Защитное покрытие строительных конструкций от криогенного воздействия на основе цементных плит

Цель исследования. Применение сжиженного природного газа (СПГ) в качестве энергоносителя расширяется ежегодно. Поэтому целью данной статьи является анализ нормативных требований к защите конструкций от пролива криогенных жидкостей, таких как СПГ. Также в статье оценивается способность огнеза-щитных материалов сопротивляться не только высокотемпературным воздействиям, но и низкотем-пературным. 

Методы. В статье рассмотрены основные методики испытания материалов на противодействие проливу криогенных жидкостей и возможность применения средств огнезащиты в качестве криозащитных материалов. Объектом исследования стала огнезащитная конструктивная система, состоящая из плит «ПРОЗАСК Файерпанель». Защитная система производства ООО «ПРОЗАСК» состоит из двух слоев огнезащитных плит «ПРОЗАСК Файерпанель» с негорючей мембраной. А предметом исследования – криозащитная функция такой системы. 

Результаты. Средняя температура образца после 60-минутного криогенного воздействия составила  53°С, сделаны выводы о целесообразности проведения последовательных испытаний на низкотемпературное и огневое воздействия ввиду высокой вероятности развития пожара после пролива криогенной жидкости при наличии источника пламени.

Заключение. В статье показаны и проанализированы результаты испытания защитной системы производства ООО «ПРОЗАСК». При корректном выборе марки стали (в том числе по требованию к ударной вязкости) несущих конструкций объектов нефтегазового комплекса, можно сделать вывод о работоспособности конструкций, защищенных системой конструктивной огнезащиты с плитами «ПРОЗАСК Файерпанель», после часового криогенного воздействия.

1. Производство СПГ в России должно вырасти в 4 раза к 2035 году. URL: https://www.vedomosti.ru/industry/energy_future/articles/2023/09/11/994392-proizvodstvospg-v-rossii-dolzhno-virasti (дата обращения: 14.04.2024).

2. Mojarad A.A.S., Atashbari V., Tantau A. Challenges for Sustainable Development Strategies in Oil and Gas Industries // Proceedings of the 12th International Conference on Business Excellence 2018. Bucharest, 2018. P. 626-638. DOI: 10.2478/picbe-2018-0056.

3. Optimization of Cryogenic Spill Protection Insulation Thickness / Yoshinori Hiroya, Masayuki Tanabe, Shunji Kataoka, Yoshinori Yamada, Tomonori Miyashita // An International Research Journal. Chemical Engineering Transactions. 2016. №48. P. 643-648.

4. A combined fluid-dynamic and thermodynamic model to predict the onset of rapid phase transitions in LNG spills / K. Y. Lervåg, et al. // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2021. № 69. Р. 104354.

5. Березняков А. А., Калаушин Д. Р., Симонов М. Ю. Анализ применения различных теплообменных аппаратов в области сжиженного природного газа // Сжиженный природный газ: проблемы и перспективы: тезисы докладов II Всероссийской научнопрактической конференции, Москва, 08–09 ноября 2022 года / отв. ред. Е.Б. Федорова. М.: Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина, 2023. С. 88-91. EDN: RUHDQQ.

6. Simplified Method to Define the Cryogenic Spill Hazard in LNG Liquefaction Facility / Y. Hiroya, M. Tanabe, S. Kataoka, Y. Yamada, T. Miyashita // CHEMICAL ENGINEERING TRANSACTIONS. 2019. №77. P. 505-510. https://doi.org/10.3303/CET1977085

7. Jo Y.-D., Ahn B.J. Analysis of hazard areas associated with high-pressure natural-gas pipelines // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2002. Vol. 15, is. 3. P. 179-188.

8. Mitigation of Risks Associated with Gas Pipeline Failure by Using Quantitative Risk Management Approach: a Descriptive Study on Gas Industry / A. H. Abdoul Nasser, P. D. Ndalila, E. A. Mawugbe, M. Emmanuel Kouame, M. A. Paterne, Y. Li // Journal of Marine Science and Engineering. 2021. №9(10). P. 1098. https://doi.org/10.3390/jmse9101098.

9. Jet fires and cryogenic spills: How to document extreme industrial incidents / R.F. Mikalsen, K. Glansberg, E.D. Wormdahl, R. Stolen // In Proceedings of the Sixth Magdeburg Fire and Explosion Days conference proceedings. Magdeburg, Germany, 25–26 March. 2019. P. 1-6.

10. Methodology to analyse LNG spill on steel structure in congested marine offshore facility / T. Baalisampang, et al. // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2019. № 62. 103936 p.

11. Young-Do Jo, Bum Jong Ahn. A method of quantitative risk assessment for transmission pipeline carrying natural gas // Journal of Hazardous Materials. 2005. Vol. 123, is. 1–3. P. 1-12.

12. Bradley I., Willoughby D., Royle M. A review of the applicability of the jet fire resistance test of passive fire protection materials to a range of release scenarios // Process Safety and Environmental Protection. 2019. №122. P. 185-191. https://doi.org/10.1016/j.psep.2018.12.004.

13. Experimental study on propane jet fire hazards: Assessment of the main geometrical features of horizontal jet flames / Delphine M. Laboureur, Nirupama Gopalaswami, Bin Zhang, Yi Liu, M. Sam Mannan // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2016. № 41. P. 355-364. https://doi.org/10.1016/j.jlp.2016.02.013.

14. Evaluation and prediction of the safe distance in liquid hydrogen spill accident / Liu Y., et al. // Process Safety and Environmental Protection. 2021. № 146. P. 1–8.

15. Nguyen L. D., Kim M., Chung K. Vaporization of the non-spreading cryogenicliquid pool on the concrete ground // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2020. N 163. P. 120464.

16. Nubli H., et al. Structural impact under accidental LNG release on the LNG bunkering ship: Implementation of advanced cryogenic risk analysis // Process Safety and Environmental Protection. 2024. № 186. P. 329–347.

17. Yu X., et al. Flame characteristics of under-expanded, cryogenic hydrogen jet fire // Combustion and Flame. 2022. № 244. P. 112294.

18. Cryogenic Spill Protection Requirements. Part 1. Fundamentals. URL: https:// www.pfpnet.com/wp-content/uploads/2023/11/PFPNet-Fundamentals-of-Cryogenic-SpillProtection-Part-1.pdf (дата обращения: 14.04.2024).

19. Gravit M., Shabunina D., Klementev B. Fire resistance of steel structures with epoxy fire protection under cryogenic exposure // Buildings. 2021. Vol. 11, № 11. https://doi.org/10.3390/buildings11110537. EDN: XRCOPQ.

20. Клементьев Б. А., Калач А. В., Гравит М. В. Сравнительный анализ требований России и США к огнестойкости строительных конструкций нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов // Пожаровзрывобезопасность. 2021. Т. 30, № 5. С. 5-22. https://doi.org/10.22227/0869-7493.2021.30.05.5-22. EDN: MNGMRT.

21. Гравит М.В., Шабунина Д.Е. Штукатурные составы как огнезащита стальных конструкций объектов нефтегазового комплекса // Пожары и чрезвычайные ситуации: предупреждение, ликвидация. 2022. № 3. С. 46–55. https://doi.org/10.25257/FE.2022.3.46-55.

22. Системы огнезащиты стальных конструкций с цементными плитами и противопожарным барьером при криогенном и Jet-Fire воздействиях / С. П. Антонов, М. В. Гравит, Е.С. Недвига, О.А. Фридрих // Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация. 2024. № 2.

23. Гаращенко А.Н., Антонов С.П., Виноградов А.В. Исследование теплотехнических характеристик и эффективности конструктивной огнезащиты на основе цементных плит типа «ПРОЗАСК Файерпанель» при воспроизведении условий высокотемпературного воздействия // Пожаровзрывобезопасность. 2022. Т. 31, № 6. C. 13–29. https://doi.org/10.22227/0869-7493.2022.31.06.13-29.