Оценка огнезащитной эффективности вспучивающихся покрытий стальных конструкций в высокотемпературных газовых потоках

Введение. При пожарах на объектах нефтегазовой отрасли часто возникают высокотемпературные газовые потоки, истекающие из отверстий, трещин, разрывов разгерметизированного оборудования и трубопроводов. Огнезащитная эффективность вспучивающихся покрытий стальных конструкций в высокотемпературных газовых потоках резко снижается, поэтому актуальна задача разработки методики адекватной оценки их огнезащитной эффективности.
Цели и задачи. Целями проведенного исследования являлись разработка методики оценки огнезащитной эффективности вспучивающихся покрытий стальных конструкций в высокотемпературных газовых потоках и экспериментальная оценка огнезащитной эффективности различных вспучивающихся покрытий. Решались следующие задачи исследования: оценка скорости истечения высокотемпературных газовых потоков из работающих под давлением разгерметизированных объектов; анализ методики определения огнезащитной эффективности вспучивающихся покрытий стальных конструкций в спокойной (малоподвижной) газовой среде; разработка методики оценки огнезащитной эффективности вспучивающихся покрытий стальных конструкций в высокотемпературном газовом потоке; экспериментальная оценка огнезащитной эффективности различных вспучивающихся покрытий в высокотемпературном газовом потоке.
Методы. В работе использовались расчет скорости истечения высокотемпературных газовых потоков из работающих под давлением разгерметизированных объектов; анализ действующей методики определения огнезащитной эффективности вспучивающихся покрытий стальных конструкций в спокойной (малоподвижной) среде, в которой учитывается только температура газа в печи. Предложена методика оценки огнезащитной эффективности вспучивающихся покрытий стальных конструкций в высокотемпературном газовом потоке, в которой учитывается температура и скорость газового потока. Для оценки огнезащитной эффективности вспучивающегося покрытия в высокотемпературном газовом потоке введен коэффициент относительной огнестойкости. Проведена экспериментальная оценка различных вспучивающихся покрытий, показавшая существенное снижение их огнезащитной эффективности в высокотемпературном газовом потоке, реализующем углеводородный температурный режим.
Результаты и их обсуждение. Взаимное аэродинамическое и тепловое воздействие газового потока существенно снижает огнезащитную эффективность вспучивающихся покрытий стальных конструкций, что подтверждается результатами экспериментов, проведенных по предложенной методике. В методике оценки огнезащитной эффективности вспучивающихся покрытий стальных конструкций учитывается температура и скорость газового потока, воздействующего на образец.
Выводы. Актуальна и необходима оценка огнезащитной эффективности вспучивающихся покрытий стальных конструкций на работающих под давлением объектах нефтегазовой отрасли, так как в высокотемпературном газовом потоке наблюдается существенное снижение их огнезащитной эффективности.

1. Андрюшкин А.Ю. Применение сверхзвукового газодинамического напыления при многоструйной подаче газа для снижения вероятности отказа многослойных функциональных покрытий : монография. СПб., 2021. 258 с.

2. Андрюшкин А.Ю., Цой А.А. Определение параметров высокотемпературного газового потока при испытаниях огнезащитных покрытий // Безопасность жизнедеятельности. 2016. № 7 (187). С. 35–39.

3. Phan L.T., McAllister T.P., Gross J.L., Hurley M.J. Best practice guidelines for structural fire resistance design of concrete and steel buildings. Gaithersburg, Maryland : NIST, 2010. 200 p. DOI: 10.6028/nist.tn.1681

4. Garlock M., Kruppa J., Li G.-Q., Zhao B. White paper on fire behavior of steel structures. Gaithersburg, Maryland : NIST, 2014. 20 p. DOI: 10.6028/nist.gcr.15­984

5. Morys M., Illerhaus B., Sturm H., Schartel B. Variation of intumescent coatings revealing different modes of action for good protection performance // Fire Technology. 2017. Vol. 53. Pp. 1569–1587. DOI: 10.1007/s10694­017­0649­z

6. Kang J., Takahashi F., T’ien J.S. Computer tomography based structure characterization of expanded intumescent coatings for fire protection // Fire Technology. 2019. Vol. 55. Pp. 689–712. DOI: 10.1007/s10694­018­0796­x

7. Schaumann P., Kirsch T. Protected steel and composite connections: simulation of the mechanical behaviour of steel and composite connections protected by intumescent coating in fire // Journal of Structural Fire Engineering. 2015. Vol. 6. Issue 1. Pp. 41–48. DOI: 10.1260/2040­2317.6.1.41

8. Fox D.M., Cho W., Dubrulle L., Grützmacher P.G., Zammarano M. Intumescent polydopamine coatings for fire protection // Green Materials. 2020. DOI: 10.1680/jgrma.19.00065

9. Lucherini A., Giuliani L., Jomaas G. Experimental study of the performance of intumescent coatings exposed to standard and non­standard fire conditions // Fire Safety Journal. 2018. Vol. 95. Pp. 42–50. DOI: 10.1016/j.firesaf.2017.10.004

10. Puspitasari W.C., Ahmad F., Ullah S., Hussain P., Megat-Yusoff P.S.M., Masset P.J. The study of adhesion between steel substrate, primer, and char of intumescent fire retardant coating // Progress in Organic Coatings. 2019. Vol. 127. Pp. 181–193. DOI: 10.1016/j.porgcoat.2018.11.015

11. Nolan D.P. Handbook of fire and explosion protection engineering principles for oil, gas, chemical and related facilities. Gulf Professional Publ., 2011. 340 p. DOI: 10.1016/C2009­0­64221­5

12. Correia A.M., Pires T.A.C., Rodrigues J.P.C. Behaviour of steel columns subjected to fire // Proceedings of the Sixth International Seminar on Fire and Explosion Hazards. Leeds, UK : University of Leeds, 2011. Pp. 879–890. DOI: 10.3850/978­981­08­7724­8_13­01

13. Qing Xu, Guo-Qiang Li, Jian Jiang, Yong C. Wang. Experimental study of the influence of topcoat on insulation performance of intumescent coatings for steel structures // Fire Safety Journal. 2018. Vol. 101. Pp. 25–38. DOI: 10.1016/j.firesaf.2018.08.006

14. Meijing Liu, Shenggang Fan, Wenjun Sun, Runmin Ding, Ting Zhu. Fire­resistant design of eccentrically compressed stainless steel columns with constraints // Fire Safety Journal. 2018. Vol. 100. Pp. 1–19. DOI: 10.1016/j.firesaf.2018.06.006

15. Maciulaitis R., Grigonis M., Malaiskiene J. The impact of the aging of intumescent fire protective coatings on fire resistance // Fire Safety Journal. 2018. Vol. 98. Pp. 15–23. DOI: 10.1016/j. firesaf.2018.03.007

16. Korolchenko D., Eremina T., Minailov D. New method for quality control of fire protective coatings // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 471. Issue 11. DOI: 10.1088/1757­899X/471/11/112016

17. Андрюшкин А.Ю., Цой А.А. О методике определения эффективности огнезащитных покрытий для стальных конструкций в условиях факельного углеводородного горения // Вестник Санкт-­Петербургского университета государственной противопожарной службы МЧС России. 2016. № 2. С. 45–53. URL: https://vestnik.igps.ru/wp­content/uploads/V82/7.pdf

18. Андрюшкин А.Ю., Цой А.А., Смирнова М.А. Об основных предпосылках метода испытаний огнезащитных покрытий в высокотемпературных газовых потоках // Проблемы управления рисками в техносфере. 2016. № 1 (37). С. 39–46. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=25984067

19. Андрюшкин А.Ю., Цой А.А., Смирнова М.А. О методе испытаний огнезащитных покрытий в высокотемпературных газовых потоках // Проблемы управления рисками в техносфере. 2016. № 2 (38). С. 37–45.

20. Цой А.А., Демехин Ф.В. Испытание огнезащитных материалов в условиях углеводородного температурного режима // Вестник Санкт-­Петербургского университета государственной противопожарной службы МЧС России. 2015. № 4. С. 139–142. URL: https://vestnik.igps.ru/wp­content/uploads/V74/4.pdf