Опасность террористического акта на промышленном предприятии, использующем в процессе производства сжатый воздух или другой газ, содержащийся в специальной емкости

К биологическим агентам относятся представители болезнетворных организмов - возбудителей наиболее опасных инфекционных заболеваний у человека, животных и растений. К ним относятся бактерии, вирусы, грибки и вырабатываемые некоторыми бактериями яды (токсины) [5].

Наиболее доступными и распространёнными биологическими рецептурами для проведения терактов являются возбудители опасных инфекций (сибирской язвы, оспы, холеры, чумы, туляремии и др.). Отмеченные рецептуры могут попасть в руки террористов в результате хищений из учреждений, осуществляющих производство вакцинных препаратов от особо опасных инфекций. Кроме того, биологические агенты могут быть изготовлены нелегально в лабораторных условиях. Отличие бактериологического оружия от химического в незаметности его применения и репродуктивности агента - бактерии и вирусы размножаются сами.

В зависимости от масштабов заболевания различают:

- спорадическая заболеваемость - единичное инфекционное заболевание;

- эпидемическая вспышка - групповое заболевание на ограниченной территории;

- эпидемия - значительное превышение заболеваемости данной инфекционной болезнью в районе, области и т.д.;

- пандемия - распространение заболевания на большой территории, иногда ряда стран.

Следует отметить, что эпидемии и особенно пандемии могут иметь характер настоящих стихийных бедствий. Примером могут служить эпидемии проказы и оспы в XI - XIV веках в Европе и Азии, эпидемия чумы в XIV веке в Европе (погибло 25 млн. человек, то есть около четверти населения Европы), пять последовательных эпидемий холеры в 1817 - 1917 г.г. в Европе, Индии, Америке, эпидемия оспы в России в 1913 г., эпидемия гриппа (испанки) в 1918-1920 г.г., когда в Западной Европе умерло свыше 20 млн. человек - почти только же, сколько погибло в течение I-ой мировой войны.

Кроме перечисленных выше холеры, чумы, оспы, к числу опасных инфекционных заболеваний относят также проказу, тиф, дизентерию, грипп. Чумой XX века называют инфекционное заболевание СПИД - синдром приобретённого имунного дефицита. Характеризуется паталогическим состоянием, при котором в результате поражения имунной системы ослабляются защитные свойства организма. Заболевание вызывается вирусом иммунодефицита человека (ВИЧ). Источник инфекции - носитель вируса. По данным ООН к началу XXI века число заболевших СПИД и зараженных ВИЧ составляло 36 млн. человек.

К актам биологического терроризма относят также заражение животных и растений.

Эпизоотии представляют собой широкое распространение болезней животных в районе или стране, а иногда даже на целом материке. К числу опасных заболеваний животных относятся: сап, ящур, пситтакоз, туляремия, сибирская язва и др.

Эпифитотии - заболевания растений. К наиболее опасным заболеваниям растений в нашей стране относятся: ржавчина хлебных злаков, при поражении которой потери составляют 40…70 %; фитофтороз или картофельная гниль, при которой поражаются грибком листья, стебли и клубни картофеля, пиронулариоз риса - грибковое заболевание, потери могут достигать 90 %. Большой ущерб наносит массовое распространение колорадского жука, саранчи, совки, майского жука и др.

К основным действиям по борьбе с эпидемиями, эпизоотиями, эпитотиями относятся следующие мероприятия:

- строгий санитарный надзор;

- проведение экстренной профилактики населения антибиотиками (предохранительные прививки);

- раннее выявление больных, изоляция, госпитализация, лечение;

- дезинфекция территории, сооружений, оборудования, имущества;

- захоронение погибших;

- установление на транспорте, предприятиях, базах, складах, предприятиях общественного питания, торговли режима работы, исключающего возможность заноса и распространения инфекции;

- противоэпидемические и противоэпифитотические профилактические мероприятия, направленные на предотвращение заболевания животных и растений;

- дезинсекция, биологическая, химическая и механическая борьба с вредителями сельского хозяйства (опрыскивание, опыление и др.);

- при возникновении очага инфекционного заболевания вводится карантин или обсервация.

Карантин - система противоэпидемических и режимных мероприятий, направленных на полную изоляцию очага заражения и ликвидацию инфекционных заболеваний в нём. Вокруг очага устанавливается вооружённая охрана, запрещающая въезд и выезд, а также вывоз продукции, имущества. Снабжение карантинизированных производится через специальные пункты под строгим медицинским контролем.

Обсервация - это система изоляционно-ограничительных мероприятий, направленных на ограничение въезда, выезда и общения людей на территории, объявленной опасной; усиление медицинского наблюдения. Вводится при установлении возбудителя инфекции, не относящихся к группе особо опасных, а также в районах, непосредственно соприкасающихся с границей карантинной зоны.

Некоторые данные об условиях введения карантина и обсервации приведены в табл. 8.

Таблица 8

Условия введения карантина и обсервации

* Примечание:

- вводится при массовой заболеваемости и наличии контактного распространения.

1.5 Экологический терроризм

1.6 Ядерный терроризм

2. ОЦЕНКА ПОСЛЕДСТВИЙ ВЗРЫВА ЕМКОСТИ (ГАЗГОЛЬДЕРА) НА ПРЕДПРИЯТИИ, СОДЕРЖАЩЕЙ СЖАТЫЙ ВОЗДУХ (ГАЗ)

Рассмотрим промышленное предприятие по производству и ремонту колесных тракторов среднего класса. Территория предприятия: длина - 1600 м, ширина 800 м.

Размещение зданий, объектов, сооружений приведено на рис.3.

Рис. 3. План-схема объекта;

№,№ - 1,2,3,4 - производственные цеха (здания с легким металлическим каркасом); № 5 - котельная (здания с тяжелым металлическим каркасом); № 6 - заводоуправление (кирпичное монолитное здание); №,№ - 7,8,9,10 - механическая мастерская газгольдер, содержащий сжатый воздух, склад сырья, склад готовой продукции (кирпичное малоэтажное здание); № 11 - заводская асфальтовая дорожка

В производственных цехах №№-1,2,3,4 работает по 75 человек в каждом. В котельной штат обслуживания в количестве 10 человек.

Механическая мастерская №7, служит для поддержания в работоспособном состоянии технологических процессов в производственных цехах. Проведения текущего и капитального ремонта технологических установок. Штат механической мастерской в количестве 50 человек.

2.1 Оценка очага поражения по ударной волне

Взрыв емкости, находящегося под внутренним давлением газа, относится к группе физических взрывов, обусловленных различными физическими процессами [7,8].

В емкостях могут находиться инертные газы под давлением, сжатые или сжиженные углеродные газы, перегретый водяной пар и др.

Процессы, сопровождающие такие взрывы, относятся к адиабатическим. Известно, что адиабатическим изменением состояния системы называется такое изменение, которое протекает без обмена теплом между системой и окружающей средой.

При взрыве емкости под внутренним давлением P инертного газа энергия взрыва представляется через работу адиабатического расширения газа в виде:

, где (2.1)

E - энергия взрыва, (дж);

P_r - давление газа в емкости, (Па);

P₀ - атмосферное давление, (Па);

V - объем емкости, (м³);

- показатель адиабаты газа.

В результате взрыва формируется очаг поражения по ударной волне и по разлету осколков, образующихся при разрушении емкости.

Очаг поражения при взрыве - это территория на которой вследствие действия воздушной ударной волны разрушаются здания, сооружения, оборудование, гибнут или получают травмы люди. При подходе ударной волны к некоторой точке пространства давление, плотность и другие гидродинамические элементы в этой точке скачком возрастает. Затем следует постепенное изменение этих величин, причем через некоторый промежуток времени давление и плотность в данной точке пространства становятся меньше, чем те же параметры в невозмущенной среде. Постепенно падает скорость движения частиц, затем меняет свое направление.

Рис. 4. Эпюра ударной волны: 1 - фаза сжатия; 2 - фаза разрежения

Эпюра ударной волны включает области положительных и отрицательных избыточных давлений. Передняя граница сжатой области называется фронтом ударной волны, а сама область - фазой сжатия. За фазой сжатия следует фаза разряжения. Разность ДР_ф = Р_ф - Р₀, где

Р₀ - атмосферное давление, называется избыточным давлением во фронте ударной волны, время [ф₊] - длительность фазы сжатия, время [ф_-] - длительность фазы разрежения.

Воздух в фазе сжатия движется в сторону распространения фронта, в фазе разрежения - в противоположном направлении.

Поражающее действие ударной волны связано, в основном, с действием избыточного давления и скоростного напора воздуха в фазе сжатия. Основными параметрами фазы сжатия являются:

- избыточное давление во фронте ударной волны ДР_ф;

- продолжительность фазы ф₊;

- импульс давления;

которые зависят от мощности взрыва и удаления точки наблюдения от центра взрыва.

Скоростной напор воздуха в фазе сжатия зависит от плотности и скорости воздуха, которые взаимосвязаны с давлением ДР_ф.

Избыточное давление во фронте ударной волныопределяется по формуле М.А. Садовского:

, где (2.2)

ДР_ф - избыточное давление, кПа;

G - масса тротилового заряда, кг;

R - расстояние от центра, м.

Длительность фазы сжатия ф₊, сек, рассчитывается по соотношению:

. (2.3)

Импульс давления в фазе сжатия определяется по соотношению:

, где (2.4)

0,19, при ДР_ф ? 28 кПа;

n = 1,0 , при ДР_ф < 28 кПа.

Импульс давления в фазе сжатия можно также определять из соотношения:

, где (2.5)

I₊ - импульс давления в фазе сжатия, кПа•с;

A - численный коэффициент (А = 0,35).

Территорию очага при взрывах мощностью G >10 т, где G - тротиловый эквивалент взрыва, ограничивают кругом радиусом, соответствующим избыточному давлению во фронте ударной волны ДР_ф ? 10 кПа.

Рис. 5. Очаг поражения при взрыве

1 - зона полных разрушений, соответствующая давлениям ДРф>50кПа,

2 - зона сильных разрушений (ДР_Ф=30 - 50кПа),

3 - зона средних разрушений (ДР_ф=20-30кПа),

4 - зона слабых разрушений (ДР_ф=10-20кПа).

Для определения границы очага поражения и границ зон разрушений используется формула (2.2), снимают значения расстояний R₁, R₂, R₃, R₄ на которых имеют место давления ДР_ф = 50; 30; 20; 10 кПа. При этом зона полных разрушений имеет форму круга радиусом R₁, зоны сильных, средних и слабых разрушений - форму концентрических колец с внутренним и внешним радиусами R₁ и R₂; R₂ и R₃ ; R₃ и R₄ соответственно.

При определении очага поражения можно использовать следующий прием.

Умножив левую и правые части соотношения (1.2) на R³ приходим к уравнению:

aR³+ bR²+cR+d=0; где

a=ДР_ф;

b = - 95;

с = - 390;

d = -1300 G.

Искомое решение может быть представлено в виде:

, где (2.6)

Величина () зависит только от давления ДР_ф .

Величину принято называть параметром уровня поражения. Значения параметра приведено на рис. 6.

Рис. 6. Зависимость параметра ч от величины давления ДС_Ц

Таблица 11

Зависимость параметра от величины давления ДР_ф

Радиус R₁ определяет зону полных разрушений, R₁ и R₂; R₂ и R₃ ; R₃ и R₄ - зоны сильных, средних и слабых разрушений соответственно.

Радиус R₄ определяет также и размеры очага поражения.

Формулой (2.6) для расчета очага поражения пользуются при взрывах мощностью G >10 т.

Расчет очага поражения при взрывах мощностью G < 10 т имеет определенные особенности. При определении воздействия ударной волны на здания, сооружения в этом случае необходимо учитывать действие импульса давления в фазе сжатия, вычисляемого по соотношению (2.5).

Значения I₊, характеризующие степени поражения некоторых конструкций, приведены в табл. 12.

Таблица 12

Разрушающие нагрузки и периоды собственных колебаний для некоторых конструкций

С целью единого подхода к оценке очага поражения при авариях, катастрофах, связанных со взрывом, разработаны приближенные методы, позволяющие упростить проведение необходимых расчетов. К их числу относится метод выбора опорного параметра, характеризующего существо рассматриваемого явления при различных условиях взрыва. В качестве такого параметра выбрана степень поражения объекта.

Расстояния на которых имеет место одна и та же степень поражения исследуемых объектов при различных явлениях G, определяют по формуле:

, где (2.7)

- параметр уровня поражения.

При оценке воздействия взрыва на различные объекты и людей важно знание критерия поражения, определяющих различные степени поражения.

Критериальные значения давлений ДР_ф, характеризующие степень разрушение зданий и сооружений при ядерных взрывах, то есть при относительно большой продолжительности фазы сжатия, приведены в табл. 13.

Таблица 13

Поражение зданий, сооружений при взрыве

Рассмотрим очаг поражения при взрыве газгольдера, содержащего сжатый газ (воздух) при следующих исходных данных:

Давление газа в газгольдере:

P_r = 3,8 МПа;

P_r = 2,3 МПа;

P_r = 1,4 МПа;

P_r = 0,5 МПа.

r - радиус газгольдера, r = 4 м;

д - толщина стенки, д = 0,015 м.

Рассмотрим первый случай: давление P_r = 3,8 МПа.

1. Определяем внутренний объем газгольдера.

м³.

2. По формуле (2.1) определяем энергию взрыва.

Дж.

3. Вычисляем тротиловый эквивалент.

кг,

где Q_v.тр. - теплота взрыва, Q_v.тр. = 4,52 МДж/кг.

Как было показано ранее, радиус R₁ определяет зону полных разрушений, R₁ и R₂; R₂ и R₃ ; R₃ и R₄ - зоны сильных, средних и слабых разрушений соответственно.

Радиус R₄ определяет также и размер очага поражения.

Определим радиус очага поражения при взрыве с тротиловым эквивалентом 354 кг.

м

Аналогичный производим расчет для каждого давления в газгольдере

Таблица 14

Значения размеров очага поражения в зависимости от давления в газгольдере

При сравнении данных табл. 14 можно увидеть, что ударная волна распространяется на небольшом расстоянии, т.к. емкость наполнена сжатым воздухом. Тротиловый эквивалент взрыва воздуха сравнительно небольшой. Но если газгольдер был заполнен другой жидкостью (например, пропан), могла быть очень серьезная авария.

2.2 Оценка дальности разлета осколков. Сравнение различных методов

Серьезную опасность представляет разлет осколков, образующихся при разрушении емкости [8,9].

Схема движения осколка приведена на рис. 7.

Рис. 7. Схема движения и система сил, действующих на осколок в полете: F₁ - сила инерции, F₂ - сила лобового сопротивления, F₃ - подъемная сила, F₄ - сила тяжести

Движение осколка с известной начальной скоростью можно описать системой уравнений вида [7]:

, где, (2.8)

m - масса осколка, кг;

с₁, с₂ - коэффициент лобового сопротивления и подъемной силы осколка соответственно;

s₁, s₂ - площадь лобовой и боковой поверхностей осколка, м²;

с₀ - плотность воздуха, кг/м³; с₀ = 1,29 кг/м³;

б - угол вылета осколка;

х, y - координатные оси.

Следует иметь ввиду, что большинству осколков, образующихся при взрыве, присуща направленная форма. Коэффициент подъемной силы таких осколков:

с_z = с_y= 0.

C учетом этого положения, система (2.8) упрощается:

, (2.9).

Решение системы уравнения (2.9) приведена на рис. 8.

Значение коэффициента с₁=с_х для некоторых тел в зависимости от соотношения , где [а₀] - скорость звука в атмосфере, представлены на рис. 9.

В приближенных расчетах для оценки дальности разлета осколков допускается использовать соотношение:

, где (2.10)

L_m - максимальная дальность разлета осколков, м;

v₀ - начальная скорость полета осколков, м/с, где для определения v₀ используется соотношение:

, где (2.11)

m_* - суммарная масса осколков, равная массе оболочки (кг);

Е - энергия взрыва;

в₂ = 0,7;

g - ускорение свободного падения.

Соотношение (2.10) получено для случая полета осколков в безвоздушном пространстве. При больших величинах v₀ оно дает завышенное значение L_m. Дальность L_m, определенную таким образом, следует ограничить сверху L_*:

, где (2.12)

Е - энергия рассматриваемого взрыва, Дж;

Q_v.тр - теплота взрыва тротила.

Объем газгольдера и энергия взрыва вычисляется ранее.

1.

2.

3. Вычисляем массу оболочки.

4. По соотношению (2.11) находим начальную скорость полета осколков, принимая значения коэффициента

Отсюда

5. По соотношению (2.10) вычисляем максимальную дальность разлета осколков

6. По соотношению 2,5 находим L_*

Используя систему уравнений (2.9) (см. рис. 6) вычисляем дальность разлета осколков (См. рис. 7) для некоторых тел, в зависимости от отношения

Рассмотрим 3 вида осколков:

1 - КЦБ

2 - цилиндр

3 - шар

Шар

Рассмотрим 3 значения масс осколков: m=1 кг; m=2 кг; m= 5 кг

Последовательность расчетов

При массе осколка m=1 кг:

;

При массе осколка m=2 кг:

При массе осколка m=5 кг:

Цилиндр

С_х=1,3

При массе осколка m=1 кг:

При массе осколка m=2 кг:

При массе осколка m=5 кг:

Куб

, где ; ; где [a] - ребро.

S₁= a² = 0,0025 (м²)

С_х = 1,9.

При массе осколка m=1 кг:

При массе осколка m=2 кг:

При массе осколка m=1 кг:

Аналогичным образом происходит расчет для остальных давлений в газгольдере.

1. Р_r = 23 МПа

2. Р_r = 1,4 МПа

3. Р_r = 0,5 МПа

Результаты расчета занесены в табл. 15.

Таблица 15

Зависимость дальности разлета осколков от давления в газгольдере, при различных массах осколков

Результаты сопоставления данных табл. 15 представлены на графике № 1.

Из графика видно, что максимальная дальность разлета осколков, рассчитываемая по формуле

имеет завышенный результат по сравнению с точным результатом. Точному расчету более соответствует расчет определяемый по формуле (2.12). Отсюда следует, что при взрыве газгольдера, имеющем в своей емкости «воздух» практичнее воспользоваться формулой

так как она дает лучшее приближение к точному результату.

2.3 Оценка воздействия осколков на человека

При взрыве газгольдеров и баллонов с газом высокого давления могут образовываться множество осколков. Начальная скорость осколков при таких взрывах составляет обычно несколько сотен литров в секунду. Форма осколков может быть произвольной.

После образования осколки летят по воздуху вплоть до их соударения с какой-либо мишенью или землей.

Скорость осколка при встрече с телом человека, поражающего его с вероятностью (0,5) определяется соотношением

, где (3.1)

r₀ - средний радиус осколка, (м);

m₀ - масса осколка (кг);

Вследствие недостаточной информации о значениях r₀; m₀; с_x; с_y использование системы уравнения (29) для определения скорости осколка на различных расстояниях от взорвавшейся емкости затруднительно. По этой причине допустимо приближения Г.И.Покровского.

при R<L_m?L_*

где v₀ - начальная скорость полета осколка, м/с;

- отношение плотностей материала оболочки емкости и воздуха;

- характерный размер осколка (м);

д-толщина осколка, совпадающая, как правило, с толщиной осколка, (м)

Определяем критическую скорость осколка при встрече с телом человека, по соотношению (3.1) для разных масс осколка

При массе осколков m=1 кг:

- При массе осколков m=2 кг:

- При массе осколков m=5 кг:

Для определения расстояний, на которых имеют место данные скорости движения осколков используется соотношение (3.2)

Используя эту формулу выразим расстояние R, где V=V_*

(3,3)

Найдем значения:

m=1 кг

m=2 кг

m=5 кг

Используя ранее найденные значениеV_* для разных масс осколков: m=1 кг; m=2 кг; m=5 кг. Найдем радиус осколочного поражения человека от давления в газгольдере и массы осколков.

Произведем расчет радиуса поражения человека используя формулу (3.3)

,m=1 кг;

,m=2 кг;

,m=5 кг;

Аналогично производится расчет и для остальных давлений.

Таблица 16

Радиус осколочного поражения человека в зависимости от давления в газгольдере и массы осколков

Из табл. 16 следует, что основным поражающим действием на человека будет разлет осколков т.к. он представляет более серьезную опасность. Данные таблицы приведены на графике № 2

При взрыве металлической емкости, содержащей сжатый горючий газ под давлением, образуются осколки, поражающее действие которых зачастую бывает определяющим, а также формируется воздушная ударная волна и имеет место тепловое излучение. При этом в помещении, имеет место соотношение.

, (3.4.)

где E - энергия взрыва;

Е_у.в. = в₁^..Е - энергия, расходуемая на формирования ударной волны;

Е_оск = в₂ ^. Е - кинетическая энергия осколков;

Е_т = в₃ ^.Е - энергия, идущая на тепловое излучение

При взрыве емкости со сжатым горючим газом энергия Е₁[Дж], находится по соотношению