firesmiПожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion SafetyPozharovzryvobezopasnost/Fire and Explosion Safety0869-74932587-6201ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет»10.22227/0869-7493.2022.31.05.33-42firesmi-1148Research ArticleБЕЗОПАСНОСТЬ ЗДАНИЙ, СООРУЖЕНИЙ, ОБЪЕКТОВSAFETY OF BUILDINGS, STRUCTURES, OBJECTSРасчет пределов огнестойкости строительных конструкций здания теплоэлектростанцииBuilding structures of thermal power plants: analysis of fire resistance limitshttps://orcid.org/0000-0001-7234-1339ПузачС. В.PuzachS. V.

ПУЗАЧ Сергей Викторович, д-р техн. наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ, профессор кафедры комплексной безопасности в строительстве

Москва

РИНЦ ID: 18265; ResearcherID: U-2907-2019; Scopus Author ID: 7003537835

Sergey V. PUZACH, Dr. Sci. (Eng.), Professor, Honoured Scientist of the Russian Federation, Professor of Department of Integrated Safety in Civil Engineering

Moscow

ID RISC: 18265; ResearcherID: U-2907-2019; Scopus Author ID: 7003537835

puzachsv@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1427-606XЕреминаТ. Ю.EreminaT. Yu.

ЕРЕМИНА Татьяна Юрьевна, д­-р техн. наук, профессор, профессор кафедры комплексной безопасности в строитель­стве

Москва

РИНЦ ID: 274777; Scopus Author ID: 56893573700

Tatyana Yu. EREMINA, Dr. Sci. (Eng.), Professor, Profes­sor of Department of Integrated Safety in Civil Engineering

Moscow

ID RISC: 274777; Scopus Author ID: 56893573700

main@stopfire.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7409-0844ПортновФ. А.PortnovF. A.

ПОРТНОВ Федор Александрович, к-­т техн. наук, доцент кафедры комплексной безопасности в строительстве

Москва

РИНЦ ID: 1134480; Scopus Author ID: 57192372795

Fedor A. PORTNOV, Cand. Sci. (Eng.), Associated Profes­ sor of Department of Integrated Safety in Civil Engineering

Moscow

ID RISC: 1134480; Scopus Author ID: 57192372795

 

Национальный исследовательский Московский государственный строительный университетРоссияMoscow State University of Civil Engineering (National Research University)Russian Federation2022101120223153342Copyright © Пузач С.В., Еремина Т.Ю., Портнов Ф.А., 20222022Пузач С.В., Еремина Т.Ю., Портнов Ф.А.Puzach S.V., Eremina T.Y., Portnov F.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.fire-smi.ru/jour/article/view/1148Введение

Введение. В данной статье проведены расчеты фактических пределов огнестойкости металлических конструкций для одного из зданий теплоэлектростанции. Известно, что фактические пределы огнестойкости строительных конструкций определяются экспериментальными и расчетными методами. Исследования для решения задачи были основаны на температурном режиме реальных условий пожара.

Цель и задачи исследования. Целью анализа является определение фактических пределов огнестойкости строительных конструкций здания теплоэлектростанции методом расчета тепломассообмена, учитывающим реальные условия пожара. В соответствии с поставленной целью необходимо решить следующие задачи:

Методы исследования

Методы исследования. Уравнение теплопроводности рассматривается для определения распределения температур внутри строительной конструкции в одномерном случае. Для решения данной задачи применен полевой метод расчета, который используется для помещений сложной геометрической конфигурации, в которых один из геометрических размеров гораздо больше остальных.

Результаты и их обсуждение. В работе проводится анализ наиболее опасного сценария пожара, который характеризуется наиболее опасным воздействием на металлоконструкции — пожар мазута, разлитого в котельном отделении.

Рассматривается наиболее опасный сценарий развития пожара с точки зрения нагрева несущих метал- лических конструкций — горение пролива мазута в котельном отделении. Результаты расчетов показали, что при выбранном сценарии развития пожара максимальные температуры несущих металлических конструк- ций в течение 15 мин от начала пожара существенно меньше критической температуры 500 °С.

Выводы

Выводы. На основании анализа расчета огнестойкости конструкций ТЭЦ, в частности металлоконструкций, было заключено, что их огнестойкость при возникновении чрезвычайной ситуации с наиболее опасными проявлениями пожара превышает требуемый R15. Огнезащита несущих металлических конструкций, рас- положенных в котельном отделении объекта, не требуется.

Introduction

Introduction. The author analyzes real-life fire resistance limits of metal structures for one building of a thermal power plant. Experimental and computational methods were applied to identify the fire resistance limits of building structures. The temperature setting of the research, conducted to solve the problem, was the same as that of a real fire.

Research goal and objectives. The purpose of the analysis is to identify the fire resistance limits of structures comprising the building of a thermal power plant using the method of heat-mass exchange analysis that takes account of conditions of a real fire. The following objectives are to be attained in compliance with the pre-set goal:

Methods of research

Methods of research. The heat-transfer equation is analyzed to identify the distribution of temperatures inside a building structure for a one-dimensional case. The field-based method of analysis is applied to solve this problem. This method is generally applied to premises having complex geometric configuration, if one geometric dimension exceeds the others.

Results and their discussion. The authors have analyzed the most dangerous fire scenario characterized by the most dangerous impact on metal structures, such as the furnace oil fire spill in a boiler room.

The authors also address the most dangerous fire propagation scenario in terms of the heating of bearing metal structures: the combustion of furnace oil spills in a boiler room. The computations have proven that in case of the selected fire development scenario maximal temperatures of bearing metal structures are much lower than the critical temperature of 500 °С fifteen minutes after the onset of fire.

Conclusions

Conclusions. Having analyzed the fire resistance computations of thermal power plant structures, including their metal constructions, the have found that in case of emergency, resistance to the most dangerous manifestations of fire exceeds the required R15 value. No fireproofing of bearing metal structures in the boiler room is needed.

фактический предел огнестойкостисценарий пожараполевая модельтепломассообменпрогрев конструкцийreal-life fire resistance limitfire scenariofield modelheat-mass exchangeheating of structuresReferencesПузач С.В., Еремина Т.Ю., Корольченко Д.А. Опре­ деление фактических пределов огнестойкости стальных конструкций с учетом реальной пожар­ ной нагрузки // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2021. Т. 30. № 6. С. 61–72. DOI: 10.22227/0869­7493.2021.30.06.61­72Puzach S.V., Eremina T.Yu., Korolchenko D.A. The evaluation of actual fire resistance limits of steel structures exposed to real fire loading. Pozharovzryvobezopasnost/Fire and Explosion Safety. 2021; 30(6):61­72. (rus).Скрипник И.Л., Бекишова Е.А. Анализ аварийных ситуаций на ТЭЦ и предложения по их снижению // Пожарная безопасность: современные вызовы. Проблемы и пути решения : мат. Междунар. науч.­практ. конф. Санкт­Петербург, 14 апреля 2020 г. СПб., 2020. С. 84–86. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=44358546Skrypnyk I.L., Bekishova E.A. Analysis of emergency situations at chp and proposals for their reduction. Fire safety: modern challenges. Problems and solutions : Materials of the International Scientific and Practical Conference, St. Petersburg, 14 April 2020. St. Petersburg, 2020; 84­86. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=44358546 (rus).Скрипник И.Л., Воронин С.В. Анализ пожарной опасности технологических систем по показателям надежности // Надзорная деятельность и судебная экспертиза в системе безопасности. 2017. № 3. С. 33–37. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=34903361Skrypnik I.L., Voronin S.V. Analysis of the fire danger of technological systems by reliability indicators. Scientific and analytical journal. Supervisory activities and forensic expertise in the security system. 2017; 3:33­37. URL: https://elibrary.ru/item.as­p?id=34903361 (rus).Рещенко А.Л., Дроздова Т.И. Анализ критического времени развития пожара и времени эвакуации работников ремонтного цеха автохозяйства МКУ «ТЭС» города Иркутска // Техносферная безопасность в ХХI веке : мат. XI Всеросс. науч.­ практ. конф. маг., асп. и мол. ученых. Иркутск, 1–3 декабря 2021 г. Иркутск, 2021. С. 189–195. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=47349448Reshchenko A.L., Drozdova T.I. Analysis of the critical time of the fire development and the evacuation time of the workers of the repair shop of the automobile farm MCU “TES” of Irkutsk. Technosphere safety in XXI century: Materials of the XI All-Russian Scientific and Practical Conference of Undergraduates, Graduate Students and Young Scientists. Irkutsk, December 1–3, 2021. Irkutsk, 2021; 189­195. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=47349448 (rus).Белов В.В., Пергаменщик Б.К. Прогнозирование ущерба от возможных чрезвычайных ситуаций с учетом пожара в главных корпусах ТЭС // Пожаровзрывобезопасность. 2016. Т. 25. № 8. С. 42–48. DOI 10.18322/PVB.2016.25.08.42­48Belov V.V., Pergamenshchik B.K. Forecasting of damage from possible emergencies, given the fire in the main building thermal power plants. Pozharovzryvobezopasnost/Fire and Explosion Safety. 2016; 25(8): 42­48. DOI: 10.18322/PVB.2016.25.08.42­48 (rus).Bovsunovskii A.P., Chernousenko O.Yu., Shtefan E.V., Bashta D.A. Fatigue damage and failure of steam turbine rotors by torsional vibrations // Strength of Materials. 2010. Vol. 42. Issue 1. Pp. 108–113. DOI: 10.1007/s11223­010­9196­2Bovsunovskii A.P., Chernousenko O.Yu., Shtefan E.V., Bashta D.A. Fatigue damage and failure of steam turbine rotors by torsional vibrations. Strength of Materials. 2010; 42(1):108­113. DOI: 10.1007/s11223­010­9196­2Шебеко Ю.Н., Зубань А.В., Шебеко А.Ю. Расчет фактического предела огнестойкости не­ защищенных стальных конструкций при различных температурных режимах пожара // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2019. Т. 28. № 6. С. 29–34. DOI: 10.18322/PVB.2019.28.06.29­34Shebeko U.N., Zuban A.A., Shebeko A.Yu. An evaluation of an actual fire resistance limit of non­protected steel structures for different temperature regimes of fires. Pozharovzryvobezopasnost/Fire and Explosion Safety. 2019; 28(6):29­34. DOI: 10.18322/PVB.2019.28.06.29­34 (rus).Симонова М.А., Романов Н.Н., Пермяков А.А. Расчет температурных полей несущих металлических конструкций в условиях высокотемпературного воздействия для оценки огнестойкости // Вестник Международной академии холода. 2021. № 2. С. 88–97. DOI: 10.17586/1606­4313­2021­20­2­88­97Simonova M.A., Romanov N.A., Permyakov A.A. Method of engineering calculation of the fire resistance limit for load­bearing metal structures. Journal of International Academy of Refrigeration. 2021; 2:88­97. DOI: 10.17586/1606­4313­2021­20­2­88­97 (rus).Coile R., Balomenos G., Pandey M.D., Caspeele R. An unbiased method for probabilistic fire safety engineering, requiring a limited number of model evaluations // Fire Technology. 2017. Vol. 53. Issue 1. Pp. 1–40. DOI: 10.1007/s10694­017­0660­4Coile R., Balomenos G., Pandey M.D., Caspeele R. An unbiased method for probabilistic fire safety engineering, requiring a limited number of model evaluations. Fire Technology. 2017; 53(1):1­40. DOI: 10.1007/s10694­017­0660­4Салумяги И.В., Асламова В.С. Методы оценки пожарного риска // Транспортная инфраструктура Сибирского региона. 2017. Т. 1. С. 312–317.Salumyagi I.V., Aslamova V.S. Methods of evaluation of the fire risk. Transport Infrastructure of the Siberian Region. 2017; 1:312­317. (rus).Кошмаров Ю.А. Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении : учеб. пособие. М. : Академия ГПС МВД России, 2000. 118 с.Koshmarov U.A. Prediction of indoor fire hazards. Мoscow, Fire Fighting Service of State Academy of Emercom of Russia, 2000; 118. (rus).Командышко В.О. Методы оценки пожарного риска // Студенческий. 2022. № 17­6 (187). С. 19–22.Komandyshko V.O. Methods of fire risk assessment. Student. 2022; 17­6(187):19­22. (rus).Недрышкин О.В., Гравит М.В. Программные комплексы моделирования опасных факторов пожара // Пожарная безопасность. 2018. № 2. С. 38–46. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=35102012Nedryshkin O.V., Gravit M.Q. Software complexes for modeling of dangerous fire factors. Pozharnaya bezopasnost/Fire safety. 2018; 2:38­46. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=35102012 (rus).Li S., Tao G., Zhang L. Fire risk assessment of high­rise buildings based on gray­FAHP mathematical model // Procedia Engineering. 2018. Vol. 211. Pp. 395–402. DOI: 10.1016/j.proeng.2017.12.028Li S., Tao G., Zhang L. Fire Risk assessment of high­rise buildings based on gray­FAHP mathematical model. Procedia Engineering. 2018; 211:395­402. DOI: 10.1016/j.proeng.2017.12.028McGrattan K., Forney G. Fire dynamics simulator. User’s Guide. National Institute of Standards and Technology Special Publication 1019. 2005. P. 90.McGrattan K., Forney G. User’s Guide. National Institute of Standards and Technology Special Publication 1019. 2005; 90.Бедрина Е.А., Рекин А.С., Храпский С.Ф. Прогнозирование динамики тепломассообменных процессов при пожарах в типовых многоэтажных жилых зданиях // Динамика систем, механизмов и машин. 2019. Т. 7. № 3. С. 10–15. DOI: 10.25206/2310­9793­7­3­10­15Bedrina E.A., Rekin A.S., Khrapsky S.F., Bokarev A.I., Denisova E.S. Heat­mass exchange processes dynamics forecasting in fires in typical multistorey apartment buildings. Dynamics of Systems, Mechanisms and Machines. 2019; 7(3):10­15. DOI: 10.25206/2310­9793­7­3­10­15 (rus).Храпский С.Ф., Бедрина Е.А. Динамика развития тепломассообменных процессов при пожарах в жилых многоквартирных зданиях и ее влияние на возможность безопасной эвакуации людей // Динамика систем, механизмов и машин. 2020. Т. 8. № 3. С. 124–131. DOI: 10.25206/2310­9793­8­3­124­131Khrapsky S.F., Bedrina E.A. Heat­mass exchange processes dynamics in fires in multi­apartment buildings and its impact on safe people evacuation probability. Dynamics of Systems, Mechanisms and Machines. 2020; 8(3):124­131. DOI: 10.25206/2310­9793­8­3­124­131 (rus).Nimlyat P.S., Audu A.U., Ola-Adisa E.O., Gwatau D. An evaluation of fire safety measures in high­rise buildings in Nigeria // Sustainable Cities and Society. 2017. Vol. 35. Pp. 774–785. DOI: 10.1016/j.scs.2017.08.035Nimlyat P.S., Audu A.U., Ola­Adisa E.O., Gwatau D. An evaluation of fire safety measures in high­rise buildings in Nigeria. Sustainable Cities and Society. 2017; 35:774­785. DOI: 10.1016/j.scs.2017.08.035Qi D., Wang L., Zhao G. Froude­Stanton modeling of heat and mass transfer in large vertical spaces of highrise buildings // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2017. Vol. 115. Pp. 706–716. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2017.08.030Qi D., Wang L., Zhao G. Froude­Stanton modeling of heat and mass transfer in large vertical spaces of highrise buildings. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2017; 115:706­716.Qi D., Wang L., Zmeureanu R. An analytical model of heat and mass transfer through non­adiabatic high­ rise shafts during fires // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2014. Vol. 72. Pp. 585–594. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2014.01.042Qi D., Wang L., Zmeureanu R. An analytical model of heat and mass transfer through non­adiabatic high­rise shafts during fires. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2014; 72:585­594. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2014.01.042Ahn C.S., Bang B.H., Kim M.W., James S.C., Yarin A.L., Yoon S.S. Theoretical, numerical, and experimental investigation of smoke dynamics in high­rise buildings // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2019. Vol. 135. Pp. 604–613.Ahn C.S., Bang B.H., Kim M.W., James S.C., Yarin A.L., Yoon S.S. Theoretical, numerical, and experimental investigation of smoke dynamics in high­rise buildings. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2019; 135:604­613.Tan S., Moinuddin K. Systematic review of human and organizational risks for probabilistic risk analysis in high­rise buildings // Reliability Engineering & System Safety. 2019. Vol. 188. Pp. 233–250. DOI: 10.1016/j.ress.2019.03.012Tan S., Moinuddin K. Systematic review of human and organizational risks for probabilistic risk analysis in high­rise buildings. Reliability Engineering & System Safety. 2019; 188:233­250. DOI: 10.1016/j.ress.2019.03.012Пузач С.В. Методы расчета тепломассообмена при пожаре в помещении и их применение при решении практических задач пожаровзрывобезопасности. М. : Академия ГПС МЧС России, 2005. 336 с.Puzach S. Methods of calculating heat and mass transfer in case of fire in the room and their application in solving practical problems of fire and explosion safety. Moscow, Fire Fighting Service of State Academy of Emercom of Russia, 2005; 336. (rus).Патанкар С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости. М., 1984.Patankar S. Numerical methods of solving problems of heat transfer and fluid dynamics. Moscow, 1984. (rus).Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М. : Наука, 1987. 840 с.Loitsyanskii L.G. Mekhanika lizhdina i gaza. Moscow, Nauka Publ., 1987; 840. (rus).Smagorinsky J. General circulation experiments with the primitive equations // Monthly Weather Review. 1963. Vol. 91. Pp. 99–164. DOI: 10.1175/1520­0493(1963)091<0099:GCEWT­P>2.3.CO;2Smagorinsky J. General circulation experiments with the primitive equations. Monthly Weather Review. 1963; 91:99­164 DOI: 10.1175/1520­0493(1963)091<0099:GCEWTP>2.3.CO;2Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. М. : Атомиздат, 1979. 416 с.Kutateladze S.S. Fundamentals of the theory of heat transfer. Moscow, Avtomirizdat Publ., 1979; 416. (rus).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.