Особенности и методы испытаний арматуры газо- и нефтепроводов на огнестойкость

Сохранение пожарной безопасности на объектах нефтегазовой промышленности является одной из ключевых задач по защите окружающей среды и людей от опасностей техногенного характера. Горение углеводородов дает отклонение от стандартных сценариев и типовые средства огнезащиты здесь неспособны справиться с возникшей проблемой, поэтому на нефтяных платформах, газовых установках и заводских районах происходят пожары и взрывы, часто сопровождаемые человеческими жертвами и огромными материальными потерями.

Для противодействия огню, все конструкции, узлы и элементы газовых и нефтепроводов должны иметь высокую степень устойчивости, которая подтверждается в специальных лабораториях. Рассмотрим подробнее, в чем состоят особенности горения углеводородов и каким образом испытывается пожаростойкая арматура.

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.

Испытание арматуры нефте- и газопроводов, а также средств огнезащиты проходят в несколько этапов. Ниже представлены основные этапы проведения испытаний.

1. Отправка заявки заказчиком в испытательную лабораторию. Заявка должна содержать необходимые документы, а именно:

• сборочный чертеж изделия (для арматуры);
• техническую документацию;
• паспорт изделия;
• программу и методику испытаний на конкретное изделие, разработанные в соответствии с требованиями заказчика и СТ ЦКБА 001-2003 (при наличии).

2. Заключение договора между заказчиком и испытательной лабораторией. В документе прописываются сроки проведения работ.

3. Отбор образцов и проведение испытаний на аттестованном оборудовании, специальном стенде.

Для исследования средств огнезащиты следует использовать стальные колонны двутаврового сечения профиля № 20 по ГОСТ 8239 или профиля № 20Б1 по ГОСТ 26020. Высота образца должна составлять (1700 ± 10) мм. Толщина металла стальной колонны определяется перед каждым испытанием. Разрешается проводить испытания на других видах профиля.

Методика нанесения (монтажа) средства огнезащиты на образцы должна соответствовать технической документации, а именно: зачистка поверхности стальных образцов, тип грунтовки, количество и толщина наносимого слоя и т.д.

Для испытания запорной и других видов арматуры необходимо разместить образец в огневой камере и подключить его к переходным трубопроводам для создания внутри задвижки необходимого давления. Температура горения должна быть согласно уравнению углеводородного горения T – T 0 = 1080 х (1 – 0.325 х e –0.167t – 0.675 х e –2.5t ). Значение температуры следует фиксировать через каждые 60 секунд. После окончания испытаний необходимо зарегистрировать момент наступления предельного состояния ИА по огнестойкости.

4. Оформление результатов испытаний в виде протокола. Данный документ должен содержать следующую информацию:

• название испытательной лаборатории;
• наименование организации-заказчика;
• дату проведения испытаний;
• рабочий чертеж ИА и его номер (для арматуры);
• нормативный документ и методы проведения испытаний;
• перечень параметров для контроля и результаты измерений;
• итог визуального наблюдения за испытанием;
• заключение об огнестойкости арматуры или огнезащитной эффективности состава.

5. После успешного прохождения испытаний производитель (импортер) арматурных элементов или средства огнезащиты получает возможность беспрепятственно пройти добровольную сертификацию. Отметим, что испытания арматуры и средств огнезащиты в условиях углеводородного горения — процедура технологически сложная, требующая высокой точности испытательного оборудования и профессиональных знаний испытателя. Для того, чтобы быть уверенным в достоверности результатов, проводить испытания следует только в авторитетной аккредитованной лаборатории.

Фото: freepik.com