Пожарная безопасность в строительстве / Raschet parametrov legkosbrasivaemikh konstrukciy (Rekomendacii) 2015

МИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ДЕЛАМ ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ И ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «ВСЕРОССИЙСКИЙ ОРДЕНА “ЗНАК ПОЧЕТА” НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ ОБОРОНЫ»

РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ЛЕГКОСБРАСЫВАЕМЫХ КОНСТРУКЦИЙ ДЛЯ ВЗРЫВОПОЖАРООПАСНЫХ ПОМЕЩЕНИЙ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОБЪЕКТОВ

РЕКОМЕНДАЦИИ

М о с к в а

2 0 1 5

1

УДК 624.016 ББК 38.96

Р24

Авторский коллектив: канд. техн. наук Д.М. Гордиенко,

А.Ю. Лагозин, А.В. Мордвинова, канд. техн. наук В.П. Некрасов,

А.Н. Сычев (ФГБУ ВНИИПО МЧС России).

Утверждены ФГБУ ВНИИПО МЧС России 27 ноября 2014 г. Согласованы ДНПР МЧС России 22 декабря 2014 г.

Расчет параметров легкосбрасываемых конструкций Р24 для взрывопожароопасных помещений промышленных

объектов: рекомендации. М.: ВНИИПО, 2015. 48 с.

Необходимость разработки настоящих рекомендаций обусловлена отсутствием в области противопожарного нормирования документов по расчету параметров легкосбрасываемых конструкций (ЛСК). Легкосбрасываемые конструкции, которыми в соответствии со сводом правил СП 4.13130.2013 необходимо оснащать помещения категорий А и Б по взрывопожарной и пожарной опасности, предназначены для снижения давления при взрыве и обеспечения безопасности людей, сохранности конструкций и оборудования.

В рекомендациях представлен порядок расчета параметров ЛСК и показано на конкретном примере их определение для ЛСК разных видов, а также приведены показатели пожаровзрывоопасности некоторых веществ и материалов и методика расчета массовой концентрации горючего в горючей среде.

Рекомендации могут быть использованы при нормировании требований пожарной безопасности взрывопожароопасных промышленных объектов, в частности, объектов обустройства нефтяных и газовых месторождений. Применение рекомендаций проектными учреждениями и органами государственного пожарного надзора позволит повысить эффективность деятельности этих организаций.

УДК 624.016 ББК 38.96

©МЧС России, 2015

©ФГБУ ВНИИПО МЧС России, 2015

2

ВВЕДЕНИЕ

Помещения категорий А и Б по взрывопожарной и пожарной опасности в соответствии со сводом правил СП 4.13130.2013 [1] следует оснащать наружными легкосбрасываемыми конструкциями (ЛСК). При этом в данном документе указывается, что необходимую площадь ЛСК следует определять расчетом. Однако в области противопожарного нормирования рекомендации по расчету параметров ЛСК в настоящее время отсутствуют.

Существует метод определения требуемой безопасной площади разгерметизации технологических аппаратов и помещений для снижения внутри них давления взрыва газопаропылевоздушных смесей (ГОСТ Р 12.3.047–2012, прил. Н) [2]. Имеется также методика расчета взрывоустойчивости зданий при внутреннем дефлаграционном взрыве* газопаровоздушных смесей [3]. В 2006 г. разработан Технический кодекс установившейся практики Рес-

публики Беларусь ТКП 45-2.02-38-2006 (02250) [4], суще-

ствуют зарубежные стандарты в данной области, например, стандарт США NFPA 68 [5], стандарт Великобритании BSEN 14491:2012 [6], имеется также ряд монографий, публикаций, диссертаций [7–17] и др., в которых рассмотрены вопросы взрывозащиты помещений взрывоопасных производств с применением предохранительных конструкций.

За основу при разработке настоящих рекомендаций были приняты требования Федеральных законов от

27.12.2002 № 184-ФЗ [18] и от 22.07.2008 № 123-ФЗ [19],

*Форма нестационарного горения, при котором последовательное воспламенение горючей смеси осуществляется посредством теплопроводности и диффузии.

3

а также положения указанных выше документов, другие научные и практические результаты в данной области.

1.ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1.Настоящие рекомендации устанавливают порядок расчета параметров легкосбрасываемых конструкций, обеспечивающих допустимые взрывные давления при дефлаграционном взрыве внутри помещений, относящихся

ккатегориям А и Б по взрывопожарной и пожарной опасности.

1.2.Положения настоящих рекомендаций не распространяются:

- на взрывы газопаропылевоздушных смесей, при которых расчетная видимая скорость распространения пламе-

ни Up превышает 65 м/с;

- детонационные процессы; - взрывы пылей неорганических веществ и металлов;

- помещения, линейные размеры которых (длина, ширина, высота) отличаются один от другого более чем в 10 раз; - конкретные конструктивные решения ЛСК и пара-

метры их крепежных элементов.

1.3.Легкосбрасываемая конструкция – это специальная наружная ограждающая конструкция здания, сооружения (или их части), предназначенная для снижения давления при взрыве в целях обеспечения безопасности людей, сохранности конструкций и оборудования.

1.4.Легкосбрасываемые конструкции подразделяются

на виды:

- разрушаемые – конструкции, в которых при воздействии избыточного давления взрыва происходит макроскопическое нарушение сплошности составляющего их материала;

4

- смещаемые – конструкции, в которых при воздействии избыточного давления взрыва разрушаются элементы, посредством которых конструкции удерживаются

вограждении помещения;

-вращаемые – конструкции, в которых при воздействии избыточного давления взрыва происходит вращение плоскости конструкции вокруг неподвижной горизонтальной или вертикальной оси.

Вид ЛСК определяется их конструктивными особенностями. При проектировании и расчете ЛСК их нужно также подразделять на типы. К разным типам относятся ЛСК, принадлежащие как к разным видам, так и к одному виду, но отличающиеся при этом размерами, массой или другими параметрами, влияющими на эффективность вскрытия данных конструкций.

1.5. Решение о целесообразности использования ЛСК того или иного вида следует принимать на основе сравнения их основных характеристик применительно к конкретным условиям строительства и эксплуатации зданий с взрывопожароопасными помещениями.

1.6. В качестве ЛСК могут использоваться стекла глухого остекления (разрушаемые ЛСК), открывающиеся створки оконных переплетов, наружные двери и ворота или специальные поворачивающиеся конструкции (вращаемые ЛСК), а также легкосбрасываемые стеновые панели и облегченные элементы покрытия помещения (смещаемые ЛСК).

1.7. Использование в качестве разрушаемых ЛСК стекол глухого остекления позволяет получать наиболее простые и удобные в эксплуатации конструктивные решения, отвечающие требованиям как освещения помещения и его теплоизоляции, так и снижения возникающего в нем избы-

5

точного давления при внутреннем аварийном взрыве. При этом в целях повышения эффективности вскрытия глухого остекления во всех случаях, когда это представляется возможным, его следует выполнять одинарным.

Максимально допустимые размеры стекол, используемых в качестве ЛСК, или их минимальная толщина должны устанавливаться расчетом с учетом воздействия ветровой нагрузки.

При применении в качестве ЛСК стекол глухого остекления следует иметь в виду, что осколки, образующиеся при разрушении стекол, могут вызвать поражение людей, находящихся вблизи наружных стен взрывоопасного помещения с застекленными оконными проемами.

При наличии необходимых данных о закономерностях вскрытия остекления для устройства разрушаемых ЛСК вместо стекол могут использоваться листовые или пленочные материалы, например пластмассовые.

1.8. При устройстве вращаемых ЛСК предпочтение следует отдавать открываемым створкам оконных переплетов с вертикальным или горизонтальным (верхним или нижним) шарнирами. Более удобными в эксплуатации в качестве ЛСК являются открываемые створки оконных переплетов с вертикальным или верхним горизонтальным шарнирами.

Использование наружных дверей и ворот в качестве вращаемых ЛСК следует предусматривать только в тех случаях, когда необходимость их устройства определяется технологическими требованиями.

Вращаемые ЛСК не должны вскрываться под действием ветровой нагрузки.

За счет вращения может обеспечиваться вскрытие ЛСК в виде стеновых панелей в наружном ограждении

6

взрывоопасного помещения, а также элементов его покрытия. Однако такие решения не получили практического применения, хотя при определенных условиях они могут быть предпочтительнее решений, обеспечивающих вскрытие указанных ЛСК за счет их смещения.

В стенах (стеновых панелях) могут устраиваться вращаемые ЛСК с использованием пластмассы и других материалов, позволяющих повышать не только эффективность вскрытия ЛСК, но и их теплоизоляционные свойства по сравнению с этими параметрами открываемых створок оконных переплетов.

1.9.В качестве смещаемых ЛСК при соответствующем обосновании могут использоваться легкосбрасываемые стеновые панели и облегченные элементы покрытия взрывоопасного помещения.

Повышение эффективности вскрытия смещаемых ЛСК может быть достигнуто за счет уменьшения их размеров и массы, а также снижения избыточного давления, необходимого для разрушения (срабатывания) крепежных (запорных) устройств.

1.10.Определение свойств сгораемых веществ и материалов проводится по справочным данным на основании результатов испытаний или расчетом с учетом состояния технологических параметров и режимов по методикам, утвержденным в установленном порядке.

1.11.При внедрении в практику строительства новых видов ЛСК, не рассмотренных в настоящих рекомендациях,

проводятся испытания по методикам, утвержденным в установленном порядке.

7

2. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ЛЕГКОСБРАСЫВАЕМЫХ КОНСТРУКЦИЙ

2.1. К числу основных параметров легкосбрасываемых конструкций относятся площадь легкосбрасываемой конструкции, перекрывающей проемы в наружном ограждении взрывоопасного помещения, и коэффициент вскрытия ЛСК при взрыве. Пример расчета этих и других параметров легкосбрасываемых конструкций разных видов приведен

вприл. 1.

2.2.В качестве основного положения расчетной схемы принято, что эффективность снижения легкосбрасываемыми конструкциями избыточного давления, возникающего во взрывоопасных помещениях при внутренних аварийных взрывах горючих газопаропылевоздушных смесей (ГС), зависит от ряда факторов. Наиболее важными из них являются:

- объем и форма взрывоопасного помещения; - вид горючей смеси, образующейся во взрывоопасном

помещении в аварийных ситуациях, степень загазованности помещения (концентрация) ГС к моменту ее воспламенения, место воспламенения ГС;

- загроможденность взрывоопасного помещения строительными конструкциями (колонны, стропильные фермы, этажерки и т. п.) и оборудованием;

- общая площадь и места расположения в наружном ограждении взрывоопасного помещения проемов, перекрываемых ЛСК;

- эффективность вскрытия ЛСК, зависящая от их вида, геометрических и физических параметров, а также допускаемого избыточного давления и условий взрывного горения ГС во взрывоопасном помещении.

8

2.3. Площадь проемов, образующихся при вскрытии ЛСК, через которые происходит истечение газа (продуктов горения и непрореагировавшей части ГС) в наружную атмосферу из взрывоопасного помещения, должна быть не меньше площади открытых проемов, обеспечивающих при тех же условиях взрывного горения ГС снижение избыточного давления в помещении до допустимого значения:

i 1

где SЛСКi – площадь проемов в наружном ограждении взрывоопасного помещения, перекрываемых ЛСК i-го типа, м2;

КвскрЛСКi – коэффициент вскрытия ЛСК i-го типа при взрыве;

Sоткр.тр – требуемая площадь открытых проемов в наружном ограждении взрывоопасного помещения, при которой избыточное давление в нем при взрывном горении ГС не превысит допустимое значение, м2.

Коэффициент КвскрЛСКi показывает, какая доля площади

проема, перекрываемого ЛСК, используется при вскрытии конструкции для истечения газа (продуктов горения и непрореагировавшей части горючей смеси) в наружную атмосферу из взрывоопасного помещения.

Площадь Sоткр.тр определяется по формуле [4, 9]

где Uн.р – расчетная нормальная скорость распространения пламени, м/с; α – показатель интенсификации взрывного горения; с – расчетная степень сжатия продуктов горения при взрыве в замкнутом объеме; – коэффициент, учитывающий степень заполнения объема помещения взрыво-

9

опасной смесью; Кф – коэффициент, учитывающий влияние формы помещения и эффект истечения продуктов горения взрывоопасной смеси; Vсв – свободный объем помещения, м3; 0 – расчетная плотность газа в помещении перед воспламенением, кг/м3; Рдоп – допустимое избыточное давление в помещении при горении взрывоопасной смеси, кПа.

Следует отметить: формула (2) получена в предположении, что воспламенение горючей смеси происходит

вцентре взрывоопасного помещения, а открытые проемы

вего наружном ограждении размещаются так же, как и проемы, перекрываемые ЛСК, в соответствии с рекомендациями [9]. Если воспламенение горючей смеси происходит не в центре взрывоопасного помещения, а проемы размещаются достаточно равномерно в его наружном огражде-

нии, то определение Sоткр.тр по формуле (2) проводится с запасом.

Вычисление Sоткр.тр по формуле (2) можно проводить в тех случаях, когда выполняются следующие условия:

- линейные размеры взрывоопасного помещения по длине, ширине и высоте не более чем в 10 раз отличаются один от другого;

-проемы в элементах (стены, покрытие) наружного ограждения взрывоопасного помещения размещаются достаточно равномерно или вблизи от возможного места воспламенения горючей смеси;

-принимаемое значение Рдоп 75 кПа.

Если хотя бы одно из указанных условий не выполняется, то в формулу (2) должны вноситься соответствующие коррективы. Эти коррективы могут касаться числового коэффициента в формуле (2) или выражений для определения коэффициентов и К .

10