Разработка жаростойких композитов и технологии их нанесения на металлоконструкции тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.26.03, кандидат технических наук Аксенов, Андрей Владимирович

• Аксенов, Андрей Владимирович
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Аксенов, Андрей Владимирович

ВВЕДЕНИЕ.

РАЗДЕЛ 1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ РЕШЕНИЙ В ОБЛАСТИ ЗАЩИТЫ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ НЕФТЕГАЗОВОГО КОМПЛЕКСА ОТ ОГНЯ

1.1. Анализ методов огнезащиты стальных конструкций.

1.2. Вспучивающиеся огнезащитные краски.

1.2.1. Вспучивающиеся покрытия на основе органических высокополимеров.

1.2.2. Вспучивающиеся покрытия на неорганической основе.

1.2.3. Газообразователи.

1.3. Фосфатные огнезащитные покрытия.

1.4. Противоморозные добавки.

1.5. Обоснование выбранного направления работы.

Выводы по разделу 1.

РАЗДЕЛ 2. АНАЛИЗ ХАРАКТЕРИСТИК ИСХОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ ОГНЕСТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ

2.1. Асбестонефелиновое огнезащитное покрытие. Физикохимические свойства компонентов.

2.1.1. Жидкое стекло.

2.1.2. Асбест хризотиловый.

2.1.3. Нефелиновый антипирен.

2.1.4. Противоморозные добавки.

2.2. Асбестовермикулитовое огнезащитное покрытие. Физикохимические свойства компонентов.

2.2.1. Вспученный вермикулит.

2.2.2. Быстротвердеющий портландцемент.

2.2.3. Рубленое стекловолокно.

2.2.4. Перлит.

2.2.5. Гидрофобизирующие соединения Выводы по разделу 2.

РАДЕЛ 3. КОМПОНЕНТНЫЙ ПОДБОР СОСТАВОВ МИНЕРАЛЬНЫХ ОГНЕЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ ДЛЯ МЕТАЛЛО-КОНСТРУКЦИЙ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В НЕФТЕГАЗОВОЙ ОТРАСЛИ

3.1. Асбестонефелиновое покрытие.

3.1.1. Нефелиновый антипирен как отвердитель жидких силикатных стекол.

3.1.2. Подбор составов асбестонефелинового покрытия на основе физико-механических показателей.

3.1.3. Исследование влияния гидрофобизаторов на свойства минеральных компонентов асбестонефелинового покрытия.

3.1.4. Исследование огнезащитных свойств асбестонефелинового покрытия.

3.2. Исследования асбестовермикулитового огнезащитного покрытия.

3.2.1. Методика проведения экспериментальных работ с асбестовермикулитовым огнезащитным составом.

3.2.2. Исследование влияния гидрофобизаторов на свойства минеральных компонентов асбестовермикулитового покрытия.

3.2.3. Исследование эффективности отвердителей для огнезащитной массы.

3.2.4. Подбор термостойких минеральных заполнителей с учетом их влияния на физико-механические показатели покрытия.

3.2.5. Испытания огнестойкости покрытий.

3.3. Сравнительная характеристика асбестонефелинового и асбестовермикулитового огнезащитных покрытий.

Выводы по разделу 3.

РАЗДЕЛ 4. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ НАНЕСЕНИЯ ОГНЕЗАЩИТНЫХ СОСТАВОВ

4.1. Назначение и область применения разработанных покрытий.

4.2. Разработка установки для нанесения огнезащитных покрытий.

4.2.1. Блок-схема установки для нанесения огнезащитных составов.

4.2.2. Устройство и принцип работы установки для нанесения огнезащитных составов.

4.3. Технология нанесения огнезащитных составов.

4.3.1. Подготовка защищаемой поверхности.

4.3.2. Приготовление огнезащитной смеси.

4.3.3. Нанесение огнезащитной смеси в условиях строительной площадки.

4.3.4. Контроль качества покрытия.

4.4. Расчет предполагаемого экономического эффекта от внедрения асбестовермикулитового и асбестонефелинового огнезащитных покрытий.

Выводы по разделу 4.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка жаростойких композитов и технологии их нанесения на металлоконструкции»

Освоение газовых и нефтяных месторождений Севера Тюменской области неразрывно связано с резким увеличением темпов строительства газо- и нефтедобывающих объектов. Одной из задач строительства является создание надежной огнезащиты строительных конструкций и сооружений в суровых климатических условиях. Это вызвано не только добычей, подготовкой, транспортом, переработкой и хранением огнеопасного сырья, но также необходимостью обеспечения надежной сохранности сооружений и оборудования в процессе их эксплуатации и обслуживания.

Для выполнения этих задач необходимо не только совершенствовать уже имеющиеся материалы, а, главным образом, создавать новые эффективные огнестойкие композитные материалы, которые должны обеспечить длительную огнестойкость сооружений и конструкций различного назначения.

В условиях массового обустройства газонефтеносных районов Севера Западной Сибири, где основой сооружения объектов является блочно-комплектное строительство (в связи с этим наблюдается тенденция выноса значительной части сооружений и оборудования на открытые площадки), вопрос повышения огнестойкости приобретает еще большую актуальность. В этой предпосылке особенно важное значение имеет обеспечение надежности возводимых объектов в условиях катастроф и пожаров.

В настоящее время три четверти объема нефтегазопромысловых, транспортных и перерабатывающих сырье объектов занимают металлические конструкции. К ним относятся емкости для хранения нефтепродуктов, технологические трубопроводы, балочные конструкции насосных и компрессорных цехов, а также объекты завода стабилизации конденсата (установки: стабилизации конденсата, получения моторных топлив, извлечения изопентана; сливно-наливные эстакады: сжиженного газа, бензина и дизельного топлива; резервуарные парки: стабильного конденсата, пропана и моторных топлив и др.). Следует отметить, что эти объекты являются источником повышенной взрывопожароопасности, обусловленной добычей, обработкой и транспортировкой легковоспламеняющегося сырья. Поэтому объемы работ по огнетеплоизоляционным защитам постоянно возрастают и имеют огромные размеры. Так, например, такие работы только по одной компрессорной станции из 8 агрегатов составляет около 40 тыс. м2, при этом на долю огнезащиты металлоконструкций каркаса приходится 23 тыс. м2 поверхности [35].

Для сохранности основного технологического оборудования нефтегазовых объектов необходимо обеспечить им предел огнестойкости не менее 40 минут, времени, достаточного для прибытия пожарной бригады [85].

Одним из основных путей решений этой задачи является обеспечение минимального требуемого предела огнестойкости несущих строительных металлических конструкций и сооружений путем нанесения на их поверхность эффективных гидрофобных огнезащитных покрытий на основе минеральных составов.

В настоящее время повышение сопротивляемости сооружений и конструкций воздействию огня достигается главным образом путем ручной обкладки огнестойкими плитками, штукатуркой цементно-известковыми растворами по сетке рабица, кирпичной кладкой и даже обетонированием [59, 61, 69, 76]. Кроме того, для защиты металлоконструкций от огня используют такие покрытия, как ВПМ-2, ОФП-ММ, ОФП-МВ, «Экран» и др. [50, 51, 52, 77, 78]. В состав этих огнезащитных покрытий входят цемент, песок, гипс, известь и другие негорючие строительные материалы.

С целью прочного закрепления термостойкого покрытия на поверхности на нее накладывают арматурную сетку или приваривают металлические шпильки. Защищаемую поверхность тщательно очищают от грязи, пыли и ржавчины.

Основными недостатками применяемых в настоящее время покрытий являются большой объем ручного труда, значительные затраты материала, а главное, невозможность выполнения работ при отрицательных температурах окружающей среды, что резко ограничивает их применение в условиях Западной Сибири, где средняя продолжительность периода с положительной температурой не превышает 136 дней (рис. 1).

Юг Тюменской области

Ханты-Мансийский округ

Крайняя /т/пп « 9 о и о-% ь.

Кряйняя /}Я7Я нсрвздс мороза щ Крайняя аата гюсгшг^хдат} «кзрвзя

Крайняя г^чтп последи > его мороза

Ямало-Ненецкий округ

Крайняя дата яв(Лпго мороз*

• ¿V 7 КрВЙНГШ пяти

I юо 18цн») о мореш

Рисунок 1. Диаграммы продолжительности сезонов года (в днях) на юге Тюменской области, Ханты-Мансийском и Ямало-Ненецком округах

Необходимо отметить, что существующие покрытия не являются атмосферостойкими и имеют низкий предел огнестойкости. Указанные покрытия при сравнительно невысоких температурах воздуха начинают деструктировать, при этом ослабевают адгезионные связи покрытия с металлом, в результате чего покрытие становится непрочным и разрушается. Выделяющиеся из покрытий газообразные продукты часто являются токсичными, опасными для жизни людей.

В связи с этим разработка оптимальных атмосферо- и адгезионностойких огнезащитных составов и механизированной технологии их нанесения в условиях отрицательных температур окружающей среды является актуальной.

Цель работы заключается в разработке огнезащитных составов на минеральных термостойких заполнителях, наносимых на металлоконструкции механизированным способом при отрицательных температурах.

Для достижения этой цели решались следующие задачи:

1. Провести анализ существующих огнезащитных покрытий и выбрать наиболее перспективные направления для разработки огнезащитного композита.

2. Разработать для огнезащиты металлоконструкций составы, с возможностью нанесения их при отрицательных температурах и обладающих водоотталкивающими свойствами.

3. Разработать установку и технологию механизированного нанесения огнезащитных покрытий на металлические конструкции.

Научная новизна выполненных исследований:

1. Разработаны атмосферостойкие покрытия круглогодичного использования для защиты металлоконструкций нефтегазового комплекса при пожарах.

2. Произведен подбор оптимального соотношения термостойких заполнителей.

3. Разработана технология нанесения огнезащитных составов в условиях отрицательных температур.

4. Разработана принципиальная схема пневматической установки для механизированного нанесения огнезащитных составов.

Практическая ценность работы. Разработанные огнестойкие покрытия могут применятся для защиты металлоконструкций объектов добычи, переработки и транспортировки газа и нефтепродуктов. Покрытия можно наносить в условиях атмосферных осадков и при отрицательных температурах воздуха.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на научно-технических семинарах и конференциях (2004-2007 г.г.). Диссертация заслушана и рекомендована к защите на межкафедральном научно-техническом совете Тюменского государственного нефтегазового университета.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ.

Объем работы Диссертационная работа состоит из введения, 4 разделов, заключения и списка литературы. Библиография включает 92 наименования работ. Работа изложена на 140 страницах машинописного текста, содержит 23 рисунка и 49 таблиц.

Заключение диссертации по теме «Пожарная и промышленная безопасность (по отраслям)», Аксенов, Андрей Владимирович

Основные выводы по работе

1. В результате проведенного анализа существующих составов для огнезащиты металлоконструкций было выявлено, что применяемые в настоящее время покрытия обладают рядом достоинств и недостатков. К основным недостаткам, ограничивающим применение данных составов, можно отнести невозможность нанесения при отрицательных температурах воздуха, отсутствие стойкости к атмосферным осадкам, большие капитальные затраты.

2. Проведенные эксперименты позволили разработать покрытия для защиты металлоконструкций нефтегазового комплекса от пожаров. Асбестовермикулитовое покрытие является атмосферостойким (возможно применение в условиях атмосферных осадков). Разработанные покрытия могут круглогодично применяться для огнезащиты металлоконструкций при строительстве нефтегазовых объектов.

3. Разработана принципиальная схема пневматической установки для механизированного нанесения огнезащитных составов, что позволяет свести к минимуму затраты ручного труда при производстве работ по нанесению жаростойких композитов.

134

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Аксенов, Андрей Владимирович, 2007 год

1. Авторское свидетельство 610851 от 12705778 кл. С04 В 43/00. Огнезащитная смесь.

2. Авторское свидетельство 715607 от 16.02.80 кл. С04 В 43/10. Огнезащитная сырьевая смесь.

3. Авторское свидетельство 722929 от 28.03.80 кл. С04 В 19/04. Композиция для огнезащитного покрытия.

4. Авторское свидетельство № 286198 от 18.01.79.77 Кл. С09 Д 5/18.

5. Авторское свидетельство № 372886 от 18.01.79 Кл. С09 К 3/28.

6. Авторское свидетельство № 452224 от 16.09.76 Кл. С09 Д 5/18.

7. Авторское свидетельство № 542756 от 28.02.77 Кл. С09 Д 5/18.

8. Авторское свидетельство № 568270 от 30.04.83 Кл. С09 К 3/28.

9. Авторское свидетельство № 610851 от 05.07.76 Кл. С09 К 3/28.

10. Авторское свидетельство № 618356 от 07.02.77 Кл. С04 В 19/04.

11. Авторское свидетельство № 715607 от 19.04.79 Кл. С09 К 3/28.

12. Авторское свидетельство № 722928 от 01.03.78 Кл. С09 К 3/28.

13. Авторское свидетельство № 834084 от 11.04.79 Кл. С09 К 3/28.

14. Авторское свидетельство № 850644 от 28.11.79 Кл. С09 К 3/28.

15. Авторское свидетельство № 854981 от 11.11.79 Кл. С09 К 3/28.

16. Авторское свидетельство № 967997 от 17.11.80 Кл. С04 В 19/04.

17. Агурин А.П., Воробьев Н.И., Нестеров В.Г. Торкретирование тепловых агрегатов. Изд. Стройиздат, М., 1980.

18. Азимов Ф.И. Торкретные работы. Изд. Стройиздат, М., 1979.

19. Аксенов A.B. Разработка атмосферостойкого композитного материала для защиты металлоконструкций нефтегазового комплекса при пожарах. / Иванов И.А.// Журнал «Известия вузов. Нефть и газ». Вып. 3. Тюмень: ТюмГНГУ, 2007. С.51-56.

20. Аксенов A.B. Анализ физико-химических свойств существующих огнестойких покрытий для защиты металлоконструкций при пожарах. Сборник научных трудов кафедры СиР НТО «Мегапаскаль» №2,2006

21. Аксенов A.B. Исследование вспучивающихся жаростойких покрытий нефтепромыслового оборудования. Сборник научных трудов кафедры СиР НТО «Мегапаскаль» №2, 2006

22. Аксенов A.B. Композитные материалы для огнезащиты металлоконструкций нефтегазового комплекса. X международный научный симпозиум имени академика М.А. Усова «Проблемы геологии и освоения недр», Томск, 2006

23. Аксенов A.B. Применение огнезащитных метериалов в условиях низких температур. Материалы III науч. школы-семинара молодых ученых «Теплофизика, гидрогазодинамика, теплотехника», ТГУ, 2006

24. Аксенов A.B. Разработка огнестойкого покрытия для защиты металлоконструкций при пожарах. Материалы науч.-практич. конференции. «Проблемы эксплуатации систем транспорта». ТюмГНГУ, Тюмень, 2006.

25. Андрианов К.А. Полимеры с неорганическими главными цепями молекул. Изд. Наука, М., 1962.

26. Бажант В., Хваловский В., Ратоуски Н. Силиконы. Перевод с чешского, «Мир»,М., 1964.

27. Булгаков Э.Х. «Исследование некоторых свойств бетона при раннем замораживании». К.д., М., 1965.

28. Васильева Н.Ф., Камцон И.Р., Сорин B.C. Огнезащитное покрытие по древесине на основе фосфатного связующего и отходов. Сборник

29. Использование отходов и попутных продуктов для изготовления строительных материалов, изделий и конструкций», М., вып.6, 1977, с.14-16.

30. Васильева Н.Ф., Камцон И.Р., Сорин B.C. Огнезащитное фосфатное покрытие по древесине. Труды ЦНИИСК «Фосфатные материалы», М., вып.57,1975, с. 84-89.

31. Воробьев В.А. Технология строительных материалов и изделий на основе пластмасс. Учебник для вузов, М., «Высшая школа», 1974.

32. Воробьев В.А., Комар А.Г. Строительные материалы, Стройиздат, М., 1971.

33. Воронков С.Т., Исэров Д.З. Тепловая изоляция энергетических установок. Изд. Высшая школа, М., 1982.

34. Временные рекомендации по огнезащите металлоконструкций и оборудования нефтегазопромысловых объектов Сибири фосфатно-термостойким покрытием. Сургут, Производственно-техническая фирма Сиббрггазстрой, 1981 -21 с.

35. Гигорьев П.И., Матвеев М.А. Растворимое стекло. М., Промстройиздат, 1956.

36. Гороновский И.Г. и др. Краткий справочник по химии. Изд. «Наукова Думка», 1974.

37. ГОСТ 1.0-68 Государственная система стандартизации. Основные положения.

38. ГОСТ 1.20-69 Государственная система стандартизации. Порядок внедрения государственных стандартов. Основные положения.

39. ГОСТ 1.2-68 Государственная система стандартизации. Порядок разработки и утверждения государственных и отраслевых стандартов.

40. ГОСТ 1.5-68 Государственная система стандартизации. Построение, содержание и изложение стандартов.

41. ГОСТ 10832-74 Песок и щебень перлитовые вспученные.

42. ГОСТ 12871-83 Асбест хризотиловый.

43. ГОСТ 13078-81 Стекло натриевое жидкое.

44. ГОСТ 166-80 Штангенциркуль.

45. ГОСТ 17177-81 Материалы строительные теплоизоляционные. Методы испытания.

46. ГОСТ 18698-79 Резиновые напорные рукава с текстильным каркасом.

47. ГОСТ 20779-81 «Экономическая эффективность стандартизации. Методы определения».

48. ГОСТ 23791-79 Покрытие по стали фосфатное огнезащитное.

49. ГОСТ 25131-82 Огнезащитное вспучивающееся покрытие марки ВПМ-2.

50. ГОСТ 25665-83 «Покрытие по стали фосфатное огнезащитное на основе минеральных волокон».

51. ГОСТ 25665-83 Покрытие ОФП-МВ.

52. ГОСТ 3102-76 Помол антипирена.

53. Домбург Г.Э. «Теоретические и практические аспекты огнезащиты древесных материалов», Рига, «Знание», 1985.

54. Дубенецкий К.Н., Пожнин А.П. Вермикулит. Издательство литературы по строительству. Ленинград, 1971.

55. Жаров В.В. Улучшение структуры и качества бетона с помощью новых противоморозных добавок. Канд. дисс., М., 1984.

56. Жуков A.B. Физико-химические процессы и технология производства искусственных пористых заполнителей из горных пород. «Наука Думка», Киев, 1977.

57. Касьянов H.H., Мерзляк А.Н. Вермикулит и перлит пористые заполнители для теплоизоляционных изделий и бетонов. Изд. «Госсройиздат», 1961.

58. Кондратьев С.Д. и др. «Защита древесины», Киев, 1976.

59. Матвеев М.А., Дятлова В.П. «Физическая химия», №10,29,1954.

60. Миронов С.А. Теория и методы зимнего бетонирования. Изд. Стройиздат, М., 1975.

61. Некрасов Б.В. Основы общей химии. Изд. Химия,1973.

62. Патент Канады № 168914 от 15.02.77 кл. 6-18. Пламезамедляющие составы.

63. Патент Франции № 223613 от 7.02.75 кл. 009 К 3/28 Е04В1/94. Составы для придания огнестойкости материалам.

64. Патент Франции № 7802557 от 25.08.78 кл. С04 В 25/04. Противопожарный состав и способ его изготовления.

65. Патент ФРГ № 2549238 от 5.05.77 кл. С04 В 31/02. Огнестойкие строительные плиты.

66. Патент Чехии № 165063 от 15.09.76. Кл. С04 В 13/02. Способ получения теплоизоляционных строительных материалов.

67. Пащенко A.A., Воронков М.Г. Гидрофобный вспученный перлит. Изд. Наука Думка, Киев, 1977.

68. Перцовский В.И., Суелин Б.Н. Новые атмосферостойкие материалы для отделки фасадов общественных зданий, «Стройиздат», М., 1975.

69. Пожнин А.П. Свойства вермикулита месторождений Кольского полуострова и его применение в строительстве. Автореферат диссертации. Изд. ЛИСИ, 1964.

70. Полякова К.А., Ключенкова И.А. Силикатные кислотоупорные цементы. Сборник НИИХИММАШ. Машгиз, 1952, №12.

71. Рекламные материалы фирмы «Акме-Фоули».

72. Рекламные материалы фирмы «Мицубиси».

73. Рекомендации по проектированию и применению огнезащитных фосфатных покрытий для стальных строительных конструкций. М., ЦНИИСК им. Кучеренко, 1981 13 с.

74. Романенков И.Г., Зигерн-Корн В.Н. Огнестойкость строительных конструкций из эффективных материалов. Изд. Стройиздат, м., 1984.

75. Роях С.М., Роях Г.С. Специальные цементы. Изд. Стройиздат, М., 1983.

76. Руководство по нанесению огнезащитного вспучивающегося покрытия ВПМ-2, ВНИИПО МВД СССР, М., 1969.

77. Руководство по применению огнезащитного вспучивающегося покрытия «Экран-М», УПОКазССР, Алма-Ата, 1974.

78. Руководство по установлению терминов и определений в стандартизации (Р 76-74), М., 1975.

79. СН 509-78 «Инструкция по определению экономической эффективности использования в строительстве новой техники, изобретений и рационализаторских предложений».

80. СНиП 1.01.01.-82 «Система нормативных документов в строительстве. Основные положения».

81. СНиП 1.01.02.-83 «Система нормативных документов в строительстве. Порядок разработки и утверждения нормативных документов».

82. СНиП 1.01.03.-83 «Система нормативных документов в строительстве. Правила изложения и оформления нормативных документов».83. СНиП 2.01.02-85.

83. СНиП П-2-80 «Противопожарные нормы проектирования зданий и сооружений».

84. Сорин В.С., Васильева Н.Ф. Огнезащита деревянных конструкций. В кн.: ЦНИИСК им. Кучеренко. Исследования в области фосфатных строительных материалов. М., 1985, с.164-188.

85. СТ СЭВ 383-76 Противопожарные нормы строительного проектирования. Термины и определения.

86. Субботкин М.Н., Курицина Ю.С. Кислотоупорные бетоны и растворы на основе жидкого стекла. Издательство «Литература по строительству», М., 1967.

87. ТУ-08-340-76 Антипирен из нефелина.

88. ТУ-734-61 Стекло калиевое жидкое.

89. Уокер Г.Ф. Вермикулит и некоторые родственные ему минералы со смешанными слоями. Сборник «Рентгеновские методы определения и кристаллическое строение минералов, глин», Изд. «Иностранная литература», 1955.

90. Энциклопедия полимеров, том 1, Изд. Советская энциклопедия, М., 1972.

91. Powers T.S. YACY, Vol. 16, № 4,1945.