Krzywa pożaru węglowodorowego (krzywa HC, zwana również krzywą czasowo-temperaturową węglowodorów lub, w niektórych kontekstach, krzywą ASTM E1529/UL 1709) to ekspozycja czasowo-temperaturowa stosowana w badaniach odporności ogniowej konstrukcji, w szczególności w przypadku pożarów węglowodorów (np. benzyny, oleju napędowego lub ładunków samochodów ciężarowych w tunelach).
Charakteryzuje się bardzo szybkim początkowym wzrostem temperatury (osiągającym ~1100°C w ciągu ~10–20 minut) i jest definiowana przez równanie analityczne:
T = 1080(1 − 0,325e^(−0,167t) − 0,675e^(−2,5t)) + 20 (T w °C, t w minutach; temperatura otoczenia +20°C).
Kluczowe cechy charakterystyki pożaru węglowodorowego
t = 0 min: 20 °C (otoczenie)
t = 1 min: ≈ 743 °C (niezwykle szybki wzrost)
t = 5 min: ≈ 948 °C
t = 10 min: ≈ 1034 °C (już przekracza 1000 °C)
t ≥ 30 min: Stabilizuje się na poziomie ≈ 1100 °C (płaskie plateau w stanie ustalonym)
Po 5 minutach krzywa węglowodorowa osiąga prawie 950 °C, a po 10 minutach przekracza 1000 °C. Już po 30 minutach krzywa HC stabilizuje się na poziomie 1100 °C.
Krzywa pożaru węglowodorowego a krzywa pożaru celulozowego (ISO 834):
Jest ona znacznie bardziej surowa niż standardowa krzywa celulozowa ISO 834 i jest szeroko stosowana w projektowaniu zabezpieczeń przeciwpożarowych tuneli dla konstrukcji betonowych oraz systemów pasywnych w celu oceny odpryskiwania (spalling), przegrzania zbrojenia i integralności konstrukcyjnej w warunkach realistycznych pożarów węglowodorowych o wysokim współczynniku wydzielania ciepła (50–300 MW). Warianty obejmują zmodyfikowaną/zwiększoną krzywą węglowodorową (HCM skalowaną do 1300°C) stosowaną w niektórych europejskich normach dotyczących tuneli. Pojawia się ona często w wytycznych projektowych dotyczących tuneli (np. w raporcie ITA, przewodniku CETU), wraz z porównaniami do krzywych RWS, RABT/ZTV i ISO w celu klasyfikacji tuneli opartej na ryzyku oraz przeprowadzania badań.
W niniejszym wpisie omówiono krzywą pożaru węglowodorowego w kontekście ochrony przeciwpożarowej tuneli. Krzywa HC jest również stosowana w innych obszarach, takich jak zakłady petrochemiczne, platformy wiertnicze czy pomieszczenia transformatorowe.
Krzywa HC powstała w latach 70. i 80. XX wieku dla zakładów petrochemicznych, naftowo-gazowych i rafineryjnych, gdzie głównym zagrożeniem są pożary zbiornikowe wynikające z awarii urządzeń technologicznych, zbiorników magazynowych, rurociągów lub wycieków. Stanowi ona podstawę normy UL 1709 / ASTM E1529 („Badania szybkiego wzrostu temperatury materiałów ochronnych dla stali konstrukcyjnej”).
Płyta do ogniochronności stali zgodnie z krzywą pożaru węglowodorowego:
Płyta ogniochronna Aestuver T dla krzywej pożaru węglowodorowego
Płyta Aestuver T to doskonały wybór do izolacji ogniochronnej stali konstrukcyjnej w warunkach krzywej HC. Płyta ta została przebadana przez Efectis zgodnie z normami EN 1363-2 i EN 13381-4. Jej głównym zastosowaniem jest osłona belek i słupów stalowych w warunkach krzywej pożaru węglowodorowego.
Testy wykazały, że płyta Aestuver T nadaje się do scenariuszy pożarowych z węglowodorami o klasach odporności ogniowej: R30, R60, R90, R120, R150, R180 i R210. Na życzenie klienta można zapewnić 240 minut ochrony przeciwpożarowej w warunkach pożaru węglowodorowego.
Jest to typowy system obudowy stalowej do ochrony przeciwpożarowej z pojedynczą warstwą płyty Aestuver T. Grubość wynosi od 30 mm do 60 mm z 10-milimetrowymi odstępami. Płyty są mocowane do siebie za pomocą śrub w narożnikach.
Podobnie jak wszystkie płyty ogniochronne Aestuver, Aestuver T może być stosowany na zewnątrz. Płyta T ta posiada klasyfikację Typ X według EAD 350142-00-1106 i jest odporna na wodę, wilgoć, zamarzanie, rozmrażanie, promieniowanie UV, namaczanie i wysychanie. Wszystkie te właściwości zostały potwierdzone w ETA-15-0531:
Więcej informacji na temat konkretnych współczynników A/V i klasy odporności ogniowej można znaleźć tutaj – Obudowa belek i słupów zgodnie z krzywą pożaru węglowodorowego.
Krzywa węglowodorowa w scenariuszach pożaru w tunelu
Odniesienia do krzywej HC można znaleźć w całej literaturze dotyczącej projektowania tuneli. Raporty techniczne PIARC (Światowego Stowarzyszenia Drogowego) oraz wytyczne Grupy Roboczej 6 ITA (Międzynarodowego Stowarzyszenia Tunelowania i Przestrzeni Podziemnych) podkreślają jej kluczowe znaczenie dla testowania pasywnej ochrony przeciwpożarowej w tunelach drogowych.
Normy europejskie, takie jak EN 1991-1-2 i EN 1992-1-2, wykorzystują krzywą węglowodorową (oraz jej zmodyfikowaną wersję HCM) obok bardziej rygorystycznej krzywej RWS przy ocenie konstrukcji betonowych. Norma NFPA 502 w Stanach Zjednoczonych również wskazuje na ekspozycje typu węglowodorowego dla tuneli transportujących łatwopalne ciecze. Badacze tacy jak Haukur Ingason i zespół projektu UPTUN wielokrotnie wykazali w badaniach na dużą skalę, że krzywa HC ściśle odpowiada profilom temperatur rzeczywistych pożarów pojazdów w zamkniętych tunelach. Stała się ona podstawowym punktem odniesienia, ponieważ zmusza projektantów do planowania na najgorszy — a nie tylko średni — scenariusz pożaru.
Odpryskiwanie betonu pod wpływem krzywej pożaru węglowodorowego
Beton o wysokiej wytrzymałości świetnie nadaje się do budowy tuneli, ale ma jedną słabość. Kiedy szybko się nagrzewa, wilgoć uwięziona w środku zamienia się w parę. Ciśnienie rośnie szybciej, niż może się ulotnić, i nagle kawałki betonu zaczynają odrywać się od powierzchni — nazywa się to odpryskiwaniem (z ang. spalling). Może się to zdarzyć już w temperaturze 200 °C. Gdy zewnętrzna warstwa odpadnie, stalowe zbrojenie zostaje odsłonięte, nagrzewa się, traci wytrzymałość, a cała konstrukcja nie będzie już spelniać swojej funkcji projektowej.
Widzieliśmy to w prawdziwych wypadkach — na Mont Blanc, podczas pożarów w tunelu pod kanałem La Manche i innych. Uszkodzenia nie są tylko kosmetyczne; mogą oznaczać poważne naprawy, długie zamknięcia i ogromne straty ekonomiczne.
Dlaczego odpryskiwanie betonu może być poważnym zjawiskiem w ramach krzywej pożarowej HC? Gwałtowny wzrost temperatury powoduje szok termiczny na powierzchni betonu. Na podstawie badań ogniowych przeprowadzonych w laboratoriach testowych takie odpryskiwanie występuje bardzo wcześnie w trakcie badania, nawet w ciągu pierwszych 30 minut od rozpoczęcia testu.
Pasywna ochrona przeciwpożarowa w przypadku pożaru węglowodorowego w tunelach
Istnieje kilka metod ochrony betonowych konstrukcji tunelowych przed niszczycielskim działaniem pożaru węglowodorowego i odpryskiwania. Projektanci rozważają wykorzystanie ognioodpornych mieszanek betonowych poprzez dodanie do nich włókien polipropylenowych (PP). Jednak taka mieszanka musi zostać poddana testom ogniowym, aby zapewnić rzeczywisty dowód odporności ogniowej.
Co więcej, zastosowanie włókien PP pomaga tylko raz. W przypadku pożaru włókna PP topią się, a obszar betonu narażony na działanie ognia wymaga kosztownej i czasochłonnej naprawy. Może to prowadzić do długotrwałego zamknięcia tunelu, problemów z objazdami i potencjalnej utraty przychodów z opłat za przejazd.
Alternatywnie, właściciele tuneli mogą skorzystać na zastosowaniu płyt ogniochronnych. Płyty te pełnią rolę dodatkowej powłoki i działają jako bariera termiczna, chroniąc główną konstrukcję tunelu. W przypadku pożaru płyty przeciwpożarowe można dość szybko wymienić w ciągu kilku nocnych zmian, a tunel jest gotowy do otwarcia znacznie wcześniej.
Pełny przegląd ekonomiczny okładzin przeciwpożarowych w tunelach został przedstawiony w badaniu opublikowanym wspólnie z STUVA. W artykule stwierdzono, że szkody spowodowane jednym poważnym pożarem mogą być 15–20 razy droższe niż koszty montażu płyt przeciwpożarowych.
Jak płyty Aestuver Tx pomagają w przypadku pożaru węglowodorowego w tunelach
W tym miejscu do akcji wkracza pasywna ochrona przeciwpożarowa Aestuver Tx – lekkie płyty cementowe wzmocnione włóknem szklanym, stworzone specjalnie dla tuneli.
Płyty mocuje się bezpośrednio do ścian i stropu tunelu (zarówno podczas nowej budowy, jak i w ramach modernizacji). Płyty przeciwpożarowe działają jak osłona termiczna. Podczas testów zgodnie z pełnymi krzywymi pożarowymi HC, HCM, a nawet bardziej rygorystycznymi krzywymi RWS, utrzymują one powierzchnię betonu znacznie poniżej temperatury, w której zaczyna się odpryskiwanie — zazwyczaj pozostając poniżej 380 °C na powierzchni betonu i utrzymując temperatury prętów zbrojeniowych na bezpiecznie niskim poziomie (około 250 °C lub mniej).
Płyty Aestuver Tx zostały przetestowane pod kątem ochrony przeciwpożarowej HC120 i HC180. Są stabilne w temperaturze 1100 °C — nie pękają, nie kurczą się ani nie odpadają. Są również wystarczająco wytrzymałe, aby sprostać codziennym warunkom panującym w tunelu: solom drogowym, spalinom, myciu ciśnieniowemu oraz cyklom zamarzania i rozmrażania. Przy wadze około 21 kg na metr kwadratowy dla płyty o grubości 25 mm są stosunkowo łatwe i szybkie w montażu, bez konieczności zamykania tunelu na tygodnie.
Krzywa HC nie jest jakąś abstrakcyjną koncepcją laboratoryjną — to najbliższe odwzorowanie pożaru, z jakim faktycznie mielibyśmy do czynienia, gdyby w tunelu wybuchła cysterna z paliwem. Wykorzystanie jej jako punktu odniesienia dla ochrony biernej oznacza, że konstrukcja pozostaje na swoim miejscu wystarczająco długo, aby ludzie mogli się ewakuować, a strażacy wykonać swoją pracę, a także ogranicza koszmarne rachunki za naprawy po zdarzeniu.
Jeśli zajmujesz się projektowaniem tuneli, ich renowacją lub zarządzaniem aktywami, warto przyjrzeć się bliżej, jak systemy pasywne przetestowane zgodnie z krzywą HC mogą pasować do Twojego następnego projektu.
Potrzebujesz pomocy w wyborze odpowiedniej płyty przeciwpożarowej dla krzywej pożaru węglowodorowego?
Skontaktuj się z nami za pomocą poniższego formularza:
Bibliografia:
- International Tunnelling and Underground Space Association (ITA) Working Group 6 (2017). Structural Fire Protection For Road Tunnels. ITA Report No. 18, April 2017.
- Centre d’Études des Tunnels (CETU) (2017). Passive Fire Protection Systems – Justification of performance for road tunnel structures. Updated version, March 2017.
- Tarada, F. & King, M. (2009). Structural Fire Protection of Railway Tunnels. Railway Engineering Conference, University of Westminster, UK, 24–25 June 2009.
- Ingason, H. (2008/2009). State of the Art of Tunnel Fire Research (and related UPTUN project reports, 2006).
- Li, Y.Z. & Ingason, H. (2012). The maximum ceiling gas temperature in a large tunnel fire. Fire Safety Journal
- PIARC (World Road Association) – Multiple technical reports on tunnel fire safety, structural protection, and fire curves (various years, including recommendations on HC, HCM, and RWS curves), i.e. Design fire characteristics for road tunnels, Fire Resistance of structures.
0 komentarzy