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 можно изучить с помощью специальных испытаний. Трубопроводная арматура - это система элементов, установленная на трубопроводах для регулирования потока рабочей среды (жидкости, газа). Арматура включает в себя задвижки, клапаны, вентили, заслонки, конденсатоотводчики, краны и регуляторы давления, расхода и уровня.

В зависимости от своего назначения, арматура может быть запорной, регулирующей, защитной, предохранительной или распределительно-смесительной. Общие требования к безопасности элементов определены в ГОСТ 12.2.063-2015 "Арматура трубопроводная. Общие требования безопасности".

Специальные испытания на огнестойкость арматуры проводятся для подтверждения ее стойкости к климатическим, механическим и термическим воздействиям. Главным методом испытаний трубопроводной арматуры на огнестойкость является определение времени от начала теплового воздействия на арматуру до наступления одного или нескольких предельных состояний огнестойкости: потеря герметичности затвора, потеря способности изменять положение и перемещаться из положения "открыто" в "закрыто" и наоборот, изменение параметров регулирования, нарушение геометрических форм и размеров деталей, появление трещин, прогаров и прочих дефектов, препятствующих нормальной работе.

Испытания проводят под давлением и при воздействии пламени с температурой от 750 до 1000 °C. После регистрации одного или нескольких предельных состояний проводят гидравлическое испытание с целью проверки герметичности узлов. Выполнение всех требований ГОСТ 12.2.063-2015 и правильное проведение испытаний на огнестойкость обеспечивают безопасную эксплуатацию трубопроводной 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