8 (800) 333-35-43

Изоляционные материалы и технологии

Технологии пожарной безопасности для промышленных предприятий

Данная статья носит информационный характер

В последние годы число пожаров по России выросло до 240-300 тысяч в год, причем значительная часть возгораний (по сравнению с другими странами) приходится на промышленный сектор. Не секрет, что такие пожары чреваты самыми трагическими последствиями вплоть до экологических катастроф. Прежде всего, это относится к химическим производствам и атомным станциям, где проблема обеспечения безопасности является приоритетной. Поэтому в настоящее время первостепенное значение уделяется разработкам в области огнезащитных конструкций и технологий именно для промышленных объектов.

Если в административных и жилых зданиях пожары преимущественно возникают от неосторожного обращения с огнем (более 80% случаев), то в промышленности причины возникновения пожаров можно разделить на две группы.

Первая - это нарушение правил пожарной безопасности, вторая - игнорирование нормативов при проектировании и строительстве зданий.

К примеру, пожар на производстве может возникнуть при несоблюдении правил эксплуатации оборудования, самовозгорании веществ и материалов, взрыве, при утечках и аварийных выбросах пожаро- и взрывоопасных веществ и т.д.

Существует несколько опасностей при пожаре.

  1. Повышение температуры в зоне горения. Данный фактор может вызвать потерю несущей способности строительных конструкций зданий и сооружений, привести к тепловым ожогам поверхности кожи и внутренних органов людей.
  2. Перемещение воздуха и продуктов горения, направление движения которых обычно определяет и вероятные пути распространения пожара. Мощные восходящие тепловые потоки могут переносить искры и горящие угли на значительное расстояние, создавая новые очаги пожара.
  3. Токсичные продукты горения. Безжалостная статистика констатирует, что большая часть жертв пожара гибнет не от непосредственного воздействия пламени и высоких температур, а от удушья и отравления токсичными газами.

Если возникновение пожара, как правило, является случайностью (спровоцированной несоблюдением правил безопасности, неосторожностью и т.п.), то его развитие (распространение пламени) и конечный ущерб зависят от того, насколько строительные конструкции и оборудование подготовлены к подобной экстремальной ситуации. Поэтому расчет огнезащитных решений и конструкций, подбор строительных материалов являются одними из первостепенных моментов при проектировании любого промышленного сооружения.

Стоит упомянуть еще один аспект пожарной безопасности. Во многих странах размер противопожарной страховки и страховые премии зависят, помимо прочих параметров, и от того, какие материалы использованы при возведении застрахованного здания. Используя негорючие материалы, можно воспользоваться наиболее выгодными страховыми тарифами и сэкономить значительные суммы за счет эксплуатационных расходов. Очевидно, что в ближайшее время и российские страховые организации перейдут на подобные принципы работы с промышленными предприятиями.

Огнезащитные решения

В число основных задач огнезащиты входят: предотвращение пожара, противодействие распространению огня, обеспечение локализации очага возгорания и ослабление воздействия опасных факторов пожара.

Потенциальная пожароопасность определяется способностью конструкций зданий и сооружений сопротивляться воздействию пожара в течение определенного времени, зависит от свойств материалов строительных конструкций, а также свойств материалов, находящихся в помещениях.

Важнейший показатель для сооружений - REI, обозначающий предел огнестойкости. REI состоит из условных значений предельных состояний: по признаку потери несущей способности - R, целостности - Е, теплоизолирующей способности - I). Предел огнестойкости строительных конструкций - это время в минутах (часах) с момента начала пожара до выхода конструкции из строя (до обрушения, необратимых деформаций, образования сквозных трещин), или прогрева противоположной от огня поверхности до 220 °С, выше которой возможно самовоспламенение органических материалов.

Практика показывает, что наиболее экономичным путем достижения требуемой огнестойкости является применение огнезащитных конструкций или покрытий на основе негорючих теплоизолирующих и теплопоглощающих материалов. При этом уменьшаются так называемые побочные эффекты пожара (дымообразование, выделение газообразных токсичных веществ). Огнезащитное действие экранов основывается на их высокой сопротивляемости тепловым воздействиям при пожаре, сохранении в течение заданного времени теплофизических характеристик при высоких температурах. Огнезащитные экраны располагаются либо непосредственно на поверхности защищаемых конструктивных элементов либо на относе с помощью специальных мембран-коробов, каркасов или закладных деталей.

Рассмотрим особенности повышения огнезащиты различных конструктивных элементов промышленных сооружений, внутренних коммуникаций и оборудования.

Огнезащита строительных конструкций

Кирпичные конструкции зданий в большинстве случаев не нуждается в дополнительной защите: они длительное время могут выдерживать температуру до 900 °С. Однако нельзя забывать, что основная масса отечественных заводов и фабрик, выполненных из кирпича, были возведены в годы первых пятилеток. Так что вряд ли можно с уверенностью сказать, что они отвечают нынешним нормам по пожаробезопасности.

Огнестойкость бетонных и железобетонных стен, наиболее широко распространенных в современном промышленном строительстве, зависит от ряда факторов, в том числе от толщины защитного слоя и вида теплоизоляционного заполнителя. При этом большего внимания с точки зрения огнезащиты требуют балки, нежели плиты-перекрытия, так как при пожаре балки нагреваются как минимум с трех сторон. Здесь могут быть использованы огнезащитные волокнистые минплиты, керамзита, вермикулита и перлита, обмазки, штукатурки и вспучивающиеся краски. Металлические конструкции (из стали, чугуна и алюминиевых сплавов) наиболее уязвимы во время пожара. Металлы обладают высокой чувствительностью к высоким температурам и к действию огня. Они быстро нагреваются и снижают прочностные свойства. В частности, фактический предел огнестойкости стальных конструкций составляет от 6 до 24 мин, в то время как минимальные значения требуемых пределов огнестойкости основных строительных конструкций составляют от 15 до 150 мин.

Огнестойкость металлических конструкций существенно повышает создание на поверхности элементов конструкций огнезащитных покрытий, выдерживающих высокие температуры и непосредственное действие огня. Наличие этих покрытий позволяет замедлить прогревание металла и сохранять конструкции свои функции при пожаре в течение заданного периода времени.

Огнезащиту металлоконструкций проводят как традиционными методами (обетонирование, оштукатуривание цементно-песчаными растворами, использование кирпичной кладки), так и с помощью современных методов, основанных на нанесении облегченных материалов и легких заполнителей - вспученного перлита и вермикулита, минеральной ваты, обладающих высокими теплоизоляционными свойствами. В качестве примера можно привести плиты Conlit, разработанные специально для защиты стальных конструкций от огня. Основная функция Conlit состоит в том, чтобы в течение определенного времени, заложенного противопожарными нормами, материал не позволял балке нагреться до критической температуры - 500 °С. Этого времени достаточно для эвакуации людей.

Современные методы огнезащиты металлических конструкций включают использование теплоизоляционных штукатурок на основе минерального волокна (например огнезащитное покрытие Девиспрей) или вермикулита (Ньюспрей).

Кроме того, очень эффективны огнестойкие покрытия. Огнезащитные краски, лаки, эмали задерживают воспламенение материалов и замедляют распространение огня. Они подразделяются на две группы: невспучивающиеся и вспучивающиеся.

Невспучивающиеся краски при нагревании могут поглощать тепло в результате разложения, выделять ингибиторные газы, высвобождать воду.

Как правило, вспучивающиеся краски более эффективны, так как их огнезащитное действие основано на вспучивании нанесенного состава при температурах 170-200 °С и образовании пористого теплоизолирующего слоя, толщина которого составляет несколько сантиметров. Вспучивающиеся краски при нагревании увеличивают толщину слоя в 10-40 раз. В зависимости от толщины слоя штукатурного состава, облегченного покрытия, конструктивных огнезащитных листов и плит обеспечивается предел огнестойкости стальных конструкций от 45 до 150 мин. Вспучивающиеся краски используются для огнезащиты стальных конструкций в течение 45-60 мин.

Одним из самых действенных способов повышения огнестойкости как железобетонных, так и металлических строительных конструкций является их защита жесткими негорючими экранами - огнестойкими плитами, панелями, цилиндрами и т.п., которые нашли широкое применение в промышленном строительстве, энергетической и нефтехимической отраслях. Наличие этих экранов позволяет замедлить прогревание материала, из которого выполнено сооружение, и увеличить предел огнестойкости.

Например, применение минерально-волокнистых, керамзитовых и гипсовых плит позволяет добиться повышения предела огнестойкости до двух часов и более. Для противопожарной изоляции конструктивных элементов трубчатого сечения можно применять цилиндры из минеральной ваты или вспененного стекла. Минераловатные цилиндры зачастую более предпочтительны, поскольку выдерживают почти вдвое большую температуру и просты в монтаже - легко режутся и одеваются на трубу, склеиваются силикатным клеем и скрепляются скобами или бандажом.

Для локализации очага возгорания также рекомендуются такие конструктивные меры, как устройство несгораемых стен - брандмауэров в зданиях складов, пакгаузов, других протяженных (более 30 м) сооружениях из негорючих стен (чаще всего из керамического кирпича), устройство огнезащитных дверей, огнезащитных перегородок. Кроме того, в местах пересечения противопожарных преград и ограждающих конструкций различными инженерными и технологическими коммуникациями образовавшиеся отверстия и зазоры должны быть заделаны строительными раствором или другим негорючим материалом, обеспечивающим требуемый предел огнестойкости и дымогазонепроницаемости.

Светопрозрачные конструкции

Остекление представляет собой весьма уязвимую часть ограждающих конструкций с точки зрения огнезащиты. При всех своих преимуществах остекленные строительные конструкции имеют недостатки с точки зрения безопасности, которые отчетливо проявляются при использовании стандартных листовых стекол, предел огнестойкости которых крайне мал (всего несколько минут). Предлагаемые на отечественном рынке композиции типа "стекло+полимерная пленка" с мнимыми пожаростойкими свойствами на деле оказываются крайне неэффективными.

Реальную альтернативу таким суррогатным решениям представляют прошедшие сертификацию и все необходимые испытания в России светопрозрачные конструкции со вспенивающимся пожаростойким заполнением.

Огнестойкий стеклоблок представляет собой конструкцию, состоящую из нескольких слоев флоат-стекла, разделенных воздушными промежутками. На стекла нанесена прозрачная полимерная композиция. Листы по периметру склеены между собой полимерным материалом, а швы загерметизированы высокотемпературным герметиком.

При огневом воздействии на одну из сторон стеклоблока происходит разогрев стекла. При температуре 200 °С начинается вспенивание полимерной композиции, ее помутнение, при этом в случае образования в первом стекле трещин они герметизируются вспенивающимся вспененным слоем (при нагревании его объем увеличивается в 5-10 раз). Образовавшийся вспененный слой отсекает тепловое воздействие на второе стекло.

При дальнейшем разогреве начинают вспениваться полимерные слои на втором и следующих стеклах, защищая от теплового воздействия третье и последующие стекла, а вспененный слой на первом стекле чернеет и делает блок абсолютно непрозрачным как в видимой, так и в инфракрасной области спектра. За счет этого второе стекло и последующие стекла, не получая тепловой энергии, не разрушаются и локализуют тепловой поток и дым.

Огнезащита коммуникаций и кабелей

Не следует надеяться только на огнезащиту стен и несущих конструкций сооружений. Традиционно "слабым звеном" промышленных предприятий в области противопожарной безопасности являются кабели различного назначения. Нужно отметить, что кабельные каналы, пронизывающие любое здание насквозь - это один из самых опасных путей распространения пламени во время пожара.

Сосредоточие кабелей в одном месте (в кабелепроводах, в ограниченных пространствах наподобие центров управления электродвигателями или в распределительных коробках) в случае воспламенения может привести к серьезному ущербу при пожаре. Характерные примеры (пусть непосредственно не относящиеся к промышленности) - это пожары на Останкинской телебашне и в аэропорту г. Дюссельдорфа (Германия), принявшие самый трагический характер именно в силу первичного распространения по кабельным линиям.

По данным компании FM Global, при подобных инцидентах причиной воспламенения обычно служит повреждение изоляции и, как результат, искрение и перегрев проводников. После этого, как правило, начинается распространение огня по горючей изоляции кабеля и внешней оболочке, а также по оболочкам других кабелей, когда они находятся в непосредственном контакте или недалеко от места возгорания.

Наличие большой горючей нагрузки, лавинообразное нарастание коротких замыканий, воспламеняющих изоляцию кабелей, приводит к тому, что с первых минут пожар сопровождается быстрым распространением дыма и высокой скоростью роста температуры.

Изоляция кабеля может ухудшиться по многим причинам. К этому ведут механическое повреждение, вибрация, влажность, перегрев, попадание масел, вызывающих коррозию жидкостей и различных растворителей.

В сравнении с объемом горючих материалов, накапливающихся на заводах и складах, количество воспламеняемых материалов в одном кабеле или даже в связке весьма невелико. Риск реальной угрозы пожара увеличивается в связи с тем, что кабели обычно находятся в скрытом от глаз пространстве. Во многих помещениях они прокладываются в кабельных коробах, кабелепроводах или других доступных, но закрытых местах - в вентиляционных пустотах или за подвесным потолком. Подобные скрытые полости часто трудно оборудовать автоматическими средствами пожаротушения (разбрызгивателями).

Использование пассивной пожарной защиты кабелей (наряду с системами автоматического пожаротушения) позволяет обеспечить более надежную противопожарную защиту. В качестве противопожарных мер используется нанесение на поверхность кабелей огнезащитных покрытий, применяются рулонные несгораемые материалы, вододисперсионные пасты (например ОГРАКС) и пр.

Изоляция промышленного оборудования

К настоящему моменту не существует нормативных актов, регулирующих требования к огнезащите промышленного оборудования. Однако в СНиП 2.04.14-88 "Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов" указано, что для таких отраслей промышленности, как газовая, нефтехимическая, химическая, производство минеральных удобрений, допустимо применение только негорючих и трудногорючих теплоизоляционных материалов. Причем, должны учитываться не только показатели горючести теплоизоляционного слоя, но и поведение теплоизоляционной конструкции в условиях пожара в целом. Негорючие волокнистые теплоизоляционные материалы при определенных условиях могут поглощать горючие вещества (нефтепродукты, масла и др.), которые влияют на горючесть конструкции и способны самовоспламеняться. Таким образом, применением негорючей теплоизоляции можно предотвратить пожар.

В изоляции 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.

Необходимо учесть, что для многих видов промышленного оборудования, контактирующих с веществами при высоких температурах - от перегретого пара до раскаленных доменных газов, - работа при температуре от 100 до 1000 °С является штатным режимом. То есть теплоизоляционные решения здесь должны иметь предел огнестойкости, сравнимый со сроком эксплуатации самого оборудования, причем быть рассчитанными на эксплуатацию в условиях возможной вибрации, переменных температурных и деформационных воздействий.

При таком наборе требований все более популярными становятся универсальные решения, рассчитанные как на штатную работу при высоких температурах, так и на защиту оборудования в случае аварии. Такие решения базируются на применении материалов с низкой теплопроводностью на основе природного минерального сырья - минерального волокна на основе горных пород базальтовой группы (используется при температурах до 1000 °С), вермикулита (до 1300 °С), алюмосиликатных композиций и т.п.

В последнее время для изоляции трубопроводов, технологического и энергетического оборудования наиболее часто используются негорючие минераловатные маты и цилиндры (например ТЕХ МАТ, способные выдерживать температуру до 570 °С). Можно отметить также и маты Wired Mat (с основой из армированной сетки, прошитые гальванизированной проволокой), применимые для труб и поверхностей с температурой до 800 °С, в том числе и при вибрационных нагрузках (в нефтехимической, металлургической промышленности, энергетике и т.п.). Для защиты бойлеров и печей используются огнеупорные покрытия из кирпича, а для паровых котлов и фабричных дымовых труб - рефракторная облицовка (например производимая заводом "Теплоагрегат").

Для нужд энергетики и смежных отраслей могут применяться материалы на основе терморасширенного графита - графитовой фольги и уплотнительных изделий различных типов (плетеной набивки, сальниковых колец, уплотнительной ленты, прокладок и др). В настоящее время есть разработки для таких видов оборудования, как арматура высокого давления ТЭС и АЭС, общепромышленная арматура, насосы, фланцевые уплотнения трубопроводов, резервуаров и аппаратов, работающих под давлением.

В качестве тепловой изоляции резервуаров, выпускных труб, рекомендуемой к использованию на предприятиях нефтехимической и атомной промышленности, можно назвать жесткие минераловатные плиты FIREBATTS, кашированные с одной стороны алюминиевой фольгой. Сами плиты могут выдерживать температуру до 750 °С, фольга - до 500 °С.

Конечно, в рамках данной статьи невозможно рассмотреть все разнообразие существующих решений для огнезащиты различных типов промышленных сооружений. Кроме того, за пределами нашей статьи остались такие важные темы, как системы пожарного оповещения и пожаротушения. Но совершенно очевидно, что на сегодняшний день существует достаточно материалов и технологических наработок по предотвращению пожаров в промышленном секторе. Остается только надеяться, что принципы безопасности одержат верх над вечным российским желанием положиться на "авось".

Приглашаем инвесторов