Методическое пособие 796

УДК 614.841.34

А. А. Леденев, Т. В. Загоруйко, Д. Е. Барабаш, В. Т. Перцев

КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА ОГНЕСТОЙКОСТИ СТРОИТЕЛНЫХ КОНСТРУКЦИЙ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ЗДАНИЙ

В статье представлены результаты комплексной оценки пределов огнестойкости железобетонных строительных конструкций многофункционального здания. Полученные, с использованием различных расчетных методов, показатели огнестойкости конструкций позволяют комплексно подойти к проведению анализа конструктивных решений зданий и сооружений в части их соответствия требованиям пожарной безопасности

Обеспечение огнестойкости и устойчивости зданий и сооружений при воздействии опасных факторов пожара является важным элементом системы противопожарной защиты. Для проведения анализа конструктивных решений зданий и сооружений с целью определения их соответствия требованиям пожарной безопасности необходимой задачей является оценка огнестойкости строительных конструкций и сравнение фактических показателей с требуемыми нормативными значениями.

На современном этапе преобладающей тенденцией в строительной отрасли является возведение крупных торгово-офисных комплексов, многофункциональных зданий, включающих жилые, общественные и производственные помещения. Кроме того, особенностью строительства зданий является повышение этажности и протяженности путей эвакуации, применение большепролетных конструкций из сборного и монолитного железобетона.

Для строительных конструкций сложных и ответственных зданий и сооружений предъявляются повышенные требования к показателям пожарной опасности и огнестойкости. В частности, согласно [1, 2] для многофункциональных высотных зданий и сооружений, а также зданий-комплексов выделяют особую степень огнестойкости. В данных зданиях высотой более 100 м для основных несущих конструкций (колонн, ригелей, арок, связей), плит перекрытий, конструкций лестничных клеток, а также противопожарных стен и перекрытий предел огнестойкости устанавливается, как правило, не менее 240 минут [1, 2].

Всоответствии с требованиями статьи 87 [3] оценку показателей огнестойкости конструкций необходимо проводить при испытаниях в стандартных огневых условиях. Однако, допускается определять показатели огнестойкости конструкций расчетноаналитическими методами, которые получили широкое применение при проверке соответствия конструкций требованиям нормативно-технической документации по пожарной безопасности [3 – 5].

При оценке огнестойкости зданий и сооружений с железобетонным каркасом из сборных и монолитных конструкций используется нормативно-техническая документация и программное обеспечение, в которых реализуются различные подходы к определению пределов огнестойкости [1, 2, 6 – 9]. Выбор метода расчетной оценки огнестойкости осуществляется на основании анализа конструктивных решений зданий и сооружений с учетом различных факторов, определяющих поведение железобетонных конструкций при пожаре.

Вданной работе представлены результаты комплексной оценки показателей огнестойкости железобетонных строительных конструкций многофункционального жилого здания со встроенно-пристроенными торгово-офисными помещениями и подземной автостоянкой. Проанализированы конструктивные и объемно-планировочные решения, определены требуемая степень огнестойкости и класс конструктивной пожарной опасности здания. Краткая характеристика рассматриваемого здания представлена в табл. 1.

281

Таблица 1

Характеристика рассматриваемого здания и помещений по этажам

При анализе проектной документации на строительство рассматриваемого здания определена конструктивная система здания – каркасная, выделены несущие конструкции, определяющие устойчивость при пожаре. Для более точной оценки показателей огнестойкости и сравнения полученных данных, расчет проводили комплексно с использованием двух методов, изложенных в работах [2, 7].

Был осуществлен расчет железобетонных колонн и плит перекрытия между разными функциональными зонами. Согласно требованиям [10] плиты перекрытия, выполняющие функцию противопожарной преграды между подземной автостоянкой и первым этажом с торгово-офисными помещениями, должны обладать пределом огнестойкости не менее 150 минут. Основные нормативные и расчетные параметры строительных материалов конструкций, геометрические размеры и другие особенности были приняты как для типовых серийно-выпускаемых конструкций. Обобщенные данные результатов оценки параметров огнестойкости строительных конструкций рассматриваемого здания приведены в таблице 2.

В ходе комплексной оценки показателей огнестойкости установлено, что конструкциями не соответствующими требованиям пожарной безопасности являются железобетонные плиты перекрытия между автостоянкой и общественными помещениями (табл. 2). Для доведения пределов огнестойкости данных строительных конструкций до требуемых нормативных значений необходимо разработать дополнительные противопожарные мероприятия по повышению огнестойкости и обеспечению устойчивости здания при пожаре.

282

Таким образом, полученные данные оценки пределов огнестойкости железобетонных строительных конструкций с использованием различных расчетных методов позволяют комплексно подойти к проведению анализа конструктивных решений зданий и сооружений в части их соответствия требованиям пожарной безопасности.

Литература

1.Правила по обеспечению огнестойкости и огнесохранности железобетонных конструкций СТО 36554501-006-2006. Москва, 2006.

2.Пособие по расчету огнестойкости и огнесохранности железобетонных конструкций из тяжелого бетона к СТО 36554501-006-2006 «Правила по обеспечению огнестойкости и огнесохранности железобетонных конструкций». Москва, 2008.

3.Федеральный закон от 22.07.2008 г. № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности».

4.ГОСТ 30247.0-94 «Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Общие требования».

5.ГОСТ 30247.1-94 «Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции».

6.Ройтман В. М. Инженерные решения по оценке огнестойкости проектируемых и реконструируемых зданий. М.: Ассоциация «Пожарная безопасность и наука», 2001. 382 с.

7.Рекомендации по расчету пределов огнестойкости бетонных и железобетонных конструкций / НИИЖБ. М.: Стройиздат, 1986. 40 с.

8.Пособие по определению пределов огнестойкости конструкций, пределов распространения огня по конструкциям и групп возгораемости материалов (к СНиП II-2-80) / ЦНИИСК им. Кучеренко. М.: Стройиздат. 1985. 56 с.

9.Справочник по огнестойкости и пожарной опасности строительных конструкций, пожарной опасности строительных материалов и огнестойкости инженерного оборудования зданий (В помощь инспектору Государственной противопожарной службы). Москва: 1999. 62 с.

10.СП 2.13130.2012 «Системы противопожарной защиты. Обеспечение огнестойкости объектов

защиты».

Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия им. профессора Н. Е. Жуковского и Ю. А. Гагарина, г. Воронеж, Россия Воронежский государственный технический университет, г. Воронеж, Россия

283

A. A. Ledenev, T. V. Zagoruiko, D. E. Barabash, V. T. Pertsev

COMPLEX ESTIMATION OF FIRE RESISTANCE OF BUILDING CONSTRUCTIONS

OF MULTIPURPOSE BUILDINGS

In article results of a complex estimation of limits of fire resistance of ferro-concrete building constructions of a multifunctional building are presented. Received with use various settlement methods indicators of fire resistance of constructions allow to approach in a complex to carrying out of the analysis of constructive decisions of buildings and constructions regarding their conformity to requirements of fire safety

Military Training and Research Center of the Air Force «Air Force Academy Prof. N. E. Zhukovsky

and Yu. A. Gagarin», Voronezh, Russia

Voronezh State Technical University, Voronezh, Russia

УДК 614.835.2

О. Н. Кузнецова, Д. П. Клюкин

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ В СИСТЕМАХ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ

В статье представлены причины самовозгорания пирофорных отложений в резервуарах для хранения нефти и нефтепродуктов. Определены условия при которых происходит процесс самовозгорания. Предложен новый пассивирующий агент, который позволяет повысить температуру самовозгорания

На сегодняшний день в нефтегазовой промышленности существует очень актуальная тема – это снижение пожарной опасности в резервуарах для хранения или транспортировки нефти и нефтепродуктов. Учеными ведутся разработки по снижению пожарной опасности в данном направлении, которые позволили снизить количество нештатных ситуаций, однако аварии все-таки случаются. Проводя анализ чрезвычайных ситуаций можно выделить основные причины, в результате которых возникают пожары:

разгерметизация резервуаров, за счет изменения давления, за счет влияния повышенных или пониженных температур, за счет коррозии разной природы;

нарушение технологического режима при подготовке резервуаров к ремонту, так как при вскрытии происходит взаимодействие компонентов его содержимого с кислородом и в результате чего, образуется зажигательная смесь;

выполнение ремонтных работ с использованием открытого пламени при сварке, выделении тепла при резке механического инструмента возникают дополнительные источники зажигания;

самовозгорание пирофорных материалов, которые образуются после освобождения технологических аппаратов от перерабатываемого продукта нефтеперерабатывающей промышленности.

В основном все аварии, которые были проанализированы, случились либо при ремонте резервуаров для хранения высокосернистой нефти, либо произошло возгорание на отвалах пирофорных материалов после зачистки их. Причины пожаров – это самовозгорание пирофорных отложений, при взаимодействии с кислородом.

Пирофорные отложения – это активные сульфиды железа FeS2, Fe2S, FeS которые накапливаются на стенках технологических резервуаров. Они образуются при взаимодействии сероводорода, содержащегося в нефти и с продуктами коррозии металла без доступа кислорода:

H2S + FexОy=FexSy+S+Н2O

Ранее ученными было установлено, что отложения имеют пористую структуру и являются продуктами сероводородной коррозии, которые включат в себя мелкодисперсные

284

сульфиды железа FeхSу, органические смолистые вещества, насыщенные тяжелыми асфальтенами и парафинами и механические примеси. В результате такого строения и состава пирофорные отложения способны к бурному окислению при контакте с кислородом воздуха с выделением большого количества тепла [1]:

FexSy +O2 =FexSy+SO2 + Q кДж.

В присутствии в воздухе влаги данный процесс ускоряется и количества тепла выделяется в несколько раз больше:

FexSy +O2 +H2O= Fex(SO4)y +H2SO4 + Q кДж.

Как видим реакции окисления пирофорных отложений в двух случаях происходят с выделение большого количества тепла, что приводит к их саморазогреву.

Но на процесс самовозгорания пирофорных отложения оказывают влияние и другие факторы, они представлены на рисунке.

Влияние различных факторов на самовозгорание пирофорных отложений, образованных в технологических резервуарах для нефти и нефтепродуктов

Для предотвращения самовозгорания пирофорных материалов разработаны различные способы, которые зависят от изменения определенных факторов, влияющих на процесс самовозгорания. Один из наиболее часто используемых способов является дезактивация пирофорных отложений. Суть дезактивации заключается в следующем: пирофорные отложения обрабатывают определенным химическим веществом, в результате чего происходит превращение пожароопасных пирофорных отложений в непирофорный продукт, либо повышается температура самовозгорания.

В данной статье предлагается новое вещество, которое позволяет предотвратить возгорание, за счет повышения температуры самовозгорания пирофорных отложений. Известно, что при химических взаимодействиях самопроизвольное протекание реакции определяется термодинамической величиной энергией Гиббса (), которая зависит от энтальпии и энтропии простым соотношением:

,

Если не происходит изменения давления и температуры, то реакция может протекать самопроизвольно, только при отрицательных значениях данной энергии, т.е.

[1]. Для того, чтобы повысить температуру самовозгорания, необходимо максимально увеличить и для этого необходимо уменьшить тепловой эффект реакции. А в случае с пирофорными отложениями, достигнуть уменьшения теплового эффекта возможно за счет

285

увеличения температуры окружающей среды, при которой и происходит самовозгорание отложений.

Для уменьшения теплового эффекта возможно с помощью неорганических соединений, которые бы при разложении образовывали диоксид углерода и воду. В результате поиска было установлено, что наиболее подходящими для этих целей, являются гидрокарбонат натрия и гидроксид кальция, так каккДж/моль, кДж/моль.

Для определения минимальной температуры среды, в которой исследуется самовозгорание полученных отложений, были произведены исследования пирофорных отложений с перечисленными выше веществами. В результатепроведенных экспериментов. Зависимость температуры в камере термостата при которой происходит самовоспламенение, от состава исследуемых образцов представлена в таблице 1.

Таблица 1

Исследование склонности к самовоспламенению нефтесодержащих и пирофорных материалов

Как видно из таблицы у всех рассматриваемых составов, кроме тех, у кого содержится NaHCO3 и Ca(OH)2, самовозгорание (тление) наблюдается при температуре среды 3000С и выше.

Не менее важная проблема современного общества это проблема накопления промышленных отходов, поэтому переработка отходов многих производств рассматривается на сегодняшний день, как важнейшей экологической проблемой, стоящей перед человеком. В связи с чем, предлагается использовать отходы производства в качестве пассивирующего агента для пирофорных материалов. Экспериментально было установлено, что наиболее оптимальным является основной компонент отхода, который образуется при производстве ацетилена. В состав данного отхода входят следующие соединения, мас.%:

80,0–82,0

3,0–5,0

Хлориды 0,5–2,5

Как видно отход в своем составе содержат непрореагированный карбид кальция, гидроксид магния, а также хлориды металлов и др., но основным компонентом отхода является гидроксид кальция, который и может быть использован в качестве пассивирующего агента, который и позволит снизить температуру самовозгорания.

Данный способ дегазации осуществляется следующим образом: собранный нефтесодержащий пирофорный материал, обрабатывают с предложенным пассивирующим агентом (отходом, образующегося при производстве ацетилена) в соотношении нефтесодержащий пирофорный материал: пассивирующий агент 1:0,2-1. В результате химической реакции образуются безопасные вещества, такие как карбонат кальция, вода и диоксид углерода, при этом происходит уменьшение теплового эффекта и снижается химическая активность их.

Результаты экспериментов по дезактивации пирофорных материалов в зависимости от количества отхода приведены в таблице 2.

286

Таблица 2

Влияние концентрации пассивирующего агента (отхода) на активность пирофорных материалов

Таким образом, в результате проведенного исследования разработан новый способ дезактивации пирофорных отложений с помощью отхода – производства ацетилена, который позволил успешно реализовать его для снижения пирофорной активности. В результате решены две актуальные в промышленности задачи: снижение пожарной опасности пирофорных материалов, которые образуются после зачистки технологических емкостей для хранения нефти и нефтепродуктов и ликвидация промышленных отходов, за счет чего снижается их негативное воздействие на окружающую среду.

Литература

1.Глинка Н. JI. Общая химия: Учебное пособие для вузов / Под ред. А. И. Ермакова, изд. 29-е, исправленное. М.: Интеграл-Пресс, 2002. 728 с.

2.Мищенко К. П., Равдель А. А. Краткий справочник термодинамическихвеличин. Л.: Химия, 1974. 200 с.

Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия им. профессора Н. Е. Жуковского и Ю. А. Гагарина, г. Воронеж, Россия

O. N. Kuznetsova, D. P. Klyukin

FIRE SAFETY IN OIL AND PETROLEUM PRODUCT STORAGE SYSTEMS

The article presents the reasons for spontaneous combustion of pyrophoric deposits in oil and petroleum product storage tanks. The conditions under which the process of self-ignition occurs are determined. A new passivating agent is proposed that allows increasing the self-ignition temperature

2Military Training and Research Center of the Air Force «Air Force Academy Prof. N. E. Zhukovsky

and Yu. A. Gagarin», Voronezh, Russia

УДК 614.841.2.001.2

А. С. Давиденко, И. А. Пустовалов, Д. В. Тоцкий

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БЕСПИЛОТНЫХ АВИАЦИОННЫХ СИСТЕМ НА ОТКРЫТОЙ МЕСТНОСТИ ПРИ РАССЛЕДОВАНИИ ПОЖАРОВ НА НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ КОМПЛЕКСАХ

Проведен анализ экономического ущерба от пожаров, произошедших на территории Российской Федерации и нефтеперерабатывающих комплексах. Рассмотрены тактико-технические характеристики беспилотных авиационных систем, стоящих на вооружении МЧС России, изучены их возможности. Предложен ряд операций, выполняемых беспилотным воздушным судном на открытой местности, позволяющий всесторонне оценить место пожара и установить его причину. Описаны преимущества работырасследования и

287

экспертизы пожара с использованием трехмерного изображения зоны пожара и объекта нефтегазового комплекса

XXI век – век высоких технологий, эпоха четвертой, постнеклассической глобальной научной революции, время, когда система обеспечения пожарной безопасности объекта защиты, в том числе и нефтеперерабатывающего комплекса (далее – НПК), претерпела массу изменений. Много проведено работы и продолжает развиваться новое поколение огнетушащих веществ и приборов для их подачи, специальная пожарная и аварийно – спасательная техника, а также системы предотвращения пожаров. Вместе с тем «обратной стороной медали», угнетающей состояние пожарной безопасности НПК является:

высокий износ основных фондов (резервуарные парки, производственная нефтебаза); обширная площадь горения, при возникновении источника зажигания и нарушении

технологического процесса; при развившихся пожарах наличие обширной площади горения и угроза перехода в

затяжной пожар; при пожаре на НПК требуется сосредоточение большого количества сил и средств по

повышенному рангу пожара в кротчайшие сроки; высокая скорость распространения пожара и сопровождающие его хлопки, взрывы,

выбросы и т.п.

Учитывая все положительные и отрицательные аспекты современного состояния обеспечения пожарной безопасности НПК можно предположить, что пожары на этих объектах были и остаются быть наиболее сложными и характерными для Российской Федерации, как в вопросах профилактики, так и в вопросах пожаротушения.

Еще одной характерной особенностью последствий пожаров на НПК является экономический ущерб от возгораний. Так, в соответствии со статистическими данными, общий материальный ущерб от аварий резервуаров превышает в 500 и более раз первичные затраты на их сооружение [1].

Согласно статистике в Российской Федерации, в период 2009 – 2016 гг., произошло 1 288 200 пожаров [2], за аналогичный период прошлого года на НПК – 759 пожаров [3], при этом ущерб от общего количества пожаров на территории страны составил 128 663 993 рублей, а на НПК – 1 873 990 рублей соответственно (табл. 1).

Анализируя вышеуказанную проблему, видно, что цифры, как по количеству пожаров, так и по ущербу от них, на территории Российской Федерации, в разы больше относительно цифр НПК, но если рассматривать «среднюю стоимость одного пожара» (рисунок), то вывод о преобладающем экономическом ущербе в сегменте НПК очевиден. Усредняя значения материального ущерба за исследуемый промежуток времени видно, что средний убытокот одного пожара на НПК в 23,48 раза выше, чем средний убыток от одного пожара по стране в целом, который составил 2,395 млн. рублей против 0,102 млн. рублей соответственно.

288

Средние значения материального ущерба от одного пожара

С целью последующего исключения столь высоких убытков от пожаров на НПК встает вопрос о необходимости тщательного их расследования.Это необходимо для установления причин и обстоятельств, происшедших пожаров, организации обязательного учета и государственной отчетности по пожарам и последующей разработки необходимых мер по обеспечению пожарной безопасности объектов НПК.

Изучение зоны пожара на НПК подразумевает исследование каждого отдельно стоящего сооружения (технологической установки, резервуара и т.д.), который подвергался воздействию тех или иных опасных факторов пожара. Важно учесть, что вся исследуемая территория, с расположенными на ней объектами, занимает значительную площадь и ее осмотр может занять продолжительное время. При этом квалифицированный осмотр мест пожара предусматривает скрупулёзное исследование веществ и материалов как до, так и после воздействия на них опасных факторов пожара, в том числе с применением современных специальных технических средств [4]. Рассмотрим в качестве таких

289

специальных технических средств беспилотные авиационные системы (далее – БАС), стоящие на вооружении МЧС России [5].

В табл. 2 представлены основные тактико-технические характеристики БАС, позволяющие выполнять ряд операций, направленных на выявление очагов возгорания прирасследовании и экспертизе пожаров на НПК [5].

Анализируя ряд операций, проводимых должностным лицом по установлению очагов

взоне пожара при его расследовании и экспертизе и учитывая характеристики БАС, приведенные выше, предлагаются оптимизированные решения, направленные на повышение качества проводимых работ. При проведении работ по установлению очагов пожара возможно:

–фиксировать с воздуха всю площадь зоны пожара за минимально короткое время без изменения вещной обстановки;

–осуществлять сбор фото/видео материалов по пожару непосредственно в зоне пожара, с момента его возникновения и до момента его локализации;

–возможность получения тепловизионных данных очагов пожара в определенный момент времени;

–получение информации о пожаре, с использованием воздушного пространства, прилегающего к площади зоны пожара, а также для нужд штаба на месте пожара;

–реализовать сбор данных о пожаре с «привязкой» к географическим координатам места расположения объектов на местности;

–оперативно передавать данные о пожаре в режиме реального времени по известным каналам связи для принятия управленческих решений;

–изучение опасных участков зоны пожара, исключив присутствие там личного состава пожарной охраны, тем самым минимизировав их травмирование;

–построение моделей в трёхмерном пространстве, объектов, расположенных в зоне пожара, для проведения анализа их поведения в период воздействия на них опасных факторов пожара [6].

Таким образом, используя БАС можно проводить мероприятия по выявлению очагов

взоне пожара по термоточкам и иной информации на отрисованной единой трехмерной модели местности с расположением на ней всех объектов. Зону пожара устанавливает

290