Особенности и методы испытаний арматуры газо- и нефтепроводов на огнестойкость

Одним из ключевых вопросов, связанных с безопасностью объектов нефтегазовой промышленности, является повышение уровня пожарной защиты. Это крайне важно для защиты окружающей среды и населения от техногенных угроз. Горение углеводородов происходит в специфических условиях, что затрудняет использование типовых средств огнезащиты. Поэтому, при возникновении пожаров на нефтяных платформах, газовых установках, перерабатывающих заводах, жертвами и материальным ущербом неизбежно становятся люди и оборудование.

Чтобы предотвратить возможные пожары, конструкции, узлы и элементы газо- и нефтепроводов должны быть обеспечены повышенной устойчивостью и огнестойкостью. Это подтверждается в специальных лабораторных условиях. Однако, учитывая специфику углеводородного горения, использование стандартных методов огнезащиты оказывается неэффективным.

Таким образом, для защиты объектов от пожаров и взрывов в нефтегазохимическом комплексе необходимо использовать специальные методы и устройства, обеспечивающие повышенный уровень безопасности и надежности. В этой связи, особое внимание следует уделять испытанию арматуры на огнестойкость и ее способности справляться с условиями, связанными с возможностью возникновения пожаров и взрывов.

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.

Стадии проведения испытаний

Процесс испытания арматуры нефте- и газопроводов, а также огнезащитных покрытий, состоит из нескольких этапов. Заказчик направляет заявку в испытательную лабораторию, предоставляя следующие документы:

Для арматуры:

• Сборочный чертеж изделия.
• Техническую документацию.
• Паспорт изделия.
• Программу и методику испытаний на конкретное изделие, разработанные на основании СТ ЦКБА 001-2003 и требований заказчика (при наличии).

Для огнезащитных средств:

• Техническую документацию (ТУ, описание и т.д.).
• Инструкцию по нанесению.
• Программу и методику испытаний (при наличии).

Далее заказчик заключает договор с лабораторией, где прописываются сроки проведения работ в том числе.

Следующая стадия - отбор образцов и проведение самих испытаний, которые допускаются только на аттестованном оборудовании, а также на специальном стенде.

Специализированный профиль № 20 по ГОСТ 8239 или профиль № 20Б1 по ГОСТ 26020 должен использоваться в качестве образцов, на которые наносится (монтируется) огнезащитное средство. Высота образца (1700 ± 10) мм. Толщина металла стальной колонны определяется перед каждым испытанием. Допустимо проведение испытаний на других профилях.

Средство огнезащиты наносится (монтируется) на образцы в соответствии с технической документацией. Подготовительные работы перед испытанием запорной и других видов арматуры включают размещение образца в огневой камере и подключение к переходным трубопроводам для создания нужного давления.

Температура горения поддерживается в соответствии с уравнением углеводородного горения T - T 0 = 1080 х (1 - 0.325 х e –0.167t – 0.675 х e –2.5t). Значение должно фиксироваться через каждые 60 секунд. В конце испытаний время наступления предельного состояния ИА по огнестойкости регистрируется.

Результаты испытаний оформляются в виде протокола, который содержит следующие сведения:

• Наименование испытательной лаборатории.
• Наименование организации-заказчика.
• Дата проведения испытаний.
• Рабочий чертеж ИА и его номер (для арматуры).
• Указание нормативного документа на методы проведения испытаний.
• Перечень параметров для контроля и результаты измерений.
• Итог визуального наблюдения за испытанием.
• Заключение об огнестойкости арматуры или огнезащитной эффективности состава.

При успешных испытаниях производитель (импортер) арматурных элементов или средств огнезащиты может пройти добровольную сертификацию. Будучи процедурой технологически сложной и требующей высокой точности испытательного оборудования и профессиональных знаний испытателя, проведение испытаний должно осуществляться только в аккредитованной и авторитетной лаборатории.

Фото: freepik.com