Исследование огнезащитных свойств терморасширяющихся материалов для использования в климатических условиях Арктической зоны

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:

• проведение испытаний огнезащитной эффективности терморасширяющихся материалов на основе водной дисперсии, акрилового, эпоксидного и силиконового связующего;
• сравнительный анализ огнезащитных свойств исследуемых интумесцентных композиций.

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

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.

1. Masri 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: 10.1080/00102209408935355

2. Wang 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.2021.120324

3. Green J. Mechanisms for flame retardancy and smoke suppression : a review // Journal of Fire Sciences. 1996. Vol. 14 (6). Pp. 426–442. DOI: 10.1177/073490419601400602

4. 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

5. 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)70067-3

6. Kahraman 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.2022.2397

7. Isıtman 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.21901

8. Steinhausen 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.2022.07.207

9. Liu B.W., Zhao H.B., Wang Y.Z. Advanced flame-retardant methods for polymeric materials // AdvMater. 2022. Vol. 4 (46). DOI: 10.1002/adma.202107905

10. Eremina 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/buildings10100185

11. Архангельский 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.2020.29.05.71-81

12. 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: 10.22227/0869-7493.2022.31.03.24-33

13. 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.

14. 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/polym14142911

15. Головина 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=49053202

16. 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: 10.22227/0869-7493.2021.30.06.61-72

17. 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.2021.008

18. Cirpici 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.

19. 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

20. 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