Особенности разрушаемых элементов предохранительных конструкций, используемых для минимизации последствий взрывных аварий в помещениях

Введение. Актуальность настоящей публикации обусловлена тем, что при разработке конструктивных решений предохранительных запорных устройств (ПЗУ) проектировщики часто используют элементы и материалы, которые принципиально не применимы для этих целей. Проанализированы особенности предохранительных конструкций (ПК) и легкосбрасываемых конструкций (ЛСК), используемых в зданиях и помещениях, где возможен внутренний аварийный взрыв. Приведены результаты экспериментальных исследований по тестированию работоспособности реальных конструкций.

Цель. Определение возможности применения ПК и ЛСК на взрывоопасных объектах, а также ограничений на их крепежные элементы и используемые материалы.

Материалы и методы. Исследования ЛСК, фиксируемых ПЗУ, проводились путем их испытаний на воздействие внутреннего аварийного взрыва и на сопротивление механической и ветровой нагрузкам (по ГОСТ 26602.5). Взрывные испытания проводились в кубической камере с использованием пропановоздушной смеси стехио­метрического состава. Взрывное давление фиксировалось датчиками избыточного давления. Видеосъемка процесса взрыва производилась скоростными камерами.

Результаты. Проанализированы особенности предохранительных конструкций, используемых для снижения давления, возникающего при внутренних аварийных взрывах. По результатам испытаний построены и проанализированы осциллограммы взрывного давления. Показано, что использование при тестировании ПК на работоспособность статических (ветровых или механических) нагрузок взамен взрывных может приводить к существенному искажению результатов тестирования. Экспериментально установлено, что тестирование образцов предохранительных конструкций на их работоспособность следует проводить только путем моделирования взрывной нагрузки.

Выводы. Замена при испытании ПК взрывных нагрузок на статические может привести к их несрабатыванию при аварийном взрыве в реальных условиях, что может повлечь за собой обрушение строительных конструкций и человеческие жертвы. Таким образом, тестирование образцов предохранительных конструкций на их работоспособность следует проводить только путем моделирования взрывной нагрузки.

1. Пилюгин Л.П. Конструкции сооружений взрывоопасных производств. М. : Стройиздат, 1988. 314 с.

2. Комаров А.А. Прогнозирование нагрузок от аварийных дефлаграционных взрывов и оценка последствий их воздействия на здания и сооружения : дис. … д-ра техн. наук. М. : МГСУ, 2001. 460 с.

3. Bradly D. Evolution of flame propagation in large diameter explosions // Proceedings of 2nd International Seminar on Fire-and-Explosion Hazard of Substances and Venting Deflagrations / Molkov V.V. (ed.). M. : All-Russian Research Institute for Fire Protection, 1997. Pp. 51–59.

4. Solberg D.M. Observations of flame instabilities in large scale vented gas explosions // 18th Symposium (International) the combustion institute. 1980. Pp. 1607–1614.

5. Molkov V.V., Grigorash A.V., Eber R.M. Vented gaseous deflagrations: Modelling of springloaded inertial vent covers // Fire Safety Journal. 2005. Vol. 40. Issue 4. Pp. 307–319. DOI: 10.1016/j.firesaf.2005.01.004

6. Chen D., Wu C., Li J., Liao K. A numerical study of gas explosion with progressive venting in a utility tunnel // Process Safety and Environmental Protection. 2022. Vol. 162. Pp. 1124–1138. DOI: 10.1016/j.psep.2022.05.009

7. Chmielewski R., Bąk A. Analysis of the safety of residential buildings under gas explosion loads // Journal of Building Engineering. 2021. Vol. 43. P. 102815. DOI: 10.1016/j.jobe.2021.102815

8. Zhan Li, Li Chen, Qin Fang, Wensu Chen, Hong Hao, Rong Zhu, Kang Zheng. Experimental and numerical study on CFRP strip strengthened clay brick masonry walls subjected to vented gas explosions // International Journal of Impact Engineering. 2019. Vol. 129. Pр. 66–79. DOI: 10.1016/j.ijimpeng.2019.02.013

9. Chengjun Yue, Li Chen, Zhan Li, Yuanchao Mao, Xiaohu Yao. Experimental study on gas explosions of methane-air mixtures in a full-scale residence building // Fuel. 2023. Vol. 353. P. 129166. DOI: 10.1016/j.fuel.2023.129166

10. Jialin Li, Xuebiao Wang, Jin Guo, Jiaqing Zhang, Su Zhang. Effect of concentration and ignition position on vented methane-air explosions // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2020. Vol. 68. P. 104334. DOI: 10.1016/j.jlp.2020.104334

11. Комаров А.А., Корольченко Д.А., Громов Н.В. Экспериментальное определение эффективности остек­ления при аварийных взрывах внутри зданий // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2022. № 31 (6). С. 78–90. DOI: 10.22227/0869-7493.2022.31.06.78-90

12. Максакова А.В. Исследование нормативной документации на тему легкосбрасываемой конструкции и предложение по его изменению // Молодежные инновации : сб. мат. сем. молодых ученых в рамках XXIII Междунар. научн. конф. М., 2020. С. 144–147.

13. Gorev V.A. Scale model operation of formation of pressure at internal explosion // Journal of Physics: Conference Series. 2020. Vol. 1425. P. 012177. DOI: 10.1088/1742-6596/1425/1/012177

14. Пилюгин Л.П. Обеспечение взрывоустойчивости зданий с помощью предохранительных конструкций. М. : Пожнаука, 2000. 224 с.

15. Шлег А.М. Определение параметров легкосбрасываемых конструкций : дис. … канд. техн. наук. М. : МГСУ, 2002. 201 с.

16. Поландов Ю.Х., Корольченко Д.А., Евич А.А. Условия возникновения пожара в помещении при газовом взрыве. Экспериментальные данные // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2020. Т. 29. № 1. С. 9–21. DOI: 10.18322/PVB.2020.29.01.9-21

17. Корольченко О.Н., Корольченко А.Д. Определение давления вскрытия легкосбрасываемых конструкций с учетом ветровых нагрузок // Вестник МГСУ. 2022. Т. 17. Вып. 7. С. 914–921. DOI: 10.22227/1997-0935.2022.7.914-921

18. Стрельчук Н.А., Орлов Г.Г. Определение площади вышибных конструкций в зданиях взрывоопасных производств // Промышленное строительство. 1969. № 6. С. 19–22.

19. Korоlchenko D., Polandov Iu.K., Evich A. On ignition of combustible material in a gas explosion in the premise // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 869. P. 052056. DOI: 10.1088/1757-899X/869/5/052056

20. Korоlchenko D., Polandov Iu.K., Evich A. Dynamic effects at internal deflagration explosions // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 603. Р. 052008. DOI: 10.1088/1757-899X/603/5/052008

21. Комаров А.А., Корольченко Д.А., Фан Т.А. Особенности определения коэффициента динамичности при импульсных нагрузках // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2018. № 27 (2–3). С. 37–43. DOI: 10.18322/PVB.2018.27.02-03.37-43

22. Polandov Iu., Korolchenko D. The consideration of the turbulence influence on the gas explosion expansion in non-closed areas // MATEC Web of Conferences. 2017. Vol. 106. Art. 01040. DOI: 10.1051/matecconf/201710601040

23. Громов Н.В. Совершенствование технической системы обеспечения взрывоустойчивости зданий при взрывах газопаровоздушных смесей : дис. … канд. техн. наук. М. : МГСУ, 2007. 134 с.