Research of operational characteristics of nanomodified fire-resistant intumescent compositions in the conditions of hydrocarbon fire at oil transportation facilities

One way to provide the required fire resistance of steel structures for oil and gas facilities is the use of intumescent compositions. With the flare burning of vapors of petroleum products, the deformation and collapse of structures subjected to high temperature (up to 1200 °C) and erosion. As objects of study the carbon nanomaterials containing MWCNT with parameters d = 30 nm, l = 2…5 mm were selected. The basis for the modified material was intumescent paint for steel structures “Thermal barrier”, produced by TU 2313-001-30642285-2011. Modification of a flame retardant was conducted using the Deposit of MWCNT in solvent (o-xylene), with further stirring the filler at a concentration of 0.10…1.25 % by vol. Individual components of the intumescent compositions were subjected to electrophysical influence with the parameters of variable frequency-modulated potential (VFMP) 56 V, 50 Hz. Study of fire resistance performance of nanomodified intumescent compositions was conducted in a laboratory setting, simulating the conditions of hydrocarbon combustion. For almost all samples of modified intumescent compositions containing MWCNT, there is a slower (10…55 %) increase in the temperature of the object of protection within the time of observation, in comparison with non-modified coating intumescent compositions. For samples with intumescent compositions with the primer GF-021 without MWCNT, the rate of temperature increase of metal in general, inversely proportional to the concentration of MWCNT in flame-retardant composition as no electrical influence, and when exposed to VFMP. For samples with intumescent compositions with the primer GF-021 with MWCNT at a concentration of 1.0 % by vol., the growth rate of metal temperature has a clear dependence on the concentration of MWCNT in flame-retardant composition. Depositing in the basic fire retardant composition of MWCNT as a whole leads to a decrease in the coefficient of swelling, which certainly negatively affects the overall effectiveness of modified intumescent compositions. However, for a number of samples of the intumescent compositions without MWCNT in primer the rise of the coefficient of swelling for the concentrations of MWCNT in flame-retardant composition 0.50 to 0.75 % by vol. It is also established that the deposition of MWCNT in the primer GF-021 as a rule, reduces the adhesion strength of the intumescent compositions for 10…20 % at the concentration of MWCNT in flame-retardant composition from 0 to 0.5 %. With a further increase in the concentration of MWCNT in flame-retardant composition to 1.25 % adhesive strength of the intumescent compositions with MWCNT deposited in the primer GF-021, slightly higher in comparison with the intumescent compositions with non-modified primer and the original sample. For samples intumescent compositions obtained with VFMP, there is a significant (40 %) increase in adhesion strength for coatings with unmodified primer GF-021. Upon further study of modified intumescent flame retardant compositions, we plan to conduct a comprehensive thermal analysis of songs to determine the nature of a fire retardant effect of sample coverings from the nature of their modification. Thus, optimization of the formulation and application technology of modified fire-resistant intumescent compositions allows applying them successfully to protect the metal installations on the transportation of petroleum products, characterized by a high risk of hydrocarbon fire.

огнезащитное вспучивающееся покрытие, реагентная модификация, электрофизическая модификация, углеводородный пожар, переменный частотно-модулированный потенциал, транспортировка нефтепродуктов, fire-retardant intumescent coating, reagent modification, electrophysical modification, hydrocarbon fire, variable frequency-modulated potential, transportation of petroleum products

1. Коннова Г. В. Оборудование транспорта и хранения нефти и газа : учеб. пособие для вузов. - Ростов-на-Дону : Феникс, 2006.-128 с.

2. Абдрахманов Н. Х. Научно-методические основы обеспечения безопасной эксплуатации опасных производственных объектов нефтегазового комплекса на основе управления системными рисками : дис. …д-ра техн. наук. -Уфа, 2014. -292 с.

3. Еремина Т. Ю. Моделирование и оценка огнезащитной эффективности вспучивающихся огнезащитных составов // Пожаровзрывобезопасность / Fire and Explosion Safety. - 2003. - Т. 12, № 5. -С. 22-29.

4. Иванов С. А., Уколов Д. С., Нурутдинов Г. Н., Таров В. П., Баронин Г. С. Исследование структурно-механических свойств твердофазных углеродсодержащих ПЭВП-нанокомпозитов и прогнозирование результатов с помощью нейросетевых технологий // Вестник Тамбовского университета. Серия: Естественные и технические науки. -2013. -Т. 18, № 5. -С. 2366-2368.

5. Крупкин В. Г., Мохин Г. Н., Халтуринский Н. А. Моделирование образования многослойной структуры огнезащитными вспучивающимися составами при воздействии пожара // Известия ЮФУ. Технические науки. -2013.-№ 8(145).-С. 202-206.

6. Халтуринский Н. А., Крупкин В. Г. О механизме образования огнезащитных вспучивающихся покрытий // Пожаровзрывобезопасность / Fire and Explosion Safety. - 2011. - Т. 20, № 10. - С. 33-36.

7. Страхов В. Л., Гаращенко А. Н., Кузнецов Г. В., Рудзинский В. П. Тепломассообмен в тепло- и огнезащите с учетом процессов термического разложения, испарения-конденсации, уноса массы и вспучивания-усадки // Математическое моделирование. -2000. -Т. 12, № 5. -С. 107-113.

8. Голованов В. И. Прогнозирование огнестойкости стальных конструкций с огнезащитой : дис.… д-ра техн. наук. -М., 2008.-337 с.

9. Зыбина О. А. Теоретические принципы и технология огнезащитных вспучивающихся материалов : дис. …д-ра техн. наук. -СПб., 2015. -260 с.

10. Пищулин В. П., Сваровский А. Я., Кузьменко В. П. Термическая деструкция и огнестойкость огнезащитных покрытий для объектов энергетики и химической промышленности // Известия Томского политехнического университета. -2009. -Т. 315, № 2. -С. 151-154.

11. Цой А. А., Демехин Ф. В. Испытание огнезащитных материалов в условиях углеводородного температурного режима // Вестник Санкт-Петербургского университета Государственной противопожарной службы МЧС России : научно-аналитический журнал. -2015. -№ 4. -С. 20-24.

12. Николайчик А. В., Прокопчук Н. Р., Шпигель Т. А., Николайчик И. В. Новые грунтовочные лакокрасочные материалы, содержащие углеродные нанотрубки // Труды БГТУ. Серия 4: Химия, технология органических веществ и биотехнология. -2010. -Т. 1, № 4. -С. 139-142.

13. Shen J., Huang W., Wu L., Hu Y., Ye M. The reinforcement role of different amino-functionalized multiwalled carbon nanotubes in epoxy nanocomposites // Composites Science and Technology.-2007.- Vol. 67, No. 15-16.-P. 3041-3050. DOI: 10.1016/j.compscitech.2007.04.025.

14. Ganguli S., Aglan H., Dennig P., Irvin G. Effect of loading and surface modification of MWCNTs on the fracture behavior of epoxy nanocomposites // Journal of Reinforced Plastics and Composites. - 2006. -Vol. 25, No. 2. -P. 175-188. DOI: 10.1177/0731684405056425.

15. Jin Z., Pramoda K. P., Xu G., Goh S. H. Dynamic mechanical behavior of melt-processed multi-walled carbon nanotube/poly(methyl methacrylate) composites // Chemical Physics Letters. - 2001. - Vol. 337, No. 1-3. -P. 43-47. DOI: 10.1016/S0009-2614(01)00186-5.

16. Кондрашов С. В., Дьячкова Т. П., Богатов В. А., Мансурова И. А., Мараховский П. С., Мокрецова И. А., Фокин А. С. Использование углеродных нанотрубок для увеличения теплостойкости эпоксидных связующих // Перспективные материалы. -2013. -№ 2. -С. 17-23.

17. Яковлев Г. И., Михалкина Т. М., Багимов А. М., Евсягина А. В. Модификация огнезащитного силикатного покрытия углеродными нанотрубками // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. -2012.-№ 8(163).-С. 44-45.

18. Бобринецкий И. И., Неволин В. К., Симунин М. М. Технология производства углеродных нанотрубок методом каталитического пиролиза этанола из газовой фазы // Химическая технология. -2007. -Т. 8, № 2. -С. 58-62.

19. Иванов А. В., Ивахнюк Г. К., Медведева Л. В. Методы управления свойствами углеводородных жидкостей в задачах обеспечения пожарной безопасности // Пожаровзрывобезопасность / Fire and Explosion Safety. -2016.-Т. 25, № 9. -С. 30-37. DOI: 10.18322/PVB.2016.25.09.30-37.

20. Пат. 2479005 Российская Федерация. МПК G05B 24/02 (2006.01), H03B 28/00 (2006.01). Способ и устройство управления физико-химическими процессами в веществе и на границе раздела фаз / Ивахнюк Г. К., Матюхин В. Н., Клачков В. А., Шевченко А. О., Князев А. С., Ивахнюк К. Г., Иванов А. В., Родионов В. А.-№2011118347/08; заявл. 21.01.2010; опубл. 10.04.2013, Бюл.№ 10. URL: http://www.freepatent.ru/patents/2479005 (дата обращения: 10.08.2017).

21. 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 службыМЧСРоссии : научно-аналитический журнал. -2016. -№ 2. -С. 45-53.

22. Яковлев А. Д. Химия и технология лакокрасочных покрытий : учебное пособие для вузов.-4-е изд., испр. -СПб. : Химиздат, 2010.-448 с.

23. Цой А. А. Методика определения эффективности огнезащитных покрытий для стальных конструкций в условиях факельного углеводородного горения : дис. … канд. техн. наук. - СПб., 2017. -134 с.