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.

Стандартный целлюлозный режим используется при проведении испытаний на огнестойкость, который имеет максимальное приближение к температурному режиму обычного пожара. Это категория "лайт". Условия горения определяются ГОСТ 30247.0-94 "Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Общие требования". Этот режим применяется для элементов инженерных систем, в таких объектах инфраструктуры, как аэропорты, торговые центры, стадионы, вокзалы и другие.

Абсолютно другой механизм горения присущ углеводородам (нефть, нефтепродукты, природный газ). В первые 5 минут после возгорания температура приближается к отметке в 948 °С, стремительно нарастая. Горение углеводородов выделено в отдельный класс. Этот механизм описывает американский стандарт ANSI / UL 1709 и отечественный ГОСТ Р ЕН 1363-2-2014 "Конструкции строительные. Испытания на огнестойкость. Альтернативные и дополнительные методы". На объектах нефтегазовой отрасли значительная часть оборудования находится под давлением, а разрушение конструкций с выходом наружу горючего вещества, в особенности газа, сопровождается возникновением свищей, реактивных струй и факельного воспламенения. Это может привести к масштабным разрушениям, значительному материальному ущербу и риску большого числа человеческих жертв.

Для буровых платформ, нефтеперерабатывающих заводов, газопроводов и других объектов, напрямую взаимодействующих с углеводородами, необходимо использовать специальные огнезащитные средства и составы, проверенные в условиях углеводородного горения. ГОСТ Р ЕН 1363-2-2014 закрепляет необходимость проведения испытаний отдельных объектов и элементов инженерных систем на огнестойкость не только при стандартном, но и при альтернативных режимах. Его используют при определении предела огнестойкости строительных конструкций, применяемых на объектах нефтяной промышленности, и не только. Испытания арматуры для газо- и нефтепроводов и других конструкций, применяемых в нефтяной промышленности, проводятся при более жестких условиях в углеводородном режиме. В данном режиме температура и давление возрастают гораздо быстрее и имеют большие значения, чем при горении древесины и других строительных и облицовочных материалов.

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