Научное обоснование методики синтеза абляционно-десорбционных огнезащитных покрытий оборудования объектов нефтегазового комплекса

Актуальность темы исследования. Приоритетными задачами энергетической стратегии Российской Федерации на объектах нефтегазового комплекса (НГК) являются: уменьшение негативного воздействия отраслей топливно-энергетического комплекса на окружающую среду, обеспечение безопасных условий труда, снижение количества аварий и пострадавших при несчастных случаях на производстве. Пожарная опасность НГК обусловлена наличием большого объема опасных веществ и процессов с их обращением, что является основным фактором, который препятствует устойчивому промышленному развитию нефтеперерабатывающих предприятий. Пожары на данных объектах протекают в углеводородном режиме и сопровождаются тепловым и эрозийным воздействием факельного горения углеводородов. Процесс факельного горения приводит к преждевременной потере несущей способности конструкций технологического оборудования, что, в свою очередь, инициирует каскадное развитие аварии. Согласно статистике, за последние 10 лет аварии на объектах НГК, приведшие к пожару и взрыву, составляют порядка 88% от общего числа аварий. В настоящее время широко применяются средства противопожарной защиты, способные обеспечить требуемые пределы огнестойкости несущих элементов оборудования НГК. Одним из средств повышения предела огнестойкости металлических конструкций является применение специальных огнезащитных вспучивающихся композиций (ОВК). Однако в условиях теплового и эрозийного воздействия факельного горения углеводородов показатели эксплуатационных характеристик ОВК (адгезионная прочность, огнезащитная эффективность и т.д.) недостаточны. Таким образом, решение задачи доработки рецептур ОВК позволит использовать полученные составы в условиях углеводородного режима пожара и, в то же время, обеспечить конкурентоспособность продукции на мировом рынке. Решение данной задачи возможно посредством введения компонентов абляционно-десорбционного действия, обладающих синергетическим эффектом в повышении эксплуатационных характеристик ОВК. Следовательно, существует необходимость в поиске компонентов рецептур для повышения огнезащитной эффективности ОВК, что позволило сформулировать научную задачу, заключающаяся в разработке методики синтеза абляционно-десорбционных огнезащитных покрытий оборудования объектов нефтегазового комплекса. Объект исследования – рецептуры абляционно-десорбционных огнезащитных покрытий, проявляющие полифункциональность механизма огнезащиты. Предмет исследования – закономерности влияния отдельных компонентов рецептур абляционно-десорбционных огнезащитных покрытий на их огнезащитную эффективность. Цель исследования – повышение пределов огнестойкости металлических конструкций объектов нефтегазового комплекса путем применения синтезированных абляционно-десорбционных огнезащитных составов с увеличенными эксплуатационными характеристиками. Для достижения цели работы предполагалось решить следующие частные задачи: 1) исследовать влияние поверхностных и внутриобъемных преобразований ОВК в процессе абляционной защиты; 2) исследовать физические свойства огнезащитных составов, содержащих компоненты абляционной защиты; 3) установить закономерность влияния компонентов абляционнодесорбционного действия на огнезащитную эффективность огнезащитных покрытий; 4) разработать методику синтеза абляционно-десорбционных огнезащитных покрытий металлических конструкций оборудования объектов нефтегазового комплекса и технологию ее применения. Научная новизна: 1) создан функциональный компонент рецептуры огнезащитного состава, отличающийся от известных возможностью повышения эксплуатационных характеристик ОВК и реализующий абляционнодесорбционный механизм огнезащитного действия; 2) разработана регрессионная модель, отличающаяся от известных возможностью прогнозирования времени наступления предельного состояния защищаемой поверхности с применением абляционно-десорбционных огнезащитных покрытий в условиях теплового и эрозийного воздействия факельного горения углеводородов, в зависимости от показателей их эксплуатационных характеристик; 3) разработана технология применения методики синтеза абляционнодесорбционных огнезащитных покрытий для металлических конструкций оборудования объектов нефтегазового комплекса, отличающаяся от ранее известных возможностью реализации абляционно-десорбционного механизма огнезащитного действия огнезащитных покрытий в условиях факельного горения углеводородов. Научные результаты, полученные в диссертационной работе, соответствуют паспорту специальности 2.10.1 Пожарная безопасность п. 10 «Разработка научных основ, моделей и методов, направленных на создание и применение веществ и материалов пониженной горючести, средств огнезащиты и огнетушащих веществ». Теоретическая значимость состоит в том, что: - исследованы способы введения компонентов рецептур абляционнодесорбционных огнезащитных покрытий, с целью увеличения времени наступления предельного состояния ОВК в условиях горения углеводородов; - подтверждена возможность увеличения времени наступления предельного состояния защищаемой поверхности с применением огнезащитных покрытий путем применения методики синтеза абляционно-десорбционных огнезащитных покрытий конструкций оборудования объектов нефтегазового комплекса. Практическая значимость: - результаты диссертационной работы использованы научноисследовательским институтом перспективных исследований и инновационных технологий в области безопасности жизнедеятельности ФГБОУ ВО «СанктПетербургский университета ГПС МЧС России» при оценке эксплуатационных характеристик огнезащитных покрытий, применяемых на объектах нефтегазового комплекса; - результаты диссертационной работы использованы обществом с ограниченной ответственностью научно-производственной компании «ОгнеХимЗащита» при разработке огнезащитного атмосферостойкого состава «Термобарьер 3». Методы исследования: синхронный термический анализ (термогравиметрия, дифференциальная термогравиметрия, дифференциальная сканирующая калориметрия), исследование адгезионных, термических, электрофизических свойств огнезащитных составов, статистическая обработка результатов многократных измерений, регрессионный анализ. Положения, выносимые на защиту: - состав и эксплуатационные характеристики модифицированных огнезащитных покрытий; - регрессионная модель процесса наступления предельного состояния абляционно-десорбционных огнезащитных покрытий в условиях теплового и эрозийного воздействия факельного горения углеводородов; - методика синтеза абляционно-десорбционных огнезащитных покрытий металлических конструкций оборудования объектов нефтегазового комплекса.