firesmiПожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion SafetyPozharovzryvobezopasnost/Fire and Explosion Safety0869-74932587-6201ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет»10.22227/0869-7493.2023.32.06.5-12firesmi-1290Research ArticleБЕЗОПАСНОСТЬ ВЕЩЕСТВ И МАТЕРИАЛОВSAFETY OF SUBSTANCES AND MATERIALSИсследование огнезащитных свойств терморасширяющихся материалов для использования в климатических условиях Арктической зоныStudy of flame-retardant properties of thermally expanding materials for use in climatic conditions of the Arctic zonehttps://orcid.org/0000-0002-2999-0752ГоловинаЕ. В.GolovinaE. V.

ГОЛОВИНА Екатерина Валерьевна, канд. техн. наук, старший научный сотрудник

620062, Свердловская обл., г. Екатеринбург, ул. Мира, 22

РИНЦ ID: 846886

Ekaterina V. GOLOVINA, Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher

Mira St., 22, Yekaterinburg, Sverdlovsk Region, 620062

ID RISC: 846886

ekaterinagolovina@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8926-3151КалачА. В.KalachA. V.

КАЛАЧ Андрей Владимирович, д-р хим. наук, профессор

394006, г. Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84;394072, г. Воронеж, ул. Иркутская, 1а

РИНЦ ID: 195516

Andrey V. KALACH, Dr. Sci. (Chem.), Professor

20th Anniversary of October St., 84, Voronezh, 394006; Irkutskaya St., 1a, Voronezh, 394072

ID RISC: 195516

a_kalach@mail.ruУральский институт Государственной противопожарной службы Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствийРоссияUral Institute of the State Fire Service of the Ministry of the Russian Federation for Civil Defense, Emergencies and Elimination on Consequences of Natural DisastersRussian FederationВоронежский государственный технический университет; Воронежский институт Федеральной службы исполнения наказанийРоссияVoronezh State Technical University; Voronezh Institute of the Federal Penitentiary Service of RussiaRussian Federation202315122023326512Copyright © Головина Е.В., Калач А.В., 20232023Головина Е.В., Калач А.В.Golovina E.V., Kalach A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.fire-smi.ru/jour/article/view/1290Введение

Введение. Применение средств огнезащиты на нефтегазовых предприятиях, расположенных в Арктическом регионе, требует особого подхода к оценке их огнезащитной эффективности. Прежде всего, испытания необходимо проводить в условиях углеводородного температурного режима, вероятность развития которого весьма высока на объектах хранения и переработки нефти и газа. Углеводородный режим пожара характеризуется резким ростом температуры (в течение 5 мин температура может достигнуть 1100 °С) и возникновением избыточного давления.

Целью исследования является выбор огнезащитного терморасширяющегося покрытия для возможности применения на объектах нефтегазовой отрасли в Арктической зоне. Для реализации поставленной цели были решены следующие задачи:

Методология

Методология. В соответствии с ГОСТ 1363-2–2014 и ГОСТ 53295–2009 были проведены испытания на огнезащитную эффективность в условиях углеводородного температурного режима. Исследования проводились на универсальной установке для испытаний на огнезащитную эффективность средств огне­защиты и огнестойкость строительных конструкций и заполнения проемов, аттестованной как для стандартного температурного режима по ГОСТ 30.247.0–94, так и для углеводородного температурного режима по ГОСТ Р ЕН 1363-2–2014.

Результаты

Результаты. В результате проведенных исследований были получены значения достижения критической температуры (500 °С) образцами с нанесенными на них огнезащитными покрытиями.

Выводы

Выводы. На основе экспериментальных исследований проведен сравнительный анализ огнезащитных свойств интумесцентных композиций. Сделан вывод о приоритетном выборе огнезащитных терморасширяющихся составов на основе эпоксидных смол для промышленных объектов, расположенных в Арктическом регионе.

Introduction

Introduction. The application of fire protection products at oil and gas enterprises located in the Arctic region requires a special approach to the assessment of their fire-retardant efficiency. First of all, it is necessary to conduct the tests under conditions of a hydrocarbon temperature regime, the probability of development of which is very high at oil and gas storage and processing facilities. The hydrocarbon fire regime is characterized by a sharp temperature rise (within 5 minutes the temperature can reach 1,100 °C) and the occurrence of overpressure.

The purpose of the research is the choice of a flame-retardant thermally expanding coating for the possibility of application at the objects of oil and gas industry in the Arctic zone. To achieve this goal, the following tasks were solved:

Methodology

Methodology. In accordance with GOST 1363-2–2014 and GOST 53295–2009, tests for fire-retardant efficiency under hydrocarbon temperature conditions were carried out. The research was carried out on the universal installation for testing the fire-retardant efficiency of fire protection means and fire resistance of building structures and filling openings, certified both for the standard temperature regime according to GOST 30.247.0–94 and for the hydrocarbon temperature regime according to GOST R EN 1363-2–2014.

Results

Results. As a result of the conducted research, the values of reaching the critical temperature (500 °C) by the samples with fire-resistant coatings applied to them were obtained.

Conclusions

Conclusions. Based on experimental studies, a comparative analysis of the flame retardant properties of intumescent compositions was carried out. The conclusion is made about the priority choice of flame-retardant thermo-expanding compositions based on epoxy resins for industrial facilities located in the Arctic region.

огнезащитная эффективностьвспучивающийся огнезащитный составуглеводородный температурный режимпредел огнестойкостиобъект нефтегазовой отраслиогнезащитное покрытиеflame retardant efficiencyintumescent flame retardant compositionhydrocarbon temperature regimefire resistance limitoil and gas industry objectflame retardant coatingReferencesMasri A.R. Chemical inhibition of nonpremixed flames of hydrocarbon fuels with CF Br // Combustion Science and Technology. 1994. Vol. 96 (4–6). Pp. 189–212. DOI: 10.1080/00102209408935355Masri A.R. Chemical inhibition of nonpremixed flames of hydrocarbon fuels with CF Br. Combustion Science and Technology. 1994; 96(4-6):189-212. DOI: 10.1080/00102209408935355Wang L., Jiang Y., Qiu R. Experimental study of combustion inhibition by trimethyl phosphate in turbulent premixed methane/air flames using OH-PLIF // Fuel. 2021. Vol. 294. P. 120324. DOI: 10.1016/j.fuel.2021.120324Wang L., Jiang Y., Qiu R. Experimental study of combustion inhibition by trimethyl phosphate in turbulent premixed methane/air flames using OH-PLIF. Fuel. 2021; 294:120324. DOI: 10.1016/j.fuel.2021.120324Green J. Mechanisms for flame retardancy and smoke suppression : a review // Journal of Fire Sciences. 1996. Vol. 14 (6). Pp. 426–442. DOI: 10.1177/073490419601400602Green J. Mechanisms for flame retardancy and smoke suppression : a review. Journal of Fire Sciences. 1996; 14(6):426-442. DOI: 10.1177/073490419601400602Беззапонная О.В., Головина Е.В., Акулов А.Ю., Калач А.В., Шарапов С.В., Калач Е.В. Пути совершенствования огнезащитных терморасширяющихся составов для использования на объектах нефтегазового комплекса // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2017. Т. 26. № 12. С. 14–24. DOI: 10.18322/PVB.2017.26.12Bezzaponnaya O.V., Golovina E.V., Akulov A.Yu., Kalach A.V., Sharapov S.V., Kalach E.V. Ways of improving the fire protecting thermal expanding compositions for use in oil and gas industry. Pozharovzryvobezopasnost/Fire and Explosion Safety. 2017; 26(12):14-24. DOI: 10.18322/PVB.2017.26.12.14-24 (rus).Schmitt E. Phosphorus-based flame retardants for thermoplastics // Plastics Additives and Compounding. 2007. Vol. 9(3). Pp. 26–30. DOI: 10.1016/S1464-391X(07)70067-3Schmitt E. Phosphorus-based flame retardants for thermoplastics. Plastics Additives and Compounding. 2007; 9(3):26-30. DOI: 10.1016/S1464-391X(07)70067-3Kahraman M., Kizilcan N. Investigation of flame retardancy properties of polypropylene-colemanite and intumescent flame retardant additive blends // Synthesis and Sintering. 2022. Vol. 2. Pp. 110–119. DOI: 10.53063/synsint.2022.2397Kahraman M., Kizilcan N. Investigation of flame retardancy properties of polypropylene-colemanite and intumescent flame retardant additive blends. Synthesis and Sintering. 2022; 2:110-119. DOI: 10.53063/synsint.2022.2397Isıtman N.A., Doğan M., Bayramlı E., Kaynak C. Fire retardant properties of intumescent polypropylene composites filled with calcium carbonate // Polymer Engineering Science. 2011. Vol. 51. Pp. 875–883. DOI: 10.1002/pen.21901Isıtman N.A., Doğan M., Bayramlı E., Kaynak C. Fire retardant properties of intumescent polypropylene composites filled with calcium carbonate. Polymer Engineering Science. 2011; 51:875-883. DOI: 10.1002/pen.21901Steinhausen M., Ferraro F., Schneider M., Zentgraf F., Greifenstein M., Dreizler A. et al. Effect of flame retardants on side-wall quenching of partially premixed laminar flames // Proceedings of the Combustion Institute. 2022. DOI: 10.1016/j.proci.2022.07.207Steinhausen M., Ferraro F., Schneider M., Zentgraf F., Greifenstein M., Dreizler A. et al. Effect of flame retardants on side-wall quenching of partially premixed laminar flames. Proceedings of the Combustion Institute. 2022. DOI: 10.1016/j.proci.2022.07.207Liu B.W., Zhao H.B., Wang Y.Z. Advanced flame-retardant methods for polymeric materials // AdvMater. 2022. Vol. 4 (46). DOI: 10.1002/adma.202107905Liu B.W., Zhao H.B., Wang Y.Z. Advanced flame-retardant methods for polymeric materials. AdvMater. 2022; 4(46). DOI: 10.1002/adma.202107905Eremina T., Korolchenko D. Fire protection of building constructions with the use of fire-retardant intumescent compositions // Buildings. 2020. Vol. 10. P. 185. DOI: 10.3390/buildings10100185Eremina T., Korolchenko D. Fire protection of building constructions with the use of fire-retardant intumescent compositions. Buildings. 2020; 10:185. DOI: 10.3390/buildings10100185Архангельский И.В., Годунов И.А., Яшин Н.В., Нагановский Ю.К., Шорникова О.Н. Кинетика вспенивания терморасширяющихся огнезащитных составов // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2020. Т. 29. № 5. С. 71–81. DOI: 10.22227/PVB.2020.29.05.71-81Arkhangelsky I.V., Godunov I.A., Yashin N.V., Naganovsky Yu.K., Shornikova O.N. Kinetics of foaming of thermally expanding flame retardants. Pozharovzryvobezopasnost/Fire and Explosion Safety. 2020; 29(5):71-81. DOI: 10.22227/PVB.2020.29.05.71-81 (rus).Головина Е.В., Калач А.В., Беззапонная О.В., Крутолапов А.С., Шарапов С.В. Повышение безопасности объектов нефтегазового комплекса путем совершенствования огнезащитных составов. Пожаровзрывобез­опасность/Fire and Explosion Safety. 2022. Т. 31. № 3. С. 24–33. DOI: 10.22227/0869-7493.2022.31.03.24-33Golovina E.V., Kalach A.V., Bezzaponnaya O.V., Krutolapov A.S., Sharapov S.V. Improving the safety of oil and gas facilities by improving flame retardants. Pozharovzryvobezopasnost/Fire and Explosion Safety. 2022; 31(3):24-33. DOI: 10.22227/0869-7493.2022.31.03.24-33 (rus).Головина Е.В., Калач А.В. Анализ средств огнезащиты стальных конструкций нефтегазового комплекса для климатических условий Арктического региона : монография. Екатеринбург : Уральский институт ГПС МЧС России, 2023. 122 с.Golovina E.V., Kalach A.V. Analysis of fire protection means of steel structures of the oil and gas complex for climatic conditions of the Arctic region : monograph. Yekaterinburg, 2023; 122. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=50260792 (rus).Mohd Sabee M.M.S., Itam Z., Beddu S., Zahari N.M., Mohd Kamal N.L., Mohamad D. et al. Flame retardant coatings: additives, binders, and fillers // Polymers (Basel). 2022. Vol. 14. DOI: 10.3390/polym14142911Mohd Sabee M.M.S., Itam Z., Beddu S., Zahari N.M., Mohd Kamal N.L., Mohamad D. et al. Flame retardant coatings: additives, binders, and fillers. Polymers (Basel). 2022; 14. DOI: 10.3390/polym14142911Головина Е.В. Оценка эффективности современных средств огнезащиты стальных конструкций для объектов нефтегазовой отрасли в условиях Арктического региона // Техносферная безопасность. 2022. № 2 (35). С. 46–55. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=49053202Golovina E.V. Evaluation of the effectiveness of modern means of fire protection of steel structures for oil and gas industry facilities in the Arctic region. Technosphere Safety. 2022; 2(35):46-55. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=49053202 (rus).Пузач С.В., Еремина Т.Ю., Корольченко Д.А. Определение фактических пределов огнестойкости стальных конструкций с учетом реальной пожарной нагрузки // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2021. Т. 30. № 6. С. 61–72. DOI: 10.22227/0869-7493.2021.30.06.61-72Puzach S.V., Eremina T.Yu., Korolchenko D.A. Determination of the actual fire resistance limits of steel structures taking into account the real fire load. Pozharovzryvobezopasnost/Fire and Explosion Safety. 2021; 30(6):61-72. DOI: 10.22227/0869-7493.2021.30.06.61-72 (rus).Kim J.H., Baeg D.Y., Seo J.K. Numerical investigation of residual strength of steel stiffened panel exposed to hydrocarbon fire // Journal of Ocean Engineering and Technology. 2021. Vol. 35. Рр. 203–215. DOI: 10.26748/KSOE.2021.008Kim J.H., Baeg D.Y., Seo J.K. Numerical investigation of residual strength of steel stiffened panel exposed to hydro­carbon fire. Journal of Ocean Engineering and Technology. 2021; 35:203-215. DOI: 10.26748/KSOE.2021.008Cirpici K.B., Wang Y.C., Rogers B.D. An analytical approach for predicting expansion of intumescent coating with different heating conditions // Proceedings of the 12th International Congress on Advances in Civil Engineering, Istanbul, Turkey, September 21–23, 2016. Pp. 1–8.Cirpici K.B., Wang Y.C., Rogers B.D. An analytical approach for predicting expansion of intumescent coating with different heating conditions. Conference: 12th International Congress on Advances in Civil Engineering. 2016; 1-8.Халтуринский Н.А., Крупкин В.Г. О механизме образования огнезащитных вспучивающихся покрытий // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2011. Т. 20. № 10. С. 33–36. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=16972927Khalturinsky N.A., Krupkin V.G. On the mechanism of formation of flame-retardant swelling coatings. Pozharo­vzryvobezopasnost/Fire and Explosion Safety. 2011; 20(10):33-36. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=16972927 (rus).Ненахов С.А., Пименова В.П. Физико-химия вспенивающихся огнезащитных покрытий на основе полифосфата аммония : литературный обзор // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2010. Т. 19. № 8. С. 11–58. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=15209813Nenakhov S.A., Pimenova V.P. Physico-chemical foaming fire-retardant coatings based on ammonium polyphosphate : review of the literature. Pozharovzryvobezopasnost/Fire and Explosion Safety. 2010; 19(8):11-58. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=15209813 (rus).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.