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.

Исследованы средства огнезащиты в условиях углеводородного горения. Огнезащита – это набор конструктивных и производственных методов, предназначенных для сокращения риска возникновения пожаров и их последствий. Для обеспечения защиты от огня необходимо учитывать тип горения, так как средства, эффективные для целлюлозного горения, могут не иметь устойчивости к углеводородному горению, которое характеризуется быстрым ростом температуры вначале пожара до достижения отметки 1000°C в течение первых 5 минут. В связи с этим, защитные составы должны иметь особые физико-химические свойства.

Оценка эффективности огнезащитных средств при углеводородном горении проводится по критериям, определенным в американском стандарте ANSI / UL 1709, который определяет условия тестирования на устойчивость покрытия конструкционной стали в условиях углеводородного пожара. Для более надежной защиты объектов нефтегазовой отрасли, проектировщики должны учитывать жесткие условия, которые могут возникнуть в ходе пожара, и ориентироваться на проведение испытаний на соответствие требованиям документации.

В ходе испытаний оцениваются такие параметры, как огнезащитная эффективность средств, толщина огнезащитного покрытия, наименование средства и его срок службы, а также виды и толщина грунтовых, атмосферных или декоративных покрытий, контактирующих со слоем огнезащиты. Как правило, испытания не являются обязательной процедурой для пожарной безопасности, однако проводятся при добровольной сертификации и для оценки соответствия проектной документации. Учитывая, что углеводородное горение может возникнуть не только на объектах нефтехимической и газовой отрасли, но и в гражданском строительстве, изучение эффективности средств огнезащиты в условиях углеводородного пожара является крайне важным. В связи с этим, при строительстве зданий особой важности рекомендуется использование покрытий, устойчивых к условиям углеводородного пожара.

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