Нормативные требования и методы испытаний конструкций при углеводородном режиме пожара. Часть 1

Для понимания сценария развития пожара на объектах нефтегазового комплекса оцениваются возможные последствия пожара разлития или резервуара хранения нефтепродуктов, исходя из расчета риска возникновения и развития аварий. Далее необходимо дифференцировать объекты по возможному режиму пожара, обосновать расчетом и подтвердить экспериментальными данными пределы огнестойкости конструкций с учетом воздействия углеводородного режима пожара и при наличии соответствующих средств огнезащиты.

В области огневых испытаний конструкций в США, ЕС и России регламентируются «стандартный» (целлюлозный), наружный, медленно развивающийся (тлеющий) и углеводородный режим. Строительные конструкции (преимущественно стальные) резервуаров, оборудования, зданий и сооружений, а также конструкции тан керов и морских сооружений, при аварии, сопровождающейся пожаром и взрывом, подвергаются высокотемпературному воздействию, обусловленному количеством и типом пожарной нагрузки. Среднеповерхностная температура пламени большинства нефтепродуктов превышает 1000 ºС. В связи с этим вышеуказанные конструкции должны обладать повышенным сопротивлением к особым нагрузкам – огнестойкостью, обусловленным горением именно углеводородного топлива.
Передовая практика морской добычи углеводородов закреплена в риск-ориентированном подходе, принятым в России, Великобритании, США, Норвегии, Австралии, Франции, где при оценке безопасности используется метод анализа рисков и оценки их последствий. На этой основе определяются места наиболее вероятного возникновения аварии, и эти участки обеспечиваются адекватной защитой, позволяющей снизить уровень риска до приемле-
мого минимума. Метод анализа рисков дает возможность разработки более безопасных и в то же время экономичных проектныхрешений, в том числе и для защиты конструкций [1, 2, 3].
В целом, в отечественной литературе используется стандартный температурный режим для строительных конструкций нефтегазовых объектов [4, 5, 6]. За рубежом углеводородный режим пожара как модель проведения испытаний для конструкций в нефтегазовой промышленности используется примерно с 80-х годов прошлого века [6, 7].

Рисунок 1. «Терминал по производству и перегрузке СПГ», «Криогаз-Высоцк», г. Высоцк, Ленинградская область. Система: цинконаполненный грунт + полимерное УФ-отверждающееся покрытие Fibaroll + эпоксидное огнезащитное покрытие. Фото автора.

МЕТОДОЛОГИЯ ИСПЫТАНИЙ

В международном масштабе совершенс твованием и унификацией методологии испытаний строительных конструкций на огнестойкость занимается Технический комитет 92 «Пожарная безопасность» Международной организации по стандартизации (ИСО). В рамках этого комитета и на основании широкого международного сотрудничества разработан стандарт на метод испытания строительных конструкций на огнестойкость ИСО 834-75 Fire resistance tests Elements of buildinq constructions. «Испытания на огнестойкость. Строительные конструкции» (в актуализированной редакции – ISO 834-1:1999), который является методологической основой для проведения таких испытаний, в том числе и в России.
При определении ряда параметров огнестойкости зданий и сооружений возникает необходимость выбора температурного режима, который при огневых испытаниях позволил бы сравнивать поведение различных испытуемых объектов в условиях, максимально приближенных к условиям реального пожара, например, к горению углеводородов.
С 2015 года в России действует ГОСТ Р ЕН 1363-2-2014 «Конструкции строительные. Испытания на огнестойкость. Часть 2. Альтернативные и дополнительные методы». Цель разработки этого стандарта – гармонизация подхода к выбору температурных режимов для объектов нефтегазового комплекса и предприятий химической промышленности. Стандарт действует в сочетании с европейским EN 1363-1 «Испытания на огнестойкость. Часть 1: Общие требования», который регламентирует определение огнестойкости элементов конструкции при стандартных условиях пожара, (что показывает преждевременность утверждения ГОСТ Р ЕН 1363-2, поскольку EN 1363-1 не гармонизирован), и содержит сведения о трех альтернативных «стандартному» температурных режимах, учитывающих реальные условия пожара: углеводородного температурного режима; наружного температурного режима и медленно развивающегося (тлеющего) температурного режима (рисунок 2). В проекте изменения к межнациональному ГОСТ 30247.0 в 2015 году также введены различные температурные режимы пожара и их буквенные обозначения: НС – углеводородная кривая, Е – наружная кривая, S – тлеющая кривая.

Сейчас в РФ действуют следующие нормативные документы, в которых упоминается возможность проведения огневых испытаний для конструкций по углеводородному режиму пожара, некоторые из которыхидентичны (или модифицированы) с европейскими [8, 9]:

  • ГОСТ 30247.0-94 Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Общие требования;
  • ГОСТ Р ЕН 1363-2 [10];
  • ГОСТ 30247.0-94 Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Общие требования (проект Изменения 1);
  • ГОСТ Р 54081-2010 (МЭК 60721-2-8:1994) Воздействие природных внешних условий на технические изделия. Общая характеристика. Пожар;
  • ГОСТ Р 53295-2009 с изм.1. Средства огнезащиты для стальных конструкций. Общие требования. Метод определения огнезащитной эффективности;
  •  ISO 13702:2015 Нефтяная и газовая промышленность. Контроль и подавление пожаров и взрывов на установках для добычи из морских месторождений. Требования и руководящие указания.

Рисунок 2. Графики зависимости «температура-время» согласно ГОСТ Р EN 1363-2 и UL 1709

Также существуют европейские и международные нормативные документы, не имеющие аналога в РФ:

  • DIN 4102-2-1977 Fire tests on building materials and structures. Methods for determination of the fire resistance of loadbearing elements of construction, BS 476-20:1987. Fire tests on building materials and structures. Method for determination of the fire resistance of elements of construction (general principles) – содержат методику испытаний согласно углеводородному температурному режиму;
  •  ISO 22899-1:2007 Determination of the resistance to jet fires of passive fire protection materials — Part 1: General requirements, ISO/TR 22899-2:2013 Determination of the resistance to jet fires of passive fire protection — Part2: Guidance on classification and implementation methods – содержат информацию об методах испытаний пассивной огнезащиты.

Среди американских нормативных документов, содержащих методы испытаний с учетом различных температурным режимов пожара, следующие:

  • UL 1709 Standard for Safety for Rapid Rise Fire Tests of Protection Materials for Structural Steel. Содержит метод испытаний конструкций согласно углеводородному режиму, в том числе дополнительной метод испытаний изгибаемых балок с огнезащитой. Ссылается на NFPA 1H, API RP 14FZ, API RP 2218, API STD 2510, API RP 14G, NFPA 30H, NFPA 850, NFPA 556, CEN EN ISO 13702, ASTM C1094, NFPA 502;
  •  ASTM E119 Fire tests of building construction and materials. Содержит требования к стандартному температурному режиму пожара для различных типов конструкций (каменных и комбинированных). Ссылается, в том числе на, ISO 834-1 Fire Resistance Tests – Elements of Building Construction – Part 1: General Requirements;
  • ASTM E 1529-14A Standard test methods for determining effects of large hydrocarbon pool fires on structural members and assemblies. Содержит требования к углеводородному температурному режиму пожара. Содержит ссылки на IMO A754, ISO 834-1 Fire Resistance Tests – Elements of Building Construction – Part 1: General Requirements;
  • NFPA 290 Standard for Fire Testing of Passive Protection Materials for Use on LP-Gas Containers. Определяет метод испытаний для огнестойкости конструкций с пассивной огнезащитой для LP-Gas контейнеров. Содержит ссылки на UL 1709, ISO 22899-1, ISO 13702.

Необходимо отметить, что, согласно исследованиям американской страховой и инжиниринговой компании Global Asset Protection Services LLC (GAPS), показатели расхода и толщины покрытий средств огнезащиты для конструкций по методикам ASTM E-119 и UL 1709 в условиях углеводородного режима пожара имели существенное расхождение и данные, полученные указанными методами, соответственно, требовали корреляции между собой [7]. Международный стандарт ISO 13702:2015, содержащий требования к углеводородному режиму пожара, ссылается на стандарты Американского Института Нефти (API) и американские стандарты ASTM E119 и UL 1709, при этом ссылочный стандарт ISO ISO/TR 22899-2:2013 обращается снова к европейским стандартам.

Рисунок 3. Объект: «Западно-Сибирский комплекс глубокой переработки углеводородного сырья в полиолефины». Огнеза- щита стальных конструкций». Система: ГФ-021 + сетка + Pyrocrete 241 + Carboguard 1340 Clear (не менее 30 мкм) + Carbothane 133HB (не менее 75 мкм). Фото предоставлены производителем работ ООО «Осоран-огнезащита», г. Санкт-Петербург.

На рисунке 2 приводятся графики зависимости «температура-время» согласно ГОСТ Р EN 1363-2 и UL 1709, на котором видно, что кривые графиков (например, при 30 минутном воздействии) различаются между собой. Так кривая, описывающая углеводородный режим пожара, в европейском стандарте продолжает нарастать согласно формуле, приведенной в стандарте, а кривая в американском нормативном документе выходит на постоянное значение, которое должно поддерживаться до завершения огневых испытаний.

Представленный на рисунке 2 график зависимости «температура-время» (кривая 2), выраженный следующим уравнением, представляет «углеводородную кривую»:

где T – время, прошедшее с момента начала испытания, мин; t – требуемая средняя температура в испытательной печи, °С.

Не будем подробно останавливаться на различиях вышеуказанных двух стандартов, добавим, что один из критериев оценки характеристик согласно UL 1709, а именно, передача тепла через защитный материал в течение периода огневого воздействия, для которого требуется определить предел огнестойкости, не должна приводить к повышению средней температуры ни на одном из четырех уровней стальной колонны сверх 1000°F (538°C), и ни одна термопара не должна показывать температуру выше 1200°F (649°C). При этом в европейском документе описывается только общий метод, не приводятся данные по количеству и характеристикам образцов и по теплоизолирующей способности материала. В американском стандарте также регламентируются минимальная длина образца (не менее 2,44 м) для полномасштабного испытания и необходимость учитывать климатическое воздействие на стальные колонны (ускоренное старение при особых условиях, высокая влажность, соленой туман и т.д.).

ДОКУМЕНТЫ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Международный кодекс по системам пожарной безопасности, и Международный кодекс по применению процедур испытания на огнестойкость 2010 года (Кодекс ПИО 2010), принятый Комитетом по безопасности на море Резолюцией MSC.307(88) [10] являются неотъемлемыми частями Международной конвенции по охране человеческой жизни на море 1974 года (International Convention for the Safety of Life at Sea – SOLAC), далее – Конвенция [11].

В случае перевозок жидких грузов, представляющих дополнительную пожароопасность, также учитывают положения Международного кодекса по химовозам [12] и Международного кодекса по газовозам [13] и проводят дополнительные расчеты риска возникновения аварии.

Для достижения целей пожарной безопасности, в том числе, судно разделяется на главные вертикальные зоны и горизонтальные зоны конструкционными элементами с тепловой изоляцией и без нее; жилые помещения отделяются конструкционными элементами с тепловой изоляцией и без нее; ограничивается применение горючих материалов [11].

В Конвенции приводится определение только «стандартного испытания» на огнестойкость» – испытание, при котором образцы соответствующих переборок или палуб подвергаются нагреву в испытательной печи при температурах, приблизительно соответствующих стандартной кривой «время-температура» в соответствии с методом испытаний, отвечающих требованиям Международного кодекса применения процедур испытаний на огнестойкость (FTP Code) [10], которые предъявляются для перекрытий (палубы, переборки) классов «А» (А-0, А-15, А-30, А-60) и «В»(В-0, В-15, В-30) и «С» в соответствии с [14].

Среди документов, содержащих требования по огнестойкости к противопожарным конструкциям для объектов морского транспорта и инфраструктуры, и имеющих ссылки на ИСО 834-1 (причем только на режим «стандартного пожара») основные следующие:

  • Международная конвенция по охране человеческой жизни на море 1974 (СОЛАС-74) (SOLAC) [11];
  • Международный кодекс по применению процедур испытания на огнестойкость 2010 года (Кодекс ПИО 2010). Перекрытия классов А, В и F. Испытания на огнестойкость Fire Test (Part 3 Аnnex 1 FTP Code 2010) [10];
  • Международный кодекс по химовозам – Международный кодекс постройки и оборудования судов, перевозящих опасные химические грузы наливом [12];
  • Международный кодекс по газовозам – Международный кодекс постройки и оборудования судов, перевозящих сжиженные газы наливом (Кодекс МКГ) (с изменениями на 1 января 2016 года). Принят Резолюцией MSC.370(93) [13];
  • ИМО Резолюция A 754 (18) Рекомендация по испытаниям на огнестойкость для перекрытий классов А, В и F, принятые 4 ноября 1993 года. [14];
  • В Российской Федерации также и Технический регламент о безопасности объектов морского транспорта, утв. постановлением Правительства РФ от 12 августа 2010 года N 620 [15], где регламентируется обязательная оценка соответствия на перекрытия и палубы классов «А», «В» и «С»;
  • Правила классификации и постройки морских судов [16].

Все перечисленные документы, кроме «Правила классификации, постройки и оборудования плавучих буровых установок и морских стационарных платформ» [17], регламентируют требования к конструкциям только по классу «А», «В», «F» и «С», которые, как уже отмечалось, испытываются по стандартному температурному режиму (за исключением «С»).

Согласно [17], определение «Конструкции типа Н» – конструкции, образованные переборками и палубами, которые должны быть изготовлены так, чтобы предотвратить прохождение через них дыма и пламени в течение 120 мин стандартного испытания огнестойкости; изолированы негорючими материалами или равноценными огнезащитными составами так, чтобы средняя и максимальная температура на стороне, противоположной огневому воздействию, не повышалась по сравнению с первоначальной температурой более чем на 140 °С и 180 °С соответственно. Конструкциям присваиваются следующие обозначения: Н-120 – в течение 120 мин; Н-60 – в течение 60 мин; Н-0 – в течение 0 мин. Конструкции испытываются на огнестойкость по методике, изложенной в Резолюции А.754(18) [21], с учетом, что «кривая температуры в зависимости от времени должна соответствовать кривой температуры от времени при углеродном горении».

Методика же, изложенная в [17], содержит указание только на «стандартный температурный режим». Соответственно, данный режим приводится и в ПИО 2010 [10], при этом упоминание о возможных других режимах отсутствует.

В каждой стране-члене Конвенции могут существовать некоторые отступления от правил проектирования тех же МПС, а также их интерпретация. Например, в требованиях для береговых и морских платформ [18] дается определение Н-конструкций, как и в [11], но вместо стандартного режима однозначно приводится «углеводородный». Данный документ как раз четко регламентирует требования к Н-конструкциям. Указывается, что интумесцентные покрытия могут применяться для достижения параметра «Н», однако они должны обладать низкими значениями распространения пламени, дымообразования и тепловыделения, также необходимо провести дополнительную оценку токсичности выделяемых продуктов горения.

 Гравит Марина Викторовна, к.т.н., доцент, доцент кафедры «Строительство уникальных зданий и сооружений» Санкт-Петербургского государственного политехнического университета Петра Великого (ФГАОУ ВО СПбПУ)

Фото: www.preview.bramblekids.com

Смотрите также

Компания О3 восстановила мемориал Советским воинам в Южно-Сахалинске

Следуя миссии «ЗАЩИТИМ БУДУЩЕЕ ВМЕСТЕ» и корпоративным ценностям, Компания О3 осуществила защиту памятника культуры в …

Добавить комментарий