М.М. Казиев, к.т.н., член-корреспондент НАНПБ, доцент Академии ГПС МЧС России.
В.В.Смирнов, Центр комплексной безопасности в строительстве

Сегодня огнезащита строительных конструкций и коммуникаций технологических установок по добыче, переработке и транспортировке природного газа, нефти и нефтепродуктов является актуальной проблемой, требующей решения с помощью эффективных защитных покрытий.

В настоящее время огнезащитные составы находят широкое применение в строительстве. Проводится огнезащита несущих стальных, железобетонных и деревянных конструкций, а также защита воздуховодов, дымоходов, технологических проходок в противопожарных преградах. С помощью огнезащиты решаются две задачи. Повышается устойчивость здания и сооружений за счет повышения предела огнестойкости строительных конструкций, а также предотвращается развитие и распро-странение пожара. Огнезащитные системы дают возможность возводить в короткие сроки здания и сооружения из прочных металлических или облегченных железобетонных конструкций. При этом снижается массивность сооружений и сокращаются сроки строительства. Это позволяет получить значительный экономический эффект.

Для огнезащиты строительных конструкций используются огнезащитные составы, обладающие различной эффективностью. В качестве средств огнезащиты используются вспучивающиеся краски, обмазки, штукатурные составы, минераловатные плиты, сухая штукатурка и т.п. Все они обладают своими достоинствами и недостатками. Преимуществом вспучивающихся составов является то, что они существенно не увеличивают нагрузку на конструкцию и эффективны для металлических балок, ферм, прогонов и других конструкций, работающих на изгиб.

В зависимости от требуемого предела огнестойкости и нагруженности конструкций толщина сухого слоя вспучивающихся красок может составлять 0,7-1,8 мм, толщина обмазок может достигать 40-50 мм . Основным недостатком вспучивающихся огнезащитных красок является относительно невысокая огнезащитная эффективность. Например, при стандартном температурном режиме время прогрева двутавровой балки № 20 до 500 ^оС с толщиной сухого слоя около 1 мм может составлять 45 и в редких случаях при толщине 1,2-1,4 мм - 60 минут. Значительно большей огнезащитной эффективностью обладают штукатурные составы и обмазки, которые чаще всего применяются для защиты вертикальных несущих конструкций. Наиболее эффективные из них способны повышать огнестойкость стальных конструкций до 4-х часов. К их достоинствам следует также отнести высокую механическую прочность и долговечность, а также способность противостоять разрушению при воздействии направленного факела пламени.

За последнее время всё большую актуальность приобретает проблема огнезащиты технологических установок и коммуникаций, связанных с добычей переработкой и транспортировкой нефти, нефтепродуктов и природного газа, а также несущих конструкций автомобильных и железнодорожных тоннелей и мостовых сооружений. По трубопроводам под давлением транспортируются горючие и легко воспламеняющиеся жидкие и газообразные вещества и материалы, которые при аварии создают реактивный высокотемпературный факел пламени, способный разрушить соседние трубопроводы. Возникновение пожара в тоннелях и под мостами, при возгорании транспортных средств или вагонов с нефтепродуктами приводит к сильному локальному огневому воздействию на верхние несущие конструкции. Возникновение пожара в тоннеле или под мостом может привести к непригодности дальнейшей их эксплуатации.

Огнезащита наружных транспортных коммуникаций и технологических систем должна ориентироваться на реальные и наиболее жесткие ситуации, которые могут возникнуть при пожаре. Например, при параллельной прокладке нескольких трубопроводов в случае разрушения одного трубопровода струя огня может разрушить соседние и тем самым расширить масштабы пожара. В этой связи необходимо разработку огнезащитных ставов и их оценку их эффективности проводить в условиях соответствующего огневого воздействия.

В настоящее время в России отсутствует метод экспериментальной оценки эффективности огнезащитных составов для защиты транспортных коммуникаций. За рубежом этой проблеме уделяется большое внимание. В экономически развитых западных странах, например, в США и Англии, наряду с общепринятым «стандартным пожаром», который классифициру-ется как «целлюлозный», стандартизован так называемый «углеводородный пожар», который моделирует температурный режим соответствующий горению нефти, нефтепродуктов или природного газа.

Динамика изменения температуры в огневой камере при стандартном «целлюлозном» и «углеводородном пожаре» показана на рис. 1.

По сравнению со стандартным «целлюлозным» пожаром (ГОСТ 30247.0-94), при «углеводородном» пожаре температура в огневой камере через 5 минут достигает 1000 ⁰С.

Можно отметить, что в случае углеводородного пожара, происходит стремительный рост температуры, который также сопровождается тепловым ударом пламени по верхним ограждающим конструкциям. Стандарт UL 1709 (UnderwritersLaboratory, USA). Этот метод в большинстве случаев используется для оценки устойчивости и огнестойкости несущих конструкций железнодорожных и автомобильных тоннелей, а также оценки эффективности наружных технологических установок по добыче, переработке и транспортировке газа, нефти и нефтепродуктов. 

Данный стандарт определяет критерии стойкости огнезащитных покрытий в условиях пожара при котором температура 1000 ^оС. достигается в первые 5 минут горения. Специально для оценки эффективности огнезащиты трубопроводов дополнительно применяется метод «прямого удара» реактивного пламени. Критерием эффективности огнезащитного состава служит время от начала испытания до наступления предельного состояния.

При выборе огнезащитных покрытий для наружных коммуникаций учитывается также его устойчивость к атмосферным факторам и различным средам, типичным для данной области применения.

Качество огнезащитных покрытий определяются следующими характеристиками:

• эффективность огнезащитного материала;
• гарантированный срок службы;
• технологичность нанесения и восстановления поверхности;
• прочность и пластичность сухого слоя;
• срок годности состава;
• стойкость к солнечному и атмосферному воздействию;
• диапазоном температур при котором может наносится состав с сохранением огнезащитной эффективности.

В настоящее время на российском рынке представлены различные огнезащитные штукатурные составы и обмазки, которые сертифицированы в области пожарной безопасности. К ним в частности, относятся «Pyrocrete 241» (Пирокрит 241) фирмы “Карболайн ”(США), Chartek 7 фирмы АкzopNobelCoatingB.V. (Нидерланды), СОТЕРМ-1М производства ЗАО «Теплоогнезащита».

К наиболее качественным зарубежным огнезащитным покрытиям, которые могут обеспечить предел огнестойкости конструкций до 4-х часов, можно отнести «Pyrocrete 241» и Chartek 7.

Серия огнезащитных материалов «Пирокрит» представлена на мировом рынке боле 30 лет и широко используется для огнезащиты несущих конструкций приоритетных объектов в разных странах. Это однокомпонентный порошкообразный материал, на основе композиции 5 типов легковесных цементов с наполнителем из слюды и стекловолокон, который смешивается с водой пе­ред нанесением на конструкцию. Состав рекомендуется применять для огнезащиты стальных и бетонных конструкций внутри помещений и под от­крытым небом. Огнезащитные составы «Pyrocrete 241» и Chartek 7 очень хорошо себя зарекомендовали на нефтеперерабаты­вающих и нефтехимических заводах, прибрежных нефтяных платформах, атомных и обычных электростанциях. Обладают высокой ударной прочностью и долговеченостью.

К достоинствам составов «Pyrocrete 241» и Chartek 7 сследует отнести то, что они легко наносятся распылением или шпателем. Не содержат асбест, хлориды и сульфиды. При нанесении не требует специальной грунтовки Составы можно наносить на конструкции в цеху и на стройплощадке c последующей транспортировкой к месту монтажа. Снаружи составы могут иметь гладкую поверхность и могут также окрашиваться цветной краской под нужный дизайн.

К достоинствам состава Пирокрит 241 следует также отнести то, что он прошел испытания и сертификацию в различных международных организациях. Испытания для стандартного и углеводородного пожара проведены в Англии международным испытательным центром Fire Insurers’ Research and Testing Organization (FIRTO). Качество состава подтверждено сертификатом Lloyd’s Register of Shipping, который включает дополнительные испытания по методу «прямого удара» реактивного пламени. В настоящее время данный материал является одним из наиболее долговечных, ударопрочных и атмосфероустойчивых огнезащитных материалов на цементной основе, представленных на мировом рынке.

Отсутствие отечественных гостированных методов испытаний, для наружных технологических установок и транспортных коммуникаций обуславливает необходимость учета зарубежного опыта в обеспечении необходимой и достаточной огнезащиты гражданских и промышленных объектов. Способы нанесения огнезащитного состава показаны на рис. 2-4.

Рис. 2. Способ огнезащиты двутавровой балки штукатурным составом (обмазкой) по сетке

Рис. 3. Способы крепления огнезащитного состава на металлические поверхности.

Рис. 4. Вид стальной конструкции с нанесенным огнезащитным составом.