Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Надежность и безопасность при производстве и применении полимерных композиционных материалов. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 910 / 1310 11 12 13 > Следующая >>>

точек поверхности стенки аппарата или покрытия. Распределение

ehF

)(

1)(

−

−=

max

 



 



 



 



−=

/ SSM =

npeд

глубин разрушения по поверхности подчиняется закону Вейбулла:

, где α— параметр масштаба; b —

параметр формы.

Максимальная глубина разрушения определяется путем непосредственного измерения. При выборочном измерении глубин разрушения на отдельных участках поверхности максимальную глубину разрушения на всей поверхности определяют по формуле:

где γ— требуемая достоверность оценки;

— показатель масштаба; S— площадь обследуемой

поверхности;

— площадь поверхности одного измерения.

Показатели долговечности рассчитываются в соответствии с

методикой РД 26-10-87 по критерию разрушения определенной доли поверхности

на предельно допустимую глубину

. Кроме того, необходим входной контроль материалов, тщательная подготовка поверхностей для нанесения защитных покрытий, а также рациональное конструирование.

Контрольные вопросы

1. В каких технических системах используются фрикционные и антифрикционные ПКМ

2. Какими физико-механическими и физическими свойствами должен обладать фрикционный ПКМ

3. Какие свойства наполнителей обеспечивают необходимые эксплуатационные характеристики фрикционных ПКМ

4. Какие методы могут быть использованы для оценки влияния коррозии элементов на эксплуатационную надежность оборудования

5. В чем заключается преимущество футеровки химически стойкими композитами, по сравнению с другими способами защиты

ГЛАВА 3

ОГНЕЗАЩИТНЫЕ И УПЛОТНИТЕЛЬНЫЕ

КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

В системе обеспечения пожарной безопасности важную роль играет огнезащита конструкций зданий и сооружений во время всего периода эксплуатации объекта. К числу объектов защиты, для которых проблема оптимальной огнезащиты имеет особенно большое значение, относятся кабельные коммуникации различных типов (силовые, осветительные, контрольные) и кабельные проходки через огнестойкие строительные конструкции.

3.1. Огнезащита конструкций и сооружений

Огнезащита предназначена для снижения пожарной опасности конструкций (объектов защиты) и обеспечения требуемого уровня их огнестойкости. Основная цель огнезащиты сооружений состоит в повышении фактического предела огнестойкости, ограничения предела распространения пламени и снижение таких побочных эффектов как дымообразование и выделение токсичных веществ. Объект огне- защиты — материал, конструкция или изделие (строительные конструкции, воздуховоды, электрические кабели, строительные и текстильные материалы). Согласно действующим нормативам пожарной безопасности понятие «огнезащита» предполагает использование различных средств защиты от огня. Все существующие на сегодняшний день способы пассивной огнезащиты можно условно разделить на три вида:

1.Облицовка строительных конструкций теплоизоляционными материалами, устройство теплоотражающих экранов, увеличение поперечного сечения конструкций; создание противопожарных преград.

2.Обработка защищаемой поверхности специальными огнезащитными средствами (пасты, краски, лаки, пропитки на различной основе и т.д.).

3. Применение в строительных конструкциях негорючих материалов. В основные задачи огнезащиты входит предотвращение возгораний, замедление или прекращение развития начальной стадии пожара, обеспечение его быстрой локализации. Средство огнезащиты — огнезащитный состав или материал, обладающий огнезащитной эффективностью и специально предназначенный для огнезащиты различных объектов, представляют собой теплоизолирующие экраны, выдерживающие высокие температуры и непосредственное действие огня на пути распространения негативного воздействия в случае

пожара. Огнезащита, блокирующая тепловой поток от огня к поверхности конструкций, позволяет сохранить их работоспособность в течение заданного времени. Огнезащита снижает степень воздействия опасных факторов пожара на людей и материальные объекты, способствует минимизации его последствий, расширяет возможности применения при строительстве эффективных и безопасных решений, обеспечивать условия для тушения пожара и эвакуации людей.

3.2. Композиционные огнезащитные материалы

Огнезащитные материалы (огнезащитные составы) на сегодняшний день широко используются в строительной индустрии, поскольку имеют низкую теплопроводность и достаточную адгезию к поверхности конструкции. Основными компонентами средств огнезащиты являются термостойкие заполнители (в том числе, пористые или волокнистые) и вяжущие (как правило, неорганические). Огнезащитная эффективность выбранного средства (материала) огнезащиты, в первую очередь, который должен обеспечить предел огнестойкости, не ниже нормативного значения предела огнестойкости объекта огнезащиты. Выбор огнезащитных материалов и способы их нанесения зависит от величины требуемого предела огнестойкости; типа и материала защищаемой конструкции, а также ориентации защищаемой поверхности в пространстве (колонна, стойка и т.д.); вида нагрузки, действующей на конструкции (статическая или динамическая; тяжелый или легкий режимы работы); температурновлажностного режима, как при производстве огнезащитных работ, так и при эксплуатации смонтированных или нанесенных огнезащитных покрытий и иные требования. Действие огнезащитных материалов основывается либо на их высокой сопротивляемости тепловым воздействиям при пожаре, сохранении в течение заданного времени теплофизических характеристик при высоких температурах, либо на их способности претер- певать структурные изменения при тепловых воздействиях с образованием коксоподобных пористых структур, для которых характерна высокая изолирующая способность. Образование кокса в конденсированной фазе — важный процесс, существенно влияющий на механизм горения. Для многих углеводородных полимеров известна тенденция: чем больше кокса остается при их пиролизе, тем они менее горючи. На рис. II.6. приведена корреляционная прямая, связывающая эти два параметра.

В настоящее время для повышения пожарной безопасности объектов в мировой практике нашли широкое применение высокоэффективной пассивной защиты с помощью составов терморасширяю- щегося (вспучивающегося) типа. Вспучивающиеся покрытия (ВП) занимают особое место среди применяемых в настоящее время средств

огнезащиты строительных конструкций. Образующийся слой пены покрывает защищаемые поверхности, снижает скорость ее нагрева, изолируя очаг пожара, что позволяет выиграть время для спасения людей.

Рис. II.6. Зависимость кислородного индекса полимеров от выхода коксового остатка при пиролизе. 1 - полиформальдегид; 2 - полиэтилен, полипропилен; 3 - полистирол, полиизопрен; 4 - полиамид; 5 - целлюлоза; 6 поливиниловый спирт; 7 - полиэтилентерефталат; 8 – полиакрилонитрил; 9 -полифениленоксид огнезащищённый; 10 - поликарбонат; 11 – номекс огнезащищённый; 12 - полисульфон; 13 - кинол (фенолформальдегидный полимер); 14 - полиимид; 15 – углерод (Берлин А.А., 1996).

Под воздействием пламени (или теплового удара) терморасширяющиеся покрытия резко увеличиваются в объеме — в десятки раз (до 40 раз) — с образованием слоя пены, имеющей низкую теплопроводность и высокую устойчивость по отношению к огню. 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 Схема расчета нестационарного прогрева стенки со вспучивающимся покрытием приведена на рис. II.7.

В диапазоне температур от Т

(начала пластичности) до Ткп

нп

(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. Локальные деформации каркаса, суммируясь по возрастающей во времени толщине пластичного слоя, создают эффект вспучивания — перемещение поверхности вспучивающегося покрытия «навстречу» внешнему тепловому потоку.

Рис. II.7. Расчетная схема стенки со вспучивающимся огнезащитным покрытием: 1

- пенококс; 2 – пластичный слой; 3 - начальное положение обогреваемой поверхности ВП; 4 – неразложившийся материал вспучивающегося покрытия; 5 – защищаемая стенка; T(x,t) — распределение температуры по толщине рассматриваемой системы; Т пература, воздействующая на обогреваемую поверхность, излучательная способность газовой среды, коэффициент ее конвективного теплообмена с обогреваемой поверхностью; Т среды у необогреваемой поверхности; индексы: w – обогреваемая поверхность; нп, кп - начало и конец пластичности; гр - граница между слоями с различными теплофизическими характеристиками; х – необогреваемая (холодная) поверхность стенки (Страхов В.Л., 2000).

, εf, αf — тем-

, εe, αe - соответствующие параметры

Эффективность материалов терморасширяющегося типа определяется тем, что для защиты от пожаров достаточно нанесения очень тонких покрытий — толщиной от нескольких десятых долей милиметра до нескольких миллиметров. Вспучивающиеся огнезащитные покрытия (краски, мастики) обладают хорошей адгезией к полимерным оболочкам кабелей, металлическим, деревянным поверхностям, позволяют получать гибкие покрытия, отличаются достаточно высокой водо- и атмосферостойкостью, долговечностью. Под действием огня они резко увеличиваются в объеме (степень расширения составляет 500…700 %), образуя слой пены, имеющий низкую теплопроводность и высокую устойчивость по отношению к огню. Высокая эффективность определяется тем, что для защиты от пожара требуется нанесение достаточно тонких покрытий толщиной от нескольких десятых долей миллиметра до нескольких миллиметров, которые под действием огня превращаются в слой пены толщиной несколько сантиметров. К этой группе относятся терморасширяющиеся огнезащитные материалы серии ОГРАКС, степень расширения которых составляет 500 —700%, температура начала расширения около 200С. Материалы серии ОГРАКС представляют две группы: одна группа материалов выпускается на основе высокомолекулярного полифосфата аммония, другая — на основе интеркалированных графитов (рис.II.8.). Одним из

главных критериев огнезащиты химических и нефтехимических предприятий должна быть ее универсальность.

Рис.II.8. Огнезащитные материалы ОГРАКС на основе высокомолекулярного полифосфата аммония (ВПФА) (А) и на основе интеркалированных графитов (В) (НПО УНИХИМТЕК).

При выборе рациональных способов и средств огнезащиты элементов строительной конструкции и инженерных систем в условиях нефтехимических предприятий следует учитывать не только традиционные требования, но и принимать во внимание особенности поведения огнезащитного покрытия при комбинированных воздействиях типа «удар-взрыв-пожар» или «взрыв-пожар». В данном случае температура реального пожара может значительно отличаться от той, при которой проводились сертификационные испытания того или иного покрытия. В процессе эксплуатации оборудования огнезащитное покрытие должно в полной мере обеспечивать коррозионную стойкость защищаемой поверхности, быть инертным к действию окружающей среды, а в момент возникновения пожара обеспечить максимальную пожарную безопасность объекта. Учитывая специфику производств нефтегазодобывающего и нефтехимического комплекса, в качестве наиболее перспективного огнезащитного материала для резервуаров с нефтепродуктами, сжиженными газами и других элементов рассматриваются гибкие терморасширяющиеся

укрывные материалы на основе огнестойких тканей.

Помимо огнезащиты объекты нефтехимических предприятий

должны быть теплоизолированы. В теплоизоляции нуждается любое оборудование, так или иначе связанное с высоким напряжением, легко воспламеняемыми жидкостями, взрывоопасными газами или же непосредственно с высокими температурами и открытым пламенем – такое как бойлеры, котлы, печи, трубопроводы всех типов и энергетическое оборудование. Кроме того, для таких отраслей промышленности, как газовая, нефтехимическая, химическая, производство минеральных удобрений, допустимо применение только негорючих и трудногорючих теплоизоляционных материалов. Но негорючие волокнистые теплоизоляционные материалы при определенных условиях могут поглощать горючие вещества (нефтепродукты, масла и др.) и служить источником пожара. Для этих отраслей промышленности теплоизоляционные решения должны быть рассчитанными как на штатную работу при высоких температурах, так и на огнезащиту оборудования в случае аварии. В таком исполнении огнезащита способна выдерживать большие деформации при ударных (взрывных) воздействиях на здание или сооружение, сохраняя при этом свою работоспособность в условиях пожара, который может последовать за взрывом.

3.3. Уплотнительные графитовые материалы

Основная задача при разработке уплотнительных материалов — решение проблем повышения безопасности и эксплуатационной

надежности промышленных объектов и оборудования. В то же время, эксплуатационная надежность и высокий уровень безопасности промышленных объектов неразрывно связаны с показателями экономической эффективности. Особенно важно применение эффективных уплотнительных материалов на потенциально опасных промышленных объектах, в том числе на объектах энергопроизводства, нефтедобычи, нефтепереработки. Как известно, на АЭС обеспечение безопасности является приоритетной проблемой. На атомных станциях применение надежных уплотнений во многом определяет состояние радиационной безопасности. В течение долгого времени традиционно используемым уплотнительным материалом в промышленности и в энергетике считался достаточно недорогой асбест. Однако асбест не обеспечивает достаточный уровень надежности герметизации соединений, что является одной из причин частых отказов и аварийных ситуаций в работе промышленного и энергетического оборудования. Кроме того, асбест является канцерогенным веществом и его применение запрещено во многих странах. Практический опыт доказал, что применение надежных уплотнений, даже и более дорогих, существенно повышает показатели эксплуатационной надежности объектов: увеличивается продолжи-

тельность эксплуатации оборудования между ремонтами, сокращаются сроки ремонта, трудозатраты на ремонт. Относительно высокие затраты на более дорогие уплотнительные материалы компенсируются низкими эксплуатационными затратами, в том числе и снижением затрат на ликвидацию аварийных ситуаций. Увеличение срока службы уплотнительных материалов обусловливает снижение интенсивности отказов, связанных с разгерметизацией элементов оборудования, тем самым приводит к снижению технического риска эксплуатации объекта. В качестве новых уплотнительных материалов используются материалы на основе терморасширенного графита, которые выгодно отличаются по своим эксплуатационным характеристикам. Материалы, изготовленные на основе терморасширенного графита (пенографита) сохраняют все свойства, характерные для графита, но обладают и необходимыми для уплотнительных материалов новыми свойствами — упругостью и пластичностью, что позволяет получать уплотнительные изделия различных типов (рис. II.9).

Рис.II.9. Уплотнительные материалы на основе интеркалированного

графита (Сорокина Н.Е. и др., 2010)

На базе интеркалированных соединений графита созданы новые уплотнительные материалы, которые могут использоваться в интервале температур от 270 до 3000С при рабочих давлениях 40 МПА в большинстве рабочих, в том числе агрессивных, сред, и являются перспективной заменой асбеста не только в отношении эксплуатационной надежности, но и безопасности для окружающей среды. Из терморасширенного графита — графитовой фольги ГРАФЛЕКС изготавливаются уплотнительные изделия различных типов (плетеные набивки, сальниковые кольца, уплотнительные ленты, прокладки и др.). Уплотнительный материал ГРАФЛЕКС отличается от традиционных асбестовых уплотнений, прежде всего, отсутствием агрес-

сивных примесей, что исключает коррозионный износ металла оборудования. Физико-механические и физико-химические свойства материала ГРАФЛЕКС, такие как упругость, эластичность, стойкость к высоким температурам и давлениям, низкий коэффициент трения, хорошая теплопроводность, нейтральность к агрессивным средам дают возможность эффективно использовать уплотнения ГРАФЛЕКС в энергетике, химии, нефтехимии, нефтепереработке, бумажной и автомобильной промышленности и т.д.

Контрольные вопросы

1. Принципы пассивной защиты конструкций, зданий и сооружений

2. Критерии выбора огнезащитных материалов

3. Какие характеристики огнезащитных материалов положены в основу их действия

4. Каков механизм огнезащитного действия материалов терморасширяющегося типа

5. Чем объясняется высокая эффективность действия терморасширяющихся огнезащитных материалов

6. Почему необходима замена уплотнительных материалов, содержащих асбест, на новые безасбестовые материалы

7. Какие показатели эксплуатационной надежности обеспечивают снижение технического риска при применении уплотнительных материалов ГРАФЛЕКС

100

РАЗДЕЛ III.

УПРАВЛЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТЬЮ И

ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТЬЮ

Управление техногенным риском, в целом, представляет собой разработку и реализацию программ деятельности по ограничению и защите в процессе производственной деятельности, снижению негативных последствий для здоровья и жизни человека и загрязнения окружающей среды,. В обеспечении необходимого уровня безопасности особенную роль играет связь надежности технических систем и безопасности человека и окружающей среды.

ГЛАВА 1.

ЗАДАЧИ УПРАВЛЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТЬЮ И РИСКОМ

ПРИ ПОЛУЧЕНИИ И ПРИМЕНЕНИИ ПКМ

Основой управления риском, сопряженного с реализацией проекта, является методология анализа риска, позволяющая выработать основу для принятия обоснованного и эффективного управленческого решения. Анализ риска и управление риском ― две стадии единого процесса принятия решения, основанного на характеристике риска (рис. III.1.).

Рис. III.1. Взаимосвязь между анализом и управлением риском: А – оценка риска; Б – управление риском; В – характеристики риска.; прямые (-) и обратные (--) связи принятия решения с другими элементами оценки и управления риском

Общность обусловлена их главной целевой функцией ― определением приоритетов действий, направленных на уменьшение риска до допустимого, для чего необходимо знать как его источники и факторы ― (анализ риска), так и наиболее эффективные пути его сокращения (управление риском). Анализ риска строится на естественнонаучном и инженерном изучении источника (например, химического объекта) и факторов риска (например, загрязняющих веществ с учетом особенностей

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 910 / 1310 11 12 13 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]