Управление Ростехнадзора по Калужской области

Как противостоять взрывам бытового газа.

В.И. ВОДЯНИК, проф., д-р техн. наук (Сочинский государственный университет туризма и курортного дела)

Публикуется в порядке обсуждения.

Со взрывами бытового газа следует бороться двумя путями: предупреждением взрывов и взрывозащитой. Рассмотрим их в отдельности.

Предупредить взрыв — значит, прежде всего, не допустить утечку газа. Если не брать во внимание случаев самоубийств и других умышленных действий, то взрывоопасные газовоздушные смеси образуются в результате неисправностей газового оборудования. Вот с ними и надо бороться. И способы борьбы с неисправностями общеизвестны — необходимо проводить периодические профилактические работы, как это делалось раньше. В каждую квартиру не реже одного раза в год приходила женщина-«газовщица», смазывала краны, обмыливала все разъемные соединения, делала соответствующую отметку в паспорте на газовую плиту и уходила. Совершенно очевидно, что только так и надо делать. Теперь же, если этот вопрос поднять, то сразу же скажут, что за эту услугу надо платить. А многие граждане, особенно люди преклонного возраста, все равно не будут регулярно приглашать платного мастера и по-прежнему они будут и гибнуть сами, и взрывать целые дома.

Итак, профилактика взрывов бытового газа — это профилактика бытового газового оборудования. Такая услуга должна быть обязательной, и ее цену следует включать в себестоимость газа.

Что касается взрывозащиты, т.е. защиты от взрыва, когда он уже произошел, то она — в окне. Окно на кухне может быть своего рода предохранительным клапаном для защиты здания от разрушения при взрыве.

Этот вопрос заслуживает более подробного рассмотрения.

С точки зрения физики то, что происходит при воспламенении газа на кухне от спички или от искры, это не взрыв, а весьма быстрое сгорание метановоздушной смеси [1]. Это горение весьма быстрое по субъективному восприятию, но слишком медленное, чтобы называться взрывом. Быстрое, но не мгновенное!

Быстрое сгорание газа в объеме помещения кухни приводит к быстрому повышению давления в нем. В этом и заключается его разрушительная сила. Например, если кухня размером 3×3×2,5 м будет вся заполнена стехиометрической (наиболее быстрогорящей) смесью природного газа с воздухом (около 10 % по объему) и произойдет зажигание этой смеси, то давление в таком замкнутом объеме может достичь примерно 0,8 МПа, усилие на междуэтажные перекрытия может достичь 7•106 Н (700 тс). Естественно, и перекрытия и стены будут разрушены, вышележащие строительные конструкции будут приподняты, а затем тоже обрушены, т.е. полностью разрушится некоторая часть многоэтажного дома. А если на кухне будет окно с обычной деревянной рамой с крупными переплетами и стеклами толщиной 2 мм , которые разрушатся уже при избыточном давлении 0,005 МПа (обычно остекление таких окон разрушается даже при меньшем давлении), и площадь открывшегося при этом отверстия будет не менее 1,5 м2 , то горение газа и истечение продуктов сгорания будут компенсировать друг друга, давление на кухне выше 0,005 МПа не поднимется, и, следовательно, здание не получит никаких разрушений.

Этот прием взрывозащиты зданий широко используется в промышленности и даже регламентируется соответствующими СНиП, которыми устанавливается, что одним из наиболее надежных способов взрывозащиты промышленных зданий служит применение устройств сброса давления взрыва: вышибных проемов и легкосбрасываемой кровли.

Для того чтобы устройство сброса давления взрыва было эффективным, оно должно вскрываться при достаточно низком давлении и иметь достаточно большую площадь проходного сечения, чтобы после его вскрытия рост давления в защищаемом объеме был исключен. Давление срабатывания этих устройств определяется их конструкцией, а потребная площадь проходного сечения — расчетным или экспериментальным путем; для взрывоопасных производственных помещений особо взрывоопасных производств (так называемая категория «А») существуют нормативы: 0,05 м2 на 1 м3 объема помещения. Роль вышибных проемов во взрывоопасных помещениях тоже обычно выполняют оконные проемы как наиболее слабый конструктивный элемент здания, и только, если их проходного сечения оказывается недостаточно, прибегают к устройству легкосбрасываемой кровли или других легко вскрываемых устройств.

Легкосбрасываемая кровля может быть установлена только на верхних этажах, поэтому вряд ли может быть рекомендована для широкого применения в жилых домах, а окна — это, пожалуй, основное средство взрывозащиты, причем вполне пригодное для взрывозащиты кухонь. Главное, чтобы окно разрушалось при минимальном давлении и чтобы вскрывшееся в результате этого отверстие было достаточно большим. Приведенное выше соотношение ( 0,05 м2 на 1 м3 ) рекомендуется СНиП для взрывоопасных производственных зданий, а не для бытовых помещений жилых зданий. Эти рекомендации для жилых зданий будут неоправданно завышены, т.е. будут содержать излишне большой запас надежности, так как в производственных помещениях категории «А» могут содержаться газы и пары более взрывоопасные, чем метан. Современные знания о процессах горения в замкнутых и полузамкнутых объемах достаточны для того, чтобы все эти параметры (требуемые прочность окна и его площадь) рассчитать достаточно точно [2]. Причем в расчетах могут быть учтены не только собственно объем, но и форма помещения кухни.

Известно, что стекло тем легче разрушается, чем оно тоньше и чем больше его остальные размеры. СНиП прямо устанавливают, что стекло может выполнять роль взрывозащиты при толщине 3, 4 и 5 мм , при площади не менее (соответственно) 0,8; 1 и 1,5 м2 . Армированное стекло вообще не может использоваться для этих целей.

Проблема взрывозащиты кухонь в жилых домах в последнее время усложнилась тем, что в них стали устанавливать современные металлопластиковые окна с многослойными стеклопакетами. Такие окна обеспечивают лучшую тепло- и шумоизоляцию, они менее доступны для проникновения в квартиру злоумышленника, имеют ряд других бесспорных преимуществ. Но их также неоспоримый недостаток в том, что они слишком прочны. Для всех других бытовых помещений это не недостаток, а для кухни — да.

Возможно, именно по причине очень широкого распространения металлопластиковых окон и наблюдается всплеск количества катастрофических взрывов, связанных с бытовым газом. Если раньше при взрыве бытового газа на кухне с окном со слабой деревянной рамой и 2-миллиметровыми стеклами страдали (получали ожоги) только жильцы одной квартиры, то теперь прочные металлопластиковые окна со стеклопакетами превратили кухни в своего рода «мины», угрожающие всему подъезду.

Но данный недостаток металлопластиковых окон вполне может быть устранен их разработчиками и изготовителями. Для этого достаточно лишь предусмотреть специальное слабое звено в конструкции их крепления в оконном проеме, например, в виде срезного штифта или другого ослабленного крепежного элемента. При этом не надо думать, что, если окно будет иметь специально ослабленное крепление, то через него легко будет проникнуть в квартиру. Для того чтобы вылетело окно площадью 1,2 м2 при давлении 0,005 МПа, на него должна подействовать сила более, чем полтонны. Приложить такое усилие к окну снаружи злоумышленнику вряд ли удастся.

Крепление окна может быть даже шарнирным, чтобы оно не вылетало полностью из оконного проема, а, например, поворачивалось и после сброса давления взрыва возвращалось на место. Это, конечно, желательно не для того, чтобы после взрыва окно осталось целым, а для того, чтобы оно не падало на головы прохожим.

На мой взгляд, по вопросу устройства окон на кухнях и в других бытовых помещениях, где используется бытовой газ, необходимо разработать специальный технический регламент. Разработке такого регламента должны предшествовать серьезные научные исследования, включающие не только глубокие теоретические обоснования, но и натурные испытания в полигонных условиях.

Однако разработчикам и изготовителям металлопластиковых окон уже сейчас можно рекомендовать разработать типоряд специальных конструкций окон для кухонь разных размеров и провести их испытания, например, на зданиях, подлежащих сносу. Такие впечатляющие эксперименты с соответствующей киносъемкой будут не только достаточно обоснованным научным подтверждением их эффективности, но и хорошей рекламой.

В начале статьи в качестве примера рассматривался неблагоприятный случай, когда вся кухня размером 3×3×2,5 м была заполнена самой быстрогорящей газовоздушной смесью. Чаще бывает, что горючая смесь образуется не во всем помещении, а лишь в некотором локальном объеме. Воспламенение такого локального газового облака специалисты на своем жаргоне называют «хлопком». Описанная выше защита в виде слабого по прочности и достаточно большого по площади окна от такого хлопка будет еще более эффективной.

В заключение следует отметить, что вышибные проемы и легкосбрасываемая кровля позволяют предотвратить разрушение основных несущих строительных конструкций и здания в целом, но ожоги и другие поражения людей, находящихся в данном помещении, при этом не исключаются. Однако предотвращение разрушений зданий — это не так мало для снижения трагических последствий взрывов бытового газа.