Диссертация (Огнестойкость монолитных железобетонных ограждающих стен резервуарных парков)

МИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИПО ДЕЛАМ ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМИ ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙАкадемия Государственной противопожарной службы МЧС РоссииНа правах рукописиЮрьев Ян ИгоревичОГНЕСТОЙКОСТЬ МОНОЛИТНЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХОГРАЖДАЮЩИХ СТЕН РЕЗЕРВУАРНЫХ ПАРКОВСпециальность: 05.26.03 – «Пожарная и промышленная безопасность»(технические науки, отрасль строительство)ДИССЕРТАЦИЯна соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководительдоктор технических наук, доцентШвырков Сергей АлександровичМосква – 20182ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………..4ГЛАВА 1 ОБОСНОВАНИЕ УГЛЕВОДОРОДНОГО РЕЖИМА ПОЖАРАДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОГНЕСТОЙКОСТИ ОГРАЖДАЮЩИХ СТЕНРЕЗЕРВУАРНЫХ ПАРКОВ....................................................................................101.1 Анализ нормативных требований к огнестойкости ограждающих стенрезервуарных парков.….………………………...............................................101.2 Анализ температурных режимов пожаров для определенияогнестойкости строительных конструкций……………...…………………..131.3 Особенности возникновения и развития пожаров проливов горючихжидкостей при разрушениях резервуаров…………………………………...241.4 Температурно-временная зависимость для определения огнестойкостиограждающих стен резервуарных парков……………………………………34ГЛАВА 2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИХИ ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ОБРАЗЦОВ БЕТОНОВВ УСЛОВИЯХ УГЛЕВОДОРОДНОГО РЕЖИМА ПОЖАРА………………...372.1 Исследование теплотехнических характеристик образцов бетонов ……...372.2 Исследование прочностных характеристик образцов бетонов ……...…….48ГЛАВА 3 ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОГРЕВА ОБРАЗЦОВ БЕТОНОВ В УСЛОВИЯХУГЛЕВОДОРОДНОГО РЕЖИМА ПОЖАРА…………………………………..593.1 Численное моделирование процесса прогрева образцов бетонов…………593.2 Экспериментальное исследование процесса прогрева образцов бетонов…633.3 Оценка погрешностей измерений температуры в контрольных точкахобразцов бетонов………………………………………………………………70ГЛАВА 4 РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИХИ ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ТЯЖЕЛОГО, ТОРКРЕТИ ФИБРОТОРКРЕТ БЕТОНА ДЛЯ ОЦЕНКИ ОГНЕСТОЙКОСТИОГРАЖДАЮЩИХ СТЕН РЕЗЕРВУАРНЫХ ПАРКОВ….……………………813ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………………108СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………………...110Приложение А РЕЗУЛЬТАТЫ ОБРАБОТКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХДАННЫХ ПО ИЗМЕНЕНИЮ ПЛОТНОСТИ, ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ,УДЕЛЬНОЙ ТЕПЛОЕМКОСТИ И КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИОБРАЗЦОВ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ БЕТОНОВ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ……….

126Приложение Б РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯПРОГРЕВА ОБРАЗЦОВ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ БЕТОНОВ В УСЛОВИЯХУГЛЕВОДОРОДНОГО РЕЖИМА ПОЖАРА…………………………………..139Приложение В АКТЫ ВНЕДРЕНИЯ……………………………………………1494ВВЕДЕНИЕАктуальность темы исследования. С целью предупреждения каскадногои катастрофического развития аварий, обусловленных проливами нефти илинефтепродуктов при разрушениях вертикальных стальных цилиндрическихрезервуаров (РВС), в соответствии с требованиями п. 5 ст. 70 Федеральногозакона № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» [1], в резервуарных парках складов нефти и нефтепродуктов следует предусматривать дополнительные мероприятия.Непосредственно требования пожарной безопасности к таким мероприятиямустановлены ГОСТ Р 53324-2009 «Ограждения резервуаров.

Требования пожарнойбезопасности» [2]. Так, по периметру отдельно стоящего РВС или каждой группыназемных РВС необходимо предусматривать замкнутое ограждение, в качествекоторого могут использоваться ограждающая стена (выполненное из строительныхматериалов ограждение, предназначенное для ограничения площади проливажидкости) или ограждающая стена с волноотражающим козырьком (выполненноеиз строительных материалов ограждение, рассчитанное на гидродинамическоевоздействие и полное удержание волны жидкости, образующейся при разрушенииРВС). Такие ограждения должны быть сплошными по периметру, выполнятьсяиз негорючих материалов и иметь предел огнестойкости не менее Е 150.В соответствии с нормативно принятой терминологией [3] под пределомогнестойкости строительной конструкции (СК) понимается промежуток времениот начала огневого испытания при стандартном температурном режиме пожара(СТРП) [3, 4] до наступления одного из нормированных для данной СК предельныхсостояний по огнестойкости [1].

В связи с этим, возникает вопрос о корректностиприменения для определения предела огнестойкости рассматриваемых ограждающих стен стандартного метода испытаний, так как температурный режимпожара пролива нефти или нефтепродукта при авариях РВС имеет ряд существенных отличий от СТРП [5–30]:5– пожарная нагрузка (нефть, нефтепродукты) с максимальной среднеповерхностной температурой пламени 1200 °С;– быстрый рост температуры пожара за счет сгорания большого количествапожарной нагрузки и поддержание ее до полного выгорания пожарной нагрузки;– пожар пролива горючей жидкости на открытой местности (в границахограждения) с постоянным и неограниченным доступом кислорода;– непосредственное воздействие пламени пожара пролива горючей жидкости на ограждающую стену.При этом важно отметить, что в мировой практике при определении пределаогнестойкости СК, используемых, в частности, при строительстве объектовнефтехимического производства, туннелей, морских буровых платформ и другихответственных сооружений производственных объектов, широко применяютсятемпературные режимы пожаров [31–44], существенно отличающиеся от СТРП.Кроме этого, все большее применение для обустройства, в том числеи противопожарных преград, находят новые виды бетонов, в частности, торкретбетон (ТБ) и фиброторкрет бетон (ФТБ).

Это обусловлено тем, что благодаряособенностям технологии изготовления СК из таких видов бетонов, в отличиеот традиционного железобетона, они способны на порядок успешнее работатьна растяжение и изгиб, а также ударные нагрузки [45–52], что особенно важнопри проектировании ограждающих стен с волноотражающим козырьком. Однаковопросам огнестойкости СК из ТБ и ФТБ в условиях воздействия высоких температур пожара до настоящего времени уделено недостаточно внимания.Таким образом, для возможности определения фактического предела огнестойкости ограждающих стен резервуарных парков, проектируемых как наоснове традиционного тяжелого бетона (Б), так и в перспективе из ТБ или ФТБ,необходимо проведение дальнейших исследований по изучению устойчивостивыполненных на их основе СК в условиях воздействия «реального» пожарапролива нефти или нефтепродукта при авариях РВС, что и определяет актуальность темы исследования.6Степень разработанности темы исследования.

Настоящая работа являетсяпродолжением ряда исследований, выполненных на кафедре пожарной безопасности технологических процессов Академии ГПС МЧС России (С.А. Швырков,С.А. Горячев, В.В. Воробьев, С.В. Батманов) и посвященных непосредственноразработке различных вариантов ограждений для резервуарных парков, что и нашлоотражение в ГОСТ Р 53324-2009 [2].

Однако в рамках этих исследований вопросыогнестойкости ограждений до настоящего времени не рассматривались.Также важно отметить, что несмотря на имеющееся большое количествокак отечественных, так и зарубежных работ, посвященных разработке основи принципов расчета СК на огнестойкость, а также результатов экспериментальных исследований в этой области (М.Я.

Ройтман, В.М. Ройтман, И.Г. Романенков,Н.А. Стрельчук, А.И. Яковлев, В.А. Пчелинцев, В.П. Бушев, К.С. Молчадский,В.Л. Страхов, А.Ф. Милованов, Н.Ф. Давыдкин, К.Д. Некрасов, В.В. Жуков,В.И. Голованов, А.А. Гвоздев, Н.А. Ильин, Ю.В. Соломонов и др.

[23, 53–70];B. Bartneletу, J. Kruppa, S. Thelandersson, T.Z. Harmathy, H.L. Malhotra, P.C. Tatnall,K. Kordina [71–76] и др.), вопросам определения фактического предела огнестойкости СК в условиях отличных от СТРП также уделено недостаточно внимания.При этом для таких видов бетонов как ТБ и ФТБ данные по их устойчивостик воздействию пожара пролива нефти или нефтепродукта в литературных источниках практически отсутствуют.Таким образом целью работы являлась разработка рекомендаций по определению теплотехнических и прочностных характеристик Б, ТБ и ФТБ для оценкиогнестойкости ограждающих стен резервуарных парков.

Для достижения поставленной цели в работе ставились и решались следующие задачи:– обоснование углеводородного режима пожара для определения огнестойкости ограждающих стен резервуарных парков;– экспериментальное определение теплотехнических и прочностныхпараметров образцов бетонов в условиях углеводородного режима пожара;– численное моделирование и экспериментальное определение прогреваобразцов бетонов в условиях углеводородного режима пожара;7– разработка рекомендаций по определению теплотехнических и прочностных характеристик Б, ТБ и ФТБ для оценки огнестойкости ограждающих стенрезервуарных парков.Объектом исследования являлся процесс воздействия пламени пожарапролива нефтепродукта на монолитную железобетонную ограждающую стенурезервуарного парка.