Про грувлок в условиях пожара

Большинство специалистам система трубного соединения грувлок. Мы хотим подробнее разобраться почему грувлок так популярен в установках водяного и пенного пожаротушения. Для этого мы перевели и публикуем статью “Технические возможности грувлочных (виктолических) механических соединений труб производства компании Victaulic в экстремальных условиях во время пожара”. Авторы: Len Swantek и Catsy Lam.

Для тех, кто постоянно имеет дело с механическими системами трубопроводов, брэнд “Victaulic” очень хорошо известен своими надежными решениями с применением широкого спектра грувлочных труб и соединений. Однако, не настолько очевидно то, что соединения труб производства компании Victaulic отличаются способностью противостоять прямому воздействию открытого пламени в самых экстремальных промышленных условиях. В здании коммерческого назначения, на химическом заводе, на буровой морской платформе, на нефтеперерабатывающем заводе или в моторном и машинном отделении корабля воздействие огня никоим образом не ухудшит способность таких труб обеспечивать полное номинальное давление и расчетную герметичность соединений. В данной статье обсуждаются особенности грувлочных соединений труб производства компании Victaulic, их огнестойкость, каким конкретным стандартам огнестойкости они соответствуют, а также представлены примеры реальных проверочных испытаний, проводимых национальными и международными органами сертификации.

ГРУВЛОК И ЕГО КОРПУС: ПЕРВЫЙ УРОВЕНЬ ЗАЩИТЫ ОТ ОГНЯ

Корпусы трубных соединений компании Victaulic льются из высокопрочного чугуна в соответствии с ASTM A-536, сорт материала 65-45-12. Такие корпусы способны выдерживать прямое воздействие огня при температурах свыше 760°C (1400˚F) без повреждения структуры или ухудшения металлургических характеристик материала.

Данный уровень защищает внутреннюю прокладку от прямого воздействия огня и интенсивного тепла. В зависимости от продолжительности прямого воздействия открытого пламени, высокопрочный чугунный корпус в итоге передает часть тепла на его внутреннюю поверхность, а также на прокладку.

Для поддержания постоянного уровня огнестойкости, компоненты материала, из которого изготовлены прокладки Victaulic, обеспечивают уникальный баланс между термическим сопротивлением и чувствительностью к воздействию давления. Здесь целью является поддержание максимальной производительности уплотнения при максимальных температурных пределах. Именно здесь начинают работать свойства прокладки.

СВОЙСТВА ПРОКЛАДОК И КАК ОНИ ПОМОГАЮТ ОБЕСПЕЧИТЬ НАИВЫСШУЮ СТЕПЕНЬ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ВО ВРЕМЯ ПОЖАРА

Есть несколько ключевых факторов, которые определяют устойчивость прокладки к высокой температуре:

  • Состав компонентов материала и процесс производства
  • Свойства материала прокладки и форма (дизайн) прокладки

В составе компонентов материала прокладки используются ингредиенты с высокими значениями термического разложения для обеспечения минимальных потерь материала во время пожара. Компоненты также обеспечивают определенный уровень изменения критических свойств материала, таких как твердость, прочность на растяжение, удлинение, остаточное сжатие и спад напряжения при сжатии.

Тепловая стойкость эластомеров основывается на многих факторах, таких как тип полимера, тип наполнителя, отвердителя, антиоксидантов и других добавок, используемых в рецептуре, а также итоговая плотность сшивания в процессе отверждения. Каждый ингредиент изучается после тщательного планирования эксперимента; рецептура постоянно улучшается для достижения наилучших показателей тепловой стойкости. Процесс отверждения также улучшается для достижения наилучших показателей отверждения с необходимыми свойствами материала равномерно по всему поперечному сечению прокладки. И рецептура материала прокладки, и производственный процесс строго контролируются для обеспечения высоких характеристик тепловой стойкости прокладки и их сохранения в уже её готовом исполнении и форме.

Предел огнестойкости прокладки усиливается ее формой (дизайном). Дизайн разрабатывается таким образом, чтобы наилучшим образом соответствовать специфическим свойствам уплотняющего материала при различных состояниях напряжения. Поперечное сечение прокладки оптимизировано для обеспечения необходимого теплового расширения уплотняющего материала, а также трубы в экстремальных температурных условиях. Изучена концентрация и распределение напряжения по всей геометрии уплотнения для того, чтобы предотвратить разрыв, растрескивание и постоянную деформацию прокладки. Геометрия прокладки также оптимизирована для обеспечения постоянной достаточной уплотняющей силы на поверхности трубы и для поддержания герметичного уплотнения.

Данные характеристики в сочетании помогают обеспечить герметичность прокладки в экстремальных условиях. У материала прокладки очень низкая скорость разложения; она не разрушается внутри корпуса; изменение её физических свойств минимальны, что позволяет обеспечивать абсолютную постоянную герметичность.

ГРУВЛОК: ПРОВЕРКА И СООТВЕТСТВИЕ НОРМАМ И СТАНДАРТАМ

Для соответствия механических соединений условиям конкретных рынков или условиям применения, соединения и прокладки устанавливаются на трубы и размещаются над источником пламени в соответствии со стандартами. Затем грувлок подвергается испытанию на предел огнестойкости в соответствии с требованиями органов, имеющих юрисдикционные полномочия на местном рынке или в регионе.

Например, каждый грувлок, используемый в морской промышленности на борту судна, должен выдерживать испытание на огнестойкость в течение 30 минут при температуре 800 °C (1470 °F) без утечек и сбоев. Испытание проводится в соответствии с “Правилами” определенного органа проведения испытаний, которые также соответствуют международным стандартам пожарной безопасности ISO-19921 и ISO-19922. Термопары размещаются в разных местах вокруг испытываемого соединения для контроля температуры поверхности в течение всего испытательного периода. В силу высокой скорости теплопередачи сверхпрочного чугуна поверхностные температуры также устойчивы по всему поперечному сечению соединения, в итоге температура воздействия на поверхность прокладки практически такая же. Такое сухое тепло может быть особенно опасным, когда свойства материала не сохраняются на протяжении всего испытания. После испытания пламенем механическое соединение подвергается гидравлическому испытанию под давлением, превышающим номинальное рабочее давление в 1,5 раз, утечки не допускаются. Такое испытание явялется одним из самых требовательных критериев проверки огнестойкости в широком диапазоне областей тяжелой промышленности.
Еще одно серьезное испытание на огнестойкость проводится компанией VdS Schadenverhütung GmbH в Германии в рамках требований по сертификации механических соединений, используемых в системах противопожарной защиты зданий и сооружений. Лаборатория испытывает грувлок открытым пламенем с метанолом в качестве топлива. В данном случае испытательный шов полностью охватывается сосредоточенным пламенем и должен выдерживать температуру открытого пламени до 800 °C (1470 °F) в течение 15 минут без воды в системе. Работают те же законы теплопередачи, как и в случае  моделирования пожара в соответствии с ISO-19921, передавая температуру на поверхность прокладки внутри собранного соединения. Во время данного испытания отсутствует внутреннее давление для поддержания герметичного уплотнения. Уплотнение обеспечивается исключительно  физическими свойствами прокладки для устойчивости к высокой температуре и сохранения формы, геометрии и характеристик спада напряжения при сжатии. После этого испытания на огнестойкость также проводится гидравлическое испытание под давлением, в 1,5 раза превышающим номинальное рабочее давление, с постоянной проверкой на предмет утечек.
Другие аналогичные испытания на огнестойкость, включая API-607 и UL-852, обычно проводятся с новыми уплотняющими материалами и соединениями, предназначенными для применения в условиях повышенной опасности, где всегда есть риск пожара. Стандарты могут включать температуру открытого пламени, превышающую 871 °C (1600 °F), как требование к компонентам, используемым в системах сухой пожарной защиты.

СРАВНЕНИЕ С АЛЬТЕРНАТИВНЫМИ ТРУБНЫМИ СОЕДИНЕНИЯМИ

В отличие от фланцевых соединений, в которых внутреннее уплотнение открыто между поверхностями ответных фланцев, уплотнение внутри механического соединения абсолютно герметично заключено между корпусами соединений и торцами труб. Это исключает отрицательное воздействие на уплотнение прямого нагрева или пламени. Компрессия и уплотнение конструкции достигается по радиусу поперечного сечения трубы при помощи правильной ориентации болтов (перпендикулярно трубе по сравнению с тангенциальным или болтовым соединением с трубой с фланцевыми соединениями). При такой ориентации любое постепенное расширение болтов при сильном нагреве компенсируется внутренним сжатием уплотнения вместе с определенным процентом расширения самого уплотнения, которое допустимо внутри соединения. Во всех случаях прокладка не разрушается при таких условиях, сохраняя герметичное уплотнение.

Со временем на резьбовых соединениях также возможны утечки, так как элементы уплотнения высыхают и трескаются, что вызывает небольшую утечку по резьбе. Воздействие открытого пламени на эти же соединения ускоряет такой эффект высыхания или “старения”, вследствие чего соединения могут протекать независимо от степени ухода, исходного качества резьбы или установки соединения.

Если грувлок производства компании Victaulic корректно установлены в соответствии с нормами и правилами, то нет никаких сомнений в их способности противостоять экстремальным условиям во время пожара. Это критически важное преимущество для владельца здания, которое часто воспринимается как нечто само собой разумеющееся, так как соединения надежно служат как в стенах, под потолком, так и в других скрытых пространствах.

ПРОВЕРКА ВРЕМЕНЕМ

На протяжении почти 100 лет продукция компании Victaulic выдержала испытание временем в разных системах трубопроводов. В системах пожаротушения, обеспечивающих безопасность зданий и его жильцов, или системах циклических гидравлических линий на борту морского судна механические соединения, каждый грувлок производства компании Victaulic позволяют клиентам чувствовать себя уверенно, не сомневаясь в том, что продукт был протестирован и утвержден к применению в самых экстремальных условиях. Инвестируя в исследования и разработку новых продуктов, материалов и производственных процессов, компания Victaulic сохраняет свои позиции в качестве глобального лидера, представляя надежные решения для трубных соединений.

Грувлок в разрезе

Есть несколько свойств механического соединения, которые делают грувлок устойчивым к высоким температурам: сверхпрочный чугунный корпус; свойства материала прокладки и обеспеченная такими свойствами уплотняющая сила, когда болты и гайки затянуты.

Разработка конструкции грувлочного соединения

Предел огнестойкости прокладки увеличивается также благодаря её форме (дизайну). Она разработана так, чтобы наилучшим образом соответствовать определенным свойствам материала, в то время как геометрия обеспечивает всегда достаточное усилие на прокладке для абсолютно герметичного уплотнения.

Грувлок в условиях пожара

Готовые к установке фитинги Victaulic FireLockTM Installation-ReadyTM  испытываются компанией UL, LLC в США в рамках требований к сертификации механических соединений, используемых в системах сухой пожарной защиты зданий и сооружений.

АВТОРЫ

Len Swantek  начальник отдела Соответствия международным требованиям в компании Victaulic. Имеет более чем 28-летний опыт работы в инженерной и управленческой области в компании Victaulic, включая инженерную разработку, разработку норм и стандартов, сертификацию продуктов и аудит.

Также является членом Национальной ассоциации противопожарной защиты (NFPA), Национальной ассоциации спринклерной системы пожаротушения (NFSA), Европейской сети сплинклерных систем (EFSN) и Ассоциации противопожарной защиты (FPA).

Возглавляет работающую по всему миру команду в Пенсильвании, США, которая  взаимодействуют с более чем 80 международными контролирующими органами по всему миру.

Catsy Lam – технический руководитель по материаловедению в компании Victaulic с более чем 10-летним опытом разработок в области производства уплотнительных материалов, покрытий, смазочных материалов, клеящих материалов и неметаллических трубопроводов. Она отвечает за рецептуры и компоновку, тестирование и проверку производительности материалов, химический анализ, техническую поддержку, технические характеристики продукта
и технические стандарты.

Также является техническим руководителем по разработке уплотнительных материалов, включая эластомеры, термопластик, инженерные полимеры и полимерные композиты для продуктов компании Victaulic, используемых по всему миру.

Является членом Института материаловедческих технологий (MTI) и Американского химического общества (ACS) в подразделении продуктов из каучука.