石化企業(yè)作為我國的大型工業(yè)企業(yè),生產(chǎn)區(qū)、儲運(yùn)區(qū)各類塔罐林立,輸油管線縱橫交錯。因其原料和產(chǎn)品絕大多數(shù)易燃易爆,加之多為高溫高壓,一旦設(shè)備、管線、閥門泄漏,極易著火,火災(zāi)危險性很大,如果支撐構(gòu)件燒損將會引起設(shè)備的倒塌,后果不堪設(shè)想,所以作為支撐各類設(shè)備的構(gòu)架的防火顯得格外重要。
一、鋼結(jié)構(gòu)的耐火特性
鋼結(jié)構(gòu)雖然具有重量輕、空間大、施工快、便于改造等優(yōu)點(diǎn),但鋼材與其他材料一樣,也會受到火災(zāi)帶來的不利影響。與混凝土相比,鋼材的耐火性能差。鋼材雖不燃燒,但在火災(zāi)高溫作用下,其力學(xué)性能、鋼材的強(qiáng)度在0-250℃范圍內(nèi)基本無變化,只是在達(dá)到300℃以上強(qiáng)度開始下降,500℃時強(qiáng)度只是原來的一半,600℃時是原來強(qiáng)度的六分之一到七分之一,強(qiáng)度幾乎喪失殆盡,也就是鋼材的耐火極限在15分鐘左右。
根據(jù)一些實驗資料,結(jié)構(gòu)用鋼當(dāng)溫度低于300℃時,強(qiáng)度增加而塑性降低;當(dāng)溫度高于300℃時,強(qiáng)度降低而塑性增加。鋼材的導(dǎo)熱系數(shù)約為混凝土的40倍,當(dāng)構(gòu)件表面受熱時,熱量會很快傳到其內(nèi)部;加之由于鋼構(gòu)件由單一材料組成,溫度分布均勻,截面形狀呈薄壁狀,受火面積大,在火災(zāi)中升溫快,我國《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定:當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)表面長期受輻射熱達(dá)到150℃以上或在短期內(nèi)可能遭到火焰作用時,應(yīng)采取有效防護(hù)措施,以保證有效期內(nèi)安全可靠。
二、鋼構(gòu)架的防火要求
規(guī)范規(guī)定在下列承重鋼框架、支架、裙座、管架應(yīng)覆蓋耐火層:
1、單個容積等于或大于5m3的甲、乙A類液體設(shè)備的承重鋼框架、支架、裙座;
2、介質(zhì)溫度等于或高于自燃點(diǎn)的單個容積等于或大于5m3的可燃液體設(shè)備承重鋼框架、支架、裙座;
3、加熱爐的鋼支架;
4、在爆炸危險區(qū)范圍內(nèi)的主管廊的鋼管架;
5、在爆炸區(qū)域內(nèi)的高徑比等于或大于8,且總重量等于或大于25t的非可燃介質(zhì)設(shè)備的承重鋼框架、支架和裙座。
同時規(guī)范還規(guī)定了承重鋼框架、支架、裙座、管架覆蓋耐火層的部位,應(yīng)符合下列規(guī)定:設(shè)備承重鋼框架:單層框架的梁、柱;多層框架的樓板為透空的箅子板時,地面以上10米范圍的梁、柱;多層框架的樓板為封閉式樓板時,該層樓板面上的梁、柱;設(shè)備承重鋼支架或加熱爐鋼支架:全部梁、柱;鋼裙座外層未保溫部分及直徑大于1.2m的裙座內(nèi)側(cè);鋼管架:底層主管帶的梁、柱,且不宜低于4.5m;上部設(shè)有空氣冷卻管的管架,其全部梁柱及斜撐均應(yīng)覆蓋耐火層。涂有耐火層的構(gòu)件,其耐火極限不應(yīng)低于1.5h。
三、鋼構(gòu)件的防火保護(hù)方法
1、隔熱法
用耐火材料把構(gòu)件包裹起來。包裹材料有混凝土、輕質(zhì)耐火混凝土或鋼絲網(wǎng)膜耐火砂漿等,其優(yōu)點(diǎn)是取材方便,價格低廉,表面強(qiáng)度高,耐沖擊,對施工技術(shù)要求不高,但比較笨重。
2、阻熱法
原理是截斷或阻滯火災(zāi)產(chǎn)生的熱量向構(gòu)件傳輸,從而使構(gòu)件在規(guī)定的時間內(nèi)溫升不超過臨界溫度。其做法是在構(gòu)件表面設(shè)置一層保溫材料,火災(zāi)產(chǎn)生的高溫首先傳給這些保溫材料,再由保溫材料傳給構(gòu)件。由于所選保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)均較小,所以必然能阻滯熱流向構(gòu)件的傳輸,起到保護(hù)作用。
3、導(dǎo)熱法
就是在空心封閉截面中(主要是柱)充水,火災(zāi)時構(gòu)件把吸收的熱量傳給水,依靠水的蒸發(fā)消耗熱量或通過循環(huán)把熱量導(dǎo)走,構(gòu)件的溫度可維持在100℃左右。使構(gòu)架溫度不至于升高到臨界溫度,從而起到保護(hù)作用。這種方法在實際生產(chǎn)中很難行得通,也不適用于室外鋼構(gòu)架。
4、噴涂法
用噴涂器具將防火涂料直接噴涂在構(gòu)件表面,火災(zāi)時能形成耐火保護(hù)層,目前大型石化廠構(gòu)架采用的方法主要有兩種。
厚涂型防火涂料(H類)涂層厚度介于8-50mm,該類涂料密度較小,導(dǎo)熱率低,以涂料本身的隔熱性能來提高鋼梁的耐火極限,耐火極限可達(dá)0.5-3h。
薄涂型防火涂料(B類)涂層厚度為7mm以下,該類涂料具有一定的裝飾性能,以涂層遇高溫時膨脹發(fā)泡所形成的耐火隔熱來提高鋼梁的耐火極限。它的耐火極限可達(dá)0.5-2h。因此薄涂型一般適用于室內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)。而石化企業(yè)火災(zāi)屬于烴類火,烴類火災(zāi)與建筑火災(zāi)的主要區(qū)別是升溫曲線不同,建筑火災(zāi)30min火焰溫度達(dá)到700-800℃,而烴類火災(zāi)升溫速度快,10min溫度達(dá)到1000℃。因此薄涂型防火涂料雖然涂層薄質(zhì)量輕,但這類涂料耐火極限很低,在室外使用有老化問題、在潮濕環(huán)境下膨脹的可靠性問題以及樹脂分解后產(chǎn)生濃煙及有害氣體等原因。厚涂型防火涂料的特性是它的不燃性,良好的絕緣性以及耐火時間的可選擇性,涂層系無機(jī)多空絕緣材料和無機(jī)粘結(jié)劑等組成,因而無毒、無臭、不易老化、耐火可靠。因此適宜在室外及潮濕環(huán)境下使用。
防火涂料的一般要求原料應(yīng)預(yù)先檢驗,不得使用石棉材料和苯類溶劑。防火涂料可使用噴涂、抹涂、輥涂、刮涂或刷涂等方法中的一種或多種方法施工,并能在通常的自然環(huán)境條件下干燥固化。防火涂料應(yīng)呈堿性或偏堿性。覆層涂料應(yīng)相互配套,底層涂料應(yīng)能同普通防銹漆配合使用。涂層干后不應(yīng)有刺激性氣味,燃燒時一般不產(chǎn)生濃煙和有害人體健康的氣味。
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