Адамның инженерлік мүмкіндіктерінің шыңын көрсететін теңіздегі жел энергетикасы саласында жел турбиналары мұнаралары, машина бөлмесі платформалары және электр шкафтары сияқты болат құрылымдардың өрт қауіпсіздігі миллиардтаған активтер мен қызметкерлердің қауіпсіздігін қамтамасыз етудің өзегі болып табылады. Мұнда қолданылатын кеңею типті отқа төзімді жабынның тиімділігі мен қызмет ету мерзімі өзекшенің тұрақтылығына өте тәуелді.отқа төзімді - аммоний полифосфаты (APP). Бұл мақалада неліктен ҚОЛДАНБА-ның біріктіру дәрежесі (N мәні) өте қатал теңіз орталарында 1000-нан жоғары болуы керектігі қарастырылады. Бұл тек техникалық параметрлерді таңдау ғана емес, сонымен қатар молекулалық химияға, материалдың бұзылу механизмдеріне және толық өмірлік циклдің қауіпсіздік мәселелеріне негізделген қажетті талап.
отқа төзімді материалдарға арналған «төрттік соңғы сынақ».
Теңіз жел электр платформалары кәдімгі өнеркәсіптік орта емес, және олардың қатаңдығы бірнеше өлшемдерден келісілген шабуылдарда көрінеді:
1. Жоғары тұзды спрей коррозиясы: Теңіз желі натрий хлориді сияқты тұз бөлшектеріне бай, тұрақты тұз шашатын ортаны құрайды. Хлорид иондары (Cl ⁻) өте күшті өтімділік пен коррозияға қабілетті.
2. Үздіксіз жоғары ылғалдылық: салыстырмалы ылғалдылық ұзақ уақыт бойы 80%-дан жоғары, тіпті 100%-ға дейін сақталады, бұл судың инфильтрациясына және материалдың гидролизіне тұрақты қозғаушы күш береді.
3. Құрғақ ылғалды суық цикл: Күн сәулесі, жел мен жаңбыр, күн мен түн, маусымдық өзгерістер бетінің температурасы мен құрылымның ылғалдылығында қатты ауытқуларды тудырады, нәтижесінде мерзімді кернеулер пайда болады.
4. Ұзақ мерзімді механикалық кернеу: желдеткіштің жұмысынан туындаған діріл және жел мен толқындар тудыратын құрылымдық микро қозғалыс жабынның тамаша шаршауға төзімділігін және адгезияны сақтау қабілетін талап етеді.
Бұл ортада отқа төзімді жабындардың істен шығуы эстетикалық мәселе ғана емес, сонымен қатар болат конструкциялардың өрт кезінде қорғаныс функцияларын жоғалтуы үшін үлкен қауіпсіздік қаупі болып табылады.
a агрегация дәрежесі (N).ҚОЛДАНБА, бұл оның молекулалық тізбегіндегі қайталанатын бірліктердің орташа саны, оның физикалық және химиялық қасиеттерін тікелей анықтайды.
Төмен полимерленудің тізбектің үзілу механизміҚОЛДАНБА(N ≈ 500 сияқты) теңіз ортасында:
·Қолданбаның жалынға қарсы қызметі оның жоғары температурада көміртегі түзілуін катализдейтін ұзын тізбекті полифосфат құрылымына негізделген. Ылғалды және ыстық ортада су молекулалары олардың молекулалық тізбектеріндегі P-O-P байланыстарына шабуыл жасайды, бұл тізбектің үзілуіне және гидролизге әкеледі.
·Полимерлену дәрежесі неғұрлым төмен болса, соғұрлым молекулалық тізбек қысқарады және соңғы топтардың үлесі жоғары болады. Соңғы топ тұрақсыз және гидролиз реакциялары үшін көбірек бастапқы нүктелер береді. Оның гидролиз жылдамдығының константасы (k) айтарлықтай жоғары.
·Формулада молекулалық салмақтың (Мв) азаюы мен уақыт (t) арасындағы байланыс шамамен: ln (Mw) ∝ - k · t. Төмен N-мәні APP-тің k мәні үлкенірек, нәтижесінде оның тиімді молекулалық салмағы (және каталитикалық белсенділік) қысқа мерзімде күрт төмендейді. Гидролиздің соңғы өнімі аммоний фосфатының көмір түзетін каталитикалық қабілеті жоқ.
· Ылғалды сіңіру және иондардың миграциясы: Төмен молекулалық салмақты APP күшті гидрофильділікке ие, ылғалды сіңіргеннен кейін көлемі кеңейеді және жабынның біріктіру беріктігін бұзады. Гидролиз нәтижесінде пайда болған суда еритін аммоний фосфат тұзы сумен бірге жабынның бетіне ауысады және кристалданады (тұзды тұндыру), су мен хлорид иондарының енуін айтарлықтай тездететін ақ каналдарды құрайды.
· Өздігінен каталитикалық коррозия циклі: ағып кеткен қышқыл фосфат пен хлорид иондары болат бетінде жоғары коррозиялық электролит түзіп, субстрат коррозиясын индукциялайды және жеделдетеді. Тот өнімдерінің көлемдік кеңеюі (бастапқы көлемнен 6-7 есеге дейін) жабынды ішінен бұзады, оның тұтастығын толығымен бұзады.
·Отқа төзімділіктің ерте бұзылуы: айлар немесе жылдар қызмет еткеннен кейін жабындағы APP гидролизге байланысты ішінара немесе толығымен істен шығуы мүмкін. Нағыз өрт болған кезде жабын толық және күшті кеңейтілген көміртекті қабат құра алмайды, ал отқа төзімділік уақыты жобалық мәннен әлдеқайда төмен, бұл апатты салдарға әкеледі.
Жоғары жинақтауҚОЛДАНБА(әдетте N>1000 бар II типті кристалды APP-ға сілтеме жасайды) молекулалық құрылымға тән артықшылықтары арқылы теңіз мәселелерін жүйелі түрде шешеді:
·Төменгі топтық концентрация: Ұзын молекулалық тізбектер бірлік массаға шаққандағы тұрақсыз соңғы топтардың санын айтарлықтай азайтады, осылайша көзден гидролиз реакцияларының бастапқы нүктесін төмендетеді.
·Жоғары кристалдылық және тығыздық: Ұзын тізбекті молекулалар кристалдылығы жоғары және құрылымы тығызырақ бөлшектерді құра отырып, қалыпты түрде оңайырақ орналасады. Бұл тығыз құрылым молекулалық тізбектерге «броньды» кигізу сияқты, су молекулаларының байланысын және енуін физикалық түрде блоктайды.
·Термодинамикалық тұрақтылық: Ұзын тізбекті құрылымдардың термиялық ыдырау температурасы жоғары (әдетте>300°C) және олардың химиялық байланыстары бөлме температурасында салыстырмалы түрде жоғары термодинамикалық тұрақтылыққа ие.
·Суда өте төмен ерігіштігі: N>1000 бар қолданбалардың бөлме температурасында әдетте суда ерігіштігі <1 г/100мл, полимерлену дәрежесі төмен және орташа (5-10 г/100 мл дейін) өнімдерге қарағанда әлдеқайда төмен. Бұл жабынның экстракцияға төзімділігін және ұзақ мерзімді суға батыру немесе жоғары ылғалдылық жағдайында жоғалтуды тікелей аударады.
· Тұзды спрейге тамаша төзімділік: Тұрақты молекулалық құрылым хлорид иондарымен күрделі жанама реакцияларға бейім емес, бұл жабынның бейтарап кедергі функциясын жақсы сақтай алады және коррозияны кешіктіреді.
· Ұзақ мерзімді отқа төзімділік сенімділігін қамтамасыз ету: Теңіз орталарында (мысалы, тұзды шашатын ылғалды жылу циклдері) мыңдаған сағат бойы жылдам қартаюды имитациялағаннан кейін, жоғары полимерлену дәрежесі бар APP жабындарының отқа төзімділік төмендеу жылдамдығын 10% ішінде бақылауға болады, ал төмен полимерлену дәрежесі жүйелерінің деградация жылдамдығы 50% немесе тіпті толық істен шығуы мүмкін.
·Бұл полимерлену дәрежесін жанама сипаттайтын ең сенімді өнеркәсіптік әдіс. N>1000 бар APP әдетте 25°C температурадағы 1% сулы ерітіндісі үшін айналу тұтқырлығы 30 мПа · с жоғары болады, ал жоғары сапалы өнімдер 50 мПа · с дейін жетуі мүмкін. Тұтқырлық молекулалық салмақпен оң корреляцияланады.
·Термогравиметриялық талдау (TGA): Полимерленудің жоғары дәрежесі APP негізгі ыдырау сатысына дейін (<250°C) ылғалды сіңіру есебінен аз салмақ жоғалтады, ал негізгі ыдырау температурасы жоғары және көбірек шоғырланған.
·Дифференциалды сканерлеу калориметриясы (DSC): Оның балқу шыңы айқынырақ және кристалдылығы жоғарырақ.
· Жеткізушілерден APP ұнтағын жай сынамай, жабын жүйесін сынақтан өткізуді талап ету керек. Негізгі сынақтарға мыналар жатады:
· Бейтарап тұзды спрей сынағы (NSS): ≥ 3000 сағаттан кейін көпіршік немесе тот баспайды.
· Конденсатты су үшін тұрақты ылғалдылық сынағы: ≥ 4000 сағат.
· Қартаюдан кейін отқа төзімділік сынағы: Жоғарыда көрсетілген қартаюдан кейін стандартты өрт сынағы жүргізілуі керек және отқа төзімділік шегінің төмендеуі қатаң стандарттарға сәйкес болуы керек (мысалы, ≤ 15%).
Жобалау мерзімі 25 жылдан асатын теңіз жел энергетикасы активтері үшін олардың өрт қауіпсіздігі жүйелерін таңдау бастапқы сатып алу шығындарына емес, өмірлік цикл шығындары мен тәуекелдерді азайту принципіне негізделуі керек.
·N<1000 қолданбасын таңдау жоғарырақ жасырын тәуекелді таңдауды білдіреді: жел қондырғысының қызмет ету мерзімі ішінде бірнеше қымбат отқа төзімді жабынға техникалық қызмет көрсету немесе қайта жабу қажет болуы мүмкін және өрт кезінде сенімді қорғанысты қамтамасыз ете алмаудың ықтимал құны есепсіз.
· Жоғары жинақтауды таңдауҚОЛДАНБАN>1000 болса, молекулалық ғылымға негізделген детерминирленген кепілдіктерді таңдауды білдіреді. Ол уақыт пен табиғи эрозияға төтеп беретін төзімділік гендерін материал химиясының түбірлерінен отқа төзімді жабындарға енгізеді, бұл көрінбейтін отқа төзімді тосқауылдың активтердің бүкіл өмірлік циклі бойы бұрынғысынша берік болып қалуын қамтамасыз етеді.
