Повышение огнестойкости металлических конструкций объектов нефтегазовой отрасли применением вспучивающихся красок тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.26.03, кандидат технических наук Халилова, Регина Асхатовна

• Халилова, Регина Асхатовна
• кандидат технических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат технических наук Халилова, Регина Асхатовна

Введение.

ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТРЕБУЕМОЙ ОГНЕСТОЙКОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ.

1.1 Металлы, сплавы и их поведение в условиях пожара.

1.1.1 Особенности состава, строения и свойств строительных сталей.

1.1.2 Характеристика и классификация сталей.

1.1.3 Стали, применяемые в строительстве. Стальные изделия и конструкции.

1.1.4 Поведение металлов и сплавов в условиях пожара.

1.2 Огнезащита в системе пожарной безопасности зданий и сооружений

1.2.1 Роль огнезащиты в повышении огнестойкости строительных конструкций различных типов.

1.2.2 Способы огнезащиты.

1.2.3 Технологии огнезащиты.

1.2.4 Огнезащитные вспучивающиеся краски.

1.2.5 Компоненты средств огнезащиты.

ГЛАВА 2 МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1 Исследование огнезащитной эффективности.

2.1.1 Образцы для испытаний.

2.1.2 Условия нанесения огнезащитных покрытий на образцы.

2.1.2 Оценка результатов испытаний.

2.1.3 Протокол испытания.

2.2 Оценка остаточного ресурса металлических конструкций после огневого воздействия.

2.2.1 Методика расчета малоцикловой прочности.

2.2.2 Установка для испытаний на малоцикловую усталость.

2.2.3 Устройство для определения момента излома образца и подсчета числа циклов до разрушения.

2.2.4 Изготовление образцов.

2.2.5 Методика проведения испытаний.

2.3 Рентгеноструктурный анализ.

2.4 Рентгеноспектральный анализ.

2.5 Методы исследований параметров микроструктуры и механических свойств стали.

ГЛАВА 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ОГНЕЗАЩИТНЫХ ВСПУЧИВАЮЩИХСЯ КРАСОК.

3.1 Определение огнезащитной эффективности вспучивающихся покрытий.

3.2 Исследование динамики вспучивания состава на защищаемой поверхности.

3.3 Исследование технологии нанесения огнезащитного покрытия.

3.4 Испытания на малоцикловую усталость.

3.5 Рентгеноструктурный анализ.1.

3.6 Рентгеноспектральный анализ.

3.7 Влияние огнезащитных покрытий на микроструктуру и циклические свойства конструкционной стали Ст. 3 в условиях воздействия высокой температуры.

3.7.2 Результаты исследований.

ГЛАВА 4 РАСЧЕТ ОГНЕСТОЙКОСТИ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ.

4.1 Объект исследования.

4.2 Расчет пределов огнестойкости несущих металлических конструкций

4.2.1 Расчет температуры прогрева металлических конструкций при воздействии «стандартного» пожара.

4.2.2 Расчет несущей способности металлических конструкций при воздействии «стандартного» пожара.

4.3 Расчет фактического предела огнестойкости колонны К-102.

4.4 Расчет фактического предела огнестойкости шахтной лестницы.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение огнестойкости металлических конструкций объектов нефтегазовой отрасли применением вспучивающихся красок»

Актуальность темы

Развитие и интенсификация нефтегазовой отрасли в современных условиях сопровождаются ростом числа аварийных ситуаций, приводящих к возгоранию или взрыву углеводородных веществ. Повышение. пожаровзрывобезопасности нефтеперерабатывающих комплексов является важнейшей составной частью обеспечения защищенности населения от угроз техногенного и экологического характера [1].

Сооружения на объектах нефтегазовой отрасли изготавливаются, как правило, из углеродистой стали различных марок, которая отличается высокой теплопроводностью. Это приводит к тому, что в условиях пожара незащищенные металлические конструкции быстро прогреваются до температур, превышающих 400-500°С. Под воздействием этих температур и нормативной нагрузки интенсивно развиваются температурные деформации, что ведет к быстрому разрушению сооружения (в пределах всего 0,12-0,25 часа). Повышение предела огнестойкости конструкций, т. е. времени от начала воздействия пожара до наступления предельного состояния (для металлических сооружений - потери несущей способности) до требуемого уровня достигается применением огнезащиты [2-4].

Применяемые для огнезащиты обычные (невспучивающиеся) материалы, как правило, занимают дополнительный объем и увеличивают за счет собственной массы нагрузку на защищаемую конструкцию. Кроме того, средства огнезащиты должны не только обеспечивать защиту конструкции от внешнего огневого воздействия, но и обладать адгезией к подложке материала конструкции, долговечностью в нормальных условиях эксплуатации, технологичностью при изготовлении и нанесении на защищаемую конструкцию. Этим требованиям соответствуют вспучивающиеся огнезащитные составы, огнезащитный эффект которых основан на образовании при тепловом воздействии пористой массы с низкой теплопроводностью, которая препятствует притоку тепла к защищаемой поверхности. Вспучивающиеся краски являются одним из наиболее интенсивно развивающихся направлений в области разработки составов для огнезащиты металлических конструкций. Высокая эффективность, возможность использования индустриальных методов нанесения составов на поверхность конструкций обусловливает повышенный интерес к ним. Таким образом, проблема разработки и исследование вспучивающихся красок с повышенными теплозащитными свойствами является весьма актуальной.

Цель работы

Целью диссертационной работы является повышение пожарной безопасности металлических конструкций путем разработки и применения огнезащитных вспучивающихся покрытий.

Задачи исследования:

- провести лабораторные исследования предела огнестойкости стальных образцов с различной толщиной огнезащитных покрытий;

- оценить прочностные характеристики стальных образцов с огнезащитным покрытием на малоцикловую устойчивость;

- проанализировать атомную структуру и химический состав поверхности стальных образцов с огнезащитным покрытием рентгенографическими методами;

- изучить структурные составляющие стальных образцов с огнезащитным покрытием после температурного воздействия при помощи металлографического анализа.

Научная новизна

1 Предложена композиция огнезащитной вспучивающейся краски и разработан алгоритм ее нанесения в зависимости от оптимального соотношения толщины и времени покрытия, позволяющий получить послойное вспучивание при огневом воздействии, что обеспечивает увеличение предела огнестойкости металлических конструкций.

2 Установлено, что покрытие металлических конструкций огнезащитной вспучивающейся краской позволяет изменить поверхностную структуру металла благодаря диффузии компонентов состава (алюминия и кремния) в условиях высоких температур, повысив тем самым усталостную прочность и огнестойкость.

Практическая ценность

1 Предложенная композиция огнезащитной вспучивающейся краски и технология ее нанесения применяются ООО «Строительная фирма № 2» для проведения огнезащитных работ.

2 Результаты диссертационной работы используются в обучении студентов специальности 280104 «Пожарная безопасность» ГОУ ВПО УГНТУ по дисциплине «Здания, сооружения и их устойчивость при пожаре» (определение огнестойкости строительных материалов и прочностных характеристик металлов с огнезащитными покрытиями).

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на Международной научно-практической конференции «Промышленная безопасность на взрывопожароопасных и химически опасных производственных объектах» (г. Уфа, 2008 г.); Всероссийском конкурсе инновационных проектов студентов, аспирантов и молодых ученых вузов Российской Федерации «Обеспечение промышленной безопасности на взрывопожароопасных и химически опасных производственных объектах» (г. Уфа, 2007 г.); 56-й научно-технической конференции студентов, аспирантов, молодых ученых УГНТУ «Промышленность. Экология. Безопасность» (г. Уфа, 2005 г.).

Публикации

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 6 печатных работах, в том числе 1 статья в рецензируемом научном издании из перечня ВАК Минобразования и науки РФ.

Заключение диссертации по теме «Пожарная и промышленная безопасность (по отраслям)», Халилова, Регина Асхатовна

выводы

1 Предложены композиция огнезащитной вспучивающейся краски и алгоритм нанесения покрытия, которые обеспечивают повышение предела огнестойкости защищаемых металлических конструкций до трех часов.

2 Установлено, что при циклических испытаниях наибольшее количество циклов до разрушения показали образцы с нанесенной краской, чем исходные образцы и образцы без защиты после огневого воздействия.

3 Выявлено на основе рентгенографического анализа, что повышение усталостной прочности достигается использованием огнезащитной вспучивающейся краски за счет диффузии алюминия и кремния из состава покрытия в поверхностный слой материала образца при воздействии высоких температур. Кроме того, изменение структуры поверхностного слоя за счет проникновения элементов вспучивающейся краски повышает огнестойкость стальной конструкции.

4 Показано, что применение огнезащиты позволяет сохранить исходную внутреннюю структуру металла.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Халилова, Регина Асхатовна, 2008 год

1. Абросимов А.А. Экология переработки углеводородных систем: Учебник/ Под ред. М.Ю. Долматова, Э.Г. Теляшева. М.: Химия, 2002. -608 с.

2. Клубань B.C., А.П. Петров Пожарная безопасность предприятий промышленности и агропромышленного комплекса. — М.: Стойиздат, 1987. -477 с.

3. Баратов А.Н. Пожарная безопасность.- М.: 1997. 160 с.

4. Шароварников А. Ф., Молчанов В. П., Воевода С. С., Шароварников С. А. Тушение пожаров нефти и нефтепродуктов. -М.: Калан, 2002 . 437 с.

5. Вихман Г.Л., Круглов С.А. Основы конструирования аппаратов и машин нефтеперерабатывающих заводов. Учебник для студентов вузов. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1978. 328 с.

6. Строение и свойства конструкционных материалов/ Под ред.

7. B.М.Качалова. — М.: Изд-во МЭИ, 1992. 96 с.

8. Конструкционные материалы в энергетике / Под ред. В.М. Качалова. -М.: Изд-во МЭИ, 1992. 102 с.

9. Соколовский П.И. Арматурные стали. М., 1996.

10. Конструкционные материалы в энергетике / Под ред. В.М. Качалова. — М.: Изд-во МЭИ, 1992. 102 с.

11. Васильев А.А. Металлические конструкции. М.: Стройиздат, 1979.1. C. 25-37, 156-160.

12. Мосалков И.Д., Плюснина Г.Ф., Фролов А.Ю. Огнестойкость строительных конструкций. — М.: ЗАО «Спецтехника», 2001. 496 с.

13. Здания, сооружения и их устойчивость при пожаре: Учебник/ В.Н. Демехин и др. -М.: Академия ГПС МЧС России, 2003. 656 с.

14. Строительные нормы и правила. Пожарная безопасность зданий и сооружений. СНиП 21-01-97*. М.: Госстрой России, 1997. 15 с.

15. Страхов В.JI., Крутое A.M., Давыдкин Н.Ф. Огнезащита строительных конструкций / Под ред. Ю.А. Кошмарова. М.: ТИМР, 2000. - 433 с.

16. Голованов В.И., Пехотиков А.В., Павлов В.В. Обеспечение огнестойкости несущих строительных конструкций — М.: Пожарная безопасность. -2002.- №3. С. 48.

17. Романенков И.Г., Левитес Ф.А. Огнезащита строительных конструкций. М.: Стройиздат, 1991. 320 с.

18. Ройтман В.М. Инженерные решения по оценке огнестойкости проектируемых и реконструируемых зданий. — М.: Ассоциация «Пожарная безопасность и наука», 2001. 382 с.

19. Страхов В.Л., Кругов A.M., Давыдкин Н.Ф. Огнезащита строительных конструкций/ Под ред. Ю.А.Кошмарова. — М.: Информационно-издательский центр «ТИМР», 2000. 433 с.

20. Собурь С.В. Огнезащита строительных материалов и конструкций: Справочник. -М.: Спецтехника, 2001.-112 с.

21. Филимонов В.П. Тенденция развития рынка материалов для пассивной огнезащиты // Пожаровзрывобезопасность. — 2003. — № 4. — С.49-55.

22. Современные способы и средства огнезащиты строительных конструкций // Пожаровзрывобезопасность. 2002. — № 4. - С.93-95.

23. Можарова Н.П. О целесообразности применения отечественных огнезащитных материалов // Пожаровзрывобезопасность. — 2004. № 2. — С.15-17.

24. Корольченко А.Я., Корольченко О.Н. Средства огнезащиты. Справочник. М.: Пожнаука, 2006. - 258 с.

25. ГОСТ Р 12.3.047-98 ССБТ. Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля

26. Пат. 2174527 Россия, МПК 7c09d5/18,131/04,133/00 Огнезащитная вспучивающаяся краска/ Потапова Е.В.; ЗАО «Экземпляр»-№2001106493/04; Заявлено 13.03.2001; Опубл. 10.10.2001.

27. Пат. 2160296 Россия, МПК 1С 09D 1/02, 5/18 Огнезащитная композиция для покрытия металлоизделий / Гречман А.О., Гречман Т.А.; ООО «ТЦПБ»- № 99113180/04; Заявлено 29.06.1999; Опубл. 10.12.2000.

28. Пат. 2140400 Россия, МПК 6 С 04 В 28/261/С04 В 111:28, С 09 D 5/18,С 09 К 21/02 Огнезащитный состав для бетона, металла и дерева «Файрекс» / Кривцов Ю.В., Ладыгина И.Р.; № 98122889/03; Заявлено 23.12.1998; Опубл. 27.10.1999.

29. Голованов В.И. Классификация и методы оценки огнестойкости подвесных потолков / Голованов В.И., Павлов В.В., Пехотиков А.В. // Пожарная безопасность 95: Материалы XIII научно-практической конференции. М.: ВНИИПО, 1995. - С. 344-345.

30. Пехотиков А.В. Новые виды огнезащиты и методы определения огнестойкости стальных несущих конструкций / Пехотиков А.В., Голованов

31. B.И., Павлов В.В. // Проблемы горения и тушения пожаров на рубеже веков: материалы XV научно-практической конференции. М.: ВНИИПО, 1999.1. C. 132-135.

32. Голованов В.И. Огнестойкость многопустотных железобетонных панелей перекрытий с различными видами огнезащиты / Голованов В.И.,

33. Павлов В .В., Пехотиков А.В. // Пожарная безопасность. 1999.- №2. — С. 5765.

34. Голованов В.И. Огнезащита многопустотных железобетонных перекрытий / Голованов В.И., Пехотиков А.В., Ерохов K.JI. // Пожарное дело. -2000.-№4.-С. 41-43.

35. Пехотиков А.В. Расчет необратимых деформаций несущих стальных конструкций с огнезащитой // Пожары и окружающая среда: материалы XVII научно-практической конференции. М.: ВНИИПО, 2002. — С. 164-166.

36. Голованов В.И. Экспериментальное исследование огнестойкости фальшполов / Голованов В.И., Павлов В.В., Пехотиков А.В. // Пожары и окружающая среда: материалы XVII научно-практической конференции. М.: ВНИИПО, 200. С. 166-167.

37. Пехотиков А.В. Расчет огнестойкости конструкций из стали с повышенными показателями огнестойкости для объектов нефтегазовой промышленности / Пехотиков А.В., Голованов В.И., Павлов В.В. // Территория «Нефтегаз». 2007. — № 4. - С. 72-77.

38. Яковлев А.И., Ройтман В.М. Огнестойкость строительных конструкций: Учебн. Пособие. М.: МИСИ, 1979. - 114 с.

39. Ройтман М.Я. Противопожарное нормирование в строительстве. — М.: Стройиздат, 1985.-390 с.

40. Roitman V.M. Fire testing of Bilding Materials in View of the Moisture Factor. — First European Symposium of Fire Safety Sicience (Abstracts). Zurich? ETH. 1995.-p.p. 135-136.

41. Бушев В.П., Пчелинцев B.A., Федоренко B.C., Яковлев А.И. Огнестойкость зданий. М.: Стройиздат, 1986. - 224 с.

42. Cullis C.F., Hirshchler М.М. The combustion of organic polymers , Oxford, 1981, P. 417.

43. Hi Lb 236-97. Огнезащитные составы для стальных конструкций. Общие требования. Метод определения огнезащитной эффективности.

44. СНиП 2.03.11-85 Защита строительных конструкций от коррозии. Поверхность образцов с антикоррозионным грунтом должна быть сухой, обеспыленной и обезжиренной

45. Испытания при малоцикловом нагружении. II Научно-техническое сотрудничество стран СЭВ: Методические указания. М.: МЦНТИ, 1986.-88с.trb

46. Кудрявцев И.В., Наумченков Н.Е. Усталость сварных конструкций. М.: Машиностроение, 1976. - С. 26-51.

47. ГОСТ 23.207-78. Сопротивление усталости. Основные термины, определения и обозначения. — М.: Государственный комитет СССР по стандартам, 1978.— 51 с.

48. Романов А.Н. Разрушение при малоцикловом нагружении. М.: Наукова думка, 1988.-324 с.

49. ГОСТ 2860-65. Металлы. Методы испытания на усталость. М.: Государственный комитет СССР по стандартам, 1978. - 42 с.

50. Терентьев В.Ф. Циклическая прочность механических материалов: Учебное пособие. Уфа: УГНТУ, 2001.- 105 с.

51. Махутов Н.А. и другие. Прочность конструкций при малоцикловом нагружении. М.: Наука, 1983.- 270 с.

52. ГОСТ 25.502-79 Расчеты и испытания на прочность в машиностроении. Методы механических испытаний металлов. Методы испытаний на усталость. Введ. Пост. Государственного комитета СССР по стандартам от 30 октября 1979 г. № 4146.

53. ГОСТ 8.207-76, Прямые измерения с многократными наблюдениями, Методы обработки результатов наблюдений. М.: Изд-во стандартов, - 1978. -31 с.

54. Жданов Г.С. Физика твёрдого тела. М.: Изд-во «Наука», 1962. - С. 156-186.

55. Блохин М.А., Физика рентгеновских лучей, 2 изд. М.: Изд-во «Полиграф», 1957. - С. 29-31.

56. Шишаков Н.А., Основные понятия структурного анализа. М.: Химия, 1961.-366 с.

57. Бокай Г.Б., Порай-Кошиц М.А., Рентгеноструктурный анализ. М.: Промышленность, 1964. — 215 с.

58. Блохин М.А., Методы рентгеноспектральных исследований. М.: Химия, 1959.-С. 289-311.1. А?

59. Ванштейн Э.Е., Рентгеновские спектры атомов в молекулах химических соединений и в сплавах. M.-JI: Физика,1950. - 322 с.

60. Бунин К.П., Баранов А.А. Металлография. М.: Металлургия, 1970. — 380 с.

61. Бочвар А.А. Металловедение. М.: Металлургия, 1956. - 235 с.

62. Лившиц М.А. Металлография. М.: Металлургия, 1994. - 375 с.

63. Астахова И.Ф. Развитие полевого моделирования пожара в помещении и теории огнестойкости в России / Астахова И.Ф., Молчадский И.С. // Пожаровзрывобезопасность. 1999. - № 1. - С. 47-56.

64. Исаков Г.Н. Моделирование тепло- и массопереноса в многослойных тепло- и огнезащитных' покрытиях при взаимодействии с потоком высокотемпературного газа / Исаков Г.Н., Кузин А.Я. // Физика горения и взрыва. 1998. - 34, № 2. - С. 82-89.

65. Страхов В.Л. Математическое моделирование работы и определение комплекса характеристик вспучивающейся огнезащиты / Страхов В.Л., Гаращенко А.Н., Рудзинский В.П. // Пожаровзрывобезопасность. 1997. - № 3.-С. 21-30.

66. Страхов В.Л. Математическое моделирование работы огнезащиты, содержащей в своем составе воду / Страхов В.Л., Гаращенко А.Н., Рудзинский В.П. // Пожаровзрывобезопасность. 1998.- № 2. - С. 12-19.У

67. Еремина Т.Ю. К вопросу оценки коэффициента эффективной теплопроводности вспученных составов / Еремина Т.Ю., Бессонов Н.М., Дьяченко П.В. //Пожаровзрывобезопасность. 2002. - № 5. - С. 13-18.

68. Еремина Т.Ю. Модель оценки огнезащитной эффективности вспучивающихся водосодержащих составов / Еремина Т.Ю., Бессонов Н.М. // Пожаровзрывобезопасность. 2000. - № 3. - С. 17-20.

69. Новиков И.И. Теория термической обработки металлов. — М.: Металлургия, 1986. 533 с.

70. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов. — М.: Металлургия, 1993. 403 с.

71. Металловедение и термическая обработка стали: Справочник. Т. 1-3. / Под ред. М.Л.Берштейна, А.Г. Рахштадта. -М.: Металлургия, 1983. 352 с.

72. Д.К. Чернов и наука о металлах, под ред. Н. Т. Гудцова. Л.-М.: Наука 1950. -233 с.

73. Тыркель Е. История развития диаграммы железо-углерод/ пер. с польск. -М.: Наука, 1968. -267 с.

74. Новиков И.И. Теория термической обработки металлов. — М.: Металлургия, 1986. 322 с.

75. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов. — М.: Металлургия, 1993. 423 с.

76. Волчок И.П., Сопротивление разрушению стали и чугуна. — М.: Металлургия, 1993. 192 с.

77. Энтин Р. И. Превращения аустенита в стали. — М.: Металлургия, 1960. -278 с.

78. Чернявский К.С., Стереология в металловедении. М.: Металлургия, 1977.-279 с.

79. ГОСТ 5639-82, Стали и сплавы. Методы выявления и определения величины зерна. — М.: Изд-во стандартов, 1994. —23 с.

80. Салтыков С.А. Стереометрическая металлография, 3-е изд., перераб. и доп. М.: Металлургия, 1970. - 375 с.

81. Кугушин А.А., Узлов И.Г., Калмыков В.В., Мадатян С.А., Ивченко А.В., Высокопрочная арматурная сталь. М.: Металллургия, 1986, - 272 с.

82. Яковлев А.И. Расчет огнестойкости строительных конструкций. М.: Стройиздат, 1988. - 143 с.

83. Cagliostro D. Е.Jnlumescent coating modeling./ Cagliostro D. E. Riccitielio S. K., Clare K. J. // J. Fire and Flammable. 1975, №2. - p. 205-291.

84. Бартелеми Б., Крюппа Ж. Огнестойкость строительных конструкций / Пер. с франц.; Под ред. В.В. Жукова. М.: Стройиздат, 1990. - 112 с.

85. Романенков И. Г., Зигерн-Корн В.Н. Огнестойкость строительных конструкций из эффективных материалов. — М.: Изд-во Стройиздат, 1984.-С. 28-56.

86. Бартелеми Б., Крюппа Ж. Огнестойкость строительных конструкций. -М.: Стройиздат, 1985. С. 112-125.

87. Пособие по определению пределов огнестойкости конструкций, пределов распространения огня по конструкциям и групп возгораемости материалов. — М.: Стройиздат, 1985. 56 с.

88. Голованов В.И., Пехотиков А.В., Павлов В.В. Инженерный метод расчета огнестойкости стальных конструкций с огнезащитой из минераловатных плит «Rockwool Conlit» М.: Пожарная безопасность, -2006,-№4, С. 78-85.

89. Голованов В.И., Пехотиков А.В., Яйлиян Р.А., Павлов В.В. Расчет деформации стальных балок из сталей с повышенными показателями огнестойкости в условиях огневого воздействия — М.: Пожарная безопасность. 2006, - №5, С. 28-35.

90. Бетехтин В.И. Кинетика разрушения нагруженных материалов при переменной температуре / Бетехтин В.И., Ройтман В.М., Слуцкер А.И. Кадомцев А.Г. // Журнал технической физики. 1998. - № 11. - С. 76-81.