Pengenalan: Tidak semua “api” adalah sama — perbezaan yang sangat besar antara kebakaran bangunan dan kebakaran kilang kimia
Kurikulum kenaikan suhu kebakaran untuk reka bentuk arkitektur pencegah kebakaran (ISO 834/GB 9978) dan pencegah kebakaran petrokimia (UL 1709) adalah sangat berbeza ISO 834 (kebakaran selulosa)——mensimulasikan pembakaran kayu/kertas/textile——kenaikan suhu perlahan——mencapai 821°C dalam 30min——memberi masa tindak balas yang lebih lama kepada kakitangan dan sistem pemadam api. UL 1709 (kebakaran hidrokarbon)——mensimulasikan pembakaran minyak/gas asli/bahan kimia——kenaikan suhu sangat pantas mencapai 1093°C dalam 5min——>1100°C dalam 10min Struktur keluli mencapai suhu kritikal (550°C) dalam masa yang sangat singkat di bawah kenaikan suhu yang sebegitu pantas——memerlukan salutan pencegah kebakaran membina lapisan karbon terjelaskan haba dalam masa yang paling singkat, dengan kadar pengembangan tertinggi. Cat pengembangan yang lulus ISO 834 mungkin gagal dalam 30-60 minit di bawah UL 1709 kerana kelajuan pengembangan dan pengkarbonan salutan tidak dapat mengikuti kelajuan kenaikan suhu kebakaran hidrokarbon——sebelum salutan selesai ”mengembang”——substrat keluli telah mencapai suhu kritikal——pencegah kebakaran gagal.
I. Perbandingan lengkung peningkatan suhu ISO 834 (kebakaran selulosa) berbanding UL 1709 (kebakaran hidrokarbon)
| Masa (min) | Suhu ISO 834 (°C) | Suhu UL 1709 (°C) | Perbezaan suhu (°C) | Cabaran kepada salutan |
|---|---|---|---|---|
| 5 | 576 | 1093 | 517 | UL 1709——salutan perlu mengembang dalam <5min——tetingkap masa yang sangat singkat |
| 10 | 678 | >1100 | >422 | ISO 834——pengembangan salutan boleh berterusan >30min |
| 30 | 821 | >1100 (stabil) | >279 | UL 1709——>1100°C suhu malar/kestabilan haba jangka panjang lapisan arang |
| 60 | 925 | >1100 | >175 | ISO 834——suhu meningkat lebih perlahan/terus meningkat |
Soalan Lazim
Q1: Mengapa “mencapai 1093°C dalam 5min” dalam UL 1709 merupakan cabaran ekstrem bagi salutan pengembangan?Proses pengembangan salutan jenis pengembang (APP/PER/MEL)——(1)APP (amonium polifosfat) terurai membebaskan asid fosforik (mangkinkan pengesteran dan pembentukan arang PER——>200°C); (2)MEL (melamin) terurai membebaskan gas seperti NH₃/CO₂ (pembuihan——>250°C); (3)PER mengalami dehidrasi di bawah pemangkinan asid fosforik→pembentukan arang——membentuk lapisan karbon terbukti mengembang (>300°C). Jumlah masa bagi tiga tindak balas ini adalah 2-5min di bawah pemanasan ISO 834——dari 0→576°C (5min)——tetingkap suhu mencukupi untuk salutan melengkapkan pengembangan. Tetapi dalam UL 1709——0→1093°C hanya dalam 5min——APP/PER/MEL salutan ter”langkau” dalam beberapa saat suhu tindak balas optimum——tindak balas tidak lengkap——pengembangan tidak sempurna——lapisan karbon tidak mencukupi——keluli mencapai suhu kritikal dalam 10-15min——kegagalan perlindungan kebakaran.
Q2: Mengapakah Dipentaerythritol (DPER) lebih sesuai untuk kebakaran hidrokarbon berbanding Pentaerythritol (PER)? Takat lebur PER (kira-kira 260°C) dan suhu pembentukan arang (>300°C/di bawah pemangkinan fosfat) — menghasilkan rangka karbon selepas kok. DPER (dimer/dua molekul PER dihubungkan melalui satu oksigen) mempunyai kandungan karbon lebih tinggi (kira-kira 45% berbanding 41% PER), lapisan arang yang terhasil lebih padat/berkekuatan tinggi pada suhu berterusan >1100°C — kadar pengablasan (Ablation Rate) lapisan arang lebih perlahan — jangka hayat perlindungan kebakaran dipanjangkan. DPER ialah “agen pembentuk arang standard” untuk cat pengembangan jenis kebakaran hidrokarbon, PER hanya sesuai untuk kebakaran selulosa.
Q3: Mengapakah pengkapsulan mikro APP meningkatkan prestasi pencegahan kebakaran terhadap kebakaran hidrokarbon?APP biasa di bawah pemanasan pantas >300°C——produk pereputan APP (asid fosforik/polifosforik) dalam lapisan karbon mengalami taburan tidak sekata (peluahan setempat/morek setempat)——kualiti lapisan karbon tidak seragam. APP terkapsul mikro (zarah APP disalut dengan resin melamina-formaldehid MF di permukaan)——(1) APP “dilindungi” di dalam kapsul MF daripada degradasi terma awal——hanya dilepaskan apabila suhu salutan meningkat melebihi >350°C——titik masa pelepasan lebih tepat (betul pada tetingkap aktif pembentukan karbon oleh PER); (2) produk pereputan cangkerang kapsul MF (gas mengandungi nitrogen)——bertindak sebagai sumber buih tambahan untuk meningkatkan nisbah pengembangan.
Q4: Apakah perbezaan antara Kebakaran Semburan (Jet Fire/ISO 22899-1) dan Kebakaran Kolam (Pool Fire/ISO 20041-1)?Kebakaran semburan——gas/cecair bertekanan tinggi menyembur keluar pada kelajuan tinggi dari keretakan paip/tangkisemburan kelajuan tinggi + pembakaransuhu nyalaan >1300°C——secara serentak mempunyaihakisan aliran gas kelajuan tinggi (>100m/s) (kejutan mekanikal + pengoksidaan suhu tinggi)lapisan salutan di bawah serangan berganda “haba + hakisan” kebakaran semburan——lapisan arang mungkin secara fizikal“ditiup pergi”oleh aliran gas menyebabkan kegagalan perlindungan kebakaran. Kebakaran kolam——bahan api cecair membentuk “kolam api” dipermukaan tanahsuhu >1100°C——tetapi tiada hakisan aliran gas kelajuan tinggi——cabaran kepada salutan “hanya” suhu tinggi——keperluan kekuatan lapisan arang untuk salutan pengembangan lebih rendah berbanding kebakaran semburan. Kebakaran semburan adalahujian tahap tertinggiuntuk perlindungan kebakaran salutan petrokimia dan platform luar pesisir.
Q5: Bagaimanakah kadar pengablasian lapisan karbon (“Ablation Rate”) bagi salutan kebakaran hidrokarbon diukur?Di bawah keadaan pemanasan UL 1709——setiap >10min——(1) hentikan pemanasan——>ukur ketebalan lapisan karbon sisa；(2) gunakan SEM untuk menganalisis struktur mikro lapisan karbon (saiz liang/ketebalan dinding——nilai keberkesanan penebat habanya)——lukis lengkung “ketebalan sisa-masa”——ekstrapolasi masa “lapisan karbon terablas sepenuhnya” (ketebalan sisa=0)——iaitu “had kebakaran” salutan tersebut.
Q6: Apakah perbezaan formulasi antara jenis pengembangan epoksi (sesuai untuk kebakaran hidrokarbon) dan jenis pengembangan akrilik (sesuai untuk kebakaran selulosa)? Jenis pengembangan epoksi——resin epoksi (tahan haba >150°C) + agen pengeras (amina/anhidrida asid)——salutan telah mempunyai Tg dan kekuatan mekanikal yang tinggi pada suhu bilik, kekuatan lapisan karbonisasi semasa kebakaran > jenis akrilik——sesuai untuk kebakaran hidrokarbon (>1100°C/memerlukan lapisan karbonisasi berkekuatan tinggi). Jenis pengembangan akrilik——emulsi akrilik (komponen tunggal/mudah diaplikasikan)——Tg rendah (<50°C)——melembut awal semasa kebakaran——cepat mengembang——tetapi kekuatan lapisan karbonisasi dan kestabilan haba lebih lemah daripada jenis epoksi——sesuai untuk kebakaran selulosa (<950°C).
Q7：Amalan kejuruteraan ”Perlindungan Kebakaran Pasif” (PFP/Passive Fire Protection) untuk kebakaran hidrokarbon di pelantar laut?Pelantar laut (pengerudian/pengeluaran)——(1) Tiang keluli dan sokongan——Jenis pengembangan epoksi (PFP/DFT>10mm)——UL 1709/120min (kebakaran hidrokarbon/2j)——Ketebalan salutan>10mm (sangat tebal——perlu semburan berbilang kali); (2) Peralatan (pemisah/kompresor)——Jenis pengembangan + semburan vermikulit simen (lapisan perlindungan berganda); (3) Laluan keluar kecemasan——Jenis pengembangan epoksi (>60min perlindungan kebakaran). Berat keseluruhan salutan PFP di laut boleh mencecah >50kg/m²——memberi kesan ketara kepada beban struktur pelantar——perlu dipertimbangkan sejak peringkat reka bentuk.
Q8：Keperluan perlindungan kebakaran salutan untuk kebakaran terowong (lengkung RWS/standar Belanda)?Lengkung kebakaran terowong RWS (Rijkswaterstaat/Belanda)——mensimulasikan kebakaran lori tangki minyak di dalam terowong>1200°C/120min——lebih ketat berbanding UL 1709. Salutan perlindungan kebakaran terowong——(1) kestabilan haba lapisan karbon yang sangat tinggi——mencegah pengelupasan lapisan karbon terlalu cepat pada suhu >1200°C; (2) “kebolehbaikan” selepas perlindungan kebakaran——selepas kebakaran terowong, kawasan salutan yang rosak boleh dibaiki secara setempat——tidak perlu diganti sepenuhnya.
Q9: Bagaimanakah “pekali keratan rentas” (Hp/A/Faktor Keratan) dalam kerja cat pencegah api mempengaruhi reka bentuk ketebalan salutan?Hp/A= nisbah lilitan terdedah kepada api / luas keratan rentas struktur keluli semakin besar—kelajuan pemanasan komponen keluli semakin cepat memerlukan ketebalan cat pencegah api yang lebih tebal. Contohnya—keluli I (keluli berbentuk I/Hp/A sangat besar—flange nipis—pemanasan sangat cepat) berbanding keluli kotak (Hp/A kecil—plat keluli tebal—pemanasan perlahan)—ketebalan salutan yang diperlukan bagi yang pertama mungkin >2 kali ganda daripada yang kedua. Dalam TDS cat pencegah api mesti disediakan “jadual ketebalan disyorkan bagi pelbagai Hp/A” jurutera mereka bentuk pelan perlindungan pencegah api untuk struktur keluli berdasarkan ini.
Q10: Adakah fungsi pengembangan “tarikh sah laku” cat pencegah api akan merosot?Cat jenis pengembang APP semasa berkhidmat jangka panjang (>10 tahun) — bertindak balas perlahan dengan kelembapan dan CO₂ di udarasebahagiannya terhidrolisis menjadi ammonium hidrogen fosfatkehilangan keupayaan pemangkin pengembangan — nisbah pengembangan merosot >30% — prestasi pencegahan api menurun. Setiap 5-8 tahunperlu menjalankan “pemeriksaan sampel nisbah pengembangan” (GB 14907)kepada salutan pencegah api ambil sampel salutan di makmal >500°C dibakar — ukur nisbah ketebalan selepas pengembangan / ketebalan asal — 50 kali) — putuskan keupayaan pengembangan merosot — perlu cat semula salutan pencegah api.
Bacaan berkaitan
Ringkasan
Perbezaan lengkung kenaikan suhu antara kebakaran hidrokarbon (UL 1709/5 min mencapai 1093°C) dan kebakaran selulosa (ISO 834/30 min mencapai 821°C) — merupakan pembolehubah “senario kebakaran” yang paling penting dalam reka bentuk formulasi cat tahan api. Teras cat lapisan hidrokarbon — agen pembentuk arang ber takat lebur tinggi (DPER), APP termikapsul mikro dan matriks epoksi — memberikan perlindungan tahan api melebihi 120 min pada suhu >1100°C. Kexin New Materials menyediakan kepada pelanggan rangkaian penuh produk cat tahan api pengembangan untuk kebakaran selulosa dan hidrokarbon serta sokongan kejuruteraan.