Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Повышение огнестойкости металлических конструкций объектов нефтегазовой отрасли применением вспучивающихся красок Халилова Регина Асхатовна

Повышение огнестойкости металлических конструкций объектов нефтегазовой отрасли применением вспучивающихся красок
<
Повышение огнестойкости металлических конструкций объектов нефтегазовой отрасли применением вспучивающихся красок Повышение огнестойкости металлических конструкций объектов нефтегазовой отрасли применением вспучивающихся красок Повышение огнестойкости металлических конструкций объектов нефтегазовой отрасли применением вспучивающихся красок Повышение огнестойкости металлических конструкций объектов нефтегазовой отрасли применением вспучивающихся красок Повышение огнестойкости металлических конструкций объектов нефтегазовой отрасли применением вспучивающихся красок
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Халилова Регина Асхатовна. Повышение огнестойкости металлических конструкций объектов нефтегазовой отрасли применением вспучивающихся красок : диссертация ... кандидата технических наук : 05.26.03 / Халилова Регина Асхатовна; [Место защиты: Уфим. гос. нефтяной техн. ун-т].- Уфа, 2008.- 108 с.: ил. РГБ ОД, 61 09-5/981

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1 Современное состояние проблемы обеспечения требуемой огнестойкости металлических конструкций ... 8

1.1 Металлы, сплавы и их поведение в условиях пожара 8

1.1.1 Особенности состава, строения и свойств строительных сталей 9

1.1.2 Характеристика и классификация сталей 11

1.1.3 Стали, применяемые в строительстве. Стальные изделия и конструкции 12

1.1.4 Поведение металлов и сплавов в условиях пожара 18

1.2 Огнезащита в системе пожарной безопасности зданий и сооружений 26

1.2.1 Роль огнезащиты в повышении огнестойкости строительных конструкций различных типов 26

1.2.2 Способы огнезащиты 27

1.2.3 Технологии огнезащиты 29

1.2.4 Огнезащитные вспучивающиеся краски 30

1.2.5 Компоненты средств огнезащиты 32

ГЛАВА 2 Методы исследования 40

2.1 Исследование огнезащитной эффективности 40

2.1.1 Образцы для испытаний 40

2.1.2 Условия нанесения огнезащитных покрытий на образцы 41

2.1.2 Оценка результатов испытаний 41

2.1.3 Протокол испытания 42

2.2 Оценка остаточного ресурса металлических конструкций после огневого воздействия 43

2.2.1 Методика расчета малоцикловой прочности 44

2.2.2 Установка для испытаний на малоцикловую усталость 45

2.2.3 Устройство для определения момента излома образца и подсчета числа циклов до разрушения 46

2.2.4 Изготовление образцов 46

2.2.5 Методика проведения испытаний 47

2.3 Рентгеноструктурный анализ 48

2.4 Рентгеноспектральный анализ 51

2.5 Методы исследований параметров микроструктуры и механических свойств стали 52

ГЛАВА 3 Экспериментально-аналитическое исследование гнезащитных вспучивающихся красок . 54

3.1 Определение огнезащитной эффективности вспучивающихся покрытий 54

3.2 Исследование динамики вспучивания состава на защищаемой поверхности 56

3.3 Исследование технологии нанесения огнезащитного покрытия 60

3.4 Испытания на малоцикловую усталость 61

3.5 Рентгеноструктурный анализ 1 66

3.6 Рентгеноспектральный анализ 68

3.7 Влияние огнезащитных покрытий на микроструктуру и циклические свойства конструкционной стали Ст. З в условиях воздействия высокой температуры 70

3.7.2 Результаты исследований 74

ГЛАВА 4 Расчет огнестойкости металлоконструкций 77

4.1 Объект исследования 77

4.2 Расчет пределов огнестойкости несущих металлических конструкций 78

4.2.1 Расчет температуры прогрева металлических конструкций при воздействии «стандартного» пожара 78

4.2.2 Расчет несущей способности металлических конструкций при воздействии «стандартного» пожара 84

4.3 Расчет фактического предела огнестойкости колонны К-102 87

4.4 Расчет фактического предела огнестойкости шахтной лестницы 88

Выводы 96

Список литературы

Введение к работе

Развитие и интенсификация нефтегазовой отрасли в современных условиях сопровождаются ростом числа аварийных ситуаций, приводящих к возгоранию или взрыву углеводородных веществ. Повышение. пожаровзрывобезопасности нефтеперерабатывающих комплексов является важнейшей составной частью обеспечения защищенности населения от угроз техногенного и экологического характера [1].

Сооружения на объектах нефтегазовой отрасли изготавливаются, как правило, из углеродистой стали различных марок, которая отличается высокой теплопроводностью. Это приводит к тому, что в условиях пожара незащищенные металлические конструкции быстро прогреваются до температур, превышающих 400-500С. Под воздействием этих температур и нормативной нагрузки интенсивно развиваются температурные деформации, что ведет к быстрому разрушению сооружения (в пределах всего 0,12-0,25 часа). Повышение предела огнестойкости конструкций, т. е. времени от начала воздействия пожара до наступления предельного состояния (для металлических сооружений - потери несущей способности) до требуемого уровня достигается применением огнезащиты [2-4].

Применяемые для огнезащиты обычные (невспучивающиеся) материалы, как правило, занимают дополнительный объем и увеличивают за счет собственной массы нагрузку на защищаемую конструкцию. Кроме того, средства огнезащиты должны не только обеспечивать защиту конструкции от внешнего огневого воздействия, но и обладать адгезией к подложке материала конструкции, долговечностью в нормальных условиях эксплуатации, технологичностью при изготовлении и нанесении на защищаемую конструкцию. Этим требованиям соответствуют вспучивающиеся огнезащитные составы, огнезащитный эффект которых основан на образовании при тепловом воздействии пористой массы с низкой теплопроводностью, которая препятствует притоку тепла к защищаемой поверхности. Вспучивающиеся краски являются одним из наиболее интенсивно развивающихся направлений в области разработки составов для огнезащиты металлических конструкций. Высокая эффективность, возможность использования индустриальных методов нанесения составов на поверхность конструкций обусловливает повышенный интерес к ним. Таким образом, проблема разработки и исследование вспучивающихся красок с повышенными теплозащитными свойствами является весьма актуальной.

Цель работы

Целью диссертационной работы является повышение пожарной безопасности металлических конструкций путем разработки и применения огнезащитных вспучивающихся покрытий.

Задачи исследования: провести лабораторные исследования предела огнестойкости стальных образцов с различной толщиной огнезащитных покрытий; оценить прочностные характеристики стальных образцов с огнезащитным покрытием на малоцикловую устойчивость; проанализировать атомную структуру и химический состав поверхности стальных образцов с огнезащитным покрытием рентгенографическими методами; изучить структурные составляющие стальных образцов с огнезащитным покрытием после температурного воздействия при помощи металлографического анализа.

Научная новизна

1 Предложена композиция огнезащитной вспучивающейся краски и разработан алгоритм ее нанесения в зависимости от оптимального соотношения толщины и времени покрытия, позволяющий получить послойное вспучивание при огневом воздействии, что обеспечивает увеличение предела огнестойкости металлических конструкций.

2 Установлено, что покрытие металлических конструкций огнезащитной вспучивающейся краской позволяет изменить поверхностную структуру металла благодаря диффузии компонентов состава (алюминия и кремния) в условиях высоких температур, повысив тем самым усталостную прочность и огнестойкость.

Практическая ценность

Предложенная композиция огнезащитной вспучивающейся краски и технология ее нанесения применяются ООО «Строительная фирма № 2» для проведения огнезащитных работ.

Результаты диссертационной работы используются в обучении студентов специальности 280104 «Пожарная безопасность» ГОУ ВПО УГНТУ по дисциплине «Здания, сооружения и их устойчивость при пожаре» (определение огнестойкости строительных материалов и прочностных характеристик металлов с огнезащитными покрытиями).

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на Международной научно-практической конференции «Промышленная безопасность на взрывопожароопасных и химически опасных производственных объектах» (г. Уфа, 2008 г.); Всероссийском конкурсе инновационных проектов студентов, аспирантов и молодых ученых вузов Российской Федерации «Обеспечение промышленной безопасности на взрывопожароопасных и химически опасных производственных объектах» (г. Уфа, 2007 г.); 56-й научно-технической конференции студентов, аспирантов, молодых ученых УГНТУ «Промышленность. Экология. Безопасность» (г. Уфа, 2005 г.).

Публикации

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 6 печатных работах, в том числе 1 статья в рецензируемом научном издании из перечня ВАК Минобразования и науки РФ.

Характеристика и классификация сталей

Сталями называют сплавы железа и углерода. Содержание углерода в сталях не превышает 2%. При содержании углерода более 2% сплав называют чугуном. Стали, в которых кроме железа и углерода присутствуют только нормальные примеси (кремний, марганец), называют углеродистыми. По содержанию углерода стали классифицируют на малоуглеродистые — 0,09-0,22 % углерода (строительные стали), среднеуглеродистые - 0,25-0,5 % углерода (в основном применяют в машиностроении) и высокоуглеродистые - 0,6-1,2 % углерода (используют для инструментов). Строительные и машиностроительные стали относят к группе конструкционных сталей. По механическим характеристикам конструкционные стали делят на семь марок: СтО, Ст1, Ст2, СтЗ, Ст4, Ст5, Стб. Основными строительными сталями являются СтЗ и Ст5, из которых изготавливают несущие металлические конструкции и арматуру для железобетона. Из сталей Ст4 и Ст5 изготавливают также болты, шурупы и т.д.

Существенного улучшения физико-механических свойств сталей можно добиться введением в их состав специальных легирующих добавок. По сравнению с углеродистыми, легированные стали имеют, как правило, более высокие показатели прочности, ударной вязкости, стойкости к коррозии, лучше свариваются. Недостатком легированных сталей является более высокая стоимость, чем углеродистых. Легированные стали классифицируют по количеству легирующих добавок (низколегированные - количество добавок до 2,5 %; среднелегированные — от 2,5 до 10 %; высоколегированные - свыше 10 %), по назначению (конструкционные -машиностроительные и строительные стали; инструментальные; специальные — нержавеющие, кислотостойкие, жаростойкие).

Большое влияние на механические характеристики сталей оказывает содержание углерода: с повышением содержания углерода твердость стали увеличивается, а пластичность уменьшается.

Для производства металлических конструкций используются малоуглеродистые и низколегированные стали [6].

Важной особенностью сталей является способность улучшать свои физико-механические свойства и, в частности, прочность в результате термической и механической обработки.

К термическим видам обработки, применяемым для строительной стали, относят закалку и отпуск. Закалка стали заключается в нагреве ее до высоких температур с последующим охлаждением в воде, масле, расплавленном свинце. Структура и свойства закаленных сталей зависят от скорости охлаждения. Стали, прошедшие закалку, имеют повышенную прочность и твердость, однако при этом имеют склонность к хрупкому разрушению.

Отпуск стали производят с целью уменьшения внутренних напряжений, возникающих при закалке, а также для снижения хрупкости и твердости закаленной стали. Стали при этом нагревают до температуры не выше 600 С и после изотермической выдержки постепенно охлаждают [7].

В строительстве сталь применяют в виде прокатных изделий, полу чаемых с металлургических заводов и имеющих различную форму поперечного сечения — профиль. Каталог прокатных профилей называют сортаментом (рисунок 1.1).

Для соединения отдельных элементов металлических конструкций применяются сварные, болтовые и заклепочные соединения. Выбор вида соединения зависит от вида напряженного состояния соединяемых элементов, величины и характера действующей нагрузки, условий работы соединения и т.д. Наиболее часто применяемые металлоконструкции: балки, фермы, колонны [8].

Сортамент прокатных стальных профилей Балками называются конструктивные элементы сплошного сечения, работающие на изгиб. С помощью металлических балок в многоэтажных зданиях гражданского и промышленного назначений перекрываются пролеты от 6 м до 18 м, а в одноэтажных промышленных зданиях используются несущие балки покрытий пролетом до 24 м. Кроме этого, металлические балки применяются для путей под мостовые краны и подвесного транспортного оборудования, а также в качестве несущих элементов эстакад, рабочих площадок и других сооружений.

По статической схеме различают балки разрезные и неразрезные. По типу сечений стальные балки бывают прокатными и составными, а алюминиевые балки могут быть прессованными и составными.

Наиболее экономичными являются прокатные балки, в виде двутавра и швеллера, которые применяются в качестве несущих элементов покрытий и перекрытий, ригелей фахверка, подкрановых балок для кранов с небольшой грузоподъемностью. Расчет таких балок для эксплуатационных условий выполняют по предельным состояниям первой и второй групп. При этом для ряда случаев при расчете на прочность сечения, где действует максимальный изгибающий момент, учитывает развитие пластических деформаций. В сечении, где действует максимальная поперечная сила, необходима проверка прочности стенки балки на срез от действия касательных напряжений. В зависимости от назначения балок прогиб таких конструкций не должен превышать 1/200-1/600 их пролета [9].

Система несущих балок, образующих покрытие или перекрытие зданий, а также, используемая для создания рабочих площадок, называется балочной клеткой. В практике строительства применяют следующие типы балочной клетки: упрощенные, нормальные и усложненные

В упрощенной балочной клетке (рисунок 1.2) нагрузка через настил передается на балки, а с балок — на нижерасположенные несущие конструкции (стены, колонны и т.д.).

В нормальной балочной клетке нагрузка через настил передается на вспомогательные балки (балки настила), с вспомогательных балок - на главные балки. Вспомогательные балки могут опираться на верхние полки главных балок, в одном уровне с верхними полками главных балок или на нижние полки этих балок. Усилия от главных балок передаются на нижерасположенные несущие конструкции.

В усложненной балочной клетке настил опирается на вспомогательные балки (балки настила), расположенные вдоль главных балок. Вспомогательные балки опираются на более мощные вспомогательные балки, расположенные поперек главных балок и соединенных с этими балками. Усилия от вышележащих конструкций передаются главными балками на нижние опорные конструкции.

Огнезащита в системе пожарной безопасности зданий и сооружений

Согласно СНиП 21-01-97 одной из основных характеристик пожарной безопасности зданий и сооружений является степень огнестойкости.

Степень огнестойкости здания определяется огнестойкостью его строительных конструкций. Показателем огнестойкости СК является предел огнестойкости, который определяется по времени (в минутах) наступления одного или последовательно нескольких нормируемых для данной конструкции признаков предельных состояний: - потери несущей способности (R); - потери целостности (Е); - потери теплоизолирующей способности (I).

При проектировании зданий и сооружений огнестойкость строительных конструкций повышают до требуемого уровня соответствующим выбором материалов, конструктивной схемы, условий опирання (заделки), размеров конструкций и применением огнезащиты. Как показывает практика, применение огнезащиты в большинстве случаев является наиболее экономичным путем повышения огнестойкости.

Роль огнезащиты в повышении огнестойкости строительных конструкций в первую очередь определяется типом материала, из которого они изготовлены. Согласно СНиП 21-03-97 применение незащищенных стальных конструкций допускается в тех случаях, когда минимальный требуемый предел их огнестойкости установлен R 15 (RE 15, REI 15), за исключением случаев, когда предел огнестойкости несущих элементов здания составляет менее R8. В этих, а также во всех остальных случаях, когда требуемый предел огнестойкости конструкций более R 15 (RE 15, REI 15), повышение их огнестойкости до требуемого уровня достигается устройством огнезащиты требуемых параметров [15].

Огнезащита предназначена для повышения фактического предела огнестойкости конструкции до требуемых значений и для ограничения предела распространения огня по ним, при этом обращается внимание на снижение так называемых побочных эффектов (дымообразования, выделения газоообразных токсичных веществ). Эту задачу выполняют путем использования теплозащитных и теплопоглощающих экранов, специальных конструктивных решений, огнезащитных составов, технологических приемов и операций, а также применение материалов пониженной горючести (рисунок 1.8) [16-25]. В общем случае повышение огнестойкости строительных конструкций может быть достигнуто двумя различными способами: - техническими решениями, замедляющими нагрев строительных конструкций до критического уровня; - техническими решениями, понижающими температуру газовой среды у поверхности строительной конструкции [26].

К первому способу относятся применение огнезащитных покрытий, облицовок, экранов, подвесных потолков, а также заполнение водой полостей в металлических конструкциях. Второй способ предусматривает, прежде всего, использование систем автоматического пожаротушения.

За рубежом в случае использования средств огнезащиты иногда применяют термин «пассивная огнезащита». При этом под «активной огнезащитой» понимается использование систем пожарной сигнализации, автоматического пожаротушения (спринклерных и дренчерных установок) и т.п. применения металлических, деревянных конструкций и легких ограждений, в определенных случаях применяют огнезащиту и: других типов конструкций (железобетонных, каменных и т. п.) [27, 28].

Все технологии огнезащиты по способу нанесения условно можно разделить на сухие и мокрые. Каждая из технологий имеет свои достоинства и недостатки. Материалы для сухой технологии нанесения могут иметь аналоги среди материалов для мокрого нанесения. Например, вермикулитовые плиты и вермикулито-цементные штукатурки, минераловатные плиты и штукатурки на основе минеральной ваты, с точки зрения их защитных свойств являются близкими аналогами [29].

К достоинствам сухих технологий огнезащиты можно отнести возможность выполнения работ в любое время года, а также в условиях, когда по каким либо технологическим или иным причинам применение мокрых технологий является недопустимым. Вместе с тем сухие технологии являются более трудоемкими, а выполнение огнезащиты на конструкциях сложной пространственной формы, например, балках и фермах является трудно решаемой технологической задачей. Некоторые материалы лишь условно могут быть отнесены к сухим, например, плитные или рулонные материалы, могут крепиться мастиками или клеями, либо комбинированным мокро-сухим способом и, впоследствии, оштукатуриваться перед чистовой отделкой. К числу недорогих и широко применяемых листовых огнезащитных материалов можно отнести гипсокартонные и гипсоволокнистые плиты. Они состоят из слоя гипса или гипса с волокнистым наполнителем и, как правило, покрыты с двух сторон картоном толщиной 0,5-0,7 мм.

Условия нанесения огнезащитных покрытий на образцы

За результат принимается время достижения предельного состояния. Результаты последующих испытаний не должны отличаться от результатов испытаний контрольного образца более чем на 20% в сторону уменьшения времени достижения предельного состояния.

Результаты испытаний оформляются в виде протокола, который является приложением к отчету об испытаниях по оценке огнезащитной эффективности огнезащитного состава для несущих стальных конструкций.

Протокол должен содержать: наименование организации, проводящей испытания; наименование организации-заказчика; дату изготовления огнезащитного состава; способ нанесения и толщину покрытия; наименование огнезащитного состава, сведения об изготовителе, товарный знак и маркировку огнезащитного состава с указанием технической документации; дату проведения испытаний; наименование нормативного документа на методы проведения испытаний; визуальные наблюдения при испытании; эскизы и описание испытанных образцов, данные о контрольных измерениях состояния образцов, эксплуатационных свойствах покрытий и перечень отклонений, допущенных при изготовлении образца от технических документов на конструкцию; запись контролируемых параметров, результаты их обработки и оценку; видео- или фотоматериалы; заключение о группе огнезащитной эффективности покрытия; срок действия протокола.

Усталость - процесс постепенного накопления повреждений материала под действием переменных напряжений, приводящий к изменению свойств, образованию трещин, их развитию и разрушению.

Усталостное повреждение - необратимое изменение физико-химических свойств материала объекта под действием переменных напряжений.

Усталостное разрушение - разрушение материала нагруженного объекта до полной потери его прочности или работоспособности вследствие распространения усталостной трещины.

Малоцикловая усталость - усталость материала, при которой усталостное повреждение или разрушение происходит при упруго-пластическом деформировании.

Расчет элементов конструкции на малоцикловую усталость стало возможным в результате экспериментального изучения проблем, связанных с определением закономерностей сопротивления деформированию и разрушению при циклическом упругопластическом деформировании, исследования кинетики напряженно-деформированного состояния в зонах концентрации, являющихся местами вероятного разрушения, и разработки критериев накопления повреждений и разрушения при неоднородном напряженном состоянии.

Проблемы малоцикловой усталости явились следствием интенсивного увеличения за последние десятилетия рабочих параметров современных конструкций: эксплуатационных нагрузок, мощностей, температур, воздействия окружающей среды, применения структурно-неоднородных и композиционных материалов. расчетно-экспериментального определения прочности и ресурса конструкции, обоснованных рекомендаций по выбору материалов и режимов эксплуатационного нагружения привели к тому, что в ряде отраслей промышленности и техники были отмечены эксплуатационные повреждения, связанные с малоцикловой усталостью. Такое поведение наблюдалось в конструкциях энергетических установок (корпуса мощных паровых котлов, теплообменников, атомных реакторов, узлы основных разъемов корпусов и трубопроводов), в химических аппаратах (сосуды, трубопроводы высокого давления, трубная система и доски теплообменников), в технологических установках (сварные корпуса, колонны и цилиндры гидравлических прессов и молотов, контейнеры и пресс-формы) и др. [49-54].

Методика расчета малоцикловой прочности базируется на анализе распределения локализованных пластичных деформаций и использовании характеристик сопротивления материала циклическому деформированию и разрушению.

В общем случае весь комплекс расчетных данных включает: анализ характера и параметров нагрузок воздействующих на конструкцию в период ее эксплуатации; анализ кинетики упругопластичного деформирования при статическом и циклическом нагружении; анализ уровня начальных напряжений и их перераспределения в процессе циклического воздействия внешних сил; оценку в расчетных сечениях максимальных значений амплитуды интенсивности деформаций и коэффициента асимметрии цикла; оценку исходной технологической дефектности элементов конструкции [55].

Экспериментальная установка предназначена для испытаний на усталостную прочность образцов диаметром от 1 до 5 мм, с частотой нагружения от 1 до 40 циклов в минуту. Установка позволяет реализовать попереченыи изгиб при вращении круглых консольно закрепленных образцов из сталей, применяемых для изготовления металлических конструкций, элементов аппаратов, работающих в нефтепереработке и нефтехимии.

Силовая часть (рисунок 2.1) лабораторной установки состоит из электродвигателя типа 4А112МА6УЗ мощностью 1,5 кВт, редуктора Ц2У-125-40-VI (і = 40) и ременной передачи.

Исследование динамики вспучивания состава на защищаемой поверхности

Для металлических конструкций критическое значение температуры Ткр, при которой ослабляются прочностные характеристики стали, равно ; 500 С, причем продолжительность нагрева не имеет существенного значения.

В соответствии с общепринятым определением предел огнестойкости конструкции характеризуется временем от начала огневого испытания при стандартном температурном режиме до наступления одного из нормируемых для данной конструкции предельных состояний по огнестойкости. В настоящее время для оценки огнестойкости конструкции при расчетах и экспериментальных исследованиях используется стандартный температурный режим пожара [69].

Исследование огнестойкости конструкции и огнетушащей эффективности покрытий экспериментальными методами представляет собой трудную задачу, для решения которой энергоемкое дорогостоящее оборудование, но даже оно позволяет испытать лишь фрагменты крупногабаритных конструкций. При проведении полномасштабных натурных испытаний можно получить только ограниченные данные о поведении конструкции при тепловом воздействии, поскольку в конкретном эксперименте реализуется единственный температурный режим, а для получения достоверного прогноза могут потребоваться сведения о поведении конструкции и при других температурных режимах. В связи с этим большое значение имеют расчетные методы определение пределов огнестойкости конструкций.

Механизм работы вспучивающихся покрытий по сравнению с другими средствами огнезащиты наиболее сложен.

Если методы моделирования теплопереноса в обычных (невспучивающихся) материалах при пожарах разработаны в достаточной степени [70], то применительно к вспучивающимся огнезащитным материалам такие разработки ведутся не в полной мере. Большой вклад в развитие моделирования процессов тепло- и массопереноса во вспучивающихся материалах внесли Г.Н.Исаков, А.Я.Кузин, В.Л.Страхов, А.Н. Гаращенко и др. [71].

При одностороннем нагреве вспучивающегося покрытия в его подповерхностном слое формируется переменное по толщине и во времени температурное поле, а также выделяются газообразные продукты термического разложения полимерной или минеральной основы и органических добавок - газы пиролиза или водяной пар. В результате этого увеличивается пористость материала и в порах создается повышенное давление. В диапазоне температур от Тнп (начала пластичности) до Ткп (конца пластичности) каркас пористого подповерхностного слоя проходит через пластичное (вязкотекучее) состояние и под действием внутреннего давления вытягивается до образования в «узких местах» разрывов - локальных трещин, через которые избыток газов пиролиза, вытекая в окружающую среду, взаимодействует с ней. Локальные деформации каркаса, суммируясь по возрастающей во времени толщине пластичного слоя, создает эффект вспучивания - перемещение поверхности вспучивающегося покрытия «навстречу» внешнему тепловому потоку.

По мере роста температуры каркас затвердевает и фиксируется в пространстве, образуя слоя «пенококса». У вспучивающихся покрытий на полимерной (органической) основе пенококс содержит значительное количество углерода. Вследствие химического взаимодействия окисляющих компонентов окружающей среды с углеродом пенококса происходит унос массы с поверхности вспучивающегося покрытия, приводящий к перемещению последней в направлении, противоположном направлению вспучивания. Если на внутренней границе слоя пенококса, совпадающей с изотермой Ткп, действующие напряжения от трения внешнего газового потока и сил тяжести становятся равными предельным, то происходит механический отрыв слоя. В итоге изменение толщины вспучивающегося покрытия во времени имеет довольно сложный характер, который, в частности, зависит от характера изменения температуры источника нагрева. При изменении последней по известному закону «стандартного пожара» (быстрый рост в начале и медленное приближение к асимптоте на остальной части периода нагрева) зависимость от времени толщины вспучивающегося покрытия имеет характер, показанный на рисунке 3.4.

Похожие диссертации на Повышение огнестойкости металлических конструкций объектов нефтегазовой отрасли применением вспучивающихся красок