Расчет пределов огнестойкости строительных конструкций здания теплоэлектростанции

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:

• провести анализ основных положений нормативно-технической документации в части требований пожар- ной безопасности к строительным конструкциям теплоэлектростанций;
• обосновать основные положения для метода расчета тепломассообмена, учитывающего реальные условия пожара;
• обосновать необходимость повышения фактических пределов огнестойкости с помощью огнезащитных средств с учетом наиболее опасного сценария развития реального пожара.

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. 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.

1. Пузач 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: 10.22227/0869­7493.2021.30.06.61­72

2. 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=44358546

3. 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=34903361

4. 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=47349448

5. 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.2016.25.08.42­48

6. 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/s11223­010­9196­2

7. Шебеко 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.2019.28.06.29­34

8. 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: 10.17586/1606­4313­2021­20­2­88­97

9. 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/s10694­017­0660­4

10. Салумяги И.В., Асламова В.С. Методы оценки пожарного риска // Транспортная инфраструктура Сибирского региона. 2017. Т. 1. С. 312–317.

11. Кошмаров Ю.А. Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении : учеб. пособие. М. : Академия ГПС МВД России, 2000. 118 с.

12. Командышко В.О. Методы оценки пожарного риска // Студенческий. 2022. № 17­6 (187). С. 19–22.

13. 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=35102012

14. 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.2017.12.028

15. McGrattan K., Forney G. Fire dynamics simulator. User’s Guide. National Institute of Standards and Technology Special Publication 1019. 2005. P. 90.

16. 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: 10.25206/2310­9793­7­3­10­15

17. 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: 10.25206/2310­9793­8­3­124­131

18. 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.2017.08.035

19. Qi 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.2017.08.030

20. 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.2014.01.042

21. 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. Vol. 135. Pp. 604–613.

22. 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.2019.03.012

23. Пузач 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.

24. Патанкар С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости. М., 1984.

25. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М. : Наука, 1987. 840 с.

26. 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;2

27. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. М. : Атомиздат, 1979. 416 с.