Оценка технического состояния, остаточного ресурса и продления срока службы огнезащитных покрытий металлоконструкций машинных залов АЭС

Введение

Задача установления требований к содержанию и последовательности проведения работ по оценке технического состояния, остаточного ресурса и продления срока службы огнезащитных покрытий металлоконструкций машинных залов (далее – машзал) действующих АЭС является весьма актуальной, особенно в рамках подготовки и продления срока эксплуатации АЭС.

Кроме этого, в соответствии с п. 13 Правил противопожарного режима в Российской Федерации (с изменениями на 21 мая 2021 года) [1] в случае окончания гарантированного срока эксплуатации огнезащитного покрытия строительных конструкций и инженерного оборудования в соответствии с технической документацией изготовителя средства огнезащиты и (или) производителя огнезащитных работ руководитель организации обеспечивает проведение повторной обработки конструкций и инженерного оборудования объектов защиты или ежегодное проведение испытаний либо обоснований расчетно-аналитическими методами, подтверждающими соответствие конструкций и инженерного оборудования требованиям пожарной безопасности.

Особенное значение имеет тот факт, что для действующих энергоблоков замена огнезащитных покрытий, в связи с истечением срока службы, представляет собой порой труднопреодолимую задачу. В первую очередь это связано с тем, что счистить старое огнезащитное покрытие и грунтовку на действующем энергоблоке АЭС практически невозможно, так как сроки проведения ППР (планово-предупредительного ремонта) на действующих энергоблоках АЭС весьма ограничены. Покрывать придется огнезащитным покрытием, отличным от ранее примененного состава, так как для большинства энергоблоков 70–80-х годов выпуска ранее примененные составы уже не выпускаются. Кроме этого, необходимо проведение специальных исследований по адгезии и получение сертификационных заключений по так называемому «пирогу» (новый состав наносится на ранее нанесенное покрытие).

Результаты

Выбор огнезащитного покрытия необходимо определять с учетом:

• величины требуемого предела огнестойкости;
• типа защищаемой конструкции и ориентации защищаемых поверхностей в пространстве (колонны, стойки, ригели, балки, связи);
• температурно-влажностных условий эксплуатации и производства работ по огнезащите;
• степени агрессивности окружающей среды по отношению к огнезащите и материалу конструкции, а также степени агрессивности материала огнезащиты по отношению к стали и бетону;
• эстетических требований к конструкциям.

Выполнение обоснования остаточного ресурса сверх установленного проектом срока эксплуатации огнезащитного покрытия несущих металлоконструкций необходимо проводить с учетом:

• оценки технического состояния;
• результатов проведения испытаний образцов;
• рекомендаций по объемам ремонтно-восстановительных работ;
• мероприятий на продлеваемый период.

Освидетельствование технического состояния огнезащитных покрытий несущих металлических конструкций проводится в соответствии с [2]. Необходимо разработать, согласовать и утвердить рабочую программу обследования огнезащитного покрытия несущих металлоконструкций. Для АЭС программа обследования должна быть согласована с генпроектировщиком и привлекаемыми к работам специализированными организациями, а при необходимости – с привлечением организации, являющейся разработчиком или производителем огнезащитного состава. Оценка соответствия состояния огнезащиты предъявляемым требованиям осуществляется в три этапа:

• изучение предоставленной исполнительной документации для получения исходных данных для проведения оценки соответствия выполненных работ по огнезащите конструкций;
• визуальный контроль;
• контроль с применением контрольно-измерительных приборов и экспресс-методов.

Визуальный контроль основывается на оценке внешнего вида покрытия путем осмотра. При осмотре конструкций и изделий, которые защищены огнезащитными составами, определяется соответствие поверхности покрытия требованиям технической документации (ТД) на применение состава и наличие:

• необработанных мест;
• трещин, отслоений, вздутий, осыпаний;
• посторонних пятен, инородных включений и других повреждений.

На дефектных участках покрытие снимается, поверхность покрывается заново. Особое внимание при контроле следует обращать на места соединений элементов конструкций и труднодоступных участков для нанесения огнезащитного покрытия.

В случае непревышения гарантийного срока (срока службы) необходимо проверить состояние огнезащитного покрытия:

а) внешний вид покрытия, отсутствие отслоений, трещин, сколов, вспучивания и других механических повреждений;

б) соответствие толщины нанесенного огнезащитного покрытия требованиям технической документации.

Для оценки соответствия проводится выборочная проверка с использованием контрольно-измерительных приборов для измерения толщины нанесенного слоя и его адгезии с целью оценки условий проведения огнезащитных работ и мониторинга огнезащитной эффективности при эксплуатации огнезащитных покрытий. Для этого могут привлекаться сторонние организации, уполномоченные на проведение этих работ. По результатам работ составляется протокол проверки состояния огнезащитного покрытия.

При наличии отслоений, трещин, сколов, вспучивания и других механических повреждений и/или несоответствий толщины нанесенного огнезащитного покрытия требованиям технической документации проводится восстановление огнезащитного покрытия. На дефектных участках покрытие снимается, поверхность окрашивается заново.

В случае превышения назначенного срока эксплуатации (срока службы) проводятся испытания образцов огнезащитного покрытия несущих металлических конструкций и образцов-идентификаторов (при их наличии).

Отбор образцов-идентификаторов огнезащитного состава, нанесенного на металлические конструкции, производится на предприятии-изготовителе этого огнезащитного состава с составлением акта отбора образцов. Образцы-идентификаторы должны соответствовать требованиям технических условий (ТУ) или иной нормативной документации предприятия – производителя огнезащитного состава.

Аппаратура и методы испытаний

Применяются следующие методы испытаний образцов.

1. Определение коэффициента вспучивания образцов.

Сущность метода заключается в определении коэффициента вспучивания К, который вычисляется как отношение толщины вспененного образца материала (в миллиметрах), полученного при нагреве в течение не менее 30 минут при температуре (500 ± 25) °C, к первоначальной толщине образца материала до испытания (в миллиметрах).

Определяют исходную толщину образца микрометром (погрешность ± 0,01 мкм). В специальной капсуле или ином приспособлении для удерживания навесок образцов от расползания образцы помещают в муфельную печь, разогревают ее до (500 ± 25) °Cи выдерживают в течение 30 минут. По истечении времени образец извлекают из печи и дают остыть до комнатной температуры. Измерения толщины вспучившегося образца проводятся металлической линейкой (погрешность определения ± 1 мм). Используя полученные данные, высчитывают коэффициент вспучивания по формуле:

,

где δ₀ – первоначальная толщина образца, мм;

δ₁ – толщина образца после нагрева, мм.

Испытания проводят не менее чем на трех образцах, за итоговый результат принимается среднее арифметическое значение всех опытов.

В соответствии с п. 6.5 [3] результирующее значение коэффициента вспучивания должно составлять 2 и более (расчеты проводят по отношению к минимальной из сравниваемых величин).

Можно определять коэффициент вспучивания К образцов огнезащитного покрытия с использованием автоматизированного прибора термического анализа, имеющего программное обеспечение для обработки результатов, например, с использованием дериватографа Q-1500D. Определяют исходную толщину каждого образца микрометром с погрешностью ± 0,01 мкм. Образцы в тигле помещают в печь, нагревают со скоростью 10 °C/мин до температуры 475 °C и выдерживают в течение 30 минут. По истечении времени образцы извлекают из печи и дают остыть до комнатной температуры. Далее измеряют толщину вспучившихся образцов металлической линейкой (погрешность определения ± 1 мм).

2. Термический анализ.

Термический анализ проводится согласно методическим указаниям ГОСТ Р 53293-2009 [4]. Результаты испытаний образцов, отобранных с металлоконструкций, сравниваются с аналогичными результатами, полученными для образцов-идентификаторов. Сравнению подлежат значимые характеристики термического анализа, полученные на приборах одного класса и при одинаковых условиях эксперимента:

• масса, форма и размер образцов;
• форма, размер и материал тигля;
• вид газа динамической атмосферы и расход газа;
• скорость нагревания.

Термический анализ (ТА) проводился в соответствии с ГОСТ Р 53293-2009 [4] с использованием методов: термогравиметрического (ТГ), термогравиметрического по производной (ДТГ) и дифференциально-термического анализа (ДТА). Можно применять для получения идентификационных характеристик образцов автоматизированный прибор термического анализа, имеющий программное обеспечение для обработки результатов, например, дериватограф Q-1500D.

Оценку результатов проводят согласно п. 7 ГОСТ Р 53293-2009 [4]. При испытаниях в дериватографе коэффициент вспучивания К более 10 может считаться вполне удовлетворительным результатом, свидетельствующим о наличии огнезащитных свойств материала.

3. Определение полифосфата аммония.

Полимерные материалы в виде покрытий или массивных конструкций подвергаются целому комплексу функциональных нагрузок и воздействий со стороны окружающей среды. Влияние окружающей среды определяется в основном климатическими воздействиями и условиями эксплуатации. К ним относятся: температура (в частности, суточные и сезонные перепады температуры), влага в форме дождя, тумана или влажного воздуха, ультрафиолетовое излучение, агрессивные примеси в воздухе и т. д.

В состав огнезащитных покрытий в качестве полимерного материала, подверженного старению, входит не только пленкообразователь, но и одно из основных веществ, отвечающих за огнезащитную эффективность покрытия, – полифосфат аммония (далее – ПФА).

Как показывает опыт, из всех климатических воздействий внутри помещений особенно способствует старению полимеров ультрафиолетовое излучение. Это могут быть трещины на огнезащитных покрытиях и снижение прочности. Причину этих явлений можно найти в фотохимических реакциях, ускоряющих окислительные процессы. Как правило, в процессе старения постоянно участвует кислород воздуха.

Количественное определение содержания ПФА в образцах покрытия, отобранных с металлоконструкций машзалов энергоблоков АЭС, проводится с использованием фотометрического метода определения по желтой окраске фосфорнованадиевомолибденового комплекса [5]. По полученным результатам делается вывод, что количества определенных веществ соответствуют обычно применяемым соотношениям основных действующих веществ огнезащитных вспучивающихся композиций и их содержаниям в покрытиях аналогич­ного состава. Наблюдаемое их уменьшение свидетельствует о снижении огнезащитной эффективности покрытия.

4. Оценка прогнозируемого срока службы системы огнезащитного покрытия в условиях эксплуатации УХЛ3 (категория размещения 3 предусматривает эксплуатацию в крытых помещениях без регулирования температурных условий с естественной вентиляцией (температура практически не отличается от уличной, нет брызг и струй воды, незначительное количество пыли).

Ускоренные климатические испытания проводят по ГОСТ 9.401-2018 [6], методу 13 для определения устойчивости защитных, декоративных и физико-механических свойств при эксплуатации в нерегулярно отапливаемых помещениях атмосферы умеренного и холодного климата (УХЛ3) и установления прогнозируемого срока службы.

Оценку состояния покрытия в процессе испытаний проводят по ГОСТ Р 9.407-2015 [7].

Оценку изменений, происходящих в покрытии и под покрытием в процессе испытаний, проводят емкостно-омическим методом по ГОСТ 9.409-88 [8].

Определение адгезии методом нормального отрыва проводят по ГОСТ 32299-2013 (ИСО 4624) [9].

Оценку прогнозируемого срока службы проводят по ГОСТ 9.401-2018 [6], п. 6.5.9.

После проведения всех необходимых испытаний принимается один из следующих выводов:

а) о продлении срока эксплуатации существующих огнезащитных покрытий несущих металлических конструкций;

б) об удалении огнезащитных покрытий с поверхности несущих металлических конструкций с последующим нанесением сертифицированного огнезащитного покрытия.

Заключение

По результатам проведенного анализа следует отметить два перспективных направления по вопросам оценки технического состояния, остаточного ресурса и продления срока службы огнезащитных покрытий металлоконструкций машзалов действующих АЭС.

1. Разработка перспективных огнезащитных составов с повышенными сроками эксплуатации.
2. Доработка (разработка) нормативной базы, в частности, разработка необходимых программ-методик, состава работ по установлению, обоснованию и подтверждению гарантийных сроков для установления/прогнозирования гарантийных сроков сохранности, оценка возможности их увеличения.