izvestswsuИзвестия Юго-Западного государственного университетаProceedings of the Southwest State University2223-15602686-6757ЮЗГУ10.21869/2223-1560-2024-28-3-69-81izvestswsu-1329Research ArticleСтроительствоConstructionsЗащитное покрытие строительных конструкций от криогенного воздействия на основе цементных плитProtective coating of steel structures from cryogenic effects based on cement slabsГравитМ. В.GravitM. V.

Гравит Марина Викторовна, кандидат  технических наук, доцент Высшей школы  промышленно-гражданского и дорожного  строительства,

ул. Политехническая, д. 29, г. Санкт-Петербург 195251.

Marina V. Gravit, Cand. of Sci. (Engineering), Associate Professor, Higher School of Industrial, Civil and Road Construction, 

29, Polytechnicheskaya str., Saint Petersburg 195251.

marina.gravit@mail.ruНедвигаЕ. С.Nedviga,E. S.

Недвига Екатерина Сергеевна,  старший преподаватель Высшей школы  промышленно-гражданского и дорожного  строительства, 

ул. Политехническая, д. 29, г. Санкт-Петербург 195251.

Ekaterina S. Nedviga, Senior Lecturer,  Higher School of Industrial, Civil  and Road Construction, 

29, Polytechnicheskaya str., Saint Petersburg 195251.

nck@bk.ruСанкт-Петербургский  политехнический университет Петра ВеликогоPeter the Great St. Petersburg Polytechnic University2024121220242836981Copyright © Гравит М.В., Недвига Е.С., 20242024Гравит М.В., Недвига Е.С.Gravit M.V., Nedviga, E.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://izvestswsu.elpub.ru/jour/article/view/1329Цель исследования

Цель исследования. Применение сжиженного природного газа (СПГ) в качестве энергоносителя расширяется ежегодно. Поэтому целью данной статьи является анализ нормативных требований к защите конструкций от пролива криогенных жидкостей, таких как СПГ. Также в статье оценивается способность огнеза-щитных материалов сопротивляться не только высокотемпературным воздействиям, но и низкотем-пературным. 

Методы

Методы. В статье рассмотрены основные методики испытания материалов на противодействие проливу криогенных жидкостей и возможность применения средств огнезащиты в качестве криозащитных материалов. Объектом исследования стала огнезащитная конструктивная система, состоящая из плит «ПРОЗАСК Файерпанель». Защитная система производства ООО «ПРОЗАСК» состоит из двух слоев огнезащитных плит «ПРОЗАСК Файерпанель» с негорючей мембраной. А предметом исследования – криозащитная функция такой системы. 

Результаты

Результаты. Средняя температура образца после 60-минутного криогенного воздействия составила  53°С, сделаны выводы о целесообразности проведения последовательных испытаний на низкотемпературное и огневое воздействия ввиду высокой вероятности развития пожара после пролива криогенной жидкости при наличии источника пламени.

Заключение

Заключение. В статье показаны и проанализированы результаты испытания защитной системы производства ООО «ПРОЗАСК». При корректном выборе марки стали (в том числе по требованию к ударной вязкости) несущих конструкций объектов нефтегазового комплекса, можно сделать вывод о работоспособности конструкций, защищенных системой конструктивной огнезащиты с плитами «ПРОЗАСК Файерпанель», после часового криогенного воздействия.

Purpose of research

Purpose of research. The use of liquefied natural gas (LNG) as an energy carrier is expanding annually. Therefore, the purpose of this article is to analyze the regulatory requirements for the structure protection from the cryogenic liquid spill such as LNG. The article also evaluates the ability of fireprotective materials to resist not only hightemperature influences, but also low-temperature ones.

Methods

Methods. The article discusses the main methods of material testings to counteract the cryogenic liquid spill and the possibility of using fireprotective products as cryoprotective materials. The results of testing the protective system manufactured by LLC "PROSASK" are shown and analyzed. The object of the study is a fire-retardant structural system consisting of "PROSASK Fire Panel" plates. The protective system consists of two layers of flame-retardant plates "PROSASK Fire Panel" with a non-flammable membrane " in the middle, manufactured by LLC "PROSASK". And the subject of the research is the cryoprotective function of this system.

Results

Results. The average temperature of the sample after 60 minutes cryogenic exposure was - 53 °C, conclusions were drawn about the expediency of conducting successive tests for low-temperature and fire exposure due to the high probability of fire after the cryogenic liquid spill in the presence of a flame source.

Conclusion

Conclusion. The article shows and analyzes the test results of the protective system manufactured by LLC "PROSASK". With the correct choice of steel grade (including the requirement for impact strength) of load-bearing structures of oil and gas facilities, it can be concluded that structures protected by a structural fire protection system with PROSASK Firepanel plates are operable after an hour of cryogenic exposure.

сжиженный природный газкриозащитные материалызащита строительных конструкцийконструктивная огнезащитаliquefied natural gascryoprotective materialsprotection of building structuresstructural fire protectionReferencesПроизводство СПГ в России должно вырасти в 4 раза к 2035 году. URL: https://www.vedomosti.ru/industry/energy_future/articles/2023/09/11/994392-proizvodstvospg-v-rossii-dolzhno-virasti (дата обращения: 14.04.2024).LNG production in Russia should grow 4 times by 2035(In Russ). Available at: https://www.vedomosti.ru/industry/energy_future/articles/2023/09/11/994392-proizvodstvo-spgv-rossii-dolzhno-virasti (accessed: 14.04.2024).Mojarad A.A.S., Atashbari V., Tantau A. Challenges for Sustainable Development Strategies in Oil and Gas Industries // Proceedings of the 12th International Conference on Business Excellence 2018. Bucharest, 2018. P. 626-638. DOI: 10.2478/picbe-2018-0056.Mojarad A.A.S., Atashbari V., Tantau A. Challenges for Sustainable Development Strategies in Oil and Gas Industries. Proceedings of the 12th International Conference on Business Excellence 2018. Bucharest; 2018. P. 626-638. https://doi.org/10.2478/picbe-20180056.Optimization of Cryogenic Spill Protection Insulation Thickness / Yoshinori Hiroya, Masayuki Tanabe, Shunji Kataoka, Yoshinori Yamada, Tomonori Miyashita // An International Research Journal. Chemical Engineering Transactions. 2016. №48. P. 643-648.Yoshinori Hiroya, Masayuki Tanabe, Shunji Kataoka, Yoshinori Yamada, Tomonori Miyashita. Optimization of Cryogenic Spill Protection Insulation Thickness. An International Research Journal. Chemical Engineering Transactions. 2016; (48): 643-648.A combined fluid-dynamic and thermodynamic model to predict the onset of rapid phase transitions in LNG spills / K. Y. Lervåg, et al. // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2021. № 69. Р. 104354.Lervåg K. Y., et al. A combined fluid-dynamic and thermodynamic model to predict the onset of rapid phase transitions in LNG spills. Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2021; (69): 104354.Березняков А. А., Калаушин Д. Р., Симонов М. Ю. Анализ применения различных теплообменных аппаратов в области сжиженного природного газа // Сжиженный природный газ: проблемы и перспективы: тезисы докладов II Всероссийской научнопрактической конференции, Москва, 08–09 ноября 2022 года / отв. ред. Е.Б. Федорова. М.: Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина, 2023. С. 88-91. EDN: RUHDQQ.Bereznyakov A. A., Kalaushin D. R., Simonov M. Yu. Ed. by Fedorova E.B. Analysis of the use of various heat exchangers in the field of liquefied natural gas. In: Szhizhennyi prirodnyi gaz: problemy i perspektivy. Tezisy dokladov II Vserossiiskoi nauchno-prakticheskoi konferentsii = Liquefied natural gas: problems and prospects: Abstracts of the II All-Russian Scientific and practical conference.. Moscow: Gubkin Russian State University of Oil and Gas (National Research University); 2023. P. 88-91. (In Russ). EDN: RUHDQQ.Simplified Method to Define the Cryogenic Spill Hazard in LNG Liquefaction Facility / Y. Hiroya, M. Tanabe, S. Kataoka, Y. Yamada, T. Miyashita // CHEMICAL ENGINEERING TRANSACTIONS. 2019. №77. P. 505-510. https://doi.org/10.3303/CET1977085Hiroya Y., Tanabe M., Kataoka S., Yamada Y., Miyashita, T. Simplified Method to Define the Cryogenic Spill Hazard in LNG Liquefaction Facility. CHEMICAL ENGINEERING TRANSACTIONS. 2019; (77): 505-510. https://doi.org/10.3303/CET1977085Jo Y.-D., Ahn B.J. Analysis of hazard areas associated with high-pressure natural-gas pipelines // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2002. Vol. 15, is. 3. P. 179-188.Jo Y.-D., Ahn B.J. Analysis of hazard areas associated with high-pressure natural-gas pipelines. Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2002; 15 (3): 179-188.Mitigation of Risks Associated with Gas Pipeline Failure by Using Quantitative Risk Management Approach: a Descriptive Study on Gas Industry / A. H. Abdoul Nasser, P. D. Ndalila, E. A. Mawugbe, M. Emmanuel Kouame, M. A. Paterne, Y. Li // Journal of Marine Science and Engineering. 2021. №9(10). P. 1098. https://doi.org/10.3390/jmse9101098.Abdoul Nasser A. H., Ndalila P. D., Mawugbe E. A., Emmanuel Kouame M., Paterne M. A., Li Y. Mitigation of Risks Associated with Gas Pipeline Failure by Using Quantitative Risk Management Approach: a Descriptive Study on Gas Industry. Journal of Marine Science and Engineering. 2021; (9): 1098. https://doi.org/10.3390/jmse9101098.Jet fires and cryogenic spills: How to document extreme industrial incidents / R.F. Mikalsen, K. Glansberg, E.D. Wormdahl, R. Stolen // In Proceedings of the Sixth Magdeburg Fire and Explosion Days conference proceedings. Magdeburg, Germany, 25–26 March. 2019. P. 1-6.Mikalsen R.F., Glansberg K., Wormdahl E.D., Stolen R. Jet fires and cryogenic spills: How to document extreme industrial incidents. In: Proceedings of the Sixth Magdeburg Fire and Explosion Days conference proceedings. Magdeburg, Germany, 25–26 March. 2019. P. 1-6.Methodology to analyse LNG spill on steel structure in congested marine offshore facility / T. Baalisampang, et al. // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2019. № 62. 103936 p.Baalisampang T., et al. Methodology to analyse LNG spill on steel structure in congested marine offshore facility. Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2019; (62): 103936.Young-Do Jo, Bum Jong Ahn. A method of quantitative risk assessment for transmission pipeline carrying natural gas // Journal of Hazardous Materials. 2005. Vol. 123, is. 1–3. P. 1-12.Young-Do Jo, Bum Jong Ahn. A method of quantitative risk assessment for transmission pipeline carrying natural gas. Journal of Hazardous Materials. 2005; 123 (1–3): 1-12.Bradley I., Willoughby D., Royle M. A review of the applicability of the jet fire resistance test of passive fire protection materials to a range of release scenarios // Process Safety and Environmental Protection. 2019. №122. P. 185-191. https://doi.org/10.1016/j.psep.2018.12.004.Bradley I., Willoughby D., Royle M. A review of the applicability of the jet fire resistance test of passive fire protection materials to a range of release scenarios. Process Safety and Environmental Protection. 2019; (122): 185-191. https://doi.org/10.1016/j.psep.2018.12.004.Experimental study on propane jet fire hazards: Assessment of the main geometrical features of horizontal jet flames / Delphine M. Laboureur, Nirupama Gopalaswami, Bin Zhang, Yi Liu, M. Sam Mannan // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2016. № 41. P. 355-364. https://doi.org/10.1016/j.jlp.2016.02.013.Delphine M. Laboureur, Nirupama Gopalaswami, Bin Zhang, Yi Liu, M. Sam Mannan, Experimental study on propane jet fire hazards: Assessment of the main geometrical features of horizontal jet flames. Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2016; (41): 355-364. https://doi.org/10.1016/j.jlp.2016.02.013.Evaluation and prediction of the safe distance in liquid hydrogen spill accident / Liu Y., et al. // Process Safety and Environmental Protection. 2021. № 146. P. 1–8.Liu Y., et al. Evaluation and prediction of the safe distance in liquid hydrogen spill accident. Process Safety and Environmental Protection. 2021; (146): 1–8.Nguyen L. D., Kim M., Chung K. Vaporization of the non-spreading cryogenicliquid pool on the concrete ground // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2020. N 163. P. 120464.Nguyen L. D., Kim M., Chung K. Vaporization of the non-spreading cryogenicliquid pool on the concrete ground. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2020; (163): 120464.Nubli H., et al. Structural impact under accidental LNG release on the LNG bunkering ship: Implementation of advanced cryogenic risk analysis // Process Safety and Environmental Protection. 2024. № 186. P. 329–347.Nubli H., et al. Structural impact under accidental LNG release on the LNG bunkering ship: Implementation of advanced cryogenic risk analysis. Process Safety and Environmental Protection. 2024; (186): 329–347.Yu X., et al. Flame characteristics of under-expanded, cryogenic hydrogen jet fire // Combustion and Flame. 2022. № 244. P. 112294.Yu X., et al. Flame characteristics of under-expanded, cryogenic hydrogen jet fire. Combustion and Flame. 2022; (244): 112294.Cryogenic Spill Protection Requirements. Part 1. Fundamentals. URL: https:// www.pfpnet.com/wp-content/uploads/2023/11/PFPNet-Fundamentals-of-Cryogenic-SpillProtection-Part-1.pdf (дата обращения: 14.04.2024).Cryogenic Spill Protection Requirements. Part 1. Fundamentals. Available at: https://www.pfpnet.com/wp-content/uploads/2023/11/PFPNet-Fundamentals-of-CryogenicSpill-Protection-Part-1.pdf (accessed: 14.04.2024).Gravit M., Shabunina D., Klementev B. Fire resistance of steel structures with epoxy fire protection under cryogenic exposure // Buildings. 2021. Vol. 11, № 11. https://doi.org/10.3390/buildings11110537. EDN: XRCOPQ.Gravit M., Shabunina D., Klementev B. Fire resistance of steel structures with epoxy fire protection under cryogenic exposure. Buildings. 2021; 11(11). https://doi.org/10.3390/buildings11110537. EDN: XRCOPQ.Клементьев Б. А., Калач А. В., Гравит М. В. Сравнительный анализ требований России и США к огнестойкости строительных конструкций нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов // Пожаровзрывобезопасность. 2021. Т. 30, № 5. С. 5-22. https://doi.org/10.22227/0869-7493.2021.30.05.5-22. EDN: MNGMRT.Klement'ev B. A., Kalach A. V., Gravit M. V. Comparative analysis of the requirements of Russia and the USA for fire resistance of building structures of oil refineries and petrochemical plants. Pozharovzryvobezopasnost' = Fire and explosion safety. 2021; 30(5): 5-22. (In Russ). https://doi.org/10.22227/0869-7493.2021.30.05.5-22. EDN: MNGMRT.Гравит М.В., Шабунина Д.Е. Штукатурные составы как огнезащита стальных конструкций объектов нефтегазового комплекса // Пожары и чрезвычайные ситуации: предупреждение, ликвидация. 2022. № 3. С. 46–55. https://doi.org/10.25257/FE.2022.3.46-55.Gravit M.V., Shabunina D.E. Plastering compounds as fire protection of steel structures of oil and gas facilities. Pozhary i chrezvychainye situatsii: preduprezhdenie, likvidatsiya = Fires and emergencies: prevention, liquidation. 2022; (3): 46-55 (In Russ). https://doi.org/10.25257/FE.2022.3.46-55.Системы огнезащиты стальных конструкций с цементными плитами и противопожарным барьером при криогенном и Jet-Fire воздействиях / С. П. Антонов, М. В. Гравит, Е.С. Недвига, О.А. Фридрих // Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация. 2024. № 2.Antonov S. P., Gravit M. V., Nedviga E.S., Fridrih O.A. Fire protection systems of steel structures with cement slabs and a fire barrier under cryogenic and Jet-Fire effects. Pozhary i chrezvychainye situatsii: predotvrashchenie, likvidatsiya = Fires and emergencies: prevention, liquidation. 2024; (2). (In Russ).Гаращенко А.Н., Антонов С.П., Виноградов А.В. Исследование теплотехнических характеристик и эффективности конструктивной огнезащиты на основе цементных плит типа «ПРОЗАСК Файерпанель» при воспроизведении условий высокотемпературного воздействия // Пожаровзрывобезопасность. 2022. Т. 31, № 6. C. 13–29. https://doi.org/10.22227/0869-7493.2022.31.06.13-29.Garashchenko A.N., Antonov S.P., Vinogradov A.V. Investigation of thermal engineering characteristics and effectiveness of structural fire protection based on cement slabs of the "PROSASK Fire Panel" type when reproducing high-temperature exposure conditions. Pozharovzryvobezopasnost' = Fire and Explosion Safety. 2022; 31 (6): 13-29. (In Russ). https://doi.org/10.22227/0869-7493.2022.31.06.13-29.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.