Поведение стальных конструкций резервуара при возникновении пожара.

При нагреве стальных конструкций выше 300^оС прочность материала, начинает снижаться, так как возникает явление, называемое ползучестью металла. Для углеродистых сталей, из которых изготавливаются стальные резервуары, арматура железобетонных конструкций, при их нагреве до 500^оС предел текучести и временное сопротивление разрыву снижаются примерно в 2 раза и более.

Рассматривая поведение крыши резервуара при горении факела пламени в трещине определенной длины прилегающую к ней конструкцию условно можно представить как ряд балок, нагруженных равномерно распределенной нагрузкой и жестко защемленных по краям.

При нагревании в такой балке происходит ее термическое удлинение.

При совместном действии равномерно распределенной нагрузки от собственного веса и температурного расширения происходит прогиб материала в сторону, где отсутствует нагрузка, то есть вниз. Так как конструкция является единой, прогиб одного сечения приводит к появлению крутящего момента, способствующего увеличению напряжений в ней, в первую очередь в местах окончания трещин. Это в свою очередь приводит к появлению дополнительных нагрузок и напряжений среза в местах окончания трещины. Происходит расширение отверстия, и, следовательно, увеличение объема факела пламени и притока атмосферного воздуха внутрь резервуара, что приводит к усилению интенсивности горения и увеличению скорости прогрева металлоконструкций резервуара с последующим обрушением крыши резервуара внутрь него. Аналогичная картина будет наблюдаться и при факельном горении в случае подрыва крыши.

В обоих этих случаях вследствие обрушения крыши внутрь резервуара происходит, как правило, образование "карманов", усложняющих в последующем тушение пожара.

При срыве крыши резервуара или возникновении пожара в резервуарах с плавающей крышей представляет интерес поведение их вертикальной стенки.

В этом случае стенку резервуара условно можно рассматривать как закрытую цилиндрическую оболочку, защемленную по концам (вверху в опорном кольце и внизу у основания), нагруженную собственным весом и давлением жидкости, заполняющей резервуар.

Каждый элемент стенки можно представить как стержень, нагруженный давлением жидкости, весом опорного кольца и собственным весом, а для резервуаров со стационарной крышей и весом не обрушившейся части крыши.

При нагревании стенки резервуара пламенем пожара с внутренней стороны выше уровня жидкости при достижении температуры ползучести металла происходит прогиб элемента внутрь резервуара вследствие действия момента сил от веса опорного кольца, а также в результате того, что температура стенки со стороны пламени всегда выше, чем со стороны наружной атмосферы, и, следовательно, допустимые предельные напряжения внутренних слоев металла стенки ниже, чем наружных.

Полный расчет, позволяющий достаточно точно оценить поведение крыши и стенок резервуаров при пожаре в них очень сложен, требует учета большого количества факторов, влияющих на скорость прогрева металлоконструкций, которые трудно, а иногда и просто невозможно, учесть заранее.

При горении жидкости в резервуарах со стационарной крышей, имеющей металлическую центральную опорную стойку внутри резервуара, происходит прогрев и последующая деформация этой опоры, приводящая к обрушению крыши. Этот вариант встречается довольно редко, но может иметь место при горении жидкости внутри резервуаров, особенно когда уровень взлива мал и первоначальная концентрация горючих паров в газовом объеме резервуара ниже взрывоопасного предела, при достаточной площади проемов для выхода продуктов горения и доступа воздуха (подрыв крыши).