CC BY
48УДК 614.838.1 DOI 10.25257/FE.2021.3.69-74
ТИМОХИН Василий Вячеславович Академия ГПС МЧС России, Москва, Россия E-mail\ timokhin.vv@mail.ru
КОМАРОВ Александр Андреевич Доктор технических наук, профессор Академия ГПС МЧС России, Москва, Россия E-mail\ komarovaa@mgsu.ru
ГРОХОТОВ Михаил Андреевич Кандидат технических наук Академия ГПС МЧС России, Москва, Россия E-mail, migrokhotov@yandex.ru
БЕГИШЕВ Ильдар Рафатович
Доктор технических наук, профессор Академия ГПС МЧС России, Москва, Россия E-mail, begishevir@maii.ru
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТИ ЖИЛЫХДОМОВ
В статье описаны конструктивные и технические решения по предупреждению и снижению последствий взрывов бытового газа в жилых многоквартирных домах, оборудованных стационарной системой газоснабжения. Проанализированы их достоинства и недостатки, сделан вывод о необходимости дальнейшего развития методов, позволяющих предотвратить разрушение жилых домов при аварийном взрыве бытового газа.
Ключевые слова: взрыв, авария, бытовой газ, утечка, дефлаграционный взрыв, система вентиляции.
Природный газ, основным компонентом которого является метан, широко используется в жилых домах для отопления и приготовления пищи. По статистике АО «Мосгаз», только в Москве газифицировано 25 261 жилое строение [1].
Чрезвычайные ситуации, связанные со взрывами бытового газа в жилом секторе, явление не редкое. Опишем несколько случаев, произошедших за последнее время. В г. Магнитогорске Челябинской области 31 декабря 2018 г. в 6 часов утра произошёл взрыв в жилом многоквартирном доме. Панельное здание имело десять этажей и 12 подъездов, один из которых обрушился в результате взрыва (рис. 1). 35 квартир подъезда были разрушены полностью, ещё 10 - частично. Погибли 39 человек [2].
19 марта 2021 г. на восьмом этаже многоквартирного жилого дома в г. Химки Московской области произошёл взрыв метана. Обрушились межэтажные перекрытия, были частично повреждены балконы
Рисунок!. Последствия аварийного взрыва в г. Магнитогорск Figure 1. Consequences ofan emergency explosion in Magnitogorsk
и разрушены оконные остекления (рис. 2). Погибли 4 человека.
Согласно данным ВНИИПО МЧС России, за последние четыре года наблюдается рост числа подобных взрывов и количества погибших вследствие этого людей [3]. В частности, за период с 2017 по 2020 гг. произошло 37 взрывов бытового газа в многоквартирных жилых домах, ставших причиной гибели 61 человека (см. табл.).
Таким образом, актуальность проблемы, связанной с взрывами бытового газа в жилых домах, обусловлена значительным числом человеческих жертв и большим материальным ущербом. Подтверждением этому также служит анализ статистики взрывов газифицированных зданий в России, проведённый В. П. Назаровым [4].
Решение проблемы взрывобезопасности газифицированных жилых многоквартирных домов можно условно разделить на две составляющие -
Рисунок2. Последствия аварийного взрыва в г. Химки Figure 2. Consequences ofan emergency explosion in Khimki
© Тимохин В. В., Комаров А. А., Грохотов М. А., Бегишев И. Р., 2021
69
Количество взрывов и погибших вследствие
них людей в жилых многоквартирных газифицированных домах в 2017-2020 гг.
The number ofexplosions and fatalities in residential multi-apartmentgasified houses in 2017-2020
Год Количество взрывов Количество погибших, чел.
2017 6 1
2018 6 48
2019 10 3
2020 15 9
предотвращение взрыва и снижение последствий от него в случае, если он всё же произошёл.
Для обобщения комплекса мероприятий, призванных максимально снизить последствия взрыва бытового газа, введён термин взрывобезопасностъ, обозначающий состояние, при котором исключается возможность взрыва или, в случае его возникновения, предотвращается его воздействие на людей (в соответствии с ГОСТ 12.1.010-76 «Взрывобезопасность. Общие требования».
Обеспечить взрывобезопасность рассматриваемых объектов призваны различные технические устройства - датчики обнаружения газа, система вентиляции, предохранительные конструкции (ПК) [5].
Проанализируем достоинства и недостатки некоторых из них. Датчик утечки газа - техническое устройство, основная задача которого заключается в обнаружении утечки бытового газа и последующем оповещении об этом. В условиях планировки квартиры многоквартирного дома данный прибор устанавливается вблизи кухонной плиты или газового котла. При обнаружении утечки датчик издаёт звуковой и световой сигналы.
Главным недостатком данного устройства является невозможность выполнения заданных функций в случае отсутствия в доме людей - человек не получает оповещающий сигнал об обнаруженной утечке, а к моменту возвращения в помещении уже может образоваться взрывоопасная смесь с созданием угрозы взрыва.
Позволить предотвратить взрыв может также система вентиляции [6, 7]. В нормативных документах содержатся требования, говорящие об обязательности устройства данной системы в кухонных помещениях многоквартирных домов. При утечке бытовой газ выводится через вентиляционный канал на улицу, что предотвращает образование взрывоопасных концентраций в помещении. Однако зачастую жильцы пренебрегают требованиями безопасности и при ремонте закрывают вентиляционные отверстия, демонтируют короба вентиляционной системы, что становится причиной взрыва.
Несмотря на множество положительных сторон, рассмотренные способы не обеспечивают долж-
ный уровень взрывобезопасности, в связи с чем авторы видят целесообразным внедрение мероприятий, направленных на снижение последствий в случае взрыва газа. Одним из подобных решений является использование оконного проёма в качестве предохра-нителъной конструкции (ПК) [8].
При вскрытии оконных проёмов энергия деф-лаграционного взрыва выходит в атмосферу так, что внутри помещений давление не превышает безопасного уровня. Данный способ защиты широко применяется при строительстве взрывоопасных объектов, но недостаточно полно изучен применительно к жилым зданиям. Поэтому и требования к ограждающим конструкциям в жилых зданиях не подлежат нормированию в качестве легкосбрасываемых конструкций, тогда как параметры конструкций, в частности остекления, существенно влияют на его сбросные свойства и могут позволить остеклению быть защитным механизмом при взрыве внутри помещений [9, 10].
Наиболее распространёнными типами ПК являются стёкла глухого остекления, вращающиеся предохранительные конструкции с остеклением, распашные предохранительные конструкции, стеновые панели.
Основным недостатком, который не позволяет рассматривать в качестве предохранительной конструкции стёкла глухого остекления, является ограничение по толщине стекла (4 мм) [10]. Кроме того, отрицательной стороной применения данной ПК является малая теплоизолирующая способность и высокая опасность поражения осколками стёкол людей вблизи здания в случае взрыва. Экспериментальные величины избыточного давления при различных вариантах заполнения проёмов получены, в частности, профессором Г. Г. Орловым [11]. В его работах указывается, что параметры остекления (толщина, площадь, соотношение сторон относительно друг друга) и устройства крепления остекления существенно влияют на величину избыточного давления при взрыве. Об этом говорят и результаты исследований, проведенных Н. В. Громовым. Отмечается, что величина максимального давления в зданиях с глухим остеклением обусловлена давлением в начальные моменты разрушения остекления, которое зависит от размеров единичной ячейки стекла и его толщины [10]. Так, величина избыточного давления, при котором происходит разрушение остекления, может варьироваться от 1,2 до 66 кПа. Разрушение стекла происходит до подхода фронта пламени непосредственно к поверхности остекления. Орлов Г. Г. отмечает, что для правильного выбора вариантов остекления необходимо условие, при котором нагрузки, разрушающие стекла, не превышают нагрузки, критичные для строительных конструкций.
К примеру, для кухонного помещения с типовыми размерами 3x3x2,5 м при полном заполнении всего объёма стехиометрической смесью газа с воздухом и воспламенении данной смеси величина давления может составить около 900 кПа.
В случае же с установленным на кухне окном с обычной деревянной рамой с крупными переплётами и стёклами толщиной 2 мм, которые разрушатся уже при избыточном давлении 5 кПа, горение газа и истечение продуктов сгорания будут компенсировать друг друга, давление на кухне не поднимется выше 5 кПа, следовательно, здание не получит никаких разрушений [12].
Стоит отметить, что современные стекло-пакеты, обладающие высокими показателями сохранения тепла внутри помещения, шумоизоляции и значительной ударопрочностью, с толщиной остекления в 3-4 мм, уже не выполняют роль предохранительной конструкции здания. Данный недостаток современных стеклопакетов возможно устранить путём модификации оконных рам с помощью специальных деталей или ослабленных крепёжных элементов, которые при возникновении избыточного давления обеспечивали бы своевременное вскрытие конструкции.
Примером могут служить предохранительные конструкции на шарнирах, в которых реализован поворот данных конструкций при воздействии избыточного давления. При прямолинейном поступательном движении образование расчётного отверстия в наружном ограждении, равного площади проёма, происходит при удалении предохранительной конструкции от ограждающих конструкций (рис. 3) [13].
Ещё одним типом ПК является распашная предохранительная конструкция. При заданном избыточном давлении, воздействующем на рабочую створку, срабатывают запорные устройства, освобождающие поворотную створку рамы (рис. 4). В качестве запорного устройства используются защёлки, усилие вскрытия которых задаётся изначально [13].
а(а)
6(b)
РисунокЗ. Вращающиеся предохранительные конструкции с вертикальным (а) и горизонтальным (б) шарнирами:
1 - ограждение здания; 2 - проём в ограждении; 3 - ПК; 4 - шарнир Figure 3. Rotating safety structures with vertical (a) and horizontal (b) hinges: 1 - buildingfence; 2 - opening in the fence; 3 - safetystructure; 4 - hinge
Рисунок4. Предохранительная конструкция распашного типа: 1 - ограждение здания; 2 - основная створка; 3 - рабочая створка; 4 - запорные устройства; 5 - рама Figure 4. Safetydesign ofthe swingtype: 1 - the fence ofthe building; 2 - the main sash; 3 - the working sash; 4 - locking devices; 5 - the frame
Подобный вариант конструкции оконного проёма с запорными устройствами позволяет добиться наиболее оптимального значения между шумоизоляцией и инертностью предохранительной конструкции.
К достоинствам описанных технических решений можно отнести относительную простоту и невысокую стоимость установки, а к недостаткам, в свою очередь, нарушение теплового баланса в помещении (особенности оконных конструкций не позволяют обеспечить требуемую герметичность между соединенными элементами), а также более высокий уровень шума внутри помещения по сравнению с обычными пластиковыми окнами.
Помимо вышеназванных существует ряд других конструкций, которые доказали свою эффективность, но все они так или иначе являются дорогостоящими технологиями, которые среднестатистический потребитель не сможет себе позволить. В частности, А. С. Харламенков говорит о газовых плитах с функцией газ-контроль [5].
В рамках данной статьи проанализированы технические решения, позволяющие предотвратить взрыв или снизить последствия от него. Проведённое исследование приводит к выводу о необходимости дальнейшей работы по изучению параметров внутренних аварийных взрывов бытового газа в жилых домах при различных сценариях протекания аварии с целью разработки оптимальных решений, позволяющих минимизировать последствия взрыва.
з
2
1
5
ЛИТЕРАТУРА
1. Годовой отчет акционерного общества «МОСГАЗ» за 2020 год // [Электронный ресурс] // АО «Мосгаз»: сайт. Режим доступа: https://www.mos-gaz.ru/upload/dynamic/2021 -07/29/М0ЭСА2_ otchet_2020_int-007fe5c2.pdf (дата обращения 25.08.2021).
2. Глава МЧС России Евгений Зиничев провёл утреннее заседание Правительственной комиссии по ситуации в Магнитогорске [Электронный ресурс] // МЧС России: сайт. Режим доступа: https:// www.mchs.gov.ru/deyatelnost/press-centr/novosti/1418073/ (дата обращения 25.08.2021).
3. Пожары и пожарная безопасность в 2020 году: Статистический сборник / П. В. Полехин, М. А. Чебуханов, А. А. Козлов, А. Г. Фирсов, В. И. Сибирко, В. С. Гончаренко, Т. А. Че-четина. Под общ. ред. Д. М. Гордиенко. М.: ВНИИПО МЧС России, 2021. 112 с.
4. Назаров В. П., Ашихмин А. В., Коротовских Я. В. Анализ статистики пожаров и взрывов газифицированных зданий в России [Электронный ресурс] // Технологии техносферной безопасности. 2017. Вып. 1(71). С. 70-74. Режим доступа: https://elibrary.ru/item. asp?id=29871079 (дата обращения 25.08.2021).
5. Харламенков А. С. Пути решения проблемы взрывов бытового газа в жилых домах // Пожаровзрывобезопасность. Т. 29, 2020. № 4. С. 70-74.
6. Комаров А. А. Разрушения зданий при аварийных взрывах бытового газа // Пожаровзрывобезопасность. 2004. Т. 13, № 5. С. 15-23.
7. Вишняков А. В., Мураев Н. П., Шишкин П. Л. Чрезвычайные ситуации техногенного характера, возникающие при взрывах бытового газа в многоквартирных жилых домах: причины возникновения, статистика, меры профилактики и перспективы решения проблемы // Техносферная безопасность. 2019. № 1(22). С. 141-150.
8. Романова И. П., Сабенина С. В., Суворова А. А. Легкосбра-сываемые оконные конструкции со стеклопакетами для газифицированных зданий // Территория науки. 2016. № 5. С. 45-48.
9. Белов А. В., Кривошеева Л. О. К вопросу о проблеме пластиковых окон в газифицированных жилых домах // Дальний Восток: проблемы развития архитектурно-строительного комплекса. 2016. № 1. С. 360-362.
10. Громов Н. В. Совершенствование технической системы обеспечения взрывоустойчивости зданий различного типа при взрывах газопаровоздушных смесей: автореф. дис. ... канд. техн. наук. М.: Московский государственный строительный университет, 2007. 25 с.
11. Орлов Г. Г. Легкосбрасываемые конструкции для взрыво-защиты промышленных зданий. М.: Стройиздат, 1987. 200 а
12. Гимранов Ф. М. Оценка последствий взрыва бытового газа // Вестник Казанского технологического университета. 2010. № 5. С. 150-151.
13. Седнев В. А. Методики расчёта технических решений по повышению взрывоустойчивости зданий // Техносферная безопасность. 2017. № 4(17). С. 62-69.
Материал поступил в редакцию 2 июня 2021 года.
Vasily TIMOKHIN
State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia E-mail, timokhin.vv@mail.ru
Aleksander KOMAROV
Grand Doctor in Engineering, Professor
State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia
E-mail, komarovaa@mgsu.ru
Mikhail GROKHOTOV PhD in Engineering
State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia E-maii\ migrokhotov@yandex.ru
Ildar BEGYSHEV
Grand Doctor in Engineering, Professor
State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia
E-maii\ begishevir@maii.ru
ENSURING EXPLOSION SAFETY OF RESIDENTIAL BUILDINGS
ABSTRACT
Purpose. The article describes constructive and technical solutions for preventing and reducing the consequences of household gas explosions in residential multi-apartment buildings equipped with a fixed gas supply system.
Methods. The statistical data on household gas explosions in residential gasified multi-apartment buildings on the territory of Russia have been analyzed. The comparison of existing technical solutions and measures aimed at preventing an emergency explosion and reducing the explosion consequences (gas leak sensor, ventilation system, safety structures of the hinged and swing type) has been carried out.
Findings. The data showing the timeliness of this problem due to the significant number of fatalities and large property damage have been obtained. In particular, during the period from 2017 to 2020, 37 explosions of household gas occurred in residential multi-apartment buildings, causing death of 61 people.
Despite many positive aspects, the methods being currently used do not provide an adequate level of explosion safety, and therefore the authors see it appropriate to introduce measures aimed at reducing consequences in the event of gas explosion. One of such solutions is the use of a window opening as a safety structure. The main disadvantage, which does not allow us to consider blind glazing as a safety design, is the restriction on the glass thickness (4 mm).
In addition, the drawback of using the given construction is low thermal insulation ability and high risk of causing damage to people near the building by glass fragments in the event of an explosion. This disadvantage of modern double-glazed windows can be eliminated by modifying the window frames with the help of special parts or weakened fasteners, which, if excessive pressure occurs, would ensure timely opening of the structure. An example includes safety structures on hinges, which have the ability to rotate these structures when exposed to excessive pressure. Another type of a safety construction is a swing safety design. At a given excess pressure on the working sash, the locking devices, which release the frame rotary sash, are triggered.
Research application field. The results of the study can be used in the working out new technical solutions designed to prevent an emergency explosion and reduce the consequences of a potential explosion.
Conclusions. The conducted research leads to the conclusion that further work is necessary to study the parameters of internal emergency explosions of household gas in residential buildings under various accident scenarios in order to develop optimal solutions to minimize the consequences of an explosion.
Key words: explosion, accident, household gas, leakage, deflagration explosion, ventilation system.
REFERENCES
1. Annual report of the joint-stock company "MOSGAZ" for 2020. Available at: https://www.mos-gaz.ru/upload/dynamic/2021-07/29/ MOSGAZ_otchet_2020_int-007fe5c2.pdf (accessed August 25, 2021) (in Russ.).
2. The head of the Ministry of Emergency Situations of Russia Yevgeny Zinichev held a morning meeting of the Government Commission on the situation in Magnitogorsk. Available at: https:// www.mchs.gov.ru/deyatelnost/press-centr/novosti/1418073/ (accessed August 25, 2021) (in Russ.).
3. Fires and fire safety in 2020: Statistical collections. Moscow, All-Russian Research Institute for Fire Protection of EMERCOM of Russia Publ., 2021. 112 p. (in Russ.).
4. Nazarov V.P., Ashikhmin A.V., Korotovskih Y.V. Statistical analysis of fires and explosions gasified buildings in Russia. Tehnologii tehnosfernoj bezopasnosti (Technology of technosphere safety).
2017, iss. 1(71), pp. 70-74. Available at: https://elibrary.ru/item. asp?id=29871079 (accessed August 25, 2021) (in Russ.).
5. Kharlamenkov A.S. Ways to solve the problem of household gas explosions in residential buildings. Pozharovzryvobezopasnost (Fire and Explosion Safety). 2020, no. 29(4), pp. 70-74 (in Russ.).
6. Komarov A.A. Destroy of living buildings at common gas explosions. Pozharovzryvobezopasnost (Fire and Explosion Safety). 2004, vol. 13, no. 5, pp. 15-23.
7. Vishnyakov A., Muraev N., Shishkin P. Emergency situations of the technological character that arising out in the domestic gas explosions in multi-apartment houses: causes of appearance, statistics, prevention measures and perspectives. Tekhnosfernaia bezopasnost (Technosphere safety). 2019, no. 1(22), pp. 141-150 (in Russ.).
8. Romanova I.P., Sabinina S.V., Suvorova A.A. Easy-to-throw window structures with double-glazed windows for gasified buildings.
© Timokhin V., Komarov A., Grokhotov M., Begyshev I., 2021
73
Territoriia nauki (The territory of science). 2016, no. 5, pp. 45-48 (in Russ.).
9. Belov A.V., Krivosheeva L.O. Problem of plastic windows in home with gasifying. Dalnii Vostok: Problemy Razvitiia Arkhitekturno-Stroitelnogo Kompleksa (The Far East: Problems of the Development of the Architectural and Construction Complex). 2016, no. 1, pp. 360362 (in Russ.).
10. Gromov N.V. Sovershenstvovanie tekhnicheskoi sistemy obespecheniia vzryvoustoichivosti zdanii razlichnogo tipa pri vzryvakh gazoparovozdushnykh smesei [Improvement of the technical system for ensuring the explosion resistance of buildings of various types during explosions of gas-air mixtures. Abstract of PhD in Engin. Sci.
diss.]. Moscow, Moscow State University of Civil Engineering Publ., 2007, 25 p. (in Russ.).
11. Orlov G.G. Legkosbrasyvaemye konstruktsii dlia vzryvozashchity promyshlennykh zdanii [Easy-to-throw structures for explosion protection of industrial buildings].Moscow, Stroyizdat Publ., 1987.
12. Gimranov F.M. Assessment of the consequences of an explosion of household gas. Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta (Bulletin of the Kazan Technological University). 2010, no. 5, pp. 150-151.
13. Sednev V.A. Methods of calculating technical solutions for improving the explosion resistance of buildings. Tekhnosfernaia bezopasnost (Technosphere safety). 2017, no. 4(17), pp. 62-69.
