автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.03, диссертация на тему:Пожарная опасность промышленных трубопроводов с тепловой изоляцией

На правах рукописи

Шарипова Софья Анатольевна

ПОЖАРНАЯ ОПАСНОСТЬ ПРОМЫШЛЕННЫХ ТРУБОПРОВОДОВ С ТЕПЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ

Специальность 05.26.03 - «Пожарная и промышленная безопасность» (технические науки, отрасль-строительство)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2004

На правах рукописи

Шарипова Софья Анатольевна

ПОЖАРНАЯ ОПАСНОСТЬ ПРОМЫШЛЕННЫХ ТРУБОПРОВОДОВ С ТЕПЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ

05.26.03 - Пожарная и промышленная безопасность (строительство)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор А.Я. Корольченко

Работа выполнена в Московском государственном строительном университете.

Научный руководитель -Официальные оппоненты -

доктор технических наук, профессор Корольченко Александр Яковлевич

доктор технических наук, профессор Ройтман Владимир Миронович

кандидат технических наук Майзель Игорь Лазаревич

Ведущая организация - ГУП «НИИМОССТРОЙ»

Защита состоится « 2004 года в «^>> час. мин. на

заседании диссертационного совета Д.212.138.04 при Московском государст-

венном строительном университете по адресу: набережная, дом 8, аудитория ш.

113 114, г. Москва, Шлюзовая

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного строительного университета.

Автореферат разослан «_»_

_2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Ширшиков Б.Ф.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы обусловлена необходимостью снижения потерь тепла при транспортировке теплоносителей, что выдвинуло проблему использования высокоэффективных теплоизоляционных материалов, к числу которых относятся различные полимерные пенопласты, имеющие низкие плотность и теплопроводность, а также широкий температурный интервал применения.

Особенно высока их эффективность при использовании в качестве тепловой изоляции для промышленных трубопроводов. Применение таких материалов по сравнению с минеральными позволяет более, чем в три раза повысить надежность и долговечность конструкций трубопроводов (25 лет вместо 7), снизить тепловые потери на 60 %, повысить на 16-17 % производительность труда и улучшить санитарно-гигиенические условия при производстве строительно-монтажных работ.

В соответствии с Федеральной целевой программой «Энергоэффективная экономика в жилищно-коммунальном хозяйстве» на 2002-2005 г.г. и на перспективу до 2010 г. использование полимерных материалов в теплоизолированных конструкциях трубопроводов тепловых сетей обеспечит экономию 35-38 млн.т условного топлива энергоресурсов стоимостью около 24 млрд. рублей. Экономический эффект от применения пенополиуретановых пенопластов (ППУ), после компенсации затрат на создание энергосберегающих мощностей, может составить 14 млн. рублей. По данным Чувашской Республики, экономия средств от безаварийного срока службы трубопроводов с полимерной тепловой изоляцией, составляет 62 млн. рублей в год. Годовой эффект за счет увеличения срока службы трубопроводов тепловых сетей составляет 0,5 млн. рублей на 1 км трубопровода.

Исходя из вышеизложенного, в настоящее время единственно правильным решением в части обеспечения задач по проблеме тепловой защиты в промышленном трубопроводном транспорте, является широкое использование полимерных материалов, обладающих комплексом уникальных свойств, как механических, так и теплофизических.

Однако, внедрение полимерной тепловой изоляции сдерживается наличием в Строительных нормах и правилах ряда ограничений в соответствии с требованиями пожарной безопасности. Например, применение полимерной тепловой изоляции из пенополиуретана с покровным слоем из оцинкованной стали допускается только для трубопроводов, содержащих горючие вещества с температурой минус 40 °С и ниже в наружных технологических установках. Использование горючей тепловой изоляции для промышленных и технологических трубопроводов с высокотемпературными теплоносителями не допускается. Следовательно, область применения полимерной тепловой изоляции в про-

мышлением трубопроводном транспорте в настоящее время ограничена.

Цель и задачи

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

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Провести анализ способов обеспечения пожарной безопасности промышленных трубопроводов с тепловой изоляцией.

2. Исследовать поведение трубопроводов с тепловой изоляцией в условиях, приближенных к реальному пожару.

3 Изучить пожароопасные свойства материалов, применяемых в качестве тепловой изоляции трубопроводов.

4. Разработать методику экспериментальной оценки пожарной опасности конструкций трубопроводов с тепловой изоляцией.

5. Исследовать пожарную опасность конструкций трубопроводов с перспективными полимерными теплоизолирующими материалами в соответствии с разработанной методикой.

6. Изучить влияние систем путевого электроподогрева трубопроводов на пожарную опасность конструкций с полимерной тепловой изоляцией.

7. Разработать рекомендации по использованию полимерной тепловой изоляции в промышленных трубопроводах с учетом обеспечения их пожарной безопасности.

Научная новизна

Научно обоснован 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.

Разработана классификационная схема объектов промышленной тепловой изоляции в зависимости от назначения объекта, пожарной опасности транспортируемого теплоносителя, вида прокладки трубопроводов и условий их эксплуатации.

Проведена комплексная оценка пожарной опасности материалов, рекомендуемых в качестве теплоизоляционных и защитно-покровных слоев тепловой изоляции.

В условиях, приближенных к реальному пожару, получены количественные параметры достижения теплоизолированными конструкциями трубопроводов предельного состояния.

Практическая значимость

Создана экспериментальная установка, разработаны маломасштабный метод и методические рекомендации по оценке пожарной опасности теплоизолированных конструкций промышленных трубопроводов, а также предложения по их пожаробезопасному применению.

Внедрение результатов

Маломасштабная установка и методические рекомендации по испытанию конструкции теплоизолированных трубопроводов на распространение пламени внедрены на объектах ООО СНПЦ «ПожОборонПром» и на экспериментальной базе МГСУ.

Предложения по применению полимерной тепловой изоляции для промышленных трубопроводов включены в СНиП 41-02-2003 «Тепловые сети» (раздел 11 «Тепловая изоляция», пункт 11.4), СНиП 41-03-2003 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов» (раздел 5 «Требования к материалам и конструкциям тепловой изоляции»).

Предложения по применению тепловой изоляции в промышленных трубопроводах с системой путевого электроподогрева включены в рабочую документацию (раздел «Пожарная безопасность») по обустройству Довыдковского месторождения НГДУ «Южоренбургнефть» ОАО «Оренбургнефть».

Апробация

Основные положения работы доложены на:

• V научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и докторантов «Строительство - формирование среды жизнедеятельности», М., 2002 г.

• Научно-практической конференции-выставке «Современные приборы, оборудование и технологии, применяемые в строительстве, инженерных изысканиях, обследовании сооружений и обеспечении качества работ», М., 2002 г.

• Семинаре «Системы и средства обеспечения пожарной безопасности», М., 2002 г.

• Международной выставке «Пожарная безопасность», М., 2002 г.

• XVIII научно-практической конференции «Снижение риска гибели людей при пожарах», М., 2003 г.

Публикации

Основное содержание диссертационной работы опубликовано в шести печатных работах.

На защиту выносятся следующие положения:

• результаты крупномасштабных натурных огневых испытаний теплоизолированных промышленных трубопроводов и обоснование условий мало-масштабпых испытаний конструкций трубопроводов с тепловой изоляцией;

• результаты комплексной оценки пожарной опасности теплоизоляционных и защитно-покровных материалов;

• результаты экспериментальных исследований по разработке маломасштабного метода оценки пожарной опасности конструкций трубопроводов с различными видами тепловой изоляции;

• результаты исследований пожарной опасности конструкций промышленных трубопроводов с полимерной тепловой изоляцией в соответствии с разработанной методикой;

• результаты исследований влияния путевого электроподогрева в трубопроводах, транспортирующих вязкие нефтепродукты, на пожарную опасность полимерной тепловой изоляции.

• обоснование требований пожарной безопасности к трубопроводам с полимерной тепловой изоляцией.

Объем работы.

Диссертация состоит из введения, шести глав, основных выводов, списка использованной литературы из 64 наименований и трех приложений.

Диссертация содержит 182 страницы машинописного текста, 32 табл. и 44

рис.

Особую благодарность выражаю кандидату технических наук Фахрис-ламову Радику Закиевичу за оказание научной и практической помощи в работе.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе диссертации рассмотрены промышленные объекты, в которых применяется тепловая изоляция. На основе их анализа разработана классификационная схема промышленной тепловой изоляции, которая позволяет в зависимости от назначения объекта, показателя пожарной опасности и температуры теплоносителя, а также вида прокладки трубопровода и условий его эксплуатации предъявлять соответствующие противопожарные требования. Одновременно с этим проведен аналитический обзор по вопросу применения различных материалов в качестве тепловой изоляции в промышленном трубопроводном транспорте, в котором дается сравнительная оценка тепловых изоляций на минеральной и полимерной основах. Делается вывод о том, что для решения проблемы по тепловой защите трубопроводов необходима высокоэффективная изоляция, обладающая не только уникальными тепло-физическими свойствами, но и высокой надежностью и долговечностью. Она должна быть экономически эффективной, позволяющей за короткий период времени и при небольших материальных затратах производить монтаж теплоизолированных трубопроводов. При современных индустриальных технологиях такая задача вполне решаема,

но при этом тепловая изоляция должна отвечать требованиям пожарной безопасности.

Анализ требовании СНиП 2.04.14-88 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов» показал, что в качестве тепловой изоляции трубопроводов в настоящее время разрешается применять, в основном, негорючие материалы, к которым пенопласты не относятся.

Исходя из современных научных представлений в области пожарной безопасности, нормирование конструкций должно производиться комплексно, поскольку они сочетают в себе материалы с различной степенью горючести, имеют разные пространственное расположение и условия эксплуатации. В каждом конкретном случае их поведение в условиях реального пожара будет не-ндентнчным.

Для объективной оценки пожарной опасности конструкций трубопроводов с тепловой изоляцией необходимо разработать специальный метод, учитывающий все особенности их эксплуатации и позволяющий оценить количественные параметры достижения конструкциями предельного состояния в условиях реального пожара.

Во второй главе дана комплексная оценка пожарной опасности теплоизоляционных и защитно-покровных материалов, рекомендуемых СНиП 2.04.14-88, а также материалов, разрабатываемых (в виде опытных и промышленных партий) различными научно-исследовательскими организациями.

Классификация материалов по пожарной опасности проводилась в соответствии со СНнП «Пожарная безопасность зданий и сооружений».

Горючесть материалов определялась по ГОСТ 30244-94 «Материалы строительные. Методы огневых испытаний на горючесть». Согласно испытаниям теплоизоляционные материалы на основе фенолформальдегидных смол (ФРП-1, Внларес-400, ЛФП-1, ФК-75 и др.) относятся к горючим материалам группы Г2.

Пенопласты на основе полиуретанов - к горючим материалам группы Г4.

Теплоизоляционные материалы и изделия на основе минеральных волокон с содержанием органического связующего менее 5 % относятся к негорючим материалам, а при содержании связующего более 5 % - к горючим материалам группы Г2.

Результаты испытаний горючих материалов всех групп на воспламеняемость (ГОСТ 30402-96) свидетельствуют о том, что фенолформальдегидные пенопласты Резопен, Виларес-400 и ФК-75 относятся к группе В1, а Виларес, ФРП-1, ЛФП-1, Виласт-Ш/1 и Викорт-1 - к группе В2. Полиизоциануратные пенопласты Изолан-2,3 и 5 - к группе ВЗ, а Изолан-07П/1 - к группе В1.

Испытания на дымообразующую способность и токсичность продуктов

горения (ГОСТ 12.1.044-89) показали, что все пенополиуретановые пенопласты и Изолан 2 и 5 относятся к материалам с высокой дымообразующей способностью (группа ДЗ) и являются высокотоксичными (группа ТЗ).

Фенолформальдегидные пенопласты характеризуются малой дымообра-зующейся способностью (группа Д1), но по токсичности чрезвычайно опасные (группа Т4).

Результаты исследований на горючесть защитно-покровных материалов свидетельствуют о том, что к классу негорючих материалов относятся:

• полотно холстопрошивное из отходов стеклянного волокна ХПС-Т-5, ХПС-Т-2,5;

• полотно иглопробивное стеклянное теплоизоляционное марки ИПС-Т-1000;

• холсты из микроультрасупертонкого штапельного волокна из горных пород марки БСТВ-ОТ.

Горючими группы горючести Г2 являются:

• армопластмассовый материал АПМ-2;

• стеклопластик рулонный для теплоизоляции РСТ;

• фольгостеклоткань.

В третьей главе представлены результаты натурных крупномасштабных огневых испытаний конструкций трубопроводов с различными вариантами сочетаний теплоизоляционных и защитно-покровных материалов. Испытания проводились в полигонных условиях на образцах трубопроводов длиной 18-24 м при горизонтальном их расположении и 6 м - при вертикальном. В качестве источника теплового воздействия использовалось горящее дизельное топливо, залитое в металлический противень в количестве 6 м'для горизонтальных и 0,4 м3 для вертикальных трубопроводов и обеспечивающее зеркало горения площадью соответственно в течение 30 минут.

В процессе огневых испытаний замерялись тепловые потоки по длине и высоте трубопроводов через каждый метр. Результаты замера приведены в табл. 1.

Таблица 1. Распределение тепловых потоков по длине и высоте теплоизолиро-

ванных конструкций трубопроводов при огневых испытаниях

Расстояние от источника зажигания, м Плотность теплово! о потока, кВт-м'2

Горизонтальное расположение трубопроводов Цертикалыюе расположение трубопроводов

1 2 3

0 44,3 47,4

1 30,6 35,0

2 24,5 26,5

1 2 3

3 16.3 17.0

4 11.0 15,0

5 6.9 10,0

6 6.6 7,5

7 5.6 -

8 4,7 -

9 4.3 -

10 4.2 -

II 4.1 -

12 3.8 -

13 3.7 -

14 2.6 -

15 2.4 -

Для выявления зависимости влияния пространственного расположения конструкции трубопроводов и вида используемой тепловой изоляции на пожарную опасность теплоизолированных трубопроводов и определения времени действия источника зажигания, в течение которого в условиях пожара конструкция достигает предельного состояния, на каждом образце трубопровода под тепловой изоляцией через 1 м устанавливались термопреобразователи. Время достижения максимальной температуры на поверхности трубопровода и было принято временем действия источника зажигания. Одновременно с этим фиксировались такие показатели, как распространение пламени по поверхности тепловой изоляции, время ее самостоятельного горения, нарушение целостности теплоизоляционного слоя. Перечень испытанных конструкций и описание их состояний после огневых испытаний приведены в табл. 2.

Таблица 2. Перечень конструкций трубопроводов с тепловой изоляцией,

использованных в огневых испытаниях

№ конструкции Диаметр трубопровода мм Длина трубопровода. м Материал теплоизоляционного слоя Защитно-покровный материал Вид крепления слоев конструкции Состояние теплоизолированной конструкции трубопровода после огневых испытаний Время достижения максимальной температуры, мин

1 2 3 4 5 6 7 8

Горшонтялыюе расположение конструкций трубопроводов

1 76 24 Заливочный ППУ-331/3. ОСТ-05-455-88 Оцинков сталь толщпноП 1 мм, ГОСТ 14918-80 Винты Конструкция не изменилась 15

1 2 3 4 5 6 7 8

2 76 22 Полусферы из ППУ-331/3, ОСТ 05-455-88 Алюминиевый лист толщиной 0,8 мм, ГОСТ 2163-76 То же То же 15

3 89 24 Изделия из минеральной ваты гофрированной структуры, ТУ 36.16.22-8-86 Фольга алюминиевая, дублированная стеклотканью, ГУ 36-1177-77 Алюминиевые бандажи толщиной 0, 8 мм Наблюдалось выгорание поверхностного покрытия на длину 2,5 м 17

4 76 22 Изделия из ФРП-1, ГОСТ 22546-77 Алюминиевый лист толщиной 0,8 мм, ГОСТ 21631-76 Винты Поверхностное обугливание теплоизоляционного слоя на длину до 1 м 13

5 76 22 То же Стеклопластик РСТ, ТУ 6-11-145-80- Бандажи То же 16

6 89 18 Маты из стеклянного штапельного волокна , ГОСТ 10499-78 Армопласт АПМ-1, ТУ 36-2168-85 То же 1 !ламя распространилось на длину более 10 м 20

7 89 24 Пенопласт Ре-зопен, ГОСТ 22546-77 Алюминиевый лист толщиной 0,8 мм, ГОСТ 21631-76 Винты 11оверхностное обугливание теплоизоляционного слоя на длину до 1,5 м 18

8 89 18 То же Армопласт АНМ-2, ТУ 36-2168-85 То же Обугливание на длину 2,5 м 20

9 89 24 Магы мипсра-ловатные прошивные, ГОСТ 21880-76 Фолы оруберо-ид, ГОСТ 10923-82 Бандажи Пламя распространилось на всю длину трубопровода, защитно- покровный материал С1 орел, утеплитель почернел и осыпался 20

10 89 10 Пенонолисти-рол ПСБ-С, ГОСТ 15588-80 Алюминиевый лист толщиной 0,8 мм, ГОСТ 21631-76 Винты Пенопласт плавился, стекал на землю и горел

1 2 •з 4 5 6 7 8

11 76 11 Изделия из ППУ-331/3, ОСТ 6-0543582 Без защитно-покровного слоя Теплоизоляционный слой обуглился на длину до 1 м от зоны огневого воздействия, имело место самостоятельное горение

Пер гпкалыюс расположение конструкций трубопроводов.

12 76 6 Заливочный ППУ-331/3, ОСТ 6-05-45582 Оцинкованная • сталь толщиной 0,8 мм, ГОСТ 14918-80 Винты Распространения пламени не наблюдалось 20

13 89 6 Пенопласт ФРП-1, ГОСТ 22546-77 Фольгостеклот-кань, ТУ 36-11177-77 Бандажи стальные проволочные Поверхностное обугливание теплоизоляционного слоя на длину 2,5 м 18

14 89 6 Маты из стеклянного штапельного волокна, ГОСТ 10499-78 То же То же Выгорание поверхностного слоя на длину 2,5 м с последующим оголением трубопровода 15

15 76 6 Пенопласт ФРП-1, ГОСТ 22546-77 Алюминиевый лист толщиной 0,8 мм, ГОСТ 21631-76 То же Обугливание теплоизоляционного слоя на длину 1,5 м 19

16 76 6 Пенопласт Ре-зопен, ГОСТ 22546-77 Стеклопластик РСТ, ТУ 6-11-145-80 То же То же 20

17 89 б Маты из стеклянного штапельного волокна, ГОСТ 10499-78 Фольгоруберо-нд, ГОСТ 10923-82 То же Пламя распространилось на всю длину трубопровода

Проведенные испытания показали, что признаком наступления предельного состояния конструкции теплоизолированных трубопроводов является их способность к распространению пламени, которая зависит от свойств теплоизоляционного и защитно-покровного слоев и пространственной ориентации конструкции. Установлено решающее влияние материалов защитно-покровного слоя на распространение пламени по тепловой изоляции.

Максимальное время действия источника зажигания, при котором конструкции достигали предельного состояния в среднем не превышало 20 минут. Дальнейшее воздействие источника зажигания существенно не влияло на распространение пламени по тепловой изоляции.

Полученные данные позволили сформулировать условия маломасштабных испытаний конструкций трубопроводов с тепловой изоляцией, соответствующие воздействию, приближенному к реальному пожару:

плотность теплового потока источника зажигания 47 кВт-м"2;

• время действия источника зажигания - 20 минут;

• вертикальное расположение конструкции.

Четвертая глава посвящена разработке маломасштабного метода оценки пожарной опасности конструкций промышленных трубопроводов с тепловой изоляцией.

Главным принципом подхода к разработке этого метода являлось обеспечение адекватности условий испытаний условиям, приближенным к реальному пожару. В связи с этим, основной частью методики являлось обеспечение тепловых потоков от огневого воздействия, соответствующих потокам от реального пожара.

Исследования воздействия тепловых потоков от пожара на тепловую изоляцию трубопроводов проводились на специально сконструированной экспериментальной установке, принципиальная схема которой представлена на рис.1.

Установка состоит из следующих основных узлов:

Газовой горелки 1; корпуса 2; калибровочной конструкции 5; зонта 8; пульта управления 11; тележки 16.

Металлический корпус установки 2, одновременно являющийся и огневой камерой, имеет цилиндрическую форму диаметром 310±5 мм и длину 1000±5 мм. Он включает в себя три смотровых окна 4, три держателя 6 для тер-мообразователей; подвижный 7 и неподвижный 14 кронштейны для крепления испытываемой конструкции.

Зонт 8 представляет собой металлическую конической формы конструкцию размером 300x300 мм, в верхней части которой имеется держатель 6 для фиксации термопреобразователей.

Калибровочная конструкция трубопровода 5 (рис. 4) представляет собой трубу диаметром 80 мм, диной 2400+10 мм, изолированную слоем из негорючей минеральной ваты толщиной 60 мм и плотностью 100 кг-м"3, покрытую защитным материалом из нержавеющей стали толщиной 0,8 мм.

Тележка 16 оснащена опорами 3 для крепления корпуса 2, зонта 8, уровнемера 18 и штоков 19 с опорами для регулировки соосности установки.

Пульт управления 11 предназначен для установки измерительной аппаратуры, баллона с газом, вентилей и контрольных ламп.

Рнс.1. Схема установки:

1-газовая горелка, 2-корпус камеры огневого воздействия, 3-опора, 4-смотровое окно, 5-калибровочная конструкция, 6-держатель термопреобразователя, 7-подвижный кронштейн, 8-зонт, 9-приспособление для определения оптической плотности дыма, 10-газоотборник, И-пульт управления, 12-измерительная аппаратура, 13-газовая линия, 14-неподвижный кронштейн, 15-ротаметр, 16-тележка, 17-направляющая, 18-уровнемер, 19-шток.

Согласно результатам натурных огневых испытании (см. гл. 3) плотность теплового потока в зоне огневого воздействия вертикально расположенных трубопроводов составляла 47 кВт-м "2.

Для создания таких тепловых потоков в огневой камере экспериментальной установки была разработана газовая горелка, представляющая собой кольцевой коллектор диаметром 395 мм из нержавеющей трубки с внутренним диаметром 9 мм, на котором под углом 45° равномерно расположены эжекционные газовые горелки в количестве 42 штук. В нижней части горелки предусмотрена диафрагма, регулирующая направление воздушных потоков, поступающих в огневую камеру.

С помощью газовой горелки и калибровочной конструкции , установленной в огневой камере на расстоянии 100 мм от нижнего ее уровня проводились эксперименты по установлению зависимости плотности теплового потока ог расхода газа в единицу времени.

Верхний предел плотности теплового потока 47 кВт м1 достигается в зоне огневого воздействия при расходе пропан-бутановой газовой смеси 30-31 л мин"1. Эта величина в дальнейшем и была принята как оптимальная при испытании образцов.

В целях исключения трудоемких замеров тепловых потоков перед началом испытаний каждой партии образцов, наиболее удобным контролем соблюдения теплового режима является поддержание определенных температур в огневой камере на различных ее уровнях, как это предусмотрено в ГОСТ 3024494 по испытанию на горючесть строительных материалов.

Для этого на различных уровнях установки замерялись тепловые потоки и соответствующие им температурные поля в зависимости от времени действия источника зажигания. Распределение температур по высоте установки на уровнях 100, 300, 500, 980 и 2500 мм представлено на рис.2.

Полученные данные позволили осуществлять контроль тепловою режима по температурам двух уровней, один из которых выбран в верхней части огневой камеры на уровне 980 мм с температурой 350±50ПС, а второй - в контрольной зоне образца на уровне 2500 мм с температурой

Для определения оптимального времени действия источника зажигания, при указанной выше плотности теплового потока, проводились испытания по установлению зависимости нарастания температуры в огневой камере от времени действия источника зажигания.

Для этого по высоте калибровочной конструкции трубопровода иод теплоизоляционным слоем (на поверхности трубопровода) и под защитно-покровным слоем (на поверхности минеральной ваты) через каждые 100 мм устанавливались термопреобразователн. Кривые, представленные на рис. 3, показывают, что повышение температуры практически заканчивается через 15 минут после начала испытаний. Дальнейшее воздействие источника зажигания не приводит к повышению температурного поля в образце.

Образец конструкции представляет собой трубопровод длиной 2400 мм, что позволяет поместить его в огневую камеру на глубину 1000 мм, оставляя в контрольной зоне участок длиной 1400 мм. Тепловая изоляция толщиной 50-60 мм монтируется на трубопроводы диаметром 76-108 мм, как наиболее широко используемые в промышленности. При этом масса конструкции составляет 2426 кг, что позволяет двум операторам производить монтаж и демонтаж образцов.

Методика проведения испытаний

Предварительно проводятся калибровочные испытания, целью которых является определение расхода газа в единицу времени, необходимого для создания в огневой камере требуемого теплового режима. Для этого в огневую камеру (2) устанавливают калибровочную конструкцию (5).

Затем на уровнях 980 мм и 2500 мм от нижней кромки корпуса огневой камеры (2) закрепляют термопреобазователи (три и четыре соответственно), зажигают газовую горелку и создают к 10-ой минуте в камере огневого воздействия (путем изменения расхода газа) следующий температурный режим: на уровне 980 мм - 350±50 0С и на уровне 2500 мм - 165±15 °С. Фиксируют расход газа. Затем вместо калибровочной конструкции монтируют испытываемый образец, включают газовую горелку и устанавливают расход газа, определенный в результате проведения калибровочного испытания, одновременно фиксируют время начала испытаний. По истечение 15 минут подачу газа прекращают, фиксируют время самостоятельного горения тепловой изоляции и температуру отходящих дымовых газов.

Для определения количественных показателей оценки пожарной опасности конструкций теплоизолированных трубопроводов (в соответствии с разработанной методикой) были проведены испытания на образцах с различными теплоизоляционными и защитно-покровными материалами, перечень и характеристики которых приведены в табл.3, а результаты испытаний — в табл.4.

Таблица 3. Перечень испытанных конструкций теплоизолированных трубопроводов

№ кон-струк ИНН Теплоизоляционный слой Диаметр трубопровода, мм Толщина теплоизоляционного слоя, мм Защитно-покровный материал Крепление защитно-покровного материала

1 2 3 4 5 6

1 Изделия миперало-вагные с тфриро-вапмой структурой, пло| кость 100 К1 м\ ТУ 36.16.22-8-86 76 50 Лента из алюминия, толщина 0,8 мм, ГОСТ 13726-78 Винты

2 Изделия мннерало-ватмые с гофрированной структурой, плотность 100 кг-м"3, ТУ 36.16.22-8-86 76 50 Стеклопластик рулонный РСТ, ТУ 6-11-145-80 Бандажи

3 Изделия минерало-ватные с гофрированной структурой, плотность 75 кг-м'3, ТУ 36.16.22-8-86 76 50 Фол ьгостеклоткан ь, ГОСТ 36-1177-77 Бандажи

1 2 3 4 5 6

4 Изделия минерало-ватные с гофрированной структурой, плотность 75 кг-м°, ТУ 36.16.22-8-86 76 50 Армогшастовый материал A1IM-I, ТУ 36-2168-85 Бандажи

5 Изделия минерало-ватиые с гофрированной структурой, плотность 75 кгм"5, ТУ 36.16.22-8-86 76 50 Рубероид, ГОСТ 10923-82 Бандажи

6 Изделия из пенопласта ФРП-1 (соотношение смолы и ВАГ-3=4:1), ТУ 6-05-221-204-77 110 60 Оцинкованная сталь, толщина 0,8 мм, ГОСТ 14918-80 Винты

7 Изделия из пенопласта ФРП-1 (соотношение смолы и ВАГ-3=4:1), ТУ 6-05-221-204-77 НО 60 Стеклопластик РСТ, ТУ 6-11-145-80 Бандажи

8 Изделия из пенопласта ФРП-1 (соотношение смолы и ВАГ-3=4:1), ТУ 6-05-221-204-77 НО 60 Армопластовый материал АПМ-2, ТУ 36-2168-85 Бандажи

9' Изделия из пенопласта ФРП-1 (соотношение смолы, и ВАГ-3=4:1), ТУ 6-05-221-204-77 ПО 60 Фолыорубсроид, ТУ 36-1177-77 Бандажи

10 Изделия из пенопласта ФРП-1 (соотношение смолы и ВАГ-3=3:1), ТУ 6-05-221-204-77 89 58 Стеклопластик рулонный РСТ, ТУ 6-11-145-80 Бандажи

11 Изделия из пенопласта ФРП-1 (соотношение смолы и ВАГ-3=3:1), ТУ 6-05-221-204-77 89 58 Фольгорубероид, ТУ 36-1177-77 Бандажи

12 Изделия из пенопласта Резопен (соотношение смолы > и ВАГ-3=2,5:1), ГОСТ 22546-70 НО 60 Стеклопластик рулонный РСТ, ТУ 6-11-145-80 Бандажи

13 ИПУ 331/3, ОСТ 6-05-455-82 76 50 Оцинкованная сталь, толщина 0,8 мм, ГОСТ 14918-80 Винты

1 2 3 4 5 6

14 11ПУ-331/3, ОСТ 6-05-455-82 110 60 Алюминиевый лист, толщина 0,8 мм, ГОСТ 216311-76 Винты

15 ППУ-331/3, ОСТ 6-05-455-82 76 60 Стеклопластик РСТ, ТУ 6-11-145-80 Винты

16 Изделия из пенопласта ФРП-1 (соотношение смолы и ВАГ-3=4:1), ТУ 6-05-221-204-77 34 90 Оцинкованная сталь, толщина 0,8 мм, ГОСТ 14918-80 Винты

17 Пенонолнстирол ПСБ-С, ГОСТ 15588-86 48 50 Алюминиевый лист, толщина 0,8 мм, ГОСТ 216311-76 Бандажи из алюминиевой ленты, накладка по поперечному шву из оцинкованной стали

Таблица 4. Результаты огневых испытаний конструкций теплоизолированных

трубопроводов

№

теплоизолированной Температура Время самостоятель- Степень

конструкции трубопровода (см. табл. 3) дымовых газов, °С ного горения, с повреждения поверхности,%

1 160 0 0

2 175 0 0

3 170 0 0

4 190 0 100

5 350 300 100

6 150 0 0

7 150 0 0

8 200 0 0

9 230 150 100

10 160 0 0

II 330 150 100

12 160 60 30

13 180 0 0

14 240 50 10

15 200 0 0

16 280 70 80

17 220 0 100

Результаты испытаний, приведенные в табл. 4 показали, что параметрами теплоизолированных конструкции трубопроводов, классифицирующими их на распространяющие и не распространяющие горение, могут быть приняты данные, полученные при испытании конструкции № 16. Она хотя и проявила склонность к распространению пламени в контрольной зоне, но степень повреждения поверхности ее тепловой изоляции не превысила 80 %, дальнейшего распространения пламени, как это характерно для конструкций № 4, 5, 9, 11 и 17, не было. Таким образом, теплоизолированные конструкции трубопроводов относят к не распространяющим пламя по тепловой изоляции, если соблюдены параметры, указанные в табл. 5.

Таблица 5. Параметры оценки предельного состояния конструкций теплонзо-

лнрованных трубопроводов

Измеряемый параметр Среднее арифметическое по лвум испытаниям, не более Максимальное значение по двум испытаниям, не более

Температура дымовых газов, "С 260 280

Время самостоятельного горения, с 60 70

Степень повреждения но длине, % 70 80

Данные, полученные при проведении маломасштабных испытаний в соответствии с разработанной методикой сопоставимы с результатами крупномасштабных огневых испытаний (табл. 2 и 4), которые могут служить арбитражными на заключительном этапе разработки экспериментального метода. Это дает основание считать, что принятые условия маломасштабных испытаний, а именно, размер образца и его пространственное расположение в огневой камере, мощность источника теплового воздействия и время его действия, а также критерий оценки пожарной опасности конструкции - распространение пламени, выбраны правильно.

Результаты проведенных исследований позволили разработать Методические рекомендации по оценке пожарной опасности теплоизолированных конструкций трубопроводов.

Пятая глава посвящена вопросам обеспечения надежности перекачки и транспортировки высоковязкой нефти в условиях Крайнего Севера по трубопроводам с электроподогревом и изучению его влияния на пожарную опасность полимерной тепловой изоляции.

Системы электроподогрева, по сравнению с другими видами подогрева, являются наиболее экономичными и удобными в эксплуатации.

Подогрев высоковязких нефтей производится в пределах температур от 75 до 120 °С с помощью нагревательных электролент ЭНГЛ-180 и аксиального нагрева (АСЭ).

Естественно встал вопрос пожаробезопасного использования таких систем, как при нормальном режиме их работы, так и в случае возникновния аварийных ситуаций.

Для изучения влияния систем электроподогрева на пожарную опасность трубопроводов с полимерной тепловой изоляцией при нормальном режиме работы систем проводились сравнительные крупномасштабные огневые испытания в условиях, приближенных к реальному пожару, теплоизолированных трубопроводов с электроподогревом и без него. По результатам испытаний были сделаны выводы о том, что в условиях, приближенных к реальному пожару, системы аксиального и ленточного электроподогрева не повышают пожарную опасность полимерной тепловой изоляции трубопроводов.

Так же проводились исследования по определению влияния факторов, характерных для аварийных режимов работы в системах электропитания, на пожарную опасность трубопроводов с полимерной тепловой изоляцией.

В результате проведенных исследований аварийных режимов работы систем путевого электроподогрева выявлено, что наиболее опасными аварийными режимами являются замыкание токопроводящих жил (режим КЗ) нагревательной ленты на стенку трубопровода (для лент НГЛ-180) и возникновение электрической дуги между электропроводящей жилой кабеля и стенкой трубы (для АСЭ). Эти источники зажигания проверялись на трубопроводах с различными видами полимерной тепловой изоляции. Результаты испытаний показали, что искры электрической дуги не вызывают загорание тепловой изоляции из пенополиуретана (ППУ), Рипора, ФРП-1 Резопена и других полимеров. В местах их попадания образуются лишь сквозные отверстия. Но в случае пропитки изоляции горючим нефтепродуктом, она загорается и пламя распространяется на всю длину пропитанной поверхности.

На основании проведенных исследований были разработаны исходные требования на проектирование теплоизолированных трубопроводов с системами путевого электроподогрева.

В шестой главе даны обоснования требований пожарной безопасности к тепловой изоляции конструкций промышленных трубопроводов, определены тины конструкций тепловой изоляции, проведена оценка их пожарной опасности и, в соответствии с полученными результатами, рекомендованы области их возможного применения (см. табл. 6 и 7).

Таблица 6. Типы конструкций тепловой изоляции промышленных трубопрово-

дов

Тип тепловой изоляции Теплоизоляционный материал Защнтно-покровный материал

негорючий горючий 1 руины Г2 горючий группы Г4 негорючий горючий группы Г2 горючий группы Г4

1 + +

II + +

III + +

IV + +

V + +

VI + +

VII + +

VIII + +

IX + +

Таблица 7. Классификация наружных конструкций теплоизолированных промышленных трубопроводов по пожарной опасности и области их применения

Тип конструкций тепловой изоляции (табл 6) Классификация конструкций теплоизолированных трубопроводов по пожарной опасности Области применения

1, IV, VII Не распространяющие пламя Допускается применять лля аппаратов и трубопроводов в наружных технологических установках; при отдельной прокладке теплопроводов в тоннелях и проходных каналах; при надземной прокладке теплопроводов в пределах жилой застройки населенных пунктов. Возможны ограничения по типу IV при использовании фенольного пенопласта ФРП-1 из-за склонности его к процессу тления. В этом случае применение вставок из негорючего материала является необходимой мерой предотвращения распространения тления. Также возможны ограничения по типу VII для плавящихся пено-пластов марки ПСБ-С.

II, V, VIII Не распространяющие пламя Для типов II, V допускается применение для аппаратов и трубопроводов в наружных технологических установках. Допускается применять для наружных технологических установок высотой 6 м и более. Для теплопроводов - при надземной прокладке вне жилой застройки и за пределами населенных местностей.

III, VI, IX Распространяющие пламя Допускается применять для бесканалыюй подземной прокладки, а также для надземной прокладки трубопроводов (в т.ч. теплопроводов), в этом случае следует предусматривать вставки длиной 3 м из негорючих материалов не более, чем через 100 м длины трубопровода. Для теплопроводов допускается применять при бесканальной прокладке, в непроходных каналах (в каждой камере тепловой сети и на вводе в здания следует устанавливать вставки из негорючих материалов длиной не менее 3 м), в тоннелях и проходных каналах (на вводе в здания и в узлах установки арматуры следует устанавливать вставки из негорючих материалов ллиной не менее 3 м)

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, фенолформальдегидные, изоциануратные, карбамидные и др.).

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

изводительности труда и улучшения санитарно-гигиенических условии при производстве строительно-монтажных работ.

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

Наиболее опасными аварийными режимами являются замыкание токо-проводящнх 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.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. С.А. Шарипова , Р.З. Фахрисламов, А.Я. Корольченко Пожарная опасность трубопроводов с тепловой изоляцией // Пожаровзрывобезопасность,

2002,т.11,№4,с.ЗЗ-37.

2. С.А. Шарнпова, Р.З. Фахрисламов, А.Я. Корольченко Маломасштабный метод оценки пожарной опасности трубопроводов с тепловой изоляцией // Пожаровзрывобезопасность, 2002, т.11, № 5, с. 28-32.

3. С.А. Шарипова, Р.З. Фахрисламов , А.Я. Корольченко Пожарная опасность материалов тепловой изоляции трубопроводов // Пожаровзрывобезопас-ность, 2002, т. 11, № 6, стр. 24-28.

4. С.А. Шарипова , Р.З. Фахрисламов , А.Я. Корольченко Влияние систем путевого электроподогрева промышленных трубопроводов с полимерной тепловой изоляцией на их пожарную опасность // Пожаровзрывобезопасность,

2003, т. 11, №2, стр. 14-17.

5. С.А. Шарипова Маломасштабный метод оценки пожарной опасности трубопроводов с тепловой изоляцией. Строительство - формирование среды жизнедеятельности: Материалы V традиционной научно-практической конференции молодых ученых, М., 2002, с. 123

6. С.А Шарнпова , Р.З.Фахрисламов , А.Я. Корольченко Пожарная опасность трубопроводов с полимерной тепловой изоляцией. Снижение риска гибели людей при пожарах: Материалы XVIII научно-практической конференции -Ч.1., М.: ВНИИПО, 2003.-С. 143-144

Подписано в печать 25.02.2004 г. Формат 60x84/16. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,56. Уч. изд. л. 1,26. Т. -100 экз. Заказ №

Типография ФГУ ВНИИПО МЧС России. 143903, Московская обл., Балашихиискийр-н, пос. ВНИПО, д12

J'

f

M

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.

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.

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.

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