ПЛАМЕВЗРЫВОЗАЩИТНАЯ КОНСТРУКЦИЯ ОГРАЖДЕНИЯ ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ ОПАСНЫХ ФАКТОРОВ ПОЖАРА
FLAME-EXPLOSION-PROOF STRUCTURE OF GUARD AGAINST ACTION OF DANGEROUS FIRE FACTORS

Изобретение относится к строительству, в частности к возведению ограждений на объектах повышенной взрывопожароопасности, в том числе находящихся в местах массового скопления людей и плотной городской застройки, и может быть использовано на автозаправочных станциях различного назначения и объектах хранения углеводородного топлива.
Известна противопожарная стена (патент РФ №2260658 класс Е04В 1/94 от 20.04.2004) выполненная в виде конструкции, включающей в себя железобетонные колонны, трехслойные панели с сердечником из негорючей минеральной ваты, прикрепленные к колонам внахлест при помощи крепежных элементов.
Недостатком данного изобретения является не высокая надежность противопожарной стены от осколочного воздействия и воздействия волн избыточного давления при взрыве. Вертикальное исполнение конструкции противопожарной стены создает эффект отражения поражающего действия от опасных факторов пожара и будет повышать риск гибели людей и разрушения объектов, находящихся с внутренней стороны конструкции. Конструкция противопожарной стены не соответствует требованиям пожарной безопасности, предъявляемым к автозаправочным станциям и объектам хранения углеводородного топлива, в частности не обеспечивает продуваемость территории.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для защиты конструкции от ударной волны (Патент РФ №2326342 класс F42D 5/045, Е04Н 9/00 от 11.07.2006), которое состоит из защитного экрана, выполненного в виде пластины, имеющей несферическую кривизну, например цилиндрическую, и криволинейную поверхность, например волнообразную. Пластина установлена внутренней стороной кривизны навстречу ударной волне и размещена между фундаментом и неподвижно установленной на фундаменте опорной стены. Внешняя сторона пластины, обращенная к стене, закреплена к ней рядом пружин сжатия, а внешняя сторона пластины, обращенная к фундаменту, свободно опирается на подвижную опору, например трубу, размещенную на фундаменте. Устройство позволяет осуществить защиту от разрушительного действия ударной волны.
К недостаткам данного изобретения следует отнести слабое рассеивание и отражение внутрь ограждения части теплового излучения при реализации различных видов пожара из-за отсутствия огнепрегражающих элементов на ее поверхности. При направленном воздействии факельного горения конструкция не предусматривает рассеивания и поглощения части теплового воздействия, особенно быстро пострадают пружины сжатия, что приведет к потере несущей способности. Устройство не соответствует требованиям пожарной безопасности, предъявляемым к автозаправочным станциям и объектам хранения углеводородного топлива, и не обеспечивает продуваемость территории.
В известном устройстве для защиты конструкции от ударной волны защитный экран не позволяет обеспечить гашение пламени, попадающего на устройство, и интенсивный теплообмен между горящим парогазовоздушным потоком и внутренней конструкцией экрана. В результате температура горящего парогазовоздушного потока смеси уменьшаться не будет, а отраженная от защитного экрана часть теплового излучения будет оказывать разрушающее влияние на объекты и на жизнь и здоровье людей, находящихся с внутренней стороны конструкции.
Технической задачей заявляемого изобретения является повышение надежности защиты населения и инфраструктуры от воздействия опасных факторов пожара на объектах хранения углеводородного топлива, способного противостоять как взрыву, заключающегося в распространении ударной волны разрушительного действия и высокоэнергетических осколков, так и температурному воздействию различных видов пожара углеводородного топлива: факельному горению, пожару-пролива, огненному шару; обеспечение соответствия требованиям пожарной безопасности, предъявляемым к автозаправочным станциям и резервуарам хранения углеводородного топлива, в части конструкции ограждения.
Поставленная техническая задача изобретения достигается тем, что пламевзрывозащитная конструкции ограждения от воздействия опасных факторов пожара включает фундамент; железобетонные или металлические опоры, выдерживающие нагрузки возможной максимальной проектной аварии; защитный экран цилиндрической кривизны, обращенный внутренней стороной навстречу ударной волне и жестко прикрепленный к железобетонным или металлическим опорам внешней стороной, согласно изобретению защитный экран пламевзрывозащитной конструкции выполнен из набора металлических просечно-вытяжных листов, положенных друг на друга со смещением в шахматном порядке, обеспечивающим образование хаотичных каналов в экране эквивалентным диаметром сечения 2...8 мм, при этом перфорация листов имеет чешуйчатую структуру, прорези которых обращены навстречу движению ударной волны или теплового потока.
Технический результат заключается в поглощении и рассевании части энергии ударной волны или теплового потока защитным экраном, обеспечивающих защиту людей и объектов инфраструктуры с внешней стороны конструкции и снижение воздействия опасных факторов пожара с внутренней стороны конструкции. Пламевзрывозащитная конструкция ограждения, выполненная из перфорированных негорючих материалов обеспечивает продуваемость территории, что соответствует требованиям пожарной безопасности, предъявляемым к автозаправочным станциям и объектам хранения углеводородного топлива.
Схематичное изображение пламевзрывозащитной конструкция ограждения от воздействия опасных факторов пожара приведено на фиг. 1 и на фиг. 2 - увеличенное изображение Б на фиг. 1.
Пламевзрывозащитная конструкция ограждения от воздействия опасных факторов пожара состоит из защитного экрана 1, имеющего цилиндрическую кривизну. Экран 1 выполнен из набора металлических просечно-вытяжных листов толщиной b (фиг. 2), положенных друг на друга со смещением в шахматном порядке, обеспечивающим образование хаотичных щелей в экране эквивалентным диаметром сечения 2…8 мм, при этом перфорация листов имеет чешуйчатую структуру, прорези которых обращены навстречу движению ударной волны или теплового потока (фиг. 1, вид А). Экран 1 жестко прикреплен к железобетонным или металлическим опорам 2, установленным на фундаменте 3. Конструкция железобетонных или металлических опор 2 и фундамента 3 должна выдерживать нагрузки возможной максимальной проектной аварии.
Экран 1 обращен внутренней стороной навстречу ударной волне или тепловому потоку, таким образом, что угол наклона нижней части экрана близок к горизонту, обеспечивая равномерный подход волны давления, высокоэнергетических осколков или теплового потока к конструкции и далее экран искривляется к верхней части под прямым углом к горизонту, обеспечивая рассеивание волн давления, высокоэнергетических осколков или теплового потока в атмосфере, а также частичное поглощение их энергии внутрь защитного экрана.
Конструкция работает следующим образом.
При взрыве парогазовоздушного облака волна давления, соприкасаясь с защитным экраном 1, частично проникает внутрь конструкции за счет встречного направления прорезей в металлических просечно-вытяжных листах, как показано на фиг. 1. Хаотично расположенные каналы, образуемые набором положенных друг на друга просечно-вытяжных листов, способствуют дроблению и гашению значительной части энергии воздушной волны, преобразуя ее в плавный газодинамический поток с внешней стороны конструкции, не представляющий опасности для защищаемых объектов, жизни и здоровья людей. Часть воздушной волны, не проникшей внутрь защитного экрана, проходит по его внутренней стороне и под прямым углом к горизонту рассеивается в атмосфере.
При возникновении факельного горения и пожара-пролива, усугубляемого порывами ветра, пламевзрывозащитная конструкция ограждения от воздействия опасных факторов пожара будет работать в режиме огнепрегра-дителя. Часть теплового потока, направленного в сторону ограждения, будет поглощаться внутрь защитного экрана 1 за счет встречного направления прорезей в металлических просечно-вытяжных листах, как показано на фиг. 2. Пламя, проходя через каналы малой площади поперечного сечения, образуемые набором положенных друг на друга просечно-вытяжных листов, будет дробиться на мелкие части. Происходит интенсивный теплообмен между па-рогазовоздушным потоком и стенками узких каналов. Благодаря этому, температура парогазовоздушного потока резко снижается и обеспечивается гашение пламени до его достижения внешней поверхности защитного экрана. Во время детонационного горения узкие каналы защитного экрана 1 дробят фронт ударной волны. Та часть теплового потока, которая не проникла внутрь защитного экрана 1, проходит по его внутренней стороне и под прямым углом к горизонту рассеивается в атмосфере.
При воздействии высокоэнергетических осколков, образуемых при взрыве оборудования, на пламевзрывозащитную конструкция ограждения от воздействия опасных факторов пожара, защитный экран 1 будет выполнять демпфирующую функцию. При подходе высокоэнергетических осколков к внутренней поверхности защитного экрана под углом, близким к прямому углу, металлические просечно-вытяжные листы будут вминаться друг в друга за счет свободного пространства существующих в них каналов, поглощая значительную часть кинетической энергии осколков, исключая их отскок от ограждения в обратную сторону. При подходе высокоэнергетических осколков к внутренней поверхности защитного экрана по касательной, они будут проходить по его внутренней стороне, теряя свою разрушительную силу за счет повышенного трения о волокна проката просечно-вытяжных листов, обращенных навстречу движению осколков.
В соответствии с действующими рекомендациями [ГОСТ Р 12.3.047-2012 Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля] критический диаметр пламегасящих элементов, например, для пропана может быть выбран 2,6 мм, тогда рекомендуемая длина канала должна составлять не менее 260 мм. Таких значений при реализации конструкции пламевзрывозащитного ограждения от воздействия опасных факторов пожара можно достичь, используя просечно-вытяжные листы, например, маркировки
в соответствии с ТУ 36.26.11-5-89 «Листы стальные просечно-вытяжные. Технические условия», положенные друг на друга со смещением в шахматном порядке, обеспечивая образование хаотичных каналов эквивалентным диаметром 2,6 мм ± 1 мм, в количестве 16 штук, образуя защитный экран толщиной 267 мм.
3
Прочность железобетонных или металлических опор и фундамента может быть рассчитана по значению избыточного давления взрыва из условий максимальной проектной аварии. Например, при утечке сжиженного углеводородного газа из резервуара хранения объемом 20 м, опоры, установленные на фундаменте пламевзрывозащитной конструкция ограждения от воздействия опасных факторов пожара, находящейся на расстоянии 20 м от эпицентра взрыва, должны выдерживать избыточное давление взрыва газовоздушной смеси в размере 83,4 кПа [Определение величин пожарного риска на производственных объектах хранения сжиженного углеводородного газа [Текст]: учебное пособие / Шевцов С.А., Каргашилов Д.В., Вогман Л.П.. - Воронеж: Издательско-полиграфический центр «Научная книга», 2018. - 89 c.].
Воздушные каналы в защитном экране, образованные путем наложения друг на друга со смещением в шахматном порядке просечно-вытяжных листов, будут обеспечивать продуваемость территории, находящейся внутри ограждения, исключая непредсказуемое образование взрывопожароопасных парогазовоздушных скоплений, что удовлетворяет требованиям пожарной безопасности, предъявляемым к автозаправочным станциям и объектам хранения углеводородного топлива.
Таким образом, предлагаемая пламевзрывозащитная конструкция ограждения от воздействия опасных факторов пожара обеспечивает эффективную защиту людей и объектов инфраструктуры с внешней стороны защитного экрана и снижает их воздействие с внутренней стороны защитного экрана, исключая отражающий эффект. Конструкция позволяет:
- противостоять распространению волны давления от взрывапарогазового облака путем дробления и гашения одной ее части, превращая в плавный газодинамический поток, и рассеивания другой части в открытое пространство;
- осуществлять гашения направленного пламени при реализации различных видом пожаров с перенаправлением части теплового потока в открытое пространство;
- выполнять демпфирующую функцию при воздействии высокоэнергетических осколков, образуемых при взрыве оборудования, поглощая их кинетическую энергию внутрь конструкции за счет смятия защитного экрана или направляя траекторию их движения в открытое пространство;
- соответствовать требованиям пожарной безопасности, предъявляемым к ограждениям АЗС и объектам хранения углеводородного топлива, обеспечивая продуваемость их территорий за счет наличия воздушных каналов в защитном экране.