Ochrona Przeciwpożarowa

2/05

O

CHRONA

PRZECIWPOŻAROWA

W

BUDOWNICTWIE

Ochrona Przeciwpożarowa

10

Od wielu lat badania

elementów budowlanych

oraz konstrukcji, takich

jak ściany, stropy, sufity,

przejścia instalacyjne czy

drzwi przeciwpożarowe,

przeprowadzane są w wa-

runkach ogniowych symu-

lujących pożar drewna lub

celulozy (pożar standar-

dowy). Opracowano wiele norm dotyczących

pożarów standardowych, np. DIN 4102, ASTM

E-119, BS 476 itd. Normy te są stale używane

na całym świecie.

W latach siedemdziesiątych XX wieku

w przemyśle petrochemicznym, związanym

z przetwarzaniem materiałów pochodzenia

węglowodorowego, prześledzono warunki

termiczne, jakie powstają podczas spalania

takich materiałów. Pojawiły się dwie ważne

zmienne odróżniające pożar węglowodorowy

od celulozowego: przyrost temperatury oraz

strumień ciepła (nagrzewanie).

Wielkość określająca temperaturę (rys. 1)

pokazuje, że podczas pożaru węglowodoro-

wego już po 5 min zostaje osiągnięta tempe-

ratura ponad 900°C, podczas gdy w pożarze

standardowym podobna temperatura powstaje

dopiero po 60 min trwania pożaru. Poza tym

strumień ciepła w pożarze węglowodorowym

osiąga ponaddwukrotnie większą wartość niż

w pożarze standardowym. Oznacza to znacznie

większe oddziaływanie pożaru węglowodoro-

wego na budowlane elementy konstrukcyjne

niż w przypadku pożarów tradycyjnych.

We wczesnych latach osiemdziesiątych

pojawiły się i rozwinęły wymagania dotyczące

pożarów węglowodorowych, niestety nie było

akceptowalnych norm w Europie. Regulacje

i wytyczne dotyczące badań zostały przejęte

z doświadczeń przemysłu petrochemicznego:

IMO (International Maritime Organisation)

oraz SOLAS (International Convention for

the Safety of Life at Sea).

Przykłady badawczych krzywych wę-

glowodorowych to: krzywa wg normy UL

1709 (Stany Zjednoczone), Mobile Curve

lub norweska krzywa Norwegian Petroleum

Directorate (NPD), sto-

sowana do symulacji

pożarów na platformach

wiertniczych. Krzywe te

różnią się między sobą

w bardzo niewielkim

stopniu.

W Polsce krzywa wę-

glowodorowa opisana

została w normie PN-EN

1363-2 z lipca 2001 roku i zdefiniowana jest

następującym wzorem:

T = 1080 [1 – 0,325 e

–0,167t

– 0,675 e

–2,5t

] + 20

gdzie:

t – czas od rozpoczęcia badania [min]

T – wymagana temperatura w piecu [°C].

Przyrost temperatury pożaru wg krzywej

węglowodorowej (PN-EN 1363-2) pokazuje

poniższa tabela oraz wykres (rys. 1).

Szczególnym przypadkiem pożarów wę-

glowodorowych są pożary w tunelach komu-

nikacyjnych.

Hipotezy dotyczące przebiegu pożarów

w tunelach w różnych krajach przedstawiają

się w rozmaity sposób. Rys. 2 pokazuje

zróżnicowane krzywe temperatura – czas, na

podstawie których prowadzone są badania

ogniowe konstrukcji tunelowych:

• krzywa tunelowa Rijkwaterstaat w Holandii,

• krzywa tunelowa RABT/ZTV stosowana

w Niemczech.

Osobliwością krzywej tunelowej RABT/ZTV

jest wystąpienie dodatkowego obciążenia spowo-

dowanego przejściem z fazy pożaru (30 – 90 min)

do 110-minutowej fazy chłodzenia

Porównanie krzywej węglowodorowej

(Hydrocarbon curve), krzywej standardowej

oraz krzywych tunelowych przedstawione

zostało na rys. 2.

W

YMAGANIA

Wymagany poziom ochrony jest określony

przez ustawowe kryteria (przyjęte na podsta-

wie czasu i temperatury). Czas odporności

Pożary węglowodorowe

– charakterystyka i przykłady zabezpieczeń

Elżbieta PAWŁOWSKA, Zbigniew MĘCIK

ogniowej mieści się zazwyczaj w zakresie

od kilkunastu minut do kilku godzin. Klasę

odporności ogniowej, w zależności od obowią-

zujących norm, wyznacza czas (w godzinach

lub minutach), w którym konstrukcja powinna

spełnić założone kryteria.

Konstrukcje stalowe tracą nośność przy

temperaturze ok. 550°C i niektóre normy przyj-

mowały 538°C jako poziom krytyczny. Dlatego

właśnie odporność ogniowa definiowana jest

jako liczba godzin (minut), podczas których

poddana działaniu ognia konstrukcja stalowa

zachowuje temperaturę poniżej krytycznego

poziomu. Obowiązujące obecnie normy nie

precyzują jednoznacznie wartości temperatury

krytycznej dla konstrukcji stalowych, uzależ-

niona jest ona od wielkości obciążenia oraz od

wymaganej klasy odporności ogniowej.

Powszechnie znane normy odnoszące się do

pożarów standardowych nie są odpowiednie dla

przypadków pożaru węglowodorowego. Krzywą

standardową charakteryzuje dosyć powolny

wzrost temperatury, do ok. 945°C po 60 minu-

tach. W pożarach węglowodorowych tempera-

tura gwałtownie rośnie, do ponad 900°C w ciągu

5 min, w dalszym etapie osiąga znacznie wyższe

wartości (pomiędzy 1080°C a 1100°C).

Ostatnio dużo uwagi poświęca się pożarom

gazów węglowodorowych, tzw. jet fire, w któ-

rych wyciekający wysoko sprężony gaz węglo-

wodorowy zapala się, wytwarzając płomienie,

które osiągają prędkość 150 m/s. Normowy

pożar jet fire, opracowany wspólnie przez UK

Health and Safety Executive oraz Norwegian

Petroleum, odnosi się przede wszystkim do

instalacji na platformach wiertniczych.

Osobnym problemem jest zagrożenie terro-

ryzmem. Wydarzenia z 11 września 2001 roku

otworzyły nowy rozdział w dziedzinie poża-

rów węglowodorowych, gdzie oprócz tempe-

ratury ważnym czynnikiem mającym wpływ

na zachowanie się konstrukcji w sytuacji

krytycznej jest odporność na eksplozje.

Istnieje niewiele prawnych regulacji doty-

czących wymagań ochrony przeciwpożarowej

w przemyśle wysokiego ryzyka: chemicznym

i petrochemicznym. W większości wypadków

odpowiedzialność za oszacowanie stopnia ry-

zyka i przyjęcie odpowiedniego zabezpiecze-

nia leży po stronie właścicieli, użytkowników

i firm ubezpieczeniowych.

Ostatnio dokonało się jednak kilka po-

zytywnych zmian, np. we Włoszech, gdzie

wprowadzono specjalne regulacje dotyczące

zabezpieczeń i ochrony przed ogniem ciśnie-

niowych zbiorników paliwowych.

W przypadku pożarów tunelowych ocena

ryzyka zniszczenia (uszkodzenia) konstrukcji

tunelu wpływa na określenie zaleceń w odniesie-

Czas [min]

Temperatura [°C]

5

928

15

1051

30

1078

60

1080

90

1080

120

1080

Ar

tyk

uł s

ponsor

ow

an

y

Rys. 1

Rys. 2

Ochrona Przeciwpożarowa

2/05

11

Ochrona Przeciwpożarowa

O

CHRONA

PRZECIWPOŻAROWA

W

BUDOWNICTWIE

niu do ochrony przeciwpożarowej i wymaganych

kryteriów temperaturowych. Zadaniem inwestora,

we współpracy z projektantem, jest ustalenie na

podstawie założonego obciążenia ogniowego

zakresu dopuszczalnych uszkodzeń, które mogą

powstać w tunelu podczas pożaru. Powinien zo-

stać określony zakres niezbędnych przygotowań

i środki zaradcze do ochrony przed pożarem oraz

do ewakuacji ludzi z rejonu objętego i zagrożone-

go pożarem. Przy wyborze odpowiedniej metody

należy mieć na uwadze jej funkcjonalność podczas

zwykłego, codziennego użytkowania.

Ś

RODKI

ZARADCZE

Bierna ochrona przeciwpożarowa ozna-

cza system izolacyjny mający za zadanie

ograniczać przepływ ciepła od ognia na

chronione konstrukcje. Do tego celu służą

powłoki produkowane

na bazie mineralnej lub

żywic oraz płyty ognio-

chronne. W większości

przypadków zabezpie-

czenia bierne stosowane

są w połączeniu z sys-

temem „aktywnym”,

takim jak tryskacze,

zraszacze, piany itp.

Potrzeba ochrony

przeciwpożarowej wynika z następujących

przesłanek:

– oceny zagrożenia pożarem wykonywanej

przez kompetentne jednostki,

– wymagań zawartych w przepisach dotyczą-

cych bezpieczeństwa pożarowego,

– wymagań bezpieczeństwa i higieny pracy,

– zabezpieczenia mienia.

Straty powstałe na skutek pożarów można

znacznie zredukować, o ile nie wyeliminować

– poprzez użycie odpowiedniego systemu

biernej ochrony przeciwpożarowej.

Większość standardowo stosowanych

materiałów konstrukcyjnych traci swoje

właściwości podczas ekspozycji na działanie

pożaru. Beton pęka i odpryskuje, stal szybko

traci wytrzymałość. Takie konstrukcje muszą

być zabezpieczone poprzez zastosowanie spe-

cjalistycznych materiałów ogniochronnych.

Zabezpieczenia konstrukcji stalowych wyko-

nywane są głównie w obiektach przemysłowych,

chociaż często występują również w budynkach

użyteczności publicz-

nej (biurowcach, ha-

lach sportowych itp.).

Niektóre rozwiązania

mogą być też stosowa-

ne dla ochrony innych

materiałów konstruk-

cyjnych, np. drewna

lub żelbetu (dotyczy

to szczególnie zabez-

pieczeń tuneli).

Dostępna jest cała gama materiałów stoso-

wanych do biernej ochrony przeciwpożarowej,

od nieorganicznych mineralnych do termicznie

reagujących związków organicznych.

Główne grupy produktów to:

– produkty płytowe,

– natryski,

– pęczniejące malarskie materiały powłokowe,

– materiały włókniste, wełny mineralne i ce-

ramiczne,

– panele kompozytowe.

Produkty płytowe

Do tych produktów zaliczane są głównie

wyroby produkowane na bazie cementu,

silikatów, wermikulitu lub gipsu. Wszystkie

materiały tego typu działają jak absorber ciepła,

poprzez wyparowywanie wody zawartej w ich

strukturze. Pod wpływem wysokiej temperatury

odparowuje woda z poszczególnych warstw

okładziny, wydzielająca się para wodna również

absorbuje ciepło. Temperatura za powierzchnią,

która ulega dehydratacji, nie może przekraczać

100°C. Materiały te mają zasadniczo kolor

biały lub jasnoszary. Jasny kolor odbija ciepło,

co podwyższa efektywność ochrony. Produkty

te są nieorganiczne i dlatego niepalne. Podczas

Ochrona Przeciwpożarowa

2/05

O

CHRONA

PRZECIWPOŻAROWA

W

BUDOWNICTWIE

Ochrona Przeciwpożarowa

12

pożaru nie wydzielają się szkodliwe opary ani

dym, co jest wyjątkowym atutem przy zasto-

sowaniu wewnętrznym. Przy pożarach węglo-

wodorowych z omawianej grupy najbardziej

godne polecenia są płyty silikatowo-cementowe,

z uwagi na wyjątkową stabilność w wysokich

temperaturach oraz bardzo dobre właściwo-

ści mechaniczne i termoizolacyjne. Obecnie

w ITB trwają badania ogniowe znanych od lat

na polskim rynku płyt PROMATECT-H, jako

okładziny ogniochronnej konstrukcji stalowej

w warunkach pożaru węglowodorowego.

Badania takie były już wcześniej prowadzone

w innych krajach europejskich.

Natryski

Masy natryskowe wykonywane są, podobnie

jak produkty płytowe, głównie z substancji

nieorganicznych (cement, gips, wermikulit),

często z domieszką włóknistych materiałów

wypełniających (wełny mineralne lub szklane).

Zaletą natrysków jest stosunkowo duża łatwość

wykonania, wadą – duży reżim technologiczny

oraz konieczność użycia specjalistycznego

sprzętu. Niekorzystna jest duża porowatość po-

wierzchni natrysków, która może prowadzić do

absorpcji potencjalnie szkodliwych substancji,

np. kwasów, które zmniejszają odporność natry-

sku i stwarzają warunki do powstania korozji.

Dlatego wskazane jest stosowanie dodatkowego

zabezpieczenia antykorozyjnego.

Materiały malarskie

Wyroby te produkowane są na bazie epoksy-

du, winylu lub innych elastomerycznych żywic

z dodatkami, które powodują pęcznienie

wskutek działania wysokiej temperatury.

Cienkopowłokowe pęczniejące materiały

zostały wprowadzone w latach 30. i generalnie

są produkowane jako gotowa mieszanka na

bazie rozpuszczalników lub wody, do nakła-

dania przez natrysk, pędzlem lub wałkiem, na

grubość maksymalnie ok. 3 mm. Wiele farb

pęczniejących nie jest przeznaczonych do

użycia na zewnątrz, co ogranicza ich stoso-

wanie jako środka ochronnego przy pożarach

węglowodorowych.

Zalety tych produktów:

– są osiągalne w bogatej palecie kolorystycznej,

– nie są drogie,

– są stosunkowo łatwe w zastosowaniu.

Materiały włókniste

Płyty oraz maty z wełny mineralnej, a także

włókna ceramiczne, znajdują czasami zastoso-

wanie w systemach biernej ochrony przeciwpo-

żarowej – szczególnie wówczas, gdy dodatkowo

wymagana jest izolacja termiczna. Wskazane

jest stosowanie nieorganicznych systemów

wiązań, które nie ulegałyby spaleniu w począt-

kowym stadium pożaru. Wełna mineralne jest

odporna do temp. 850°C, a włókna ceramiczne

do 1115°C. Ponieważ włókna ceramiczne są

znacznie droższe niż wełna mineralna, często

stosuje się kombinację obu tych materiałów.

Włókna wełny mineralnej wraz z odpowiednim

lepiszczem mogą być stosowane jako natryski

do zabezpieczania konstrukcji stalowej.

Wszystkie włókniste materiały łatwo absor-

bują wodę i dlatego nie jest wskazane użycie

ich na zewnątrz. Stosowanie zewnętrzne

wymaga odpowiedniego pokrycia blachą,

z uszczelnionymi wszystkimi połączeniami.

Panele kompozytowe

Ogniochronne panele kompozytowe

są produkowane z różnych rodzajów ma-

teriałów, w różnych klasach odporności

ogniowej. Panele mogą się składać z okła-

dziny metalowej, często stali nierdzewnej,

płyt pochodzenia cementowego i włókien

mineralnych lub ceramicznych. Mogą być

stosowane we wszystkich rodzajach pożarów.

Zwykle panele mocuje się do konstrukcji za

pomocą stalowych klamer lub przykręca do

konstrukcji wsporczej.

Od redakcji: Elżbieta Pawłowska – product

manager, Zbigniew Męcik – prezes zarządu,
firmy Promat TOP Sp. z o.o.