Содержание к диссертации
Введение
РАЗДЕЛ 1. Анализ существующих решений в области защиты металлоконструкций нефтегазового комплекса от огня
1.1. Анализ методов огнезащиты стальных конструкций 10
1.2. Вспучивающиеся огнезащитные краски 14
1.2.1. Вспучивающиеся покрытия на основе органических высокополимеров 16
1.2.2. Вспучивающиеся покрытия на неорганической основе 22
1.2.3. Газообразователи 26
1.3. Фосфатные огнезащитные покрытия 29
1.4. Противоморозные добавки 30
1.5. Обоснование выбранного направления работы 32
Выводы по разделу 1 33
РАЗДЕЛ 2. Анализ характеристик исходных материалов для разработки огнестойкого покрытия
2.1. Асбестонефелиновое огнезащитное покрытие. Физико-химические свойства компонентов 34
2.1.1. Жидкое стекло 34
2.1.2. Асбест хризотиловый 38
2.1.3. Нефелиновый антипирен 39
2.1.4. Противоморозные добавки 40
2.2. Асбестовермикулитовое огнезащитное покрытие. Физико- химические свойства компонентов 47
2.2.1. Вспученный вермикулит 48
2.2.2. Быстротвердеющий портландцемент 55
2.2.3. Рубленое стекловолокно 57
2.2.4. Перлит 57
2.2.5. Гидрофобизирующие соединения 58
Выводы по разделу 2 62
РАДЕЛ 3. Компонентный подбор составов минеральных огнезащитных покрытий для металло-конструкций используемых в нефтегазовой отрасли
3.1. Асбестонефелиновое покрытие 63
3.1.1. Нефелиновый антипирен как отвердитель жидких силикатных стекол 63
3.1.2. Подбор составов асбестонефелинового покрытия на основе физико-механических показателей 65
3.1.3. Исследование влияния гидрофобизаторов на свойства минеральных компонентов асбестонефелинового покрытия 68
3.1.4. Исследование огнезащитных свойств асбестонефелинового покрытия 73
3.2. Исследования асбестовермикулитового огнезащитного покрытия 77
3.2.1. Методика проведения экспериментальных работ с асбестовермикулитовым огнезащитным составом 77
3.2.2. Исследование влияния гидрофобизаторов на свойства минеральных компонентов асбестовермикулитового покрытия 81
3.2.3. Исследование эффективности отвердителей для огнезащитной массы 86
3.2.4. Подбор термостойких минеральных заполнителей с учетом их влияния на физико-механические показатели покрытия 88
3.2.5. Испытания огнестойкости покрытий 95
3.3. Сравнительная характеристика асбестонефелинового и асбестовермикулитового огнезащитных покрытий 98
Выводы по разделу 3 100
РАЗДЕЛ 4. Разработка технологии нанесения огнезащитных составов
4.1. Назначение и область применения разработанных покрытий 102
4.2. Разработка установки для нанесения огнезащитных покрытий 104
4.2.1. Блок-схема установки для нанесения огнезащитных составов 104
4.2.2. Устройство и принцип работы установки для нанесения огнезащитных составов 106
4.3. Технология нанесения огнезащитных составов
4.3.1. Подготовка защищаемой поверхности
4.3.2. Приготовление огнезащитной смеси
4.3.3. Нанесение огнезащитной смеси в условиях строительной площадки 116
4.3.4. Контроль качества покрытия 117
4.4. Расчет предполагаемого экономического эффекта от внедрения асбестовермикулитового и асбестонефелинового огнезащитных покрытий 118
Выводы по разделу 4 132
Основные выводы по работе 133
Список литературы
- Вспучивающиеся покрытия на основе органических высокополимеров
- Асбестовермикулитовое огнезащитное покрытие. Физико- химические свойства компонентов
- Подбор составов асбестонефелинового покрытия на основе физико-механических показателей
- Устройство и принцип работы установки для нанесения огнезащитных составов
Введение к работе
Освоение газовых и нефтяных месторождений Севера Тюменской области неразрывно связано с резким увеличением темпов строительства газо- и нефтедобывающих объектов. Одной из задач строительства является создание надежной огнезащиты строительных конструкций и сооружений в суровых климатических условиях. Это вызвано не только добычей, подготовкой, транспортом, переработкой и хранением огнеопасного сырья, но также необходимостью обеспечения надежной сохранности сооружений и оборудования в процессе их эксплуатации и обслуживания.
Для выполнения этих задач необходимо не только совершенствовать уже имеющиеся материалы, а, главным образом, создавать новые эффективные огнестойкие композитные материалы, которые должны обеспечить длительную огнестойкость сооружений и конструкций различного назначения.
В условиях массового обустройства газонефтеносных районов Севера Западной Сибири, где основой сооружения объектов является блочно-комплектное строительство (в связи с этим наблюдается тенденция выноса значительной части сооружений и оборудования на открытые площадки), вопрос повышения огнестойкости приобретает еще большую актуальность. В этой предпосылке особенно важное значение имеет обеспечение надежности возводимых объектов в условиях катастроф и пожаров.
В настоящее время три четверти объема нефтегазопромысловых, транспортных и перерабатывающих сырье объектов занимают металлические конструкции. К ним относятся емкости для хранения нефтепродуктов, технологические трубопроводы, балочные конструкции насосных и компрессорных цехов, а также объекты завода стабилизации конденсата (установки: стабилизации конденсата, получения моторных топлив, извлечения изопентана; сливно-наливные эстакады: сжиженного газа, бензина и дизельного топлива; резервуарные парки: стабильного конденсата,
пропана и моторных топлив и др.). Следует отметить, что эти объекты являются источником повышенной взрывопожароопасности, обусловленной добычей, обработкой и транспортировкой легковоспламеняющегося сырья. Поэтому объемы работ по огнетеплоизоляционным защитам постоянно возрастают и имеют огромные размеры. Так, например, такие работы только по одной компрессорной станции из 8 агрегатов составляет около 40 тыс. м2, при этом на долю огнезащиты металлоконструкций каркаса приходится 23 тыс. м2 поверхности [35].
Для сохранности основного технологического оборудования нефтегазовых объектов необходимо обеспечить им предел огнестойкости не менее 40 минут, времени, достаточного для прибытия пожарной бригады [85].
Одним из основных путей решений этой задачи является обеспечение минимального требуемого предела огнестойкости несущих строительных металлических конструкций и сооружений путем нанесения на их поверхность эффективных гидрофобных огнезащитных покрытий на основе минеральных составов.
В настоящее время повышение сопротивляемости сооружений и конструкций воздействию огня достигается главным образом путем ручной обкладки огнестойкими плитками, штукатуркой цементно-известковыми растворами по сетке рабица, кирпичной кладкой и даже обетонированием [59, 61, 69, 76]. Кроме того, для защиты металлоконструкций от огня используют такие покрытия, как ВПМ-2, ОФП-ММ, ОФП-МВ, «Экран» и др. [50, 51, 52, 77, 78]. В состав этих огнезащитных покрытий входят цемент, песок, гипс, известь и другие негорючие строительные материалы.
С целью прочного закрепления термостойкого покрытия на поверхности на нее накладывают арматурную сетку или приваривают металлические шпильки. Защищаемую поверхность тщательно очищают от грязи, пыли и ржавчины.
7 Основными недостатками применяемых в настоящее время покрытий являются большой объем ручного труда, значительные затраты материала, а главное, невозможность выполнения работ при отрицательных температурах окружающей среды, что резко ограничивает их применение в условиях Западной Сибири, где средняя продолжительность периода с положительной температурой не превышает 136 дней (рис. 1).
Юг Тюменской области Ханты-Мансийский округ
і юа 1&ЦН& о марша
Рисунок 1. Диаграммы продолжительности сезонов года (в днях) на юге Тюменской области, Ханты-Мансийском и Ямало-Ненецком округах
Необходимо отметить, что существующие покрытия не являются атмосферостойкими и имеют низкий предел огнестойкости. Указанные покрытия при сравнительно невысоких температурах воздуха начинают
8 деструктировать, при этом ослабевают адгезионные связи покрытия с металлом, в результате чего покрытие становится непрочным и разрушается. Выделяющиеся из покрытий газообразные продукты часто являются токсичными, опасными для жизни людей.
В связи с этим разработка оптимальных атмосферо- и адгезионностойких огнезащитных составов и механизированной технологии их нанесения в условиях отрицательных температур окружающей среды является актуальной.
Цель работы заключается в разработке огнезащитных составов на
минеральных термостойких заполнителях, наносимых на
металлоконструкции механизированным способом при отрицательных температурах.
Для достижения этой цели решались следующие задачи:
Провести анализ существующих огнезащитных покрытий и выбрать наиболее перспективные направления для разработки огнезащитного композита.
Разработать для огнезащиты металлоконструкций составы, с возможностью нанесения их при отрицательных температурах и обладающих водоотталкивающими свойствами.
Разработать установку и технологию механизированного нанесения огнезащитных покрытий на металлические конструкции.
Научная новизна выполненных исследований:
1. Разработаны атмосферостойкие покрытия круглогодичного
использования для защиты металлоконструкций нефтегазового комплекса
при пожарах.
Произведен подбор оптимального соотношения термостойких заполнителей.
Разработана технология нанесения огнезащитных составов в условиях отрицательных температур.
4. Разработана принципиальная схема пневматической установки для механизированного нанесения огнезащитных составов.
Практическая ценность работы. Разработанные огнестойкие покрытия могут применятся для защиты металлоконструкций объектов добычи, переработки и транспортировки газа и нефтепродуктов. Покрытия можно наносить в условиях атмосферных осадков и при отрицательных температурах воздуха.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на научно-технических семинарах и конференциях (2004-2007 г.г.). Диссертация заслушана и рекомендована к защите на межкафедральном научно-техническом совете Тюменского государственного нефтегазового университета.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ.
Объем работы Диссертационная работа состоит из введения, 4 разделов, заключения и списка литературы. Библиография включает 92 наименования работ. Работа изложена на 140 страницах машинописного текста, содержит 23 рисунка и 49 таблиц.
Вспучивающиеся покрытия на основе органических высокополимеров
В Германии и Японии проведен комплекс исследований по получению вспучивающихся покрытий повышенной водостойкости.
В Японии разработано вспучивающееся покрытие с применением ионообменных смол, которые вводят в покрытие, как тонкоизмельченный наполнитель. Ионообменные смолы в обычных условиях не взаимодействуют с остальными компонентами состава, но при воздействии на них высоких температур легко газифицируются, вспенивая покрытие. Сочетание катионо- и анионообменных смол, активные группы которых взаимодействуют при нагревании, дает возможность получить заранее вспенивающееся вещество и регулировать процесс вспенивания, что в значительной степени определяет огнезащитные свойства покрытий [73].
В Германии разработано вспучивающееся покрытие с использованием так называемых переизлучателей (силикатов тория, цезия, циркония). При действии пламени излучатели, равномерно распределенные в покрытии, отражают тепловые лучи от очага пожара излучением с длиной волны, лежащей в видимой части спектра. Это предотвращает выгорание угольного слоя покрытия и сохраняет его теплозащитные свойства [66].
Разработанное в СССР покрытие «Экран-М» представляет собой смесь термостойких газообразующих наполнителей в водном растворе мочевиноформальдегидной смолы и жидкого стекла с добавкой 3-4% по весу распушенного асбеста [78].
Во ВНИИПО МВД СССР разработан ряд вспучивающихся огнезащитных составов (составы 4- 9 таблицы 1.1), включающих полимерное связующее (мочевино- и меланиноформальдегидные смолы), смесь газообразователей, пластификатор, термостойкие и адгезионные добавки.
Покрытия обеспечивают, в зависимости от толщины, предел огнестойкости металлическим конструкциям от 0,5 до 1 часа [4, 5, 7, 77, 86].
Недостатком приведенных составов является их многокомпонентность и токсичность отдельных компонентов.
Покрытия наносят на поверхность конструкций тонким слоем. При температуре около 200С краска вспучивается и образуется пористый термоизолирующий слой, толщина которого составляет от 2 до 4 сантиметров. Пористый слой представляет собой многофазную систему из органических и неорганических компонентов. В закрытых ячейках содержится азот и углекислый газ.
Вспучивающиеся покрытия рекомендуются для применения в закрытых помещениях с влажностью не более 80% при отсутствии агрессивных паров и газов, при положительной температуре не более 30С.
Описанные тонкослойные вспучивающиеся огнезащитные покрытия как отечественные, так и зарубежные, созданы на основе органических высокополимеров. При сравнительно невысоких температурах они начинают деструктировать с выделением газообразных продуктов распада, при этом ослабевают адгезионные связи покрытия с металлом, само покрытие становится непрочным и при малейшем механическом воздействии отслаивается от металла. Выделяющиеся газообразные продукты часто являются токсичными, опасными для жизни людей.
С точки зрения возможности применения огнезащитных материалов большой интерес представляют вспучивающиеся составы на неорганической основе.
Это серия огнезащитных вспучивающихся покрытий «Pyrocrete», разработанных «Carboline Company», «Alby-crete», разработанных компанией «Cities Company» (США), в состав которых входит соединение оксихлорида магния. Хорошие изолирующие свойства этого соединения объясняются сравнительно высоким содержанием химически связанной воды. В состав покрытия «Pyrocrete -102» входят гидравлическое вяжущее, неорганическое волокно и заполнители. При толщине нанесенного слоя 15 мм обеспечивается предел огнестойкости стальных конструкций 1,5 ч. Покрытие предназначено для эксплуатации в среде с влажностью не более 90% [93].
В России разработан ряд составов на основе жидкого стекла повышенной водостойкости.
В Уральском научно-исследовательском и проектном институте строительных материалов созданы огнезащитные композиции, в которых в качестве вспучивающихся добавок использованы бура, формалин, перекись водорода, полиизоцианат, борная кислота, фосфат мочевины [1, 2, 13, 14, 15]. Основными компонентами данных покрытий являются вермикулит различных модификаций и жидкое стекло. Характеристики описанных составов приведены в таблице 1.2 (составы 1 - 6).
Огнезащитные покрытия наносятся методом набрызга при температуре выше +10С и, в зависимости от толщины, обеспечивают предел огнестойкости от 0,5 до 1 часа. Покрытия обладают высокой прочностью и довольно низкой стоимостью.
Недостатками этих составов являются, в большинстве случаев, многокомпонентность, длительный срок сушки или необходимость термической обработки, невозможность их внедрения в условиях Севера, где большую часть года преобладают отрицательные температуры окружающей среды
Для обеспечения более эффективной работы вспучивающихся огнезащитных покрытий применяются различные газообразователи.
Газообразователи по агрегатному состоянию бывают твердые, жидкие и газообразные; по химической природе - органические и неорганические. Газообразователи должны удовлетворять следующими основными требованиям: необходимо, чтобы температурный интервал максимального газообразования находился вблизи температуры вспучивания основного минерального наполнителя; газообразователь должен хорошо распределяться в огнезащитной композиции; термическое разложение газообразователя должно протекать не скачкообразно, а постепенно, с выделением газа в количествах, близких к теоретическим; необходимо, чтобы разложение газообразователя не сопровождалось выделением такого количества тепла, которое вызовет деструкцию материала; газообразователи должны быть доступными, дешевыми и устойчивыми в условиях транспортирования и хранения. [32].
По механизму процесса газообразования можно классифицировать газообразователи, выделяющие газы: вследствие необратимого термического разложения; вследствие обратимого термического разложения; выделяющие газы в результате химического взаимодействия компонентов; выделяющие газы ранее поглощенные вследствие химической деструкции;
К пятой группе можно отнести жидкие вспенивающие вещества.
К первой группе газообразователей относятся различные органические и неорганические вещества - порофоры - которые при повышенной температуре разлагаются с выделением газов N2, С02, NH3 и др. По химическому строению их можно разделить на следующие классы: азотосоединения R - N = N - R , сульфонилгидразиды R - SO2NHNH2, нитрозосоединения R - N(N0) - R , азиды кислот R - CON3 и др. Эти вещества имеют необратимый характер реакции газообразования, они должны быть очень тонко измельчены и хорошо совмещаться с массой состава.
Вторая группа - газообразователи, выделяющие газы в следствие обратимого разложения - это неорганические вещества, карбонаты. Они дешевы и доступны. Продукты их разложения в отличие от органических газообразователей не оказывают пластифицирующего действия на композицию, что позволяет получать составы с более высокой теплостойкостью.
Третья группа - газообразователи, выделяющие газы в результате химического взаимодействия компонентов, применяют реже, чем вышеуказанные, например, для вспенивания фенолформальдегидных полимеров. Используют реакции взаимодействия металлов, стоящих в ряду напряжения выше водорода, с кислотами. Реакции сопровождаются выделением газов. Для облегчения диспергирования в полимере применяют порошки металлов с определенной пластинчатой формой частиц. Это, например, реакции взаимодействия металлов Al, Zn, Mg, Fe с неорганическими кислотами.
К четвертой группе относятся газообразователи, выделяющие газы ранее поглощенные вследствие термической деструкции, - это адсорбенты, которые выделяют при повышенной температуре газы, адсорбированные их активной поверхностью. К их числу можно отнести активированный уголь, силикагель, активированные глины.
Асбестовермикулитовое огнезащитное покрытие. Физико- химические свойства компонентов
В состав асбестовермикулитового покрытия входят следующие компоненты: жидкое стекло, асбест хризотиловый, противоморозная добавка, вермикулит вспученный, портландцемент, стекловолокно рубленное, перлит вспученный, гидрофобизирующая добавка.
Физико-химические свойства жидкого стекла, асбеста хризотилового и противоморозных добавок изложены в предыдущей главе, в связи с этим повторно на них останавливаться не будем.
Одним из высококачественных современных теплоизоляционных материалов для тепловой изоляции строительных конструкций и промышленного оборудования является вспученный вермикулит. Широкое распространение вермикулита, высокие теплоизоляционные свойства, биостойкость и нетоксичность, достаточно отлаженная технология добычи, обогащения и обжига (вспучивания) вермикулитовой руды, а также сравнительно низкая себестоимость делают его перспективным материалом для разработки огнезащитного покрытия для повышения лгнестоцкости металлоконструкций нефтегазового комплекса.
Вермикулит представляет собой природный минерал из семейства гидрослюд, который при нагреве значительно увеличивается в объеме, обезвоживается и изменяет свою структуру на слоистую. Все это обуславливает его успешное применение в качестве теплоизоляционного материала. Размер зерен вермикулита при вспучивании увеличивается в 20-30 раз, обезвоженный воздух оказывается в порах его структуры, которая сама обладает высокой теплоизолирующей способностью [55].
Физико-механические свойства вермикулитовых слюд различных месторождений представлены в таблице 2.3.
Наличие слюды в минеральном составе и очень высокая температура плавления (около 1400С) делает вермикулит материалом, пригодным для производства защитных панелей, не выделяющих ни дыма, ни токсических газов, а только лишь водяной пар. Сочетание цемента или гипса с вермикулитом позволяет создавать защитные оболочки, обладающие высокой огнестойкостью [58].
Химический состав вермикулита характеризуется полным отсутствием окислов К20 и Na20. Впервые химическая формула вермикулита была предложена Дж. Крунер (J.W. Cruner): (Mg, Fe2+, Fe3+)3 [(SiAl)4Ow](OH)2.4H20
Превращение флогопита и биотита (разновидности природных слюд) в гидрослюды, а затем в вермикулит - минерал, который по своим свойствам существенно отличается от слюд, - происходит постепенно по следующей схеме: 1. флогопит: KMg3(Si lOw)(OH, F)2\ 2. биотит: K(MgFe3)[Si3AlO,0J(OH, F)2, 3. гидрофлогопит: K iMg3[SiAlOi0](OH)2 n H20\ 4. гидробиотит: K i(MgFe)3[Si3AlOio](OH)2 n H20; 5. вермикулит: (MgFe2+Fe3+)3[(SiAl)4O,0J(OH)2 4 H20. Большинство исследователей, занимающихся изучением причин природного превращения слюд в вермикулит, считают, что этот переход обусловлен главным образом воздействием на слюды подземных вод в коре выветривания. Вермикулит является образовавшимся из слюд минералом с высокой степенью гидратации, который обладает определенными оптическими свойствами.
В результате вермикулитизации изменяется цвет слюд, который, большей частью, приобретает светлые оттенки, значительно ухудшается характерная для слюд весьма совершенная спайность, блеск из стеклянного или даже металлического переходит в жирный, уменьшаются удельный вес и твердость, снижаются механическая твердость и упругость, практически полностью теряются электроизоляционные свойства. Вместе с тем слюды приобретают новое свойство - вспучиваться при нагревании и превращаться при этом в мелкий пористый материал [55].
Особенности процесса вспучивания вермикулита заключаются в том, что вспучивание вермикулита зависит от большого количества факторов. Оно тем больше, чем быстрее скорость подъема температуры. Резкий подъем температуры до 900-1000С вызывает чрезвычайно быстрое испарение воды. При медленном нагреве часть воды в виде пара выходит через трещины спайности, не производя работу по вспучиванию [91].
Вермикулит вспучивается только в направлении, перпендикулярном плоскостям спайности, причем часто его зерна приобретают зигзагообразную форму.
Вспучивание вызывается в основном водой, способной удаляться из вермикулита при сравнительно низких температурах - до 300-400С. Графически процесс вспучивания вермикулита в зависимости от скорости температурного воздействия представлен на рис. 2.3.
Некоторые авторы считают, что вспучивание вызывается испарением не всей низкотемпературной воды, а лишь воды, прочно связанной с обменными ионами и выделяющейся при температуре около 300С [70]. Известно, что работу по вспучиванию совершают свободная вода, вода, связанная с обменными ионами, а также цеолитная вода, выделяющаяся при температуре более 700-800С.
Подбор составов асбестонефелинового покрытия на основе физико-механических показателей
Антипирен получают путем фосфорнокислого разложения нефелинового концентрата, растворения в получаемой пульпе карбамида с последующей сушкой и прокалкой готового продукта. Он состоит в основном из металламмонийфосфатов полимерного строения и кремнегеля.
Установлено, что антипирен из нефелина можно использовать в качестве отвердителя жидких силикатных стекол [74]. Его каталитическое действие заключается в ускорении появления пространственно сшитых полимеров звеньев строения - Si - О - Si -, образующегося в результате взаимодействия жидкого стекла с металламмонийфосфатами, содержащимися в антипирене.
При введении антипирена в композицию жидкого стекла оказалось возможным наносить огнезащиту без сушки в один слой и на полную толщину. Увеличение процентного содержания антипирена в растворе жидкого стекла сокращает продолжительность схватывания (Рис. З.1.), повышает прочность и водостойкость композиции (Рис.3.2.).
Однако введение в состав антипирена свыше 17% приводит к снижению прочностных характеристик.
Таким образом, в результате проведенных экспериментов был сделан вывод о целесообразности использования нефелинового антипирена в качестве отвердителя жидкого стекла при разработке огнезащитного состава.
Для определения физико-механических показателей огнезащитного покрытия металлоконструкций проведен ряд испытаний по ГОСТ 17177-71. Определены следующие физико-механические показатели: объемная масса; прочность на сжатие; величина адгезии; влажность.
Изготовленные образцы для проведения испытания соответствовали технологии, принятой в производственных условиях. Напыление производилось в лабораторных условиях модельной установкой. Все испытания производились после трехсуточной выдержки образцов в холодильной камере при отрицательной температуре. Испытаниям подвергались 7 вариантов составов приведенных в табл. 3.1. и табл. 3.2. где Мс - масса высушенного образца, кг; V - объем высушенного образца, кг/м3.
Объемная масса огнезащитного покрытия определялась после предварительного высушивания образцов в течение 7 суток при температуре 18-20С, в сушильном шкафу до постоянного веса. Объем образцов определяли при помощи объемомера, действие которого основано на вытеснении жидкости из сосуда, в который помещают образец. Водопоглощение {WB) в % по массе вычисляли с точностью до 0,1% по формуле [46]: »i=(«-«./.100. в /т] где тх - масса образца, высушенного до постоянной массы, г; т- масса образца после насыщения водой, г. Влажность в % вычисляли с точностью до 0,1% по формуле: масса образца до высушивания, г; тх - масса образца после высушивания до постоянной массы, г.
Определение прочности на сжатие при 10% деформации проводили согласно методике ГОСТа 17177.9-81. Метод заключается в определении сжимающих усилий, вызывающих деформацию образца по толщине на 10%.
Все показатели определялись как среднее арифметическое значение величин по трем образцам каждого состава.
Результаты лабораторных испытаний физико-механических свойств образцов покрытий отражены в таблице 3.3.
Анализ проведенных испытаний говорит о том, что введение противоморозных добавок в огнезащитные составы существенно не влияют на их прочностные характеристики и на объемную массу. Что касается влажности и водопоглощения, то данные показатели в составах с противоморозными добавками ниже, чем без таковых. Таким образом, противоморозные добавки несколько даже улучшают свойства покрытий, уменьшая их водопоглощение.
На основании серии проведенных исследований были выбраны две композиции огнезащитных покрытий. Это покрытия под номерами 2 и 5 таблицы 3.3. В их состав входят следующие компоненты:
I. Жидкое стекло - 50%; нитрит натрия - 7%; нефелиновый антипирен - 6%; асбест хризотиловый - 37%.
II. Жидкое стекло - 50%; поташ - 7%; нефелиновый антипирен - 6%; асбест хризотиловый - 37%.
Данные составы обладают минимальной объемной массой (252 и 241 кг/м3) и высоким пределом прочности при сжатии (3,1 и 2,1 МПа) по сравнению с другими исследуемыми составами. Эти покрытия имеют хорошую адгезию к металлу и долгосрочную сохраняемость защитного покрытия. Кроме того, именно для этих составов характерны самые низкие показатели влажности (1,56 и 1,58%) и водопоглощения (25,5 и 23,1%).
Поэтому было принято решение проводить исследования огнезащитных свойств только для этих двух вариантов покрытий.
Устройство и принцип работы установки для нанесения огнезащитных составов
Анализ литературных данных [17, 18] показал, что к разработанным составам наиболее приемлемо применение технологии полусухого торкретирования, В то же время в условиях обустройства месторождения и вахтовых поселков не всегда имеется возможность использовать электроэнергию, что ограничивает применение этих установок и механизмов.
Условия Западной Сибири требуют разработки установки простой в эксплуатации, независимой от электропитания, транспортабельной и недорогой.
В этом отношении наиболее подходящим образцом может быть самовсасывающая пневмоэжекторная установка (СПУ). Она предназначена для напыления сыпучих материалов (асбест, антипирен и др.) пистолетом-распылителем с увлажнением жидким стеклом на выходе в факеле распыления. Смесь сухих компонентов под действием сжатого воздуха поступает в эжектор и оттуда транспортируется к пистолету-распылителю, к которому подведено жидкое стекло.
Автором данной работы разработана оптимальная компановка установки, которая представляет собой схему блок-узла (рис.4.1). Преимуществом такой компановки установки является удобство транспортировки и перестановки, минимальный вес блок-узлов, возможность увеличения радиуса действия.
Источником сжатого воздуха могут быть как стационарные, так и передвижные компрессорные установки с давлением воздуха, не менее 0,5 МПа и расходом 5 м3/мин. Для размещения компрессора устройство какого-либо помещения не требуется, и данный узел в комплект установки не входит.
Блок подогрева жидкого стекла представляет собой контейнер, где размещаются подогреватель с бочкой жидкого стекла, бочка с замерзшим жидким стеклом и бочка подогретого жидкого стекла. Устройство такого контейнера позволяет избавиться от теплоизоляции подогревающего устройства и бочки с подогретым жидким стеклом. Также немаловажным фактором является и то, что перед началом рабочей смены все оборудование находится в подогретом состоянии. Блок подогрева жидкого стекла является инвентарным контейнером, где размещается весь комплект установки. Максимальная масса контейнера не должна превышать 700 кг для удобства при транспортировке любым видом транспорта.
Блок-узел приготовления и нанесения огнезащитной массы является условным и состоит из смесительного устройства, напорных емкостей, рукавов и пистолета-распылителя.
Таким образом, блочная компановка установки для напыления огнезащиты является самым оптимальным вариантом выполнения огнезащитных работ сложных нефтепромысловых объектов (нефтеперекачивающие и газокомпрессорные станции, установки комплексной подготовки газа и др.), рассредоточенных по всей территории Западной Сибири.
Разработанная автором установка (рис.4.2.) состоит из взаимосвязанных механизмов, синхронная работа которых обеспечивает технологический процесс нанесения огнезащитного состава.
Принцип работы установки заключается в следующем: готовая сухая смесь посредством сжатого воздуха (1) всасывается пневматическим эжектором (5) и подается под давлением к пистолету-распылителю (6). Смачивание сухой смеси жидким стеклом осуществляется на выходе из пистолета-распылителя. Жидкое стекло предварительно подогревается (2) и подается к пистолету-распылителю.
Особенностью установки является ее автономность, независимость от внешних источников энергии. Подогрев жидкого стекла осуществляется форсункой, работающей на жидком топливе, или теплоэлектронагревателем (ТЭН). Источником питания для ТЭН может служить дизель-генератор. В случае размещения блоков установки на автомобильной платформе источником питания является автомобильный генератор.
Схема установки для нанесения огнезащитного состава. 1 - компрессор; 2 - подогреваемая емкость с жидким стеклом; 3 - блок распределения сжатого воздуха; 4 - емкость с сухой смесью; 5 - самовсасывающий пневматический эжектор; б - пистолет-распылитель; 7 - защищаемая поверхность. В результате проведенного анализа было выявлено, что подходящим устройством для всасывания и подачи сухой смеси является самовсасывающий пневмоэжектор, разработанный фирмой Сиборггазстрой (рис. 4.3). Данное устройство имеет следующие основные параметры: Общая длина-330 мм; Общая ширина - 150 мм; Вес - 2,5 кг; Производительность -1,2м /час; Максимальное давление сжатого воздуха перед эжектором - 0,5 МПа; Расход сжатого воздуха - 5,0-5,5 м3/мин [35].
