Jūros vėjo energijos srityje, kuri yra žmogaus inžinerinių pajėgumų viršūnė, plieninių konstrukcijų, tokių kaip vėjo turbinų bokštai, mašinų skyriaus platformos ir elektros spintos, priešgaisrinė sauga yra milijardų turto ir personalo saugumo užtikrinimo pagrindas. Čia naudojamos išsiplėtimo tipo ugniai atsparios dangos veiksmingumas ir eksploatavimo trukmė labai priklauso nuo šerdies stabilumo.antipirenas – amonio polifosfatas (APP). Šiame straipsnyje bus nagrinėjama, kodėl APP sujungimo laipsnis (N vertė) turi būti didesnis nei 1000 ypač atšiaurioje jūros aplinkoje. Tai ne tik techninių parametrų pasirinkimas, bet ir būtinas reikalavimas, pagrįstas molekuline chemija, medžiagų gedimo mechanizmais ir viso gyvavimo ciklo saugos sumetimais.
ugniai atsparių medžiagų „keturgubas galutinis bandymas“.
Jūros vėjo jėgainių platformos nėra įprasta pramoninė aplinka, o jų griežtumas atsispindi koordinuotose atakose iš kelių dimensijų:
1. Didelė druskos purškimo korozija: Jūros vėjyje gausu druskos dalelių, tokių kaip natrio chloridas, todėl susidaro patvari druskos purškimo aplinka. Chlorido jonai (Cl⁻) pasižymi itin stipriu skvarbumu ir korozija.
2. Nuolat didelė drėgmė: Santykinė oro drėgmė ilgą laiką išlieka virš 80%, net iki 100%, suteikdama pastovią varomąją jėgą vandens įsiskverbimui ir medžiagų hidrolizei.
3. Sauso šlapio šalčio ciklas: Saulės šviesa, vėjas ir lietus, diena ir naktis bei sezoniniai pokyčiai sukelia didelius konstrukcijos paviršiaus temperatūros ir drėgmės svyravimus, todėl periodiškai patiriamas stresas.
4. Ilgalaikis mechaninis įtempis: Dėl ventiliatoriaus veikimo sukeltos vibracijos ir vėjo bei bangų sukelto struktūrinio mikrojudesio danga turi turėti puikų atsparumą nuovargiui ir sukibimą.
Šioje aplinkoje ugniai atsparių dangų gedimas yra ne tik estetinė problema, bet ir didelis pavojus, kad plieninės konstrukcijos gaisro metu praras apsaugines funkcijas.
Sumavimo laipsnis (N) anAPP, kuris yra vidutinis pasikartojančių vienetų skaičius jo molekulinėje grandinėje, tiesiogiai lemia jo fizines ir chemines savybes.
Mažos polimerizacijos grandinės gedimo mechanizmasAPP(pvz., N ≈ 500) jūros aplinkoje:
· APP antipireno funkcija priklauso nuo jos ilgos grandinės polifosfato struktūros, katalizuojančios anglies susidarymą aukštoje temperatūroje. Drėgnoje ir karštoje aplinkoje vandens molekulės atakuoja P-O-P ryšius jų molekulinėse grandinėse, todėl grandinė nutrūksta ir hidrolizuojama.
·Kuo žemesnis polimerizacijos laipsnis, tuo trumpesnė molekulinė grandinė ir didesnė galinių grupių dalis. Galutinė grupė yra nestabilesnė ir suteikia daugiau pradinių taškų hidrolizės reakcijoms. Jo hidrolizės greičio konstanta (k) yra žymiai didesnė.
·Formulėje ryšys tarp molekulinės masės (Mw) mažėjimo ir laiko (t) yra apytikslis: ln (Mw) ∝ - k · t. Mažos N vertės APP k reikšmė yra didesnė, todėl per trumpą laiką smarkiai sumažėja jo efektyvi molekulinė masė (ir katalizinis aktyvumas). Galutinis hidrolizės produktas, amonio fosfatas, neturi katalizinio gebėjimo sudaryti anglį.
· Drėgmės sugėrimas ir jonų migracija: mažos molekulinės masės APP pasižymi stipriu hidrofiliškumu, po drėgmės sugėrimo išsiplečia ir naikina dangos vientisumą. Hidrolizės būdu susidaranti vandenyje tirpi amonio fosfato druska migruoja su vandeniu į dangos paviršių ir kristalizuojasi (druskos nusodinimas), sudarydama baltus kanalus, kurie labai pagreitina vandens ir chlorido jonų prasiskverbimą.
· Savikatalizinės korozijos ciklas: nutekėję rūgštiniai fosfato ir chlorido jonai sudaro labai korozinį elektrolitą ant plieno paviršiaus, sukeldami ir pagreitindami pagrindo koroziją. Rūdžių gaminių tūrio padidėjimas (iki 6-7 kartų didesnis už pradinį tūrį) sulaužo dangą iš vidaus, visiškai suardydamas jos vientisumą.
· Ankstyvas atsparumo ugniai gedimas: po kelių mėnesių ar metų naudojimo dangoje esanti APP gali iš dalies arba visiškai sugesti dėl hidrolizės. Kilus tikram gaisrui, danga negali sudaryti vientiso ir tvirto išsiplėtusio anglies sluoksnio, o atsparumo ugniai laikas yra daug mažesnis nei projektinė vertė, o tai sukelia katastrofiškas pasekmes.
Didelis agregavimasAPP(dažniausiai kalbant apie II tipo kristalinę APP, kurios N>1000) sistemingai sprendžia jūrinius iššūkius dėl savo molekulinės struktūros pranašumų:
· Apatinės galinės grupės koncentracija: ilgos molekulinės grandinės žymiai sumažina nestabilių galinių grupių skaičių masės vienete, taip sumažindamos hidrolizės reakcijų pradžios tašką nuo šaltinio.
· Didesnis kristališkumas ir tankis: ilgos grandinės molekulės lengviau išsidėsto įprastu būdu, sudarydamos didesnio kristališkumo ir tankesnės struktūros daleles. Ši tanki struktūra yra tarsi „šarvo“ uždėjimas ant molekulinių grandinių, fiziškai blokuojantis vandens molekulių kontaktą ir prasiskverbimą.
·Termodinaminis stabilumas: ilgos grandinės struktūros turi aukštesnę terminio skilimo temperatūrą (dažniausiai >300°C), o jų cheminiai ryšiai turi santykinai didesnį termodinaminį stabilumą kambario temperatūroje.
·Ypač mažas tirpumas vandenyje: APP, kurių N>1000, paprastai tirpumas vandenyje yra <1 g/100ml kambario temperatūroje, daug mažesnis nei produktų, kurių polimerizacijos laipsnis žemas arba vidutinis (iki 5-10 g/100ml). Tai tiesiogiai reiškia dangos atsparumą ištraukimui ir praradimui ilgalaikio panardinimo ar didelės drėgmės aplinkoje.
· Puikus atsparumas druskos purškimui: stabili molekulinė struktūra nėra linkusi į sudėtingas šalutinis reakcijas su chlorido jonais, kurios gali geriau išlaikyti neutralią dangos barjerinę funkciją ir atitolinti koroziją.
·Ilgalaikio atsparumo ugniai patikimumo užtikrinimas: tūkstančius valandų imitavus pagreitintą senėjimą jūros aplinkoje (pvz., druskos purškimo šlapio karščio ciklais), didelio polimerizacijos laipsnio APP dangų atsparumo ugniai degradacijos greitis gali būti kontroliuojamas 10 %, o žemo polimerizacijos laipsnio sistemų skilimo greitis gali viršyti 50 % arba net visiškai sugesti.
· Tai yra patikimiausias pramoninis metodas netiesiogiai apibūdinti polimerizacijos laipsnį. APP su N>1000 sukimosi klampumas paprastai yra didesnis nei 30 mPa · s 1% vandeniniame tirpale esant 25 °C temperatūrai, o aukštos kokybės produktai gali pasiekti daugiau nei 50 mPa · s. Klampumas teigiamai koreliuoja su molekuline mase.
·Termogravimetrinė analizė (TGA): Aukštas polimerizacijos laipsnis APP praranda mažiau svorio dėl drėgmės sugėrimo prieš pagrindinį skilimo etapą (<250°C), o pagrindinė skilimo temperatūra yra aukštesnė ir labiau koncentruota.
· Diferencinė nuskaitymo kalorimetrija (DSC): jos lydymosi smailė yra ryškesnė, o kristališkumas didesnis.
· Turi būti reikalaujama, kad tiekėjai patys atliktų dengimo sistemos bandymus, o ne tiesiog išbandytų APP miltelius. Pagrindiniai testai apima:
·Neutralaus druskos purškimo testas (NSS): po ≥ 3000 valandų nepūslių ar rūdžių.
·Kondensato vandens pastovios drėgmės testas: ≥ 4000 valandų.
· Atsparumo ugniai bandymas po senėjimo: po pirmiau nurodyto senėjimo turi būti atliktas standartinis ugnies bandymas, o atsparumo ugniai ribinis slopinimas turi atitikti griežtus standartus (pvz., ≤ 15%).
Jūros vėjo jėgainių, kurių projektinė eksploatavimo trukmė viršija 25 metus, priešgaisrinės saugos sistemų parinkimas turi būti grindžiamas gyvavimo ciklo sąnaudų ir rizikos mažinimo principu, o ne pradinėmis pirkimo išlaidomis.
·Pasirinkus programėlę su N<1000, reikia pasirinkti didesnę numanomą riziką: vėjo turbinos eksploatavimo metu gali prireikti daug brangių ugniai atsparių dangų priežiūros arba pakartotinio padengimo, o galimos išlaidos, kai nepavyks užtikrinti patikimos apsaugos gaisro atveju, yra neapskaičiuojamos.
· Didelės agregacijos pasirinkimasAPPsu N>1000 reiškia pasirinkti deterministines garantijas, pagrįstas molekuliniu mokslu. Jis įšvirkščia ilgaamžiškumo genus, atsparius laikui ir natūraliai erozijai, į ugniai atsparias dangas nuo medžiagų chemijos šaknų, užtikrindamas, kad nematomas ugniai atsparus barjeras išliks kaip niekad stiprus per visą turto gyvavimo ciklą.
