CC BY
15
Безопасность зданий,
^ _ _ ^
сооружений, территорий
УДК 614.841
ВЛИЯНИЕ СИСТЕМ ПУТЕВОГО ЭЛЕКТРОПОДОГРЕВА НА ПОЖАРНУЮ ОПАСНОСТЬ ПРОМЫШЛЕННЫХ ТРУБОПРОВОДОВ С ПОЛИМЕРНОЙ ТЕПЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ
С. А. Шарипова, А. Я. Корольченко
Московский государственный строительный университет
Р. З. Фахрисламов
Академия Государственной противопожарной службы
Проведены натурные огневые испытания конструкций промышленных теплоизолированных трубопроводов с системами путевого электроподогрева. Результаты сравнительных испытаний с теплоизолированными трубопроводами без электроподогрева показали, что при нормальном режиме работы системы подогрева не повышают пожарную опасность трубопроводов с полимерной тепловой изоляцией.
В настоящее время важное место в топливно-
энергетическом комплексе занимает нефть, запасы которой в большом количестве сосредоточены в Заполярье, а также в некоторых районах Крайнего Севера [1].
Перекачка тяжелых нефтей в осенне-зимнее время связана с необходимостью ее подогрева до температур 75 - 120 °С. Наиболее экономичным и удобным способом является электроподогрев [2, 3].
В настоящее время разрабатываются системы путевого электроподогрева для трубопроводов диаметром от 57 до 520 мм, и прокладываются линии на участках длиной до 300 км.
В качестве теплоизоляции таких трубопроводов применяются, наряду с минеральной ватой, и полимерные материалы, такие как: ППУ 331/3, ППУ 309М, Рипор, ФРП-1 и Резопен.
В связи с этим актуальными стали исследования, имеющие целью выявление влияния электроподогрева на пожарную опасность полимерной теплоизоляции трубопроводов. В качестве электрических нагревателей применяются нагревательные кабели, ленты и системы нагрева со скин-эффектом [4].
Кабели используются марок КМЖ и КНСМ в медной или стальной оболочках с тепло- и водостойкой резиновой изоляцией.
Нагревательные ленты выпускаются двух типов: ЛОН-1 с нагревательным элементом из проволоки диаметром 0,4 мм из сплава высокого сопротивления
Х20Н80 и ЛОН-2 с нагревательным элементом из проволоки ОХ23Ю5А. Сопротивление ЛОН-1 составляет 0,18 Ом/м, а ЛОН-2 — 0,22 Ом/м [5].
Ленточный элемент размещается на поверхности трубы по винтовой линии с шагом намотки от 1,5 и более метров и может располагаться также по образующей цилиндрической поверхности параллельно оси трубы.
Ленточные нагреватели по длине составляют 7 - 10 м, поэтому подогрев осуществляется отдельными участками. Это ведет к наличию большого количества точек подключения, нарушения в которых приводят к созданию замыканий и искрообразованию.
В связи с этим более надежным и экономически выгодным является использование нагревательных систем, основанных на проявлении скин-эффекта, — систем аксиального электроподогрева (АСЭ).
От одной точки подключения к источнику питания запитывается участок на длину до 4000 м. Тепло в такой конструкции создается еще и вследствие протекания вторичных токов Фуко в стенках стального трубопровода, в котором проложен кабель длиной до 2000 м. Этот эффект и обусловливает высокую экономичность по сравнению с лентами ЭНГЛ-180.
Источником питания является трехфазный с глухозаземленной нейтралью ток. Фазовое эффективное напряжение — 1800 В, номинальный ток — 200 А.
ТАБЛИЦА 1. Перечень теплоизолированных конструкций трубопроводов, подлежащих испытаниям
№ Вид Диаметр трубо- Наименование Толщина слоя
п/п конструкции проводов, мм утеплителя защитно-покровного материала утеплителя, мм
1 Комплектная конструкция 114 Полистирольный пенопласт ПСБ-С в виде сфер Листовая сталь толщиной 0,8 мм, ГОСТ 149918-80 110
2 Комплектная конструкция 89 Минеральная вата, ГОСТ 2183-76 Рулонный стеклопластик РСТ в два слоя, ТУ 6-11-145-79 50
3 Заливочная конструкция 89 Фенольный пенопласт Резопен, ГОСТ 22546-70 РСТ в один слой, ТУ 6-11-145-79 50
4 Заливочная конструкция 89 Полиуретановый пенопласт ППУ-309М, ТУ 6-05-455-82 РСТ в один слой, ТУ 6-11-145-79 50
5 Заливочная 89 Пенополиуретан РСТ в один слой, 50
конструкция Рипор 6Т3, ТУ 6-11-145-79
ТУ 49-1190-85
Исследования проводились в направлении изучения влияния электроподогрева при нормальном и аварийном режимах работы систем на пожарную опасность тепловой изоляции трубопроводов в условиях реального пожара.
Результаты исследований по первому направлению (в условиях работы системы в нормальном режиме) изложены в данной статье.
Испытания теплоизолированных конструкций трубопроводов с системой путевого электроподогрева
Методика проведения испытаний
Монтаж теплоизолированных конструкций трубопроводов проводился на специально оборудован-
ном стенде, на опоры которого уложены горизонтально в один ряд пять трубопроводов. Диаметр трубопроводов 89 и 114 мм, длина от 18 до 24 м. Расстояние между трубопроводами составляло 0,5 м. Стенд представлен на рис. 1.
В качестве модельного очага пожара использовалось дизельное топливо в количестве 0,6 м , залитое в противень размером 3 х 4 м, что обеспечивало устойчивое его горение в течение 20 - 25 мин.
Контроль за температурой нагрева трубопроводов до рабочего режима осуществлялся с помощью термопреобразователей, установленных на поверхности металлопровода под слоем теплоизоляции на расстоянии двух метров от торцов трубопровода.
Контрольная зона 1
Контрольная зона 2 5 2 3
П Г) Си Г) С< ь а
X У V У V у У V
^ 500 ^ 500 500 500 <——? 1
РИС. 1. Схема стенда для испытаний теплоизолированных конструкций трубопроводов с системой путевого электроподогрева: 1 — противень с дизельным топливом; 2 — обваловка; 3 — трубопроводы; 4 — опоры; 5 — факел пламени
Безопасность зданий, сооружений, территорий
ТАБЛИЦА 2. Результаты сравнительных огневых испытаний теплоизолированных трубопроводов
№
констр.
Состояние конструкций теплоизолированных трубопроводов после огневых испытаний
(см. табл. 1)
без электроподогрева
с аксиальным электроподогревом (АСЭ)
с ленточным электроподогревом (ЭНГЛ-180)
На длине 2,5 м от зоны огневого воздействия наблюдалось плавление пенопласта с последующим стеканием плава на землю и горением
На длине 2,5 м от зоны огневого воздействия наблюдалось плавление пенопласта с последующим стеканием плава на землю и горением
Плавление пенопласта наблюдалась в контрольных зонах на длину до 3 м. Плав вытекал на землю и горел
Разрушение теплоизоляционного Разрушение теплоизоляционного
слоя в зоне огневого воздействия. слоя в зоне огневого воздействия.
Распространения горения за зону Распространения горения за зону
огневого воздействия не огневого воздействия не
наблюдалось наблюдалось
Обугливание теплоизоляционного слоя за зоной горения на длину до 1 м. Распространения горения не наблюдалось
Поверхностное обугливание Поверхностное обугливание теплоизоляционного слоя на длинутеплоизоляционного слоя на до 1,5 м за зону огневого длину до 1,5 м за зону огневого
воздействия воздействия
Обугливание теплоизоляционного слоя в контрольных зонах на длину до 2 м. Распространения горения не наблюдалось
4, 5 Поверхностное обугливание Поверхностное обугливание
теплоизоляционного слоя за зону теплоизоляционного слоя за зону
огневого воздействия на длину огневого воздействия на длину
до 2,5 м до 2,5 м
Обугливание теплоизоляционного слоя в контрольных зонах на длину до 3 м. Распространения горения не наблюдалось
1
2
3
Перед началом огневых испытаний включалась система электроподогрева. После выхода системы на постоянный тепловой режим (75 °С — АСЭ и 120 °С — ленточные нагреватели) осуществлялся поджог горючего с фиксацией времени начала опыта. Длительность огневого воздействия на испытываемую конструкцию трубопровода составляла 15 мин.
В процессе испытаний велись наблюдения за поведением конструкций (горение, распространение пламени по поверхности и др.), а после испытаний обследовалось состояние теплоизоляции (обугливание, разрушение или оголение трубопровода и др.).
Результаты экспериментов сопоставлялись с результатами, полученными при проведении испытаний аналогичных конструкций без путевого электроподогрева [6] (табл. 2), на основе чего были сделаны выводы.
Характеристика электронагревателей
Система аксиального электроподогрева
Система представляла собой последовательно соединенные трубки из цельнотянутой низколегированной стали диаметром от 28 до 42 мм, толщиной 2,5 - 4 мм.
Внутри трубки проходит кабель — высокотемпературный высоковольтный (до 2 кВт) марки ПАЛ 1 х 50 мм2. Сила тока 420 А, рабочая температура нагрева 75 °С.
Подогрев теплоизолированных трубопроводов с помощью ленточных нагревателей типа ЭНГЛ-180
Нагреватели ЭНГЛ-180 низкоомные (от 12,5 до 14,7 Ом), соединенные последовательно по 3 -4 штуки. Напряжение 380 В, сила тока 10 А (на каждой трубе), удельная мощность от 60 до 100 кВт/м2. Температура нагрева 120 °С.
Результаты испытаний
Перечень конструкций трубопроводов с различными видами тепловой изоляции, подлежащих огневым испытаниям, приведен в табл. 1.
Результаты сравнительных испытаний конструкций трубопроводов с системами путевого электроподогрева (подогрев с помощью АСЭ и с помощью ленточных нагревателей типа ЭНГЛ- 180) и без путевого электроподогрева приведены в табл. 2.
Выводы
Проведенными исследованиями установлено:
1. Распространения пламени по конструкциям трубопроводов с полимерной тепловой изоляцией и покровным слоем из оборудованного системой электроподогрева горючего материала группы Г2 за пределы очага пожара не происходит.
1. Аксиальный (АСЭ) и ленточный (ЭНГЛ-180) электронагревы (75 - 120 °С) при нормальном режиме работы системы в условиях реального пожара не повышают пожарную опасность трубопроводов с полимерной тепловой изоляцией.
ЛИТЕРАТУРА
1. Большаков Г. Ф. Проблемы и перспективы совершенствования разработки нефти // Вестник АН СССР. 1987. Т. 9. С. 86 - 95.
2. Фонарев 3. И., Иванов Г. И., Еремин И. И. Электроподогрев трубопроводов на нефтебазах. — М.: ВНИИОЭНГ, 1982. — 42 с.
3. ШнерхС.С., Филатов А. В., Пайкут М. Д., ЛавиниковаТ. Г. Трубопроводный транспорт высоковязких и застывающих нефтей и нефтепродуктов. Обзорная серия: Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. — М.: ВНИИОЭНГ, 1981. — 37 с.
4. Фонарев 3. И. Гибкие электронагреватели вязких нефтепродуктов в трубопроводах и технологическом оборудовании. Обзорная серия: Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. — М.: ЦНИИТЭНефтехим, 1977. — 56 с.
5. ТУ 17-921-78 Лентытканевыенагревательные.Лентыдвухтипов.
6. Шарипова С. А., Фахрисламов Р. 3., Корольченко А. Я. Пожарная опасность трубопроводов с тепловой изоляцией // Пожаровзрывобезопасность. 2002. Т.11.№4. С. 33 - 37.
Поступила в редакцию 11.04.02.
