Problems of risk management in the technosphere Problems of risk management in the technosphere Проблемы управления рисками в техносфере 1998-8990 112590 10.61260/1998-8990-2025-4-143-156 Пожарная безопасность Fire safety Пожарная безопасность SCIENTIFIC BASIS FOR MODIFICATION OF FIRE EXTINGUISHING AND PROTECTIVE COMPOSITIONS FOR OIL AND GAS FACILITIES НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ МОДИФИЦИРОВАНИЯ ОГНЕТУШАЩИХ И ЗАЩИТНЫХ СОСТАВОВ ДЛЯ ОБЪЕКТОВ НЕФТЕГАЗОВОГО КОМПЛЕКСА Иванов Алексей Владимирович Ivanov Aleksey V. ivanov.av@igps.ru

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России Санкт-Петербург Россия Saint-Petersburg university of the State fire service of EMERCOM of Russia Saint-Petersburg Russian Federation 24 12 2025 24 12 2025 2025 4 143 156 13 10 2025 24 10 2025 https://journals.igps.ru/en/nauka/article/112590/view

Представлено научное обоснование технологий модифицирования огнетушащих веществ и защитных составов для объектов нефтегазового комплекса при использовании углеродных наноструктур в качестве модификаторов. Экспериментальными и расчетными методами установлено, что введение модификаторов в водосодержащие огнетушащие составы в концентрации 0,75 об. % позволяет снизить время тушения модельного очага пожара класса «B», уменьшить массовую скорость выгорания на 75 % и критическую интенсивность подачи огнетушаших веществ на 78 % по сравнению с немодифицированными составами. Полученный результат вызван интенсификацией теплоотвода из зоны горения и сорбцией кислорода углеродными наночастицами. При модифицировании огнезащитных вспучивающихся составов формируется армирующий каркас углеродных наноструктур, способствующий образованию мелкоячеистого пенококса с пониженной теплопроводностью, обеспечивающий пролонгацию теплозащитного действия огнезащитного покрытия на 45–61 %. Технико-экономическое обоснование подтверждает рентабельность технологии модифицирования при стоимости модификатора не выше 200 руб./г и концентрации углеродных наноструктур 0,2–0,5 об.%. Комплексный научный подход, объединяющий экспериментальные и расчетные методы исследования, закладывает научную основу для проектирования экономически целесообразных огнетушащих и огнезащитных составов повышенной эффективности для объектов нефтегазового комплекса.

The article presents a scientific justification for technologies for modifying fire extinguishing agents and protective compounds for oil and gas facilities using carbon nanostructures as modifiers. Experimental and computational methods have shown that the addition of modifiers to water-containing fire extinguishing compositions at a concentration of 0,75 vol. % reduces the extinguishing time of a model Class B fire, decreases the mass burnout rate by 75 %, and reduces the critical fire extinguishing agent delivery rate by 78 % compared to unmodified compositions. This result is due to enhanced heat removal from the combustion zone and oxygen chemisorption by carbon nanoparticles. When modifying intumescent fire-retardant compositions, a reinforcing framework of carbon nanostructures is formed, facilitating the formation of fine-cell foam coke with reduced thermal conductivity, ensuring an extension of the thermal protection effect of the fire-retardant coating by 45–61 %. A feasibility study confirms the cost-effectiveness of the modification technology, with a modifier cost no higher than 200 rubles/g and a carbon nanostructure concentration of 0,2–0,5 vol %. An integrated scientific approach, combining experimental and computational research methods, provides a scientific basis for the design of cost-effective, high-performance fire extinguishing and fire-retardant compounds for oil and gas facilities.

 углеродные наноструктуры пожаротушение огнезащитная эффективность эффективность пенококс технико-экономическое обоснование наномодифицирование астралены carbon nanostructures fire extinguishing fire protection efficiency foam coke feasibility study nanomodification astralenes

Лукьянов Д.Е. Пожарная безопасность в процессе переработки нефтегазовых продуктов: современные вызовы и решения // Вестник науки. 2025. Т. 4. № 4 (85). С. 908–914. Luk'yanov D.E. Pozharnaya bezopasnost' v processe pererabotki neftegazovyh produktov: sovremennye vyzovy i resheniya // Vestnik nauki. 2025. T. 4. № 4 (85). S. 908–914. Иванов А.В., Дали Ф.А., Шидловский Г.Л. Электрофизический метод улучшения огнетушащих и теплоизоляционных характеристик веществ на основе воды для тепловой защиты резервуаров с нефтепродуктами // Безопасность жизнедеятельности. 2020. № 3. С. 25–29. Ivanov A.V., Dali F.A., Shidlovskij G.L. Elektrofizicheskij metod uluchsheniya ognetushashchih i teploizolyacionnyh harakteristik veshchestv na osnove vody dlya teplovoj zashchity rezervuarov s nefteproduktami // Bezopasnost' zhiznedeyatel'nosti. 2020. № 3. S. 25–29. Нанотехнологии и пожарная безопасность / С.Н. Копылов [и др.] // Пожарная безопасность. 2011. № 3. С. 71–74. Nanotekhnologii i pozharnaya bezopasnost' / S.N. Kopylov [i dr.] // Pozharnaya bezopasnost'. 2011. № 3. S. 71–74. Olenick S.M., Carpenter D.J. An updated international survey of computer models for fire and smoke // Journal of Fire Protection Engineering. 2003. Vol. 13. Iss. 2. P. 87–110. DOI: 10.1177/1042391503013002001. Olenick S.M., Carpenter D.J. An updated international survey of computer models for fire and smoke // Journal of Fire Protection Engineering. 2003. Vol. 13. Iss. 2. P. 87–110. DOI: 10.1177/1042391503013002001. Olawoyin R. Nanotechnology: The future of fire safety // Safety science. 2018. Vol. 110. P. 214–221. DOI: 10.1016/j.ssci.2018.08.016. Olawoyin R. Nanotechnology: The future of fire safety // Safety science. 2018. Vol. 110. P. 214–221. DOI: 10.1016/j.ssci.2018.08.016. Miladinović L. Application of nanotechnology in the development of personal protective equipment for firefighters and rescuers // Annual conference on Challenges of Contemporary Higher Education. Kopaonik, Serbia, 2025. P. 674–683. Miladinović L. Application of nanotechnology in the development of personal protective equipment for firefighters and rescuers // Annual conference on Challenges of Contemporary Higher Education. Kopaonik, Serbia, 2025. P. 674–683. Nanotechnology safety in the marine industry / H.K. Megbenu [et al.] // Nanotechnology Safety. Elsevier, 2025. Vol. P. 229–249. DOI: 10.1016/j.ijft.2024.100583. Nanotechnology safety in the marine industry / H.K. Megbenu [et al.] // Nanotechnology Safety. Elsevier, 2025. Vol. P. 229–249. DOI: 10.1016/j.ijft.2024.100583. Mbamalu E.E., Chioma U.E., Epere A. Applications of fire retardant polymer composites for improved safety in the industry: a review // Proceedings of the Indian National Science Academy. 2025. Vol. 91. No. 2. P. 415–433. DOI: 10.1016/B978-0-443-15904-6.00018-6. Mbamalu E.E., Chioma U.E., Epere A. Applications of fire retardant polymer composites for improved safety in the industry: a review // Proceedings of the Indian National Science Academy. 2025. Vol. 91. No. 2. P. 415–433. DOI: 10.1016/B978-0-443-15904-6.00018-6. Исследование эксплуатационных характеристик огнезащитных покрытий на основе эпоксидных смол, модифицированных астраленами / А.В. Иванов [и др.] // Пожаровзрывобезопасность. 2020. Т. 29. № 1. С. 55–68. DOI: 10.18322/PVB.2020.29.01.55-68. Issledovanie ekspluatacionnyh harakteristik ognezashchitnyh pokrytij na osnove epoksidnyh smol, modificirovannyh astralenami / A.V. Ivanov [i dr.] // Pozharovzryvobezopasnost'. 2020. T. 29. № 1. S. 55–68. DOI: 10.18322/PVB.2020.29.01.55-68. Investigation of extinguishment process of liquid hydrocarbon flames by aqueous suspensions of astralenes / A.N. Ponomarev [et al.] // Fire Technology. 2021. Т. 57. No. 4. P. 2061–2075. DOI: 10.1007/s10694-021-01094-1. Investigation of extinguishment process of liquid hydrocarbon flames by aqueous suspensions of astralenes / A.N. Ponomarev [et al.] // Fire Technology. 2021. T. 57. No. 4. P. 2061–2075. DOI: 10.1007/s10694-021-01094-1. Иванов А.В. Тушение модельных очагов класса «В» наномодифицированными огнетушащими составами: закономерности и эффекты // Техносферная безопасность. 2022. № 4 (37). С. 34–44. Ivanov A.V. Tushenie model'nyh ochagov klassa «V» nanomodificirovannymi ognetushashchimi sostavami: zakonomernosti i effekty // Tekhnosfernaya bezopasnost'. 2022. № 4 (37). S. 34–44. Nanotechnology in fire protection – application and requirements / A. Rabajczyk [et al.] // Materials. 2021. Vol. 14. No. 24. P. 7849. DOI: 10.3390/ma14247849. Nanotechnology in fire protection – application and requirements / A. Rabajczyk [et al.] // Materials. 2021. Vol. 14. No. 24. P. 7849. DOI: 10.3390/ma14247849. Integration of industry 4.0 technologies in fire and safety management / P. Negi [et al.] // Fire. 2024. Vol. 7. No. 10. P. 335. DOI: 10.3390/fire7100335. Integration of industry 4.0 technologies in fire and safety management / P. Negi [et al.] // Fire. 2024. Vol. 7. No. 10. P. 335. DOI: 10.3390/fire7100335. Апробация образцов тканей, модифицированных углеродными наноструктурами, в составе боевой одежды пожарного в рамках опытно-исследовательских учений «Безопасная Арктика-2023» / О.А. Москалюк [и др.] // Пожарная безопасность: современные вызовы. Проблемы и пути решения. 2023. С. 163–168. Aprobaciya obrazcov tkanej, modificirovannyh uglerodnymi nanostrukturami, v sostave boevoj odezhdy pozharnogo v ramkah opytno-issledovatel'skih uchenij «Bezopasnaya Arktika-2023» / O.A. Moskalyuk [i dr.] // Pozharnaya bezopasnost': sovremennye vyzovy. Problemy i puti resheniya. 2023. S. 163–168. Ковальчук М. В., Нарайкин О. С., Яцишина Е. Б. Конвергенция наук и технологий – новый этап научно-технического развития // Вопросы философии. 2013. № 3. С. 3–11. Koval'chuk M.V., Narajkin O.S., Yacishina E.B. Konvergenciya nauk i tekhnologij – novyj etap nauchno-tekhnicheskogo razvitiya // Voprosy filosofii. 2013. № 3. S. 3–11. Киселева В.С., Иванов А.В. Апробация огнетушащего состава в условиях низких температур с использованием пожарной техники // Актуальные проблемы пожарной безопасности, предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций. 2024. С. 107–110. Kiseleva V.S., Ivanov A.V. Aprobaciya ognetushashchego sostava v usloviyah nizkih temperatur s ispol'zovaniem pozharnoj tekhniki // Aktual'nye problemy pozharnoj bezopasnosti, preduprezhdeniya i likvidacii chrezvychajnyh situacij. 2024. S. 107–110. Горение гептана в модельном резервуаре / Д.А. Корольченко [и др.] // Пожаровзрывобезопасность. 2015. Т. 24. №. 2. С. 67–70. Gorenie geptana v model'nom rezervuare / D.A. Korol'chenko [i dr.] // Pozharovzryvobezopasnost'. 2015. T. 24. №. 2. S. 67–70. Горшков В.И. Тушение пламени горючих жидкостей: монография. М.: Пожнаука, 2007. 267 с. Gorshkov V.I. Tushenie plameni goryuchih zhidkostej: monografiya. M.: Pozhnauka, 2007. 267 s. Думилин А.И. Параметры тушения пламени горючих жидкостей распыленной водой // Пожаровзрывобезопасность. 2013. Т. 22. № 4. С. 85–90. Dumilin A.I. Parametry tusheniya plameni goryuchih zhidkostej raspylennoj vodoj // Pozharovzryvobezopasnost'. 2013. T. 22. № 4. S. 85–90. Адсорбция кислорода фуллеренами и углеродными наноструктурами / В.П. Белоусов [и др.] // Журнал физической химии. 2007. Т. 81. № 10. С. 1847–1855. Adsorbciya kisloroda fullerenami i uglerodnymi nanostrukturami / V.P. Belousov [i dr.] // Zhurnal fizicheskoj himii. 2007. T. 81. № 10. S. 1847–1855. Еремина Т.Ю. Моделирование и оценка огнезащитной эффективности вспучивающихся огнезащитных составов // Пожаровзрывобезопасность. 2003. Т. 12. № 5. С. 22–29. Eremina T.Yu. Modelirovanie i ocenka ognezashchitnoj effektivnosti vspuchivayushchihsya ognezashchitnyh sostavov // Pozharovzryvobezopasnost'. 2003. T. 12. № 5. S. 22–29. Фисенко Ю.В. Инвестирование инновационной деятельности в сфере нанотехнологий // Интеллектуальная собственность. Промышленная собственность. 2011. № 5. С. 62–70. Fisenko Yu.V. Investirovanie innovacionnoj deyatel'nosti v sfere nanotekhnologij // Intellektual'naya sobstvennost'. Promyshlennaya sobstvennost'. 2011. № 5. S. 62–70. Juas B., Mattsson B. Economics of fire technology // Fire Technology. 1994. Vol. 30. No. 4. P. 468–477. DOI: 10.1007/BF01039945. Juas B., Mattsson B. Economics of fire technology // Fire Technology. 1994. Vol. 30. No. 4. P. 468–477. DOI: 10.1007/BF01039945. Бобков С.А., Бабурин А.В., Комраков П.В. Физико-химические основы развития и тушения пожаров: учеб. пособие. М.: Академия ГПС МЧС России, 2014. 210 с. Bobkov S.A., Baburin A.V., Komrakov P.V. Fiziko-himicheskie osnovy razvitiya i tusheniya pozharov: ucheb. posobie. M.: Akademiya GPS MCHS Rossii, 2014. 210 s. Андросов А.С., Бегишев И.Р., Салеев Е.П. Теория горения и взрыва: учеб. М.: Академия ГПС МЧС России, 2015. 248 с. Androsov A.S., Begishev I.R., Saleev E.P. Teoriya goreniya i vzryva: ucheb. M.: Akademiya GPS MCHS Rossii, 2015. 248 s. Al-Mayman S.I., Al-Abbadi N.M., Atieh M.A. Thermal oxidation kinetic of carbon nanotubes (CNTs) // Arabian Journal for Science and Engineering. 2014. Т. 39. № 2. С. 621–630. DOI: 10.1007/s13369-013-0689-8. Al-Mayman S.I., Al-Abbadi N.M., Atieh M.A. Thermal oxidation kinetic of carbon nanotubes (CNTs) // Arabian Journal for Science and Engineering. 2014. T. 39. № 2. S. 621–630. DOI: 10.1007/s13369-013-0689-8. Термодинамическое подобие многослойных конических нанотрубок и графита / Г.Я. Кабо [и др.] // Свиридовские чтения. 2015. С. 60–67. Termodinamicheskoe podobie mnogoslojnyh konicheskih nanotrubok i grafita / G.Ya. Kabo [i dr.] // Sviridovskie chteniya. 2015. S. 60–67.