Особенности и методы испытаний арматуры газо- и нефтепроводов на огнестойкость
Защита населения и природы от опасностей, связанных с нефтегазовым комплексом, невозможна без повышения ее пожарной безопасности. Однако, горение углеводородов природы происходит по особому сценарию, непохожему на типичный, что делает обычные меры предосторожности неэффективными. Как следствие, на нефтяных платформах, газовых установках и в перерабатывающих заводах, пожары и взрывы часто представляют угрозу жизни людей и наносят значительный ущерб материальным ценностям.
Чтобы сопротивляться такому риску, критические конструкции, узлы и элементы газо- и нефтепроводов должны иметь повышенную стабильность, которая подтверждается специальными лабораторными испытаниями. Рассмотрим более подробно, какова специфика горения углеводородов и как происходит проверка на огнестойкость трубопроводной арматуры.
Испытания на огнестойкость включают различные режимы горения углеводородов и целлюлозы. Стандартный режим испытаний, который основывается на симуляции обычного пожара, называется целлюлозным режимом. Он определен ГОСТ 30247.0-94. Легковесные конструкции, используемые в инженерных системах, таких как аэропорты, вокзалы, стадионы и торговые центры, часто подвергаются испытаниям в этом режиме. Согласно данным рассчетов, в течение 5 минут температура достигает 580 °C, а в течение 1 часа - 950 °C.
Углеводородное горение имеет уже другой механизм в сравнении с целлюлозным горением. Например, температура при углеводородном горении стремительно возрастает до 948 °C уже в первые 5 минут после возгорания. Американский стандарт ANSI/UL 1709 и отечественный ГОСТ Р ЕН 1363-2-2014 определяют углеводородное горение и описывают его особенности. При этом значительная часть оборудования объектов нефтегазовой отрасли под давлением. Ломка конструкций со свищами, реактивными струями и факельным воспламенением приводит к масштабным разрушениям, значительному материальному убытку и угрозе для многих жизней.
Инженерным системам, объектам нефтегазовой отрасли, газопроводам и нефтеперерабатывающим заводам необходимо применение специальных огнезащитных средств и составов, испытанных в условиях углеводородного горения. ГОСТ Р ЕН 1363-2-2014 включает испытания на огнестойкость объектов и элементов инженерных систем не только при стандартном, но и при альтернативных режимах. Огневые испытания арматуры для нефтяных и газовых труб и других конструкций, используемых в нефтяной промышленности, проводятся в условиях более жестких условий, включая углеводородный режим горения. Углеводородный режим характеризуется быстрым ростом температуры и давления при горении углеводородов и имеет большие значения, чем при горении строительных и отделочных материалов. Он также используется для определения предела огнестойкости строительных конструкций, используемых не только в нефтяной промышленности.
Огнестойкость трубопроводной арматуры является важной характеристикой, так как элементы этой системы находятся в условиях, которые могут быть опасными для человека и имущества. Арматура предназначена для регулирования потока жидкости и газа, и, в зависимости от своей функции, может быть запорной, регулирующей, защитной, предохранительной и распределительно-смесительной.
ГОСТ 12.2.063-2015 «Арматура трубопроводная. Общие требования безопасности» содержит общие требования к безопасности элементов арматуры. Некоторые из них указывают на необходимость использования материалов, которые соответствуют условиям эксплуатации и опасности рабочей среды. Запорная арматура необходимо обладать запасом прочности, быть устойчивой к перепадам давления, температуры, коррозии и сейсмической активности. Регулирующая, защитная, предохранительная и распределительно-смесительная арматура также должны соответствовать необходимым требованиям.
Испытания арматуры трубопроводов на огнестойкость являются специальными испытаниями, которые проводятся для подтверждения стойкости арматуры к климатическим, механическим и термическим воздействиям. Критерием оценки является подтверждение характеристик, указанных в конструкторской документации.
Основной метод испытаний трубопроводной арматуры на огнестойкость заключается в определении времени от начала теплового воздействия на испытуемую арматуру до наступления одного или нескольких предельных состояний огнестойкости. Предельным состоянием может быть потеря герметичности затвора, изменение параметров регулирования, нарушение геометрических форм и размеров деталей, появление трещин, прогаров и других дефектов, которые препятствуют нормальной работе.
Испытания арматуры проводятся в заполненном водой состоянии, под давлением в соответствии с методикой испытаний, в условиях рабочей среды в соответствии с руководящим документом, в закрытом горизонтальном положении, при воздействии пламени с определенной температурой и до наступления предельного состояния. После охлаждения дополнительно проводят гидравлическое испытание арматуры с целью проверки герметичности узлов. Значения результатов испытаний указываются в программе и методике испытаний арматуры.
Огнезащита играет важную роль в защите от пожаров, обеспечивая безопасность конструкции и выделяя дополнительное время для эвакуации людей. Однако при выборе средства огнезащиты необходимо учитывать тип горения, который может возникнуть на конкретном объекте. Средства огнезащиты, разработанные для целлюлозного горения, могут оказаться неэффективными при углеводородном пожаре.
Углеводородное горение характеризуется быстрым ростом температуры, достигающим значительно более высоких отметок, чем обычно, до 1000 °C всего за первые 5 минут пожара. Для эффективной защиты необходимы специальные физико-химические свойства защитных составов, которые способны выдерживать удар волны пламени и рост давления. Проведение испытаний в условиях стремительного роста температуры, аналогичных температурам углеводородного горения, может потребоваться для оценки соответствия требованиям проектной документации и добровольной сертификации.
Основной метод испытаний, определенный в американском стандарте ANSI / UL 1709, позволяет оценить стойкость покрытия конструкционной стали в условиях стремительного роста температуры при углеводородном горении. Кроме тепловой нагрузки, материал должен обладать устойчивостью к веществам и средам, характерным для углеводородного горения.
Оценка проводится на основе эффективности средств огнезащиты, толщины огнезащитного покрытия, наименования средства и его срока службы, а также видов, марок и толщин, контактирующих со слоем огнезащиты грунтовых, атмосферных или декоративных покрытий.
Использование средств огнезащиты не является обязательным для углеводородного горения, однако оценка стойкости огнезащиты может потребоваться в определенных ситуациях для обеспечения пожарной безопасности объектов нефтехимической и газовой отрасли, а также в гражданском строительстве, где могут возникнуть пожары на газовых линиях. Поэтому при строительстве многоэтажных зданий и сооружений особый приоритет отдается покрытиям, которые способны выдерживать условия углеводородного пожара, в частности в деловых центрах Лондона и Нью-Йорка.
Статья: Этапы проведения испытаний
Проведение испытаний арматуры нефте- и газопровода и средств огнезащиты проходит в несколько этапов.
Первым шагом является направление заказчиком заявки в испытательную лабораторию и предоставление необходимой технической документации вместе с паспортом изделия. Также в случае необходимости требуется разработать и предоставить программу и методику испытаний на конкретное изделие на основании СТ ЦКБА 001-2003 и требований заказчика.
Дальше заказчик заключает договор с лабораторией, в котором прописываются все необходимые сроки проведения работ.
Следующий этап - это отбор образцов и непосредственно сами испытания. Испытания можно проводить только на аттестованном специальном стенде, используя корректные образцы.
Для образцов, на которые наносится средство огнезащиты, следует использовать стальные колонны двутаврового сечения профиля № 20 по ГОСТ 8239 или профиля № 20Б1 по ГОСТ 26020, также допускается проведение испытаний на других видах профиля. Высота образца составляет 1700 ± 10 мм, а приведенная толщина металла стальной колонны определяется перед каждым испытанием.
Средство огнезащиты наносится на образцы в соответствии с технической документацией, учитывая очистку поверхности стальных образцов, тип грунтовки, количество и толщину наносимого слоя и т.д.
В случае арматуры образец необходимо разместить в огневой камере и подключить к переходным трубопроводам для создания внутри задвижки необходимого давления. Температуру горения необходимо поддерживать в соответствии с уравнением углеводородного горения, фиксируя значение каждые 60 секунд. В конце испытаний зарегистрируйте время наступления предельного состояния ИА по огнестойкости и оформите результаты в виде протокола.
Протокол состоит из наименования испытательной лаборатории, наименования организации-заказчика, даты проведения испытаний, рабочего чертежа ИА и его номера (для арматуры), указания нормативного документа на методы проведения испытаний, перечня параметров для контроля и результатов измерений, итога визуального наблюдения за испытанием, заключения об огнестойкости арматуры или огнезащитной эффективности состава.
В случае успешных испытаний производитель (импортер) арматурных элементов или средств огнезащиты получает возможность беспрепятственно пройти добровольную сертификацию. Испытания арматуры и средств огнезащиты в условиях углеводородного горения являются технологически сложной процедурой, требующей высокой точности испытательного оборудования и профессиональных знаний испытателя. Для обеспечения достоверности результата испытания следует проводить только в аккредитованной лаборатории.
Фото: freepik.com