Повышение безопасности объектов нефтегазового комплекса путем совершенствования огнезащитных составов

Введение. Одним из способов снижения пожарной опасности промышленных объектов является нанесение вспучивающихся огнезащитных покрытий. Известно, что огнезащитные интумесцентные составы являются многокомпонентными композиционными материалами, эффективность которых обусловлена сложными химическими превращениями между компонентами исследуемого огнезащитного материала при воздействии высоких температур. В связи с этим проблема исследования физико-химических процессов и теплофизических характеристик огнезащитных терморасширяющихся материалов является востребованной и актуальной.

Целью настоящей статьи является анализ теплофизических свойств огнезащитных вспучивающихся составов на водной и акриловой основах для повышения безопасности объектов нефтегазового комплекса.

Для реализации данной цели были решены следующие задачи:

• исследование методами термического анализа огнезащитных материалов интумесцентного типа на основе акриловой дисперсии;
• анализ огнезащитных материалов интумесцентного типа на основе водной дисперсии методами термического анализа;
• сравнительный анализ термоокислительной деструкции исследуемых огнезащитных материалов.

Методы. При проведении исследования основными методами были выбраны термогравиметрический анализ, дифференциально-термогравиметрический анализ, дифференциально-сканирующая калориметрия, метод квадрупольной масс-спектрометрии.

Результаты. В результате исследований методами синхронного термического анализа огнезащитных составов интумесцентного типа на акриловой и водной основах обнаружено сходство протекающих физико-химических процессов: наличие четырех основных этапов потери массы и высокий экзотермический эффект. Высокое значение теплового эффекта реакции свидетельствует о высокой горючести исследуемых огнезащитных материалов.

Выводы. На основании проведенного анализа сделан вывод, что огнезащитные составы интумесцентного типа на основе акриловой винилацетатной эмульсии и на основе водной дисперсии начинают утрачивать необходимые для огнезащитного материала эксплуатационные качества при достижении температуры ~600 °С.

1. Наймушин Е.В., Дементьев Ф.А., Минкин Д.Ю. Исследование гипса методом синхронного термического анализа для оценки температурного режима нагрева // Технологии техносферной безопасности (электронное издание). 2013. № 6 (52). Ст. 9. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=21487182

2. Debbabi H., Mokni R., Jlassi I., Falconieri D., Piras A., Mastouri M. et al. Gas chromatography combined with mass spectrometry and flame ionization detection for identifying the organic volatiles from Stachys arvensis, S. marrubiifolia and S. ocymastrum // International Journal of Mass Spectrometry. 2018. Vol. 432. Pp. 59–64. DOI: 10.1016/j.ijms.2018.07.007

3. Беззапонная О.В., Головина Е.В., Мансуров Т.Х. Особенности проведения испытаний огнезащитных материалов интумесцентного типа методом термического анализа в условиях углеводородного пожара // Техносферная безопасность. 2017. № 3 (16). С. 57–62.

4. Беззапонная О.В., Головина Е.В., Мансуров Т.Х., Акулов А.Ю. Применение метода термического анализа для комплексного исследования и совершенствования вспучивающихся огнезащитных составов // Техносферная безопасность. 2017. № 2 (15). С. 3–7.

5. Bezzaponnaya O.V., Golovina E.V. Effect of mineral fillers on the heat resistance and combustibility of an intumescent fireproofing formulation on silicone base // Russian Journal of Applied Chemistry. 2018. Vol. 91. Issue 1. Pp. 96–100. DOI: 10.1134/S1070427218010159

6. Groenewoud W.M. Characterisation of polymers by thermal analysis. Elsevier Science, 2001. 396 p.

7. Ravindra G. Puri, Khanna A.S. Intumescent coatings: A review on recent progress // Journal of Coatings Technology and Research. 2016. Vol. 14. Issue 1. Pp. 1–20. DOI: 10.1007/s11998-016-9815-3

8. Weil E.D. Fire-protective and flame-retardant coatings — A state-of-the-art review // Journal of Fire Sciences. 2011. Vol. 29. Issue 3. Pp. 259–296. DOI: 10.1177/0734904110395469

9. Chao Zhang. Thermal properties of intumescent coatings in fire // Reliability of Steel Columns Protected by Intumescent Coatings Subjected to Natural Fires. 2015. Pp. 37–50. DOI: 10.1007/978-3-662-46379-6_4

10. Беззапонная 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.2017.26.12.14–24

11. Головина Е.В., Беззапонная О.В., Акулов А.Ю., Мансуров Т.Х. Исследование огнезащитных свойств составов интумесцентного типа при огневых испытаниях в условиях углеводородного горения // Техносферная безопасность. 2018. № 4 (21). С. 75–81.

12. Зыбина О.В. Теоретические принципы и технология огнезащитных вспучивающихся материалов : дис. … д-ра тех. наук. СПб., 2015. 260 с.

13. Takahashi F. Fire blanket and intumescent coating materials for failure resistance // MRS Bulletin. 2021. Vol. 46. Issue 5. Pp. 429–434. DOI: 10.1557/s43577-021-00102-7

14. Treven A., Saje M., Hozjan T. On a planar thermal analysis of intumescent coatings // Fire and Materials. 2017. Vol. 42. Issue 2. Pp. 145–155. DOI: 10.1002/fam.2466

15. Wladyka-Przybylak M., Kozlowski R. The thermal characteristics of different intumescent coatings // Fire and Materials. 1999. Vol. 23. Issue 1. Pp. 33–43. DOI: 10.1002/(SICI)1099-1018(199901/02)23:13.0.CO;2-Z

16. 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=16972927

17. 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=15209813

18. Horrocks A.R., Price D. Fire retardant materials. Woodhead Publishing, 2001. 448 р.

19. Camino G., Costa L., Trossarelly L. Study of mechanism of intumescence in fire retardant polymers. Part II: Mechanism of action in polypropylene-ammonium polyphosphate-pentaerythritol mixtures // Polymer Degradation and Stability. 1984. Vol. 7. Issue 1. Pp. 25–31. DOI: 10.1016/0141-3910(84)90027-2

20. Бабкин О.Э., Зыбина О.В., Мнацаканов С.С., Танклевский Л.Т. Механизм формирования пенококса при термолизе интумесцентных огнезащитных покрытий // Огнепортал. URL: http://www.ogneportal.ru/articles/coatings/2737