Разработка мероприятий и огнезащитных материалов для обеспечения пожарной безопасности на объектах нефтегазового комплекса
На правах рукописи
Сулейманов Фаиль Назмеевич РАЗРАБОТКА МЕРОПРИЯТИЙ И ОГНЕЗАЩИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ НА ОБЪЕКТАХ НЕФТЕГАЗОВОГО КОМПЛЕКСА Специальность 05.26.03 – Пожарная и промышленная безопасность (нефтегазовая отрасль)
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Уфа 2001 2
Работа выполнена в испытательном центре испытательной пожарной лаборатории Государственной противопожарной службы МВД Республики Башкортостан и в Уфимском государственном нефтяном техническом университете.
Научный руководитель – доктор технических наук, профессор Хафизов Ф.Ш.
Официальные оппоненты - доктор технических наук, доцент Шарафиев Р.Г.
кандидат технических наук, полковник вн. службы Попков Г.А.
Ведущее предприятие – Башкирский научно-исследовательский и проектный институт промышленности строительных материалов.
Защита состоится «26» декабря 2001 года в 1130 часов на заседании диссертационного совета Д.212.289.05 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете (УГНТУ) по адресу: 450062, г. Уфа, ул.
Космонавтов,1.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке УГНТУ.
Автореферат разослан «26» ноября 2001 года.
Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор И.Г.Ибрагимов
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. Пожары и взрывы причиняют значительный материальный ущерб и в ряде случаев вызывают тяжелые травмы и гибель людей. Ущерб от пожаров и взрывов в промышленно-развитых странах превышает 1% национального дохода и имеет тенденцию постоянного роста.
В России также происходит ежегодное увеличение количества пожаров и убытков от них, а количество людей, погибающих от пожаров, превышает тысяч в год.
Наибольшие убытки от пожаров и взрывов отмечаются в энергетике, нефтегазодобыче и нефтепереработке. В то же время отмечается снижение внимания проектных организаций к выполнению противопожарных требований и норм в процессе проектирования, строительства и реконструкции зданий, а так же надзорных органов за выполнением противопожарных требований при эксплуатации взрыво - и пожароопасных производств и зданий с массовым пребыванием людей.
Мероприятия, направленные на обеспечение пожарной безопасности, проводятся по двум направлениям - пожарная профилактика и активная противопожарная защита. Первое направление связано с недопущением возникновения пожаров или взрывов с максимально возможным ослаблением последствий этих явлений, если они все-таки произойдут. Второе направление охватывает мероприятия по ликвидации возникших пожаров.
В данной работе рассматриваются требования и мероприятия по огнезащите не только в области строительства, но и применительно к технологическим процессам и оборудованию, размещаемому в зданиях и сооружениях.
Целесообразность такой универсализации обусловлена тем, что практически невозможно разделить проблемы обеспечения пожаровзрывобезопасности зданий и сооружений от процессов и оборудования в них.
Становится необходимым выполнение комплекса мероприятий по повышению пожаробезопасности производств. Одной из причин развития пожаров является несоответствие фактической огнестойкости строительных конструкций, ограждений технологического оборудования, экранов, рам, этажерок, резервуаров, трубопроводов, механических устройств защиты технологических проемов требованиям противопожарных норм.
Сказанное говорит о необходимости выполнения работ по повышению огнестойкости строительных конструкций и ограждений технологического оборудования, основное место в которой занимает разработка новых огнезащитных покрытий, красок и их применение.
Одним из приоритетных направлений разработки огнезащиты в нашей стране и за рубежом является создание легких огнезащитных вспучивающихся композиций с использованием неорганических материалов и легких эффективных наполнителей природного происхождения.
В данной работе предполагаются комплексные исследования, направленные на разработку состава и оценку эффективности огнезащитного покрытия, проведение огневых испытаний, оценку состояния металлических конструкций после пожаров.
Целью диссертационной работы является разработка мероприятий по повышению пожарной безопасности с применением огнезащитных материалов для огнезащиты строительных элементов конструкций и ограждений технологического оборудования.
Основные задачи исследования:
1. На основе анализа существующих средств и методов огнезащиты металлических и деревянных элементов конструкций определить направления по повышению огнестойкости строительных конструкций и ограждений технологического оборудования.
2. Провести исследования механических свойств стали Ст.3, защищенной огнезащитным составом после воздействия высокой температуры.
3. Провести сравнительные статистические исследования микроструктуры образцов, подверженных воздействию высокой температуры.
4. Подобрать наиболее оптимальное соотношение компонентов огнезащитного покрытия и оценить его эффективность.
Научная новизна Показано, что при огневом воздействии на стальные изделия (сталь марки Ст.3) в стандартных условиях применение покрытия на основе силикатов обеспечивает увеличение числа циклов до разрушения малоцикловой области в 2-3 раза по сравнению с изделиями без покрытия, при этом изменений фазового состояния стали не происходит.
Показано, что применение разработанной огнезащитной краски на основе силикатов с добавлением 15% графита, обеспечивающей первую группу огнезащитной эффективности, позволяет получить после обработки трудносгораемую древесину.
Практическая ценность 1. Разработанная огнезащитная краска для деревянных элементов конструкций обеспечивает первую группу огнезащитной эффективности, при минимальном расходе 0,5 кг/м2 (без учета потерь), обеспечивает получение трудносгораемой древесины, повышает предел воспламеняемости в соответствии с ГОСТ 30402-96 до В 2 (умеренновоспламеняемые) и снижает распространение пламени по поверхности в соответствии с ГОСТ до РП 30444- (нераспространяющие).
2. Огнезащитный состав прошел сертификационные испытания в аккредитованных испытательных центрах испытательных пожарных лабораторий УГПС МВД Республики Башкортостан, УГПС МВД Республики Татарстан и во Всероссийском научно-исследовательском институте противопожарной обороны МВД России.
3. Разработанный огнезащитный состав внедрен в строительный и промышленный комплекс Республики Башкортостан и данным составом успешно обрабатываются строящиеся и реконструируемые объекты, такие как санаторий Янган-Тау, Башдрамтеатр, Татарский театр «НУР» объекты ОАО «Башнефтехим» и многие другие.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на следующих семинарах, научно-технических советах и конгрессах:
Вторая Всероссийская научно-техническая конференция «Техническая диагностика, промышленная и экологическая безопасность», Уфа, 1996 г.
Второй научно-технический семинар «Обеспечение промышленной безопасности производственных объектов топливно-энергетического комплекса Республики Башкортостан», Уфа, УГНТУ, 1999 г.
Пятая Международная научно-техническая конференция при V Международной специализированной выставке «Строительство, архитектура, коммунальное хозяйство-2001», Уфа, УГНТУ, 2001 г.
Третий конгресс нефтепромышленников России, Уфа, 2001 г.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 6 печатных работ, в том числе один патент на изобретение. В этих исследованиях автору принадлежит постановка задач, участие в их решении, анализ полученных результатов и внедрение огнезащитной краски.
Объем и структура работы. Диссертационная работа общим объемом 194 страницы состоит из введения, четырех глав, выводов, приложений, содержит 127 страниц машинописного текста, 32 рисунка, 15 таблиц.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи исследования.
В первой главе рассмотрены теоретические основы горения твердых материалов, физико-химические основы горения и самовозгорания.
Рассмотрены и обобщены условия пожароопасности технологических процессов, помещений, зданий и сооружений. Проанализирован опыт применения огнезащитных покрытий для металлических и деревянных конструкций с применением легких заполнителей.
Огнезащитные покрытия на легких заполнителях позволяют производить работы по их нанесению механизированным способом с помощью стандартного оборудования. Основные направления применения огнезащитных покрытий связаны со следующими факторами: снижение удельной массы покрытий, замена асбеста минеральными и волокнистыми материалами, более широкое использование таких эффективных материалов, как вспученный перлит и вермикулит, увеличение огнестойкости и долговечности.
Анализ литературного материала показал целесообразность проведения настоящей работы на основе комплексных исследований, направленных на повышение огнестойкости металлических и деревянных конструкций.
Во второй главе обосновывается выбор объектов и методов исследований.
В настоящей работе для исследований влияния огнезащиты на металлические конструкции использовали конструкционную углеродистую сталь Ст.3 стандартной поставки. Из заготовок изготавливали стандартные образцы (рис.1).
Образцы, покрытые огнезащитным составом ОФП МВ, подвергали воздействию температуры 7000С в течение 2 часов. Испытания на усталость проводились по типовой методике и ГОСТ 25.504. Сравнительные статистические исследования механических свойств образцов были проведены по методике, представленной на рис.2. Проведен анализ статистики разрушения и анализ микроструктуры по методике количественной металлографии для оценки содержания доли перлитной фазы и детальных исследований неоднородности размеров перлитной фазы, сравнительные исследования параметров микротвердости исходных, обработанных и испытанных образцов.
Рис.1. Образцы до и после циклического испытания Образцы (I) (II) (III) исходные без защиты с защитой (Т=700С, t=2ч) (Т=700С, t=2ч) микроструктура микроструктура микроструктура объемные доли перлитных фаз (%) объемные доли перлитных фаз (%) объемные доли перлитных фаз (%) их распределения по размерам (d) их распределения по размерам (d) их распределения по размерам (d) микротвердость (HV), Р=100г микротвердость (HV), Р=100г микротвердость (HV), Р=100г циклические испытания циклические испытания циклические испытания статистика разрушения статистика разрушения статистика разрушения количество циклов (N) количество циклов (N) количество циклов (N) макросъемка макросъемка макросъемка статистика отклонения статистика отклонения статистика отклонения центров разрушения (r) центров разрушения (r) центров разрушения (r) микроструктура микроструктура микроструктура объемные доли перлитных фаз (%) объемные доли перлитных фаз (%) объемные доли перлитных фаз (%) их распределения по размерам (d) их распределения по размерам (d) их распределения по размерам (d) микротвердость (HV), Р=100г микротвердость (HV), Р=100г микротвердость (HV), Р=100г Рис.2. Методика сравнительных статистических исследований параметров микроструктуры и механических свойств образцов типа I, II, III Поскольку в большинстве случаев границы зерен перлита выявляются не всегда достаточно хорошо, то согласно ГОСТ 5640-68 в малоуглеродистой стали в основном проводят исследования перлита (количество или объемная доля, особенности распределения по размерам и морфология формы) при увеличении 360-400х. В связи с этим, для решения поставленных задач, в работе использовано следующее оборудование: приспособления для шлифования и химического травления шлифов, оптический металлографический микротвердомер с приставкой для съемки структуры, сканер, компьютер и программное обеспечение для работы с изображением.
Испытания на усталостную прочность образцов диаметром от 1 до 5 мм, с частотой нагружения от 1 до 40 циклов в минуту проводили на установке, разработанной на кафедре «Машины и аппараты химических производств» УГНТУ.
Принятая схема образцов и их нагружения исключала влияние захватов машины, т.е. повреждаемость развивалась в малом объеме рабочей зоны образцов, и отклонения составляли в среднем около 0,5 мм от центра рабочей зоны. Циклические испытания материалов имеют важное значение, поскольку большинство деталей машин, транспортных и других конструкций в процессе службы (до и после пожароаварийных ситуаций) претерпевают воздействие переменных нагрузок.
Под действием циклически изменяющихся переменных напряжений (деформаций) происходит процесс постепенного накопления повреждений, приводящих к критической степени искажения решетки в отдельных объемах (зернах) вследствие протекания циклической микропластической деформации, к созданию локальных пиковых напряжений, могущих вызвать разрыв межатомных связей, к образованию зародышевых трещин, их развитию и, наконец, к разрушению. Сравнительный анализ образцов после циклических испытаний показал, что защищенные образцы выдерживают в 3 раза больше циклов до разрушения, чем те образцы, которые подвергались огневому воздействию без защиты (рис. 3). Это говорит о том, что при огнезащите образцов происходит процесс силицирования, что влияет на развитие трещин и приводит к повышению циклических свойств.
N циклов Количество циклов 1 2 1 2 Рис. 3. Статистика разрушения для образцов разного типа (1 - исходные, 2 без защиты и 3 - с защитой) Третья глава посвящена исследованию влияния огнезащитного слоя на структуру и механические свойства образцов из конструкционного материала сталь Ст.3 в условиях близких к пожару.
Противопожарная защита имеет своей целью изыскание наиболее эффективных, экономически целесообразных и технически обоснованных способов и средств защиты металлоконструкций. Огнезащитные покрытия металлоконструкций должны быть дешевыми, безопасными в эксплуатации.
Во многих металлоконструкциях обычно широко используют железоуглеродистые сплавы – стали и чугуны.
Высоким требованиям нефтегазовой промышленности к прочностным и вязким свойствам, а также сопротивлению хрупкому разрушению сталей в полной мере удовлетворяют низколегированные стали нового поколения, так называемые малоперлитные, обладающие уникальным сочетанием свойств:
высокой хладостойкостью, прочностью, ударной вязкостью и повышенной свариваемостью. С другой стороны, известно, что увеличение объемной доли углерода приводит к увеличению содержания перлита и упрочнения. Далее, увеличение объемной доли перлита в стали сопровождается уменьшением отношения т/в, происходит более быстрый рост временного сопротивления по сравнению с пределом текучести. Такого рода влияние на упрочнение целесообразно для конструкционных сталей, используемых при изготовлении несварных конструкций. Известно, что после температурного воздействия сталь обычно приобретает структуру зернистого перлита (рис.4).
Контрольный образец (Ст.3), не подвергавшийся термическому воздействию Образец без огнезащиты после термического воздействия при Т=700 0С, = 120 мин Образец с огнезащитой после термического воздействия при Т=700 0С, = 120 мин Рис.4. Внутренняя микроструктура образцов и гистограммы распределений размеров перлитной фазы Зерна карбидов или цементита могут различаться по размерам: от дисперсных (точечных) до относительно крупных (4-5 мкм). Иногда в зернистой структуре перлита встречаются участки пластинчатого перлита или отдельные пластинки. Возникновение пластинчатого перлита связано с отклонениями от оптимального режима высокотемпературного воздействия. Для некоторых сталей (например, углеродистой эвтектоидной) однородная структура зернистого перлита пластинок) образуется только при определенных режимах (без высокотемпературного воздействия. Тонкие, плотно прилегающие друг к другу пластинки перлита и мелкие карбиды свидетельствуют о режиме недогрева стали при высокотемпературном воздействии, более грубые разобщенные пластинки – о режиме перегрева.
Наблюдается матричная структура, образованная зернами матрицы и частицами структурных составляющих (избыточный цементит и перлит), находящийся в виде полного разобщения отдельных случайных включений. С точки зрения способа размещения элементов структуры в пространстве, она ближе к изотропной. Реальная структура – полидисперсная немономорфная, т.е. состоит из частиц разного размера и различной формы.
По аналогии с аустенитом, влияние величины зерна на свойства стали заключается в том, что чем мельче зерно, тем выше прочность, пластичность и вязкость, ниже порог хладноломкости. Например, уменьшение размера зерна может компенсировать отрицательное влияние других механизмов на порог хладноломкости. Чем мельче зерно, тем выше предел выносливости. Поэтому все воздействия, вызывающие измельчение зерна, повышают конструктивную прочность стали. При укрупнении зерна до 10-15 мкм трещиностойкость уменьшается, а при дальнейшем росте зерна – возрастает. Это может быть связано с очищением границ зерна от вредных примесей благодаря большему их растворению в объеме зерна при высокотемпературном нагреве. После высокотемпературного воздействия получаем: мелкое зерно, частично или полностью устраненные строчечность, видманштеттову структуру и другие неблагоприятные структуры. Сталь получается с низкой прочностью и твердостью при достаточном уровне пластичности. Твердость будет снижаться из-за развития сфероидизации. С одной стороны, измельчение зерна является наиболее благоприятным моментом повышения прочности стали, т.к. при этом одновременно повышается вязкость и понижается склонность к хрупкому разрушению. Прочностные характеристики могут резко возрастать даже при незначительном уменьшении размеров зерен перлита. Это напрямую следует из уравнения Холла-Петча, которое связывает предел текучести с величиной зерна в следующем виде:
т=0Ку/d2, где сопротивление движению дислокаций со стороны кристаллической решетки;
Ку – коэффициент, d – диаметр зерна.
Кроме того, это обусловлено большим вкладом деформационного упрочнения в общую прочность металла. С другой стороны, еще одним важным моментом микроструктуры является разнозернистость, что, в свою очередь, довольно часто плохо сказывается на многих свойствах материала.
В нашем случае, степень разнозернистости перлита в образцах (3-5 штук) разного типа хорошо видна на рис. 5,6,7.
Закономерности совместного действия сразу нескольких механизмов, приводящих к упрочнению или наоборот к разупрочнению, в настоящее время в теории и на практике изучены еще недостаточно глубоко. Чаще наблюдается проявление неблагоприятного влияния повышения количества перлита и усиление степени влияния перлита с уменьшением зерна стали.
В настоящей работе при анализе влияния высокотемпературного воздействия на свойства стали необходимо также учитывать, что воздействие температуры 2500 С соответствует процессу искусственного старения, температуры от 250 до 5000 С приводит по сути к низкотемпературному отпуску, т.е. уменьшает внутренние напряжения.
Воздействие температуры в диапазоне 250 - 5000 С плюс пластическая деформация в виде циклики соответствует термомеханической обработке (своего рода стабилизации), что может привести к повышению условного предела прочности и текучести, а) б) % % 30 20 10 0 Тип Тип 1 2 3 1 2 Рис. 5. Статистика содержания объемной доли перлитной фазы в образцах разного типа ( - исходные, 2 - без защиты и 3 - с защитой): а) до циклики, б) после циклики а) б) d (max), d(max), мкм мкм Тип Тип 1 2 1 2 Рис. 6. Статистика максимальной величины зерна перлитной фазы в образцах разного типа (1 - исходные, 2 - без защиты и 3 - с защитой): а) до циклики, б) после циклики а) б) HV HV 300 Тип Тип 1 2 1 2 Рис. 7. Статистика величины микротвердости (HV) в образцах разного типа (1 - исходные, 2 - без защиты и 3 - с защитой): а) до циклики, б) после циклики повышению релаксационной стойкости стали. Кроме того, термоупрочненная сталь Ст.3 в условиях воздействия температуры в диапазоне 200 - 5000 С обладает большой несущей способностью и более надежна в условиях дальнейшей работы при повышенной температуре, что связано с развитием процессов дисперсионного твердения. Температура на поверхности стали с огнезащитным покрытием при температурном воздействии 7000С и выдержке 2 часа не превышала 350-3800С. В этом диапазоне времени прочностные характеристики снижаются незначительно.
Однако для диапазона температур воздействия свыше 5000С процессы разупрочнения идут достаточно быстро.
Четвертая глава посвящена разработке огнезащитного состава для древесины и материалов на его основе и изучению его свойств.
Подбор состава проводился по известной схеме «вяжущее» + «вспучивающаяся добавка» + «специальный наполнитель» (табл. 1).
Таблица Уровень варьирования параметров подбора оптимального состава ОЗС Содержание Уровень варьирования компонентов, % масс.
Графит 5, 7.5, 10, 12.5, 15, 17.5, Кремнефтористый натрий 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5, 5. Оксид алюминия 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5, 5. В качестве вяжущего выбран силикат натрия. Силикат натрия применяется при изготовлении кислотоупорных и жаростойких бетонов, силикатных красок. Известное свойство силиката натрия отдавать воду при действии повышенных температур дало основание для использования его и как компонента, обеспечивающего вспучивание.
Для изучения влияния плотности силиката натрия на огнезащитную эффективность были проведены испытания образцов толщиной покрытия около 0,3-0,4 мм с плотностью силиката натрия от 1,3 до 1,5 г/см3 шагом 0,05 г/см3.
Результаты при температуре защищаемой поверхности 4000С приведены в табл.2.
Таблица Влияние плотности силиката натрия на огнезащитную эффективность Плотность натриевого Потеря массы Максимальная жидкого стекла, г/см3 образцов, % температура, 0С 1,30 12,7 1,35 8,4 1,40 8,1 1,45 7,8 1,50 6,9 Как видно из табл. 2, для обеспечения требуемых значений огнезащитной эффективности необходимо использование силиката натрия плотностью не ниже 1,35 г/см3.
В качестве вспучивающейся добавки в составе огнезащитного покрытия введен графит, который при действии высоких температур вспучивается в размере от 8 до 240 раз и при взаимодействии с силикатом натрия набухает.
При оптимизации компонентного состава предполагаемого покрытия было рассмотрено относительное содержания графита к жидкому стеклу от до 20% масс. Содержание графита более 15% не целесообразно по экономическим и технологическим соображениям. Увеличение количества графита в общей массе приводит к резкому загустеванию и повышению себестоимости огнезащитного покрытия.
Исследованы и приведены результаты по изучению влияния отвердителя на прочностные свойства огнезащитного покрытия.
Наиболее известным отвердителем для силиката натрия является кремнефтористый натрий.
Для исследования были приготовлены образцы огнезащитного покрытия с содержанием кремнефтористого натрия 5, 15 и 20 % масс.
(табл.3).
Таблица Потеря массы образца в зависимости от содержания кремнефтористого натрия в огнезащитном составе Номер Содержание кремнефтористого натрия, Потеря массы, образца % от массы силиката натрия % масс.
1 0 8, 2 5 8, 3 15 10, 4 20 12, Было сделано предложение о целесообразности использования кремнефтористого натрия до 3 % масс. только в тех случаях, когда технология производства работ по нанесению огнезащиты требует быстрого набора механической прочности покрытием при многослойном нанесении или последующей отделке покрытия (побелке и т. п.).
Наличие в огнезащитном составе кремнефтористого натрия в количестве до 3 % незначительно влияет на качественные показатели при высыхании покрытия и соответственно не сокращает сроки набора прочности, кроме того кремнефтористый натрий является антисептиком для древесины.
Образцы, содержащие кремнефтористый натрий и оксид алюминия от 15 до 20 % масс., в ходе испытания проявляли тенденцию к растрескиванию с потерей сплошности. Для такого типа разрушения характерно быстрое дальнейшее прогревание образцов свыше 300°С, т.е. после периода интенсивной дегидратации, когда значительное количество тепла затрачивается на испарение свободной воды и дегидратации гидросиликатов и добавок.
На основании результатов исследования был предложен новый состав огнезащитной краски (табл. 4). На предложенный огнезащитный состав ОЗК-Д- получен патент Российской Федерации (патент РФ № 2125075), проведен комплекс исследований по изучению огнезащитных свойств.
Таблица Состав огнезащитной краски ОЗК-Д- Компонент покрытия % масс.
Графит марки ГЛ-1 Кремнефтористый натрий Оксид алюминия Натриевое жидкое стекло (ГОСТ 13078-81) Результаты комплексного термического анализа (дериватографии) разработанной огнезащитной краски представлены на рис.8. Общие потери массы при динамическом нагреве со скоростью 5°С/мин составляют 7,6 %. В качестве компонентов, подвергающихся дегидратации (теряющих воду при нагревании) в составе покрытия явились жидкое стекло и графит. Нагревание графита сопровождается потерей низкотемпературной воды в интервале температур от 100 до 400°С с двумя или тремя эндотермическими эффектами на кривой ДТА (см. рис.8).
В исследуемой пробе на дегидратацию графита наложилось обезвоживание силиката натрия, происходящее в несколько этапов: удаление абсорбированной воды, связанной гелем кремнекислоты и дегидратация гидросиликатов натрия.
Вероятно, эффект на приводимой дериватограмме (кривая ДТА) относится к дегидратации силиката натрия и графита.
Рис 8. Кривые термического анализа образца огнезащитного покрытия по дереву ОЗK-D-1:
1 - ТГ-кривая (потеря массы);
2 - ДТГ-кривая (скорость потери массы);
3 - ДТА-кривая (теплота реакции).
атмосфера воздушная стационарная, скорость нагрева – 20 оC Для определения сохранения огнезащитной эффективности огнезащитного покрытия в процессе эксплуатации применили ускоренный метод старения, согласно НПБ 251-98. Испытания проводили на 6 образцах.
Из них произвольным образом отобрали три основных образца, оставшиеся три образца приняли контрольными.
На трех контрольных образцах определяли огнезащитные свойства.
Три основных образца последовательно выдерживали 8 ч в сушильном шкафу при температуре 60 ± 5°С, 16 ч в эксикаторе с относительной влажностью воздуха 100 % при нормальной температуре, 8 ч в сушильном шкафу при температуре 60 ± 5 °С, 16 ч в нормальных условиях. Эти операции составляют один цикл (48 ч). Испытания включали семь циклов по указанной схеме. Во время испытания велось наблюдение за состоянием покрытия. По истечении указанного срока образцы выдержали в нормальных условиях не менее 48 ч.
Определили огнезащитные свойства по формуле ( m1 m2 ) P=, m где m1 - масса образца до испытания, г;
m2 - масса образца после испытания, г.
Покрытие считается выдержавшим испытание на устойчивость к старению, если сохраняется его целостность (отсутствуют трещины, разрушения, отслаивания и т. д.) и огнезащитные свойства при этом снижаются не более чем на 20 % от значений, определенных для контрольных образцов. Результаты испытаний показаны в табл. Таблица Результаты испытаний на устойчивость к старению краски ОЗК-Д- Номер Потеря массы Средняя потеря Масса, г образца образца массы образцов для испыта- до перед после г г % % ний обработки испытанием испытания Основные (состаренные) образцы 13, 1 121,3 136,4 123,3 9, 13,1 9, 13, 2 124,1 139,5 126,5 9, 13, 3 123,7 138,3 125,1 9, Контрольные образцы 11, 4 122,5 137,2 126,2 8, 11,4 8, 11, 5 123,4 138,9 127,3 8, 11, 6 126,1 141,8 130,2 8, Как видно из табл. 5, огнезащитные свойства снизились на 16 %, это указывает на то, что предложенная краска гарантирует срок эксплуатации не менее 5 лет (ТУ 5717-001-226265-10-99).
Параметры воспламеняемости материала определены по ГОСТ 30402-96.
Чтобы определить параметры воспламеняемости материала при заданных стандартом уровнях, воздействовали на поверхность образца лучистым тепловым потоком от 10 до 50 кВт/м 2 и пламенем от источника зажигания.
Испытания проводили на 15 образцах, имеющих форму квадрата со сторонами 165 мм. Перед испытанием образцы кондиционировались до достижения постоянной массы при температуре 23 ± 2 o С и относительной влажности 50 ± 5%.
Усредненные результаты экспериментов по определению групп воспламеняемости образцов древесины приведены в табл. 6.
Таблица Результаты испытаний на определение группы воспламеняемости Номер Темпе- Плотность Время Результаты образца ратура, теплового испытания испытания о С потока, кВт/м 15 мин. Вспучивание, пламенного 1 501 горения не возникает 203 с Вспучивание, растрескивание, 2 576 пламенное горение 185 с Вспучивание, растрескивание, 3 610 пламенное горение Древесина, покрытая огнезащитной краской ОЗК-Д-1, относится к группе В2 согласно ГОСТ 30402-96 и по классификации СНиП 21-01-97*-к умеренновоспламеняемой.
Определение распространения пламени по поверхности производили по ГОСТ 30444-97.
Испытания проводили на 5 образцах древесины размером 1100х250мм, покрытых огнезащитной краской ОЗК-Д-1 согласно инструкции по ее применению. Образцы кондиционировали при температуре (20±5)°С и относительной влажности (65±5) % не менее 72 ч.
Результаты испытаний приведены в табл. 7 (1-образцы древесины размерами 1100х250х25 мм, покрытые огнезащитной краской ОЗК-Д-1 (ТУ 5717-001-226265510-99);
2-образцы древесины размерами 1100х250х25 мм без покрытия) (рис.9).
образец образец Рис.9. Образцы после сравнительных испытаний на распространение пламени Таблица Результаты сравнительных испытаний на определение группы распространения пламени по поверхности Номер Время до Величина КППТП* образца воспламене- распростране- кВт/м ния образца, ния пламени по Примечание с образцу, мм Вспучивание через 10 с, потемнение краски в более 1 - месте воздействия пламени горелки Через 30 с – пиролиз древесины, 2мин 50 с – образование пористого угля, после 2 1 466 выключения горелки горение продолжалось * КПППТ- критическая поверхностная плотность теплового потока Древесина, покрытая огнезащитной краской ОЗК-Д-1, в соответствии с ГОСТ 30444-97 относится к группе РП 1, а по классификации СНиП 21-01 97* к нераспространяющим пламя.
Окончательным результатом проведенных исследований огнезащитной эффективности краски ОЗК-Д-1 явились сертификационные испытания, результаты которых приведены в табл.8.
Таблица Результаты сертификационных испытаний огнезащитной краски ОЗК-Д- Расход Номер Потеря массы Масса, г образца огнезащит образца ного для покрытия, испыта- до после перед после г % ний кг/м2 обработки обработки испытанием испытания 10, 1 0,480 118,9 133,6 125,9 115,1 8, 10, 2 0,503 120,3 135,7 129,4 118,9 8, 11, 3 0,484 124,6 139,4 133,7 122,5 8, 11, 4 0,490 130,2 145,2 138,3 127,1 8, 11, 5 0,500 122,4 137,7 130,4 118,7 9, 12, 6 0,487 129,3 144,2 137,9 125,7 8, 11, 7 0,493 127,5 142,6 135,1 123,8 8, 12, 8 0,497 124,7 139,9 132,6 120,6 9, 10, 9 0,487 125,3 140,2 132,9 122,1 8, 12, 10 0,493 128,1 143,2 136,3 124,3 8, Средняя потеря массы образцов 11,4 8, В соответствии с НПБ 251-98 огнезащитная краска для деревянных конструкций марки ОЗК-Д-1 (ТУ 5717-001-226265-10-99) относится к средствам, обеспечивающим I группу огнезащитной эффективности при расходе 0,5 кг/м2 без учета потерь.
ВЫВОДЫ 1. Разработан огнезащитный состав краски для деревянных конструкций ОЗК-Д-1, обеспечивающий I группу огнезащитной эффективности, который по ГОСТ переводит древесину в группу 30402- воспламеняемости В2 и по ГОСТ 30444-97 в группу распространения пламени РП 1 Увеличение огнезащитной эффективности краски ОЗК Д-1 связано с увеличением времени дегидратации компонентов в составе огнезащитной краски.
2. Установлено, что при циклических испытаниях наибольшее количество циклов до разрушения показали образцы с защитой на основе силикатов, которые выдерживают в три раза больше циклов по сравнению с образцами исходными и без защиты. Способствующим существенному повышению циклических свойств образцов с защитой по сравнению с образцами исходными и без защиты оказалось понижение величины микротвердости после высокотемпературного воздействия и высокая статистическая однородность по образцам.
3. Огнезащитная краска ОЗК-Д-1 прошла сертификационные испытания.
Выдан сертификат пожарной безопасности, сертификат соответствия и гигиенический сертификат, получен патент РФ № 2125075.
4. Огнезащитная краска ОЗК-Д-1 внедрена на строительных и промышленных объектах нефтегазового комплекса Республики Башкортостан.
Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:
1. Патент РФ № 2125075 на огнезащитный состав ОЗК-Д-1 Ф.Ш. Хафизов, А.Р.Хузиев, Ю.М.Абызгильдин, Р.М.Махмутов, Г.З.Нафиков, Ф.Н.Сулейманов, В.В.Манаев;
Российское агентство по патентам и товарным знакам.
2. Петров В.М., Сулейманов Ф.Н.//Обеспечение промышленной безопасности производственных объектов топливно-энергетического комплекса Республики Башкортостан: Матер. Второго науч.-техн. сем. Уфа: УГНТУ, 1999.-С. 56-60.
3. Хафизов Ф.Ш., Хузиев А.Р., Сулейманов Ф.Н.// Десять лет эксперимента на кафедре МАХП: некоторые результаты: Сб. тез. и науч. ст.- Уфа:
УГНТУ, 1997.-С. 91-92.
4. Сулейманов Ф.Н., Хафизов Ф.Ш., Шарафиев М.Р., Хабиев М.А.
Обеспечение безопасности промышленных предприятий автоматическими установками пожарной сигнализации//Матер.V Междунар. научн.-техн. конф. при V Междунар. специализир. выставке «Строительство, архитектура, коммунальное хозяйство-2001». Уфа:
УГНТУ, 2001.-С. 66-68.
5. Юминов И.П., Сулейманов Ф.Н., Хасанов Ф.С. Огнестойкость деревянных конструкций//Науч. тр. III конгресса нефтепромышленников России. – Уфа: Реактив, 2001. - С.275-277.
6. Хафизов Ф.Ш., Хузиев А.Р., Сулейманов Ф.Н., Юминов И.П.
Повышение надежности огнезащищенных металлоконструкций// II Всеросс. науч.-техн. конф. «Техническая диагностика, промышленная и экологическая безопасность».- Уфа, 1996.- С.92.
Соискатель Сулейманов Ф.Н.
Фонд содействия развитию научных исследований Лицензия ЛР № 030678 от 22.01. Подписано к печати 22.11.2001. Бумага ксероксная. Тираж 100 экз. Зак. Отпечатано по методу ризографии