Пожарная опасность промышленных трубопроводов с тепловой изоляцией тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.26.03, кандидат технических наук Шарипова, Софья Анатольевна

• Шарипова, Софья Анатольевна
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Шарипова, Софья Анатольевна

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР.

1.1. Состояние вопроса по тепловой изоляции промышленных трубопроводов.

1.1.1. Классификация объектов тепловой изоляции.

1.1.2. Классификация теплоизоляционных материалов и изделий.

1.1.3. Характеристика материалов, используемых для тепловой изоляции промышленных трубопроводов.

1.1.4. Классификация конструкций тепловой изоляции.

1.2. Требования пожарной безопасности к промышленным трубопроводам с тепловой изоляцией.

1.3. Цель и задачи исследований.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ МАТЕРИАЛОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В КАЧЕСТВЕ ТЕПЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ТРУБОПРОВОДОВ.

2.1. Методы исследования.

2.2. Характеристика образцов.

2.3. Результаты опытов и их обсуждение.

3. ВЛИЯНИЕ ПОЖАРА НА ТРУБОПРОВОДЫ С ТЕПЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ.

3.1. Методика крупномасштабных испытаний.

3.2. Характеристика конструкций теплоизолированных трубопроводов, использованных в экспериментах.

3.3. Результаты испытаний и их обсуждение.

3.4. Выводы (технические требования к маломасштабной установке).

4. РАЗРАБОТКА МАЛОМАСШТАБНОГО МЕТОДА ОЦЕНКИ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ ПРОМЫШЛЕННЫХ ТРУБОПРОВОДОВ С ТЕПЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ.

4.1. Основные требования к экспериментальной установке и методике проведения испытаний.

4.2. Методика проведения эксперимента.

4.2.1. Подготовка установки к работе.

4.2.2. Проведение испытаний.

4.3. Оценка погрешности экспериментального метода. 4.4. Оценка пожарной опасности теплоизолированных конструкций трубопроводов.

4.5. Характеристика конструкций теплоизолированных трубопроводов.

4.6. Результаты испытаний и их обсуждение.

4.7. Сопоставление результатов мало- и крупномасштабных экспериментов.

5. ИССЛЕДОВАНИЯ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ ТЕПЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ТРУБОПРОВОДОВ С СИСТЕМОЙ ПУТЕВОГО ЭЛЕКТРОПОДОГРЕВА.

5.1. Способы электроподогрева нефтепродуктов в трубопроводном транспорте

5.2. Система путевого электроподогрева лентами ЭНГЛ-180.

5.3. Система аксиального электроподогрева (АСЭ).

5.4. Изучение влияния систем путевого электроподогрева на пожарную опасность полимерной тепловой изоляции в режиме их нормальной работы

5.4.1. Характеристика электронагревателей.

5.4.2. Методика проведения испытаний.

5.4.3. Характеристика конструкций, использованных в экспериментах .131 V 5.4.4. Результаты огневых испытаний и их обсуждение.

5.5. Изучение возможных аварийных режимов систем электроподогрева и влияние их на пожарную опасность полимерной тепловой изоляции.

5.5.1. Методика испытаний.

5.5.2. Характеристика конструкций теплоизолированных трубопроводов, использованных в экспериментах.

5.5.3. Результаты огневых испытаний и их обсуждение.

5.6. Исходные требования на проектирование теплоизолированных трубопроводов с системой путевого электроподогрева.

5.7. Выводы.

6. ОБОСНОВАНИЕ ТРЕБОВАНИЙ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ К ТЕПЛОИЗОЛИРОВАННЫМ ПРОМЫШЛЕННЫМ

ТРУБОПРОВОДАМ.

6.1. Типы конструкций тепловой изоляции промышленных трубопроводов.

6.2. Предложения по применению конструкций полимерной тепловой изоляции для промышленных трубопроводов.

6.3. Требования по обеспечению пожарной безопасности промышленных трубопроводов с полимерной тепловой изоляцией и системой путевого электроподогрева.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Пожарная опасность промышленных трубопроводов с тепловой изоляцией»

Многообразие промышленных объектов на современном этапе развития выдвинуло проблему создания и использования высокоэффективных теплоизоляционных материалов, к числу которых относятся различные полимерные пеЛ нопласты, имеющие низкую плотность (от 20 до 100 кг/м ), низкую теплопроводность (0,025 до 0,5 Вт/(м °С)) и широкий температурный интервал применения (от -180 до +150 °С). Особенно высока их эффективность при использовании для тепловой изоляции оборудования и трубопроводов. Применение этих теплоизоляционных материалов позволяет по сравнению с минеральными повысить надежность и долговечность конструкций трубопроводов более, чем в три раза (срок службы 25 лет вместо 7), снизить теплопотери на 55-60 %, повысить на 16-17 % производительность труда и улучшить санитарно-гигиенические условия при производстве строительно-монтажных работ. По данным «Ассоциации производителей и потребителей трубопроводов с индустриальной полимерной изоляцией» (Программа «Энергоэффективность в жилищно-коммунальном строительстве») предполагается в 2002-2005 годах сэкономить за счет использования в системе ЖКХ труб с пенополиуретановой изоляцией 35-38 млн. тонн условного топлива энергоресурсов стоимостью 24 млн. рублей. В этом случае экономический эффект может составить около 14 млрд. рублей. В 2006-2010 годах экономия топливно-энергетических ресурсов в целом по стране в ЖКХ может достигнуть около 380 млн. тонн условного топлива. В связи с этим в настоящее время единственно правильным решением в части обеспечения задач по проблеме тепловой изоляции промышленных трубопроводов является широкое использование именно таких высокоэффективных полимерных материалов.

Естественно, встает вопрос об их пожарной опасности. Согласно существующим строительным нормам (СНиП 2.04.14-88) в качестве тепловой изоляции для промыпшенных трубопроводов разрешается применять в основном негорючие материалы. Область применения полимерных пенопластов, относящихся к горючим материалам, резко ограничена. Они могут использоваться только при покровном слое из оцинкованной стали для трубопроводов, содержащих горючие вещества с температурой минус 40°С и ниже, в наружных технологических установках. Однако следует отметить, что нормирование теплоизолированных конструкций только по показателю горючести материалов не всегда соответствует реальному уровню их пожарной опасности. Один и тот же материал ведет себя по-разному в зависимости от конкретных условий его эксплуатации, которые необходимо учитывать при применении полимерных материалов.

Кроме того, при использовании полимерных материалов в качестве тепловой изоляции не всегда учитываются специфические особенности конструкций. А именно: различные варианты сочетаний теплоизоляционного и защитно-покровного слоев, пространственное расположение конструкций, которое может быть не только горизонтальным, а также вертикальным и под углом к горизонту. В каждом из этих вариантов поведение теплоизолированных конструкций в условиях реального пожара будет различным.

Например, скорость распространения пламени по вертикали всегда больше, чем по горизонтали, так как интенсивные тепловые потоки, возникающие у фронта горения, способствуют нагреву вышележащих участков поверхности и отводят тепло от участков, расположенных по горизонтали. Толщина теплоизоляционного слоя так же влияет на пожарную опасность конструкций.

При малой толщине покровного слоя на скорость распространения пламени решающее влияние оказывает теплопроводность подстилающего слоя: горючие обои, наклеенные на бетонную стену или металл, практически не распространяют пламя, а наклеенные на древесину или пенобетон — распространяют.

Таким образом, в настоящее время отсутствует четкое дифференцированное нормирование признаков предельного состояния теплоизолированных конструкций трубопроводов, в зависимости от их функционального назначения. Поэтому для объективной оценки применимости полимерных материалов в качестве тепловой изоляции для промышленных трубопроводов необходимо разработать специальный метод, учитывающий все особенности их эксплуатации и позволяющий оценить количественные параметры достижения конструкциями предельного состояния в условиях реального пожара.

Целью данной работы является расширение области применения высокоэффективных полимерных материалов в качестве тепловой изоляции в промышленном трубопроводном транспорте и разработка рекомендаций по их применению.

Такой подход к решению данной проблемы согласуется и со СНиП 41-022003 «Тепловые сети» (п. 11.1), в которых новые материалы и конструкции допускаются к применению при положительных результатах испытаний, проведенных независимыми специализированными лабораториями.

Заключение диссертации по теме «Пожарная и промышленная безопасность (по отраслям)», Шарипова, Софья Анатольевна

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Проведен анализ состояния вопроса по тепловой изоляции промышленных трубопроводов и требований к ее пожарной безопасности. Установлено, что наиболее эффективной тепловой изоляцией является полимерная на основе газонаполненных пенопластов (пенополиуретановые, фенолформальде-гидные, изоциануратные, карбамидные и др.).

2. Дана комплексная оценка пожарной опасности материалов, рекомендуемых в качестве теплоизоляционных и защитно-покровных слоев промышленных трубопроводов.

3. Результаты проведенных крупномасштабных натурных огневых испытаний теплоизолированных трубопроводов в условиях, приближенных к реальному пожару, позволили установить закономерности распространения горения по промышленным трубопроводам и научно обосновать параметры достижения предельного состояния конструкциями трубопроводов с тепловой изоляцией. Главным критерием достижения теплоизолированной конструкцией предельного состояния является способность к распространению пламени, характеризующаяся степенью повреждения поверхности тепловой изоляции, временем ее самостоятельного горения и наличием теплового эффекта в процессе горения или тления.

4. На основании результатов исследований по п.З предложен новый подход к нормированию теплоизолированных конструкций трубопроводов по показателю пожарной опасности конструкции в целом с учетом ее эксплуатационных и конструктивных особенностей , а не по показателям горючести материалов ее составляющих.

5. Создана экспериментальная установка, разработаны маломасштабный метод и методические рекомендации по оценке пожарной опасности теплоизолированных конструкций трубопроводов с различными видами тепловой изоляции, позволяющие классифицировать конструкции на распространяющие и не распространяющие пламя.

6. На экспериментальной установке в соответствии с разработанной методикой были проведены исследования по оценке пожарной опасности теплоизолированных конструкций трубопроводов. Установлено, что в качестве тепловой изоляции промышленных трубопроводов могут использоваться различные по горючести теплоизоляционные и защитно-покровные материалы, в том числе и горючие полимерные пенопласты, которые в сочетании с негорючим либо горючим группы Г2 защитно-покровным слоем не способны распространять пламя по тепловой изоляции.

Полученные результаты дают основание утверждать - область применения высокоэффективных полимерных материалов в качестве тепловой изоляции в промышленном трубопроводном транспорте может быть расширена, что обеспечит значительный экономический эффект за счет повышения надежности и долговечности трубопроводов, снижения тепловых потерь, повышения производительности труда и улучшении санитарно-гигиенических условий при производстве строительно-монтажных работ.

7. Проведенными исследованиями влияния систем путевого электроподогрева на пожарную опасность полимерной тепловой изоляции установлено, что аксиальный и ленточный электроподогревы при нормальном режиме работы этих систем не повышают пожарную опасность изоляции.

Наиболее опасными аварийными режимами являются замыкание токо-проводящих жил нагревательной ленты на стенку трубопровода и возникновение электрической дуги между электропроводящей жилой кабеля и стенкой трубы.

8. Разработаны требования пожарной безопасности к теплоизолированным промышленным трубопроводам, в том числе и с электроподогревом, определены типы конструкций тепловой изоляции, проведена оценка их пожарной опасности, и, в соответствии с полученными результатами, рекомендованы области их возможного применения.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Шарипова, Софья Анатольевна, 2004 год

1. Майзель И.Л., Сандлер В.Г. Технология теплоизоляционных материалов, М, Высшая школа, 1988 г.

2. Факторович Л.М. Теплоизоляционные материалы и конструкции, ГНТИ нефтяной и горнотопливной литер., Ленотделение, 1957, стр. 20-106, стр.185.271.

3. Матюхин А.Н., Щепкин Г.Г., Неелов В.А. Теплоизоляционные и гидроизоляционные материалы. М, Высшая школа, 1986 г.

4. ГОСТ 302-44-94. Материалы строительные. Методы испытания на горючесть.

5. Зайцева Л.И. Воробьева В.К. Производство минераловатных изделий высокой заводской готовности для тепловой изоляции. Обзор. М, ЦБНТИ, Минмонтажспецстрой, 1984 г.

6. Китайцев В.А. Технология теплоизоляционных материалов, ГИЛ по строительству, архитектуре и стройматериалов, М, 1989, стр. 242-279.

7. Казубов А.И. «Пенополиуретаны». Технические аспекты применения, СКВ Транснефтьавтоматика, 1985 г.

8. Желваков Е.М., Ефремов А.И., Степанов А.С., Тарасов С.Г. Эффективность полеуретанов в теплоэнергетике, М. журн. «Пенополиуретан», № 6, 2002, стр. 18-22.

9. Цафрин М.Я., Васьков Г.Г. Современные требования к пенополиуре-тановой изоляции трубопроводов центрального теплоснабжения, М. журн. «Пенополиуретан», № 6,2002, стр. 13-17.

10. Напыляемые пенополиуретаны. Аналит. Обзор. М, журн. «Пенополиуретан», №5, 2002, стр. 20-23.

11. Высокоэффективные антипирены для полиуретановых материалов. Обзор француз, химического концерна «Rhodia», М. Журн. № 7, 2002 г., стр. 18-20.

12. Майзель И.Л. Трубы с пенополиуретановой изоляцией. М., журн. «Пенополиуретан», № 6, 2002 г., стр. 10-12.

13. ВСН по проектированию и бесканальной прокладке внутри квартальных тепловых сетей из труб с индустриальной теплоизоляцией из пенополиуретана в полиэтиленовой оболочке, ВСН-11-94, М., 1996, Департамент строительства.

14. Изменения к ВСН-11-96, М., 1996 г.

15. ВСН 29-95 по проектированию и бесканальной прокладе в г. Москве городских двухтрубных сетей из труб с индустриальной теплоизоляцией из пенополиуретана в полиэтиленовой оболочке. ВСН-29-95. М., 1996 г. Депорта-мент по строительству.

16. СНиП 2.04.07-86. Тепловые сети.

17. Романенков И.Г. Загерн-Корн В.Н. Огнестойкость строительных конструкций и эффективных материалов, М., Стройиздат, 1984 г. 40 с.

18. Ко долов В.И. Горючесть и огнестойкость полимерных материалов, М., Наука, 1981, 280 с.

19. Воробьев В.А., Андрианов Р.А., Ушаков В.А. Горючесть полимерных строительных материалов, М., Стройиздат, 1978 г., 350 с.

20. Анохин Л.Г. Пожарная опасность пластмасс в строительстве, М., Стройиздат, 1985, с. 421.

21. Асеева Р.М., Зайков Г.Е. Горение полимерных материалов, М., Наука, 1981 г., 279 с.

22. СНиП 21-01-97. Пожарная безопасность зданий и сооружений.

23. ГОСТ 30402-96. Материалы строительные. Метод определения на воспламеняемость.

24. ГОСТ 12.1.044-89. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов.

25. ГОСТ 30247.0-94. Конструкции строительные. Методы испытания на огнестойкость. Общие требования

26. ГОСТ 30247.1-94. Конструкции строительные. Методы испытания на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции.

27. ГОСТ 30247.0-94. Конструкции строительные. Методы испытания на огнестойкость. Общие требования.

28. ГОСТ 30403-96. Конструкции строительные. Метод определения класса пожарной опасности.

29. СНиП 2.04.14-88. Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов.

30. Бушев В.П. Огнестойкость зданий. М. Стройиздат, 1969, с. 110.

31. Яковлев А.И. Нормирование огнестойкости строительных конструкций с учетом реального пожара, матер, сем. М., Знание, 1989, 14 с.

32. Яковлев А.И. Основные принципы расчета огнестойкости строительных конструкций, в сб. «Огнестойкость строительных конструкций», вып. 8, М., ВНИИПО, 1980 г., с. 13-14.

33. Яковлев А.И., Сорокин А.Н., в сб. Огнестойкость строительных кон-трукций», вып. 7, М., ВНИИПО, 1979 г., стр. 88-96.

34. Г. Дж. Лондон-Томас. Пожарная безопасность в строительстве, пер. с англ., Стройиздат, 1977 г., с. 256.

35. НПБ 105-95. Определение категорий помещений и зданий по взрыво-пожарной и пожарной опасности.

36. Тепловая изоляция. Справочник строителя под ред. Валянского И.Г., М., Стройиздат, 1985 г., с. 421.

37. Баратов А.Н., Пчелинцев В.А. Пожарная безопасность. Учебное пособие. М., изд. АСВ, 1997 г.

38. Константинова Н.И. Диссертация. Тление в фенольных пенопластах, способы их подавления и методы испытания. М., 1986 г.

39. Монахов В.Т. Методы исследования пожарной опасности веществ. М., изд. «Химия», 1979 г., 420 с.

40. Корольченко А .Я. Справочник. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения. Справочник в двух частях. 4.1. — М.: Асс. «Пожнаука», 2000. 709 с; 4.II. -М.: Асс. «Пожнаука», 2000. - 757 с.

41. Болодьян И.А., Жевлаков А.Ф., Мелихов А.С. О расчете предельных условий горения полимерных материалов. В сб. Пожарная профилактика. М., 1977 г. с. 81-88.

42. НПБ 248-97. Кабели и провода электрические. Показатели пожарной опасности. Методы испытаний.

43. Хромцов А.И., Чериков В.И. «Пошла нефть Арктики», газ. «Правда», 1987 г.

44. Большаков Г.Ф. Проблемы и перспективы совершенствования разработки нефти. Вестник АН СССР, 1987 г., 9, с. 86-95.

45. Фонарев З.И., Иванов Г.И., Еремин И.И. Электроподогрев трубопроводов на нефтебазах. М., ВНИИОЭНГ, 1982, 42 с.

46. Трубопроводный транспорт высоковязких и застывающих нефтей и нефтепродуктов. Авт. Шперх С.С., Филатов А.В., Пайкут М.Д., Лавыныкова Т.Г. Обзор Сер.: «Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов».М., ВНИИОЭНГ, 1981,37 с.

47. Фонарев З.И. Гибкие электронагреватели вязких нефтепродуктов в трубопроводах и технологическом оборудовании. Обзор сер. : «Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья». М., ВНИИнефтехим, 1977, 56 с.

48. МНП Главтюменьнефтегаз ПО «Сургутнефтегаз» Сургутский НИ-ПИНП «Технология применения электрообогрева добывающих скважин, выкидных линий в условиях низких температур», Сургут, 1987, 57 с.

49. То же, технология защиты от замораживания нефтепромысловых объектов с помощью электроподогрева. «Сургут», 1987, 47 с.

50. Свиридов В.В., Свиридов В.П. Электроподогрев остановленного нефтепродукта, сб. научн. трудов «Трубопроводный транспорт нефти», Уфа, ВНИИСПТнефть, 1987 г.

51. Бондаренко П.М., Логинов В.В., Степанюгина Р.П. Электроподогрев трубопроводов при перекачке нефтей и нефтепродуктов. М., ВНИИОЭНГ, 1976, 68 с.

52. Гриферен А.А., Глущенко В.М. Тканая электронагревательная лента повышенной мощности. В сб. «Новые обогревающие материалы и устройства, методы и технологические процессы их получения, Киев, ИПМ АН УССР, 1979, с. 69-74.

53. ТУ 17-921-78 «Ленты тканые нагревательные. Ленты двух типов».

54. Еремин И.И. Тепловой режим технологических трубопроводов с путевым электроподогревом, НТС «Транспорт», М., ВНИИОЭНГ, 1977, № 4.

55. Кривошеин В.Л. «Тепловой режим трубопроводов с электроподогревом», НТС, «Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов», М., ВНИИОЭНТ, 1976, № 12.

56. Элементы нагревательные гибкие, ленточные взрывозащшценные ЭНГЛ-В. Техническое описание и инструкция по эксплуатации.

57. Правила устройства электроустановок. Энергоатомиздат, 1986 г.,648 с.

58. Тонкошкуров Б.А., Шахмеева JI.P. Экспериментальные исследования пуска в эксплуатацию надземного теплонагревательного трубопровода. Сб. на-учн. трудов, г. Уфа ВНИИСПТнефть, 1986 г. 23 с.

59. Галлямош А.К., Московский Б.А., Юкин А.Ф., Рахимов М.Э. Оптимальное управление стационарными режимами работы системы путевого электроподогрева нефтепродуктов. Сб. научн. трудов, г. Уфа, ВНИИСПТнефть, 1987, 124 с.

60. Шарипова С.А., Фахрисламов Р.З., Корольченко А .Я. Пожарная опасность трубопроводов с тепловой изоляцией. Пожаровзрывобезопасность, М., 2002 г., № 4, с. 33-37.

61. Смелков Г.И. Пожарная опасность электропроводок при аварийных режимах, М., Энергоатомиздат, 1984 г., 184 с.

62. Тугунов П.И. Тепловая изоляция нефтепроводов и резервуаров, М., Недра, 1985 г.

63. Веревкин В.Н. «Пожарная опасность полимерной тепловой изоляции промышленных трубопроводов, обзорная информация, выпуск 6/90, М., 1990 г., стр. 25-37.

64. Шарипова С.А., Фахрисламов Р.З., Корольченко А.Я. Маломасштабный метод оценки пожарной опасности трубопроводов с тепловой изоляцией. Пожаровзрывобезопасность, М., 2002, 11, № 5, с. 28-32.

65. Московский Государственный Строительный1. Университет