resistive coating for steel structure», 500 °C согласно ГОСТ Р 53295-2009 «Средства огнезащиты для стальных конструкций. Общие требования. Метод определения огнезащитной эффективности». Время испытаний также различается, и приводится в рекламных описаниях покрытий в интервале 0,5-3 ч. Толщина огнезащитных покрытий, сертифицированных на Jet-Fire, таких как CharCoat JF, составляет 3-40 мм в зависимости от требований при проекте [23]; для покрытий Chartek 7, Chartek 8 - толщина 6 мм и огнестойкость 41 и 15 мин соответственно [24], для покрытия Jotachar JR: 2-35 мм [25].
В статье рассматривается криогенное воздействие и струйное воздействие пожара на конструктивную огнезащиту для стальных конструкций по методикам, гармонизированным с международными стандартами.
Целью исследования системы огнезащиты с плитами «Прозаск Файерпанель» на огневое воздействие в режиме Jet-Fire является проверка возможности применения данной системы для конструкций объектов НГК, подвергающихся не только стандартному горению, но и струйному горению максимальной интенсивности.
Исследование системы огнезащиты с плитами «Прозаск Файерпанель» на локальное криогенное воздействие выполняется для получения результатов и формирования выводов о многофункциональности системы огнезащиты, то есть стойкости к высоко- и низкотемпературным воздействиям.
МАТЕРИАЛЫ
Эксперимент № 1. Для криогенного воздействия исследовались огнезащитные плиты «Прозаск Файерпанель» на цементном связующем с лёгким минеральным наполнителем, армированные с двух сторон стеклосеткой, негорючие, с односторонним защитным покрытием с типоразмерами 1 200x900x12,5 мм.
Эксперимент № 2. Исследованию струйного горения подвергается система огнезащиты, смонтированная на двутавр 20Б1 по ГОСТ 8239-89 «Двутавры стальные горячекатаные» в следующем составе (рис. 3):
- огнезащитный мат «Игнис-мат СВ» толщиной слоя 25 мм;
- противопожарный барьер «Промизол-ДШ Проплейт-60/5/10Л» (ТУ 23.99.19011-162239372017, ГОСТ Р 70446-2022);
- огнезащитный мат «Игнис-мат СВ» толщиной слоя 25 мм;
- два слоя огнезащитных плит «Прозаск Файерпанель» по 25 мм каждая (ТУ 23.61.11-00101595455-2017).
а (a) б (b) в (с)
Рисунок 3. Материалы огнезащитной системы: а - огнезащитный мат «Игнис-мат СВ»; б - противопожарный барьер «Промизол-ДШ Проплейт»; в - огнезащитная плита «Прозаск Файерпанель»
Figure3. Materials of the fire retardant system: a - fire retardant MAT "IGNIS-mat SV"; b - fire barrier "Promizol-DSh Proplate"; с - fire retardant board "Prozask Firepanel"
Характеристики огнезащитного мата «Игнис-мат СВ» Specification of fire-retardant mat "Ignis-mat SV"
Наименование показателя Значение
Кажущаяся плотность, кг/м3 128
Химический состав, %: СаО, 8Ю2 и другие, не более 68
Относительное изменение массы при прокаливании, %, не более 1
Предел прочности при растяжении, МПа, не менее 0,050
Массовая доля влаги, не более, % 1
Массовая доля включений размером выше 0,5 мм, %, не более 3
Характеристики огнезащитного мата «Игнис-мат СВ» представлены в таблице.
Противопожарный барьер «Промизол-ДШ Проплейт» является огнезащитным негорючим материалом на основе кременеземной ткани и супертонкого базальтового волокна [17]. Применяется для огнестойкой заделки швов и примыканий различных конфигураций, работающих в условиях знакопеременной деформации, а также для изготовления ограждающих конструкций, гибких и жёстких замкнутых каналов строительных конструкций. Сохраняет свои упругие свойства, без отрыва от поверхности шва, разрушения внешней оболочки и внутренней структуры при сжатии до 60 %, растяжении до 40 % и сдвиге до 30 % от проектной ширины шва согласно ГОСТ Р 70446-22 «Конструкции
строительные. Средства огнезащиты деформационных швов. Метод испытания на огнестойкость».
МЕТОДЫ
Эксперимент № 1. Испытание при криогенном воздействии. Методы испытаний для различного характера криогенных выбросов жидких углеводородов представлены в серии стандартов по криогенному воздействию [18], где в качестве аналога жидкого углеводорода используется жидкий азот, поскольку он имеет более низкую температуру кипения, чем жидкий природный газ или жидкий кислород, и не воспламеняется. Испытание проводилось в НИЦ «ПБ» ИКБС НИУ МГСУ по собственной методике, разработанной на основании стандарта ISO 20088-1 «Determination of the resistance to cryogenic spillage of insulation materials - Part 1: Liquid phase».
Сущность метода заключается в определении достижения предельных значений (температуры -49 °С по средним значениям показаний датчиков температуры или времени воздействия, равного 60 мин) при воздействии на образец пролива 250 л жидкого азота. Схема испытательного стенда и размещение термоэлектрических преобразователей (ТЭП) представлены на рисунке 4.
Образец представляет собой конструкцию из огнезащитных плит, установленных в два слоя с общей толщиной 25 мм на несущий
4
5 6
7 8 10
12
1
2
3
9
11
250
500
250
Рисунок 4. Схема установки испытания при криогенном воздействии и размещения термоэлектрических преобразователей: 1 - резервуар подачи; 2 - стальная конструкция для образца; 3 - опора установки с термоизоляцией; 4 - крышка установки с термоизоляцией; 5 - краны для вентиляции и удаления паров; 6 - отверстия для сброса жидкого азота на образец; 7 - труба для подключения компрессора; 8 - труба для слива жидкого азота; 9 - термоэлектрический преобразователь для контроля уровня жидкого азота в объёме образца; 10 - термоэлектрический преобразователь для контроля уровня жидкого азота в резервуаре подачи
Figure 4. Scheme of installation for testing under cryogenic influence) and placement of thermoelectric converters: 1 - supply tank; 2 - steel structure for the sample; 3 - installation support with thermal insulation; 4 - unit cover with thermal insulation; 5 - taps for ventilation and vapor removal; 6 - holes for discharging liquid nitrogen onto the sample; 7 - pipe for connecting the compressor; 8 - pipe for draining liquid nitrogen; 9 - TEC for monitoring the level of liquid nitrogen in the sample volume; 10 - TEC for monitoring the level of liquid nitrogen in the supply tank
ПОЖАРЫ И ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ: ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ, ЛИКВИДАЦИЯ. 2024. № 2
FIRE AND EMERGENCIES: PREVENTION, ELIMINATION. 2024. No. 2
а (а) б (b)
Рисунок 5. Схема установки огнезащитной системы на основе огнезащитных плит «Прозаск Файерпанель». Раскладка плит: а - первый слой; б - второй слой
Figure 5. Installation diagram of a fire retardant system based on fire retardant boards "Prozask Firepanel". Slab layout diagram: а - first layer; b - second layer
металлический каркас, размещённый на металлической конструкции марки Ре 430, с размерами основания 1 500x1 500x10 мм и размерами бортов 1 500x500x10 мм (рис. 5). Огнезащитная система, смонтированная на образце, состоит из двух слоёв огнезащитных плит «Прозакс Файерпанель» общей толщиной 25 мм и мембраны «Изотекс 200 НГ Ш» между плитами.
Перед испытанием производилась установка (ТЭП) для контроля уровня жидкости в образце, а также кабельных термоэлектрических преобразователей типа КТХА для измерения температуры.
Начало испытания соответствовало моменту излития 250 л криогенной жидкости в образец из
резервуара подачи. В качестве криогенной жидкости использовался жидкий азот особой чистоты 99,999 % ГОСТ 9293, 1 сорт. В процессе испытания поддерживался уровень жидкого азота не ниже 5 см от основания образца. Вид образца до и после испытания представлен на рисунке 6.
Эксперимент № 2. Испытание при воздействии режима Jet-Fire. Испытание проводилось на испытательном учебно-тренировочном полигоне ВНИИПО МЧС России согласно методике, гармонизированной со стандартом ISO 22899-1 «Determination of the resistance to jet fires of passive fire protection materials. Part 1: General requirements». В стандарте описывается метод определения стойкости
а (а) б (b)
Рисунок 6. Общий вид образца плит до (а) и после (б) криогенного воздействия Figure 6. General view of a sample of slabs before (a) and after (b) cryogenic exposure
к струйному пожару пассивных огнезащитных материалов и систем. Размеры образца для испытания могут быть меньше, чем у типичных конструкций или установок, а выделение газа может быть значительно меньше, чем в реальных условиях. Показано, что отдельные тепловые и механические нагрузки, воздействующие на пассивный огнезащитный материал при струйном пожаре, определённые в данном документе, аналогичны нагрузкам, возникающим при крупномасштабных струйных
пожарах, вызванных выбросами природного газа под высоким давлением.
Испытание проводилось в течение 60 мин. Датчики температуры установлены согласно Приложению А ISO 22899-1:2021. Схема установки датчиков температуры приведена на рисунке 8.
Схема испытательного стенда представлена на рисунке 9. Точкой отсчёта времени эксперимента является момент наведения струи горящего пропана в заданную точку образца при постоян-
Рисунок 8. Схема установки датчиков температуры на испытательном образце Figure 8. Installation of temperature sensors diagram on the test sample
FIRE AND EMERGENCIES: PREVENTION, ELIMINATION. 2024. No. 2
И.
I I"
ЭЕ
Рисунок 9. Схема испытательного стенда при воздействии режима Jet-Fire: 1 - ствол для подачи пропана; 2 - испытуемый образец;
3 - опоры для образца (рециркуляционной и защитной камер);
4 - камера рециркуляции (изолированная на задней поверхности);
5 - защитная камера (опора и устойчивость) Figure 9. Test bench layout on exposure to Jet-Fire mode: 1 - barrel for supplying propane; 2 - test sample; 3 - supports for the sample (recirculation and protective chambers); 4 - recirculation chamber (isolated on the rear surface); 5 - protective chamber (support and stability)
ном расходе 0,3±0,05 кг/c. Расход рассчитывается по следующей формуле:
Gv=vA„
yRTcj
Рс(0,167Рд5+0,534^95),
где д - коэффициент истечения; Аы - площадь отверстия, м2; Рс - критическое давление сжиженного газа, Па; М - молярная масса, кг/моль; Я - универсальная газовая постоянная, равная 8,31 Дж/(К-моль); Тс - критическая температура сжиженного газа, К; РЯ - безразмерное давление сжиженного газа в резервуаре.
0 10 20 30 40 50 6С
Время т, мин
Рисунок 10. График зависимости средней температуры по показаниям датчиков от времени:
'С;--Т ,
ср
Figure 10. Graph of average temperature according to sensor readings versus time:
■ - T
T , °C
Файерпанель» согласно методике, гармонизированной с ISO 20088-1 «Determination of the resistance to cryogenic spillage of insulation materials -Part 1: Liquid phase», составляет «СЬ/металлокон-струкция/минус49/53», где СЬ означает Liquid exposure (воздействие криогенной жидкостью) с достижением -49 °С на металлоконструкции и спустя 53 мин от начала криогенного воздействия (при этом расположение термопар не соответствует участкам с наибольшим повреждением образца).
Эксперимент № 2. Испытание при воздействии режима Jet-Fire. В ходе эксперимента фиксировалось достижение предельных показателей (время воздействия струи горящего пропана, равное 60 мин, или достижение температуры 500 °С по средним показателям датчиков температуры).
Внешний вид образца во время и после испытания представлен на рисунках 11, 12.
30
20
4
5
10
0
1 000+50
2
-10
1
3
3
3
РЕЗУЛЬТАТЫ
Испытание проводилось в течение 60 мин.
Эксперимент № 1. Криогенное воздействие.
По окончании испытания производился слив жидкого азота из образца в течение периода времени, составляющего не более 15 мин, затем в течение 15 мин проводилась инспекция образца. Значительных повреждений на защитном покрытии образца не зафиксировано. Наблюдался иней на всей поверхности плит. Показания 12 датчиков ТЭП температуры усреднены и представлены на рисунке 10.
Таким образом, рейтинг огнезащитной системы на основе огнезащитных плит «Прозакс
Рисунок 11. Общий вид образца во время испытания
Figure 11. General view during sample testing
Рисунок 12. Образец после испытания Figure 12. Sample photo after testing
Показания термопар по шести датчикам выводились на дисплей и представлены на рисунке 13.
После окончания испытания проведён визуальный осмотр. Очагов горения на поверхности не зафиксировано, но наблюдались усадка и крупные повреждения первого слоя огнезащитных плит в виде сквозного прогара и растрескиваний, изменение цвета на черный на поверхности плиты и креплений в месте воздействия струи горящего пропана. Повреждений второго слоя плит, крепежных элементов, проводов, защи-щённых огнезащитными матами, и самих матов не наблюдается (рис. 12). Показания датчиков температуры во время испытания представлены на рисунке 13. Очевидно, что такая система должна состоять минимум из двух плит «Прозаск Файерпанель» толщиной 25 мм.
0:00:00 0:07:12 0:14:24 0:21:36 0:28:48 0:36:00 0:43:12 0:50:24 0:57:36
Время, с
Рисунок 13. Показания датчиков во время испытания на образце:
датчик 1, °С;--датчик 2, °С; — - датчик 3, °С;--датчик 4, °С;--датчик 5, °С;--датчик 6, °С;
--датчик 7, °С;--средняя температура, °С
Figure 13. Sensor readings during sample testing:
--sensor 1, °C;--sensor 2, °C;--sensor 3, °C;--sensor 4, °C;--sensor 5, °C;--sensor 6, °C;
--sensor 7, ° C;--average temperature, ° C
80
70
60
50
40
30
20
10
0
ВЫВОДЫ
При испытании на криогенное воздействие огнезащитных плит «Прозаск Файер-панель» зафиксировано достижение критической температуры -49 °С спустя 53 мин по показаниям более чем трёх термоэлектрических преобразователей, не соответствующих участкам с наибольшим
повреждением образца. Через час после низкотемпературного воздействия средняя температура образца составила -53 °С, что выше минимальной эксплуатационной температуры стальных конструкций (-60 °С), требования к которым указаны в СП 16.13330.2017. При корректном выборе марки стали (в том числе требованию к ударной вязкости)
FIRE AND EMERGENCIES: PREVENTION, ELIMINATION. 2024. No. 2
несущих конструкций объектов НГК можно сделать вывод о работоспособности конструкций, за-щищённых системой конструктивной огнезащиты с плитами «Прозаск Файерпанель», после часового криогенного воздействия.
В режиме воздействия горящего газообразного пропана (струйный режим пожара) система, состоящая из двух слоёв огнезащитных матов «Игнис-мат СВ» толщиной 25 мм каждый, противопожарного барьера «Промизол-ДШ Проплейт-60/5/10Л», двух слоёв огнезащитных плит «Про-заск Файерпанель», установленная на двутавровую балку 20Б1, обеспечивает достижение максимальной средней температуры на образце 47,73 °С в течение 60 мин.
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1. Hurley M. J., Gottuk D., Hall J. R, Harada K., Kuligowski E., Puchovsky M., Torero J, Watts J. M., Wieczorek C. SFPE Handbook of Fire Protection Engineering. 5th ed. New-York: Springer New York: Imprint: Springer, 2016. 3496 p. D0I:10.1007/978-1-4939-2565-0
2. Nolan D. P. Handbook of Fire and Explosion Protection Engineering Principles for Oil, Gas, Chemical, and Related Facilities. 4th ed. Business & Economics, 2018. 522 p.
3. Mojarad A. A. S., Atashbari V., Tantau A. Challenges for Sustainable Development Strategies in Oil and Gas Industries // Proceedings of the 12th International Conference on Business Excellence. Bucharest, 2018. Pp. 626-638. DOI:10.2478/picbe-2018-0056
4. Гаращенко А. Н., Антонов С. П., Данилов А. И. [и др.] Анализ результатов огневых испытаний под нагрузкой железобетонных колонн и плит с реализацией вариантов, исключающих взрывообразную потерю целостности бетона и обеспечивающих заданную огнестойкость конструкций // Пожаровзрывобезопасность. 2022. Т. 31, № 3. С. 45-64. DOI:10.22227/0869-7493.2022.31.03.45-64.
5. Lowesmith B. J., Hankinson G, Acton M. R., Chamberlain G. An Overview of the Nature of Hydrocarbon Jet Fire Hazards in the Oil and Gas Industry and a Simplified Approach to Assessing the Hazards // Process Safety and Environmental Protection. 2007. No. 85. Pp. 207-220.
6. Chandrasekaran S., Nagavinothini R. Behavior of Stiffened Deck Plates under Hydrocarbon Fire // Marine Systems & Ocean Technology. 2020. No. 15(2). Pp. 95-109. DOI:10.1007/s40868-020-00077-1
7. 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. No. 23. DOI:10.13969/j.cnki.cn31-1893.2021.01.010
8. Hiroya Y., Tanabe M., Kataoka S., Yamada Y., Miyashita T. Simplified method to define the cryogenic spill hazard in lng liquefaction facility // Chemical engineering transactions. 2019. No. 77. Pp. 505-510. DOI:10.3303/CET1977085
9. Mikalsen R. F., Glansberg K., Wormdahl E. D., Stolen R. Jet fires and cryogenic spills: How to document extreme industrial incidents // Proceedings of the 6th Magdeburg Fire and Explosion Days conference proceedings. Magdeburg, Germany, 2019. Pp. 1-6.
12. Тюленев Ю. Е., Гравит М. В., Шабунина Д. Е. Огнезащита стальных конструкций эпоксидными составами как эффективный инструмент обеспечения пожарной безопасности объектов нефтегазового комплекса // Газовая промышленность. 2023. № 8(852). С. 100-107.
10. Hankinson G., Lowesmith B. J., Evans J. A, Shirvill L. C. Jet Fires Involving Releases of Crude Oil, Gas and Water // Process Safety and Environmental Protection. 2007. No. 85(3). Pp. 221-229.
11. Laboureur D.M., Gopalaswami N., Zhang B., Liu Y., Mannan M. S. Experimental study on propane jet fire hazards: Assessment of the main geometrical features of horizontal jet
Положительные результаты эксперимента указывают на высокую вероятность работоспособности системы конструктивной огнезащиты с плитами «Прозаск Файерпанель» при струйном воздействии на пределы огнестойкости более 60 мин с двухслойным расположением огнезащитных плит.
Отсутствие значительных повреждений и сохранение целостности защитного конструктивного покрытия после криогенного воздействия показывает возможность дальнейшего использования системы огнезащиты стальных конструкций с цементными плитами и противопожарным барьером в комплексе испытаний при криогенном розливе и на воздействие струйного горения.
flames // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2016. No. 41. Pp. 355-364. D0l:10.1016/j.jlp.2016.02.013
12. Abdoul Nasser A. H., Ndalila P. D., Mawugbe E. A., Kouame M. E., 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 // Journal of Marine Science and Engineering. 2021. No. 9(10). Pp. 1098. D0I:10.3390/jmse9101098
13. Bradley I., Willoughby D., Royle M. A review of the applicability of the jet fire resistance test of passive fire protection materials to a range of release scenarios // Process Safety and Environmental Protection. 2019. No. 122. Pp. 185-191. D0I:10.1016/j.psep.2018.12.004
14. Gravit M., Gumerova E., Bardin A., Lukinov V. Increase of Fire Resistance Limits of Building Structures of Oil-and-Gas Complex Under Hydrocarbon Fire // International Scientific Conference Energy Management of Municipal Transportation Facilities and Transport EMMFT 2017. Cham: Springer, 2017. Pp. 818-829.
15. Hiroya Y, Tanabe M., Kataoka S., Yamada Y., Miyashita T. Optimization of Cryogenic Spill Protection Insulation Thickness // An International Research Journal. Chemical Engineering Transactions. 2016. No. 48. Pp. 643-648. D0I:10.3303/CET1648108
16. Zeng Y, Weinell C. E., Dam-Johansen K., Ring L., Kiil S. Exposure of Hydrocarbon Intumescent Coatings to the UL1709 Heating Curve and Furnace Rheology: Effects of Zinc Borate on Char Properties // Progress in 0rganic Coatings. 2019. No. 135. Pp. 321-330. D0I:10.1016/j.porgcoat.2019.06.020
17. Прусаков В. А, Гравит М. В., Симоненко Я. Б. Базальтовое супертонкое волокно как основа матрицы огнестойкого заполнения деформационных швов в строительных конструкциях // Физика и химия стекла. 2023. Т. 49, № 1. С. 89-96. D0I:10.31857/S0132665122600522
18. Gravit M., Klementev B., Shabunina D. Fire Protection of Steel Structures with Epoxy Coatings under Cryogenic Exposure // Buildings. 2021. No. 11. P. 537. D0I:10.3390/buildings11110537
19. 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. D0I:10.25257/FE.2022.3.46-55
20. Гаращенко А. Н., Антонов С. П., Виноградов А. В. Исследование теплотехнических характеристик и эффективности конструктивной огнезащиты на основе цементных плит типа «ПРОЗАСК Файерпанель» при воспроизведении условий высокотемпературного воздействия // Пожаровзрывобезопасность. 2022. Т. 31, № 6. С. 13-29. D0I:10.22227/0869-7493.2022.31.06.13-29
21. Jimenez M., Duquesne S., Bourbigot S. High-Throughput Fire Testing for Intumescent Coatings // Industrial & Engineering Chemistry Research. 2006. No. 45, 22. Pp. 7475-7481.
22. Zhang Q., Wang Q., Li Y., Li Z, Liu S. Effects and Mechanisms of Ultralow Concentrations of Different Types of Graphene 0xide Flakes on Fire Resistance of Water-Based Intumescent Coatings // Coatings. 2024. No. 14. P. 162.
23. Jet Fire Coating // ^arcoat [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.charcoat.com/jet-fire-coating (дата обращения 13.02.2024).
24. Deogon Malkit Singh, Deogon Manmohan Singh Patent for an invention WO2014019947A1 High heat resistant composition.
25. Jotun Jotachar JF750 // Industrial Coatings Ltd. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://industrialcoatingsltd. com/products/jotun-jotachar-jf750 (дата обращения 13.02.2024).
REFERENCES
1. Hurley M.J., Gottuk D., Hall J.R., Harada K., Kuligowski E., Puchovsky M., Torero J., Watts J.M., Wieczorek C. SFPE Handbook of Fire Protection Engineering. 5th ed. New-York: Springer New York: Imprint: Springer, 2016. 3496 p. Dül:10.1007/978-1-4939-2565-0
2. Nolan D.P. Handbook of Fire and Explosion Protection Engineering Principles for Oil, Gas, Chemical, and Related Facilities. 4th ed. Business & Economics, 2018. 522 p.
3. Mojarad A.A.S., Atashbari V., Tantau A. Challenges for Sustainable Development Strategies in Oil and Gas lndustries. Proceedings of the 12th InternationalConference on Business Excellence. Bucharest, 2018. Pp. 626-638. D0l:10.2478/picbe-2018-0056
4. Garashchenko A.N., Antonov S.P., Danilov A.l., Pavlov V.V., Novikov N.S. Analyzing the fire performance of concrete columns and slabs under loading and using options, preventing explosive spalling to ensure the pre-set fire resistance. Pozharovzryvobezopasnost -Fire and Explosion Safety. 2022, vol. 31, no. 3, pp. 45-64 (in Russ.). D0l:10.22227/0869-7493.2022.31.03.45-64
5. Lowesmith B.J., Hankinson G., Acton M.R., Chamberlain G. An Overview of the Nature of Hydrocarbon Jet Fire Hazards in the Oil and Gas Industry and a Simplified Approach to Assessing the Hazards. Process Safety and Environmental Protection. 2007, no. 85, pp. 207-220.
6. Chandrasekaran S., Nagavinothini R. Behavior of Stiffened Deck Plates under Hydrocarbon Fire. Marine Systems & Ocean Technology. 2020, no. 15(2), pp. 95-109. D0l:10.1007/s40868-020-00077-1
7. Jiang S., Wu H. An Experimental lnvestigation on the Fire Resistance of the lntegrated Envelope-Fire Protection Material for Steel Buildings. Prog. Steel Build. Struct. 2021, no. 23. D0l:10.13969/j.cnki.cn31-1893.2021.01.010
8. Hiroya Y., Tanabe M., Kataoka S., Yamada Y., Miyashita T. Simplified method to define the cryogenic spill hazard in lng liquefaction facility. Chemical engineering transactions. 2019, no. 77, pp. 505-510. D0l:10.3303/CET1977085
9. Mikalsen R.F., Glansberg K., Wormdahl E.D., Stolen R. Jet fires and cryogenic spills: How to document extreme industrial incidents. Proceedings of the 6th Magdeburg Fire and Explosion Days conference proceedings. Magdeburg, Germany, 2019. Pp. 1-6.
12. Tyulenev Yu.E., Gravit M.V., Shabunina D.E. Fireproofing of steel structures with epoxy products as an effective tool to ensure fire safety of oil and gas facilities. Gazovaia promyshlennost -Gas industry. 2023, no. 8(852), pp. 100-107 (in Russ.).
10. Hankinson G., Lowesmith B.J., Evans J.A., Shirvill L.C. Jet Fires lnvolving Releases of Crude 0il, Gas and Water. Process Safety and Environmental Protection. 2007, no. 85(3), pp. 221-229.
11. Laboureur D.M., Gopalaswami N., Zhang B., Liu Y., Mannan M.S. Experimental study on propane jet fire hazards: Assessment of the main geometrical features of horizontal jet flames. Journal of Loss Prevention in the Process lndustries. 2016, no. 41, pp. 355-364. D0l:10.1016/j.jlp.2016.02.013
12. Abdoul Nasser A.H., Ndalila P.D., Mawugbe E.A., Kouame M.E., Paterne M.A., Li Y. Mitigation of Risks Associated with Gas Pipeline Failure by Using Quantitative Risk Management Approach: a Descriptive Study on Gas lndustry. Journal of Marine Science and Engineering. 2021, no. 9(10), pp. 1098. D0l:10.3390/jmse9101098
13. Bradley I., Willoughby D., Royle M. A review of the applicability of the jet fire resistance test of passive fire protection materials to a range of release scenarios. Process Safety and Environmental Protection. 2019, no. 122, pp. 185-191. D0l:10.1016/j.psep.2018.12.004
14. Gravit M., Gumerova E., Bardin A., Lukinov V. Increase of Fire Resistance Limits of Building Structures of Oil-and-Gas Complex Under Hydrocarbon Fire. International Scientific Conference Energy Management of Municipal Transportation Facilities and Transport EMMFT 2017. Cham: Springer, 2017. Pp. 818-829.
15. Hiroya Y., Tanabe M., Kataoka S., Yamada Y., Miyashita T. Optimization of Cryogenic Spill Protection Insulation Thickness. An International Research Journal. Chemical Engineering Transactions. 2016, no. 48, pp. 643-648. D0I:10.3303/CET1648108
16. Zeng Y., Weinell C.E., Dam-Johansen K., Ring L., Kiil S. Exposure of Hydrocarbon Intumescent Coatings to the UL1709 Heating Curve and Furnace Rheology: Effects of Zinc Borate on Char Properties. Progress in Organic Coatings. 2019, no. 135, pp. 321-330. D0I:10.1016/j.porgcoat.2019.06.020
17. Prusakov V.A., Gravit M.V., Simonenko Ya.B. Basalt superfine fiber as the basis of the matrix of fire-resistant filling of expansion joints in building structures. Fizika i khimiia stekla -Physics and Chemistry of Glass. 2023, vol. 49, no. 1, pp. 89-96 (in Russ.). D0I:10.31857/S0132665122600522
18. Gravit M., Klementev B., Shabunina D. Fire Protection of Steel Structures with Epoxy Coatings under Cryogenic Exposure. Buildings. 2021. No. 11. P. 537. D0I:10.3390/buildings11110537
19. Gravit M.V., Shabunina D.E. Plaster compositions as fire protection of steel structures at oil and gas facilities. Pozhary i chrezvychainye situatsii: predotvrashchenie, likvidatsiia - Fire and emergencies: prevention, liquidation. 2022, no. 3, pp. 46-55 (in Russ.). D0I:10.25257/ FE.2022.3.46-55
20. Garashchenko A.N., Antonov S.P., Vinogradov A.V. Studying the thermal characteristics and effectiveness of structural fire proofing made of prosask firepanel cement boards by means of reproducing the high-temperature effect. Pozharovzryvobezopasnost -Fire and Explosion Safety. 2022, vol. 31, no. 6, pp. 13-29 (in Russ.). D0I:10.22227/0869-7493.2022.31.06.13-29
21. Jimenez M., Duquesne S., Bourbigot S. High-Throughput Fire Testing for Intumescent Coatings. Industrial & Engineering Chemistry Research. 2006, no. 45, 22, pp. 7475-7481.
22. Zhang Q., Wang Q., Li Y., Li Z., Liu S. Effects and Mechanisms of Ultralow Concentrations of Different Types of Graphene 0xide Flakes on Fire Resistance of Water-Based Intumescent Coatings. Coatings. 2024, no. 14, p. 162.
23. Jet Fire Coating. Charcoat. Available at: https:// www.charcoat.com/jet-fire-coating (accessed February 13, 2024).
24. Deogon Malkit Singh, Deogon Manmohan Singh Patent for an invention W02014019947A1 High heat resistant composition.
25. Jotun Jotachar JF750. Industrial Coatings Ltd. Available at: https://industrialcoatingsltd.com/products/jotun-jotachar-jf750 (accessed February 13, 2024).
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ Марина Викторовна ГРАВИТН
Кандидат технических наук, доцент
Доцент, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Санкт-Петербург, Российская Федерация SPIN-код: 9023-1060
ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1071-427X Н [email protected]
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS Marina V. GRAVITH
PhD in Engineering, Associate Professor, Associate Professor St. Petersburg Polytechnic University of Peter the Great, St. Petersburg, Russian Federation SPIN-KOA: 9023-1060
ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1071-427X H [email protected]
FIRE AND EMERGENCIES: PREVENTION, ELIMINATION. 2024. No. 2
Сергей Порфирьевич АНТОНОВ
Генеральный директор ООО «Инженерный Центр «Противопожарная защита строительных конструкций», Москва, Российская Федерация ORCID: https://orcid.org/0000-0002-2664-1397 [email protected]
Олег Александрович ФРИДРИХ
Оренбургский филиал ФГБУ ВНИИПО МЧС России,
Оренбург, Российская Федерация
SPIN-код: 8221-9406
ORCID: 0009-0001-6260-8930
Екатерина Сергеевна НЕДВИГА
Старший преподаватель, Санкт-Петербургский политехнический
университет Петра Великого, Санкт-Петербург, Российская Федерация
SPIN-код: 6045-8505
Scopus Author ID: 23482846200
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-7512-0571
Поступила в редакцию 14.12.2023 Принята к публикации 14.03.2024
Для цитирования:
Гравит М. В., Антонов С. П., Фридрих О. А, Недвига Е. С. Системы огнезащиты стальных конструкций с цементными плитами и противопожарным барьером при криогенном и Jet-Fire воздействиях // Пожары и чрезвычайные ситуации: предупреждение, ликвидация. 2024. № 2. С. 73-84. DOI:1Q.25257/FE.2Q24.2.73-84
Sergey P. ANTONOV
General Director "Engineering Center "Fire Protection of Building Structures"" LLC, Moscow, Russian Federation ORCID: https://orcid.org/0000-0002-2664-1397 [email protected]
Oleg A. FRIDRIKH
Orenburg branch of All-Russian Research Institute for Fire Protection
of EMERCOM of Russia, Orenburg, Russian Federation
SPIN-KOA: 8221-9406
ORCID: 0009-0001-6260-8930
Ekaterina S. NEDVIGA
Senior Lecturer, St. Petersburg Polytechnic University of Peter the Great,
St. Petersburg, Russian Federation
SPIN-KOA: 6045-8505
Scopus Author ID: 23482846200
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-7512-0571
Received 14.12.2023 Accepted 14.03.2024
For citation:
Gravit M.V., Antonov S.P., Fridrikh O. A., Nedviga E.S. Fire protection systems for steel structures with cement slabs and a fire barrier under cryogenic and Jet-Fire exposure. Pozhary i chrezvychaynyye situatsii: predotvrashcheniye, likvidatsiya - Fire and emergencies: prevention, elimination. 2024, no. 2, pp. 73-84 (in Russ.). DOI:10.25257/FE.2024.2.73-84
