Разработка мероприятий по снижению возможных последствий взрывов газопаровоздушных смесей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство Образования и Науки Российской Федерации

Государственное Автономное Некоммерческое Учреждение Высшего Профессионального Образования

Дальневосточный Федеральный Университет

Курсовая работа по дисциплине

Устойчивое функционирование объектов экономики в чрезвычайных ситуациях

На тему: «Разработка мероприятий по снижению возможных последствий взрывов газопаровоздушных смесей»

Выполнил: Шульженко Д. С.

Группа С3466 б

Проверил: Иванов С.А.

Владивосток

2012 г.

Введение

Аварии со взрывом могут произойти на пожаровзрывоопасных объектах. К пожаровзрывоопасным объектам относятся объекты, на территории или в помещениях которых находятся горючие газы, легковоспламеняющиеся жидкости и горючие пыли в таком количестве, что могут образовывать взрывоопасные горючие смеси, при горении которых избыточное давление в помещении может превысить 5 кПа.

Причинами аварий на производстве, использующем химические вещества, чаще всего бывает:

- нарушение правил транспортировки и хранения ядовитых веществ;

- несоблюдение правил техники безопасности;

- выход из строя агрегатов, механизмов, трубопроводов;

- неисправность средств транспортировки?

- разгерметизация емкостей хранения;

- превышение нормативных запасов.

Расширение разогретых пламенем газов и ускорение их движения способствуют формированию скорости распространения пламени до нескольких сот метров в секунду, что при возрастании турбулентности воздушных масс вызывает взрывы.

Взрыв - это весьма быстрое изменение химического (физического) состояния взрывчатого вещества, сопровождающееся выделением большого количества тепла и образованием большого количества газов, создающих ударную волну, способную своим давлением вызвать разрушения.

Газообразные продукты взрыва, соприкасаясь с воздухом, нередко воспламеняются, что может вызывать пожар.

Цель курсовой работы:

1. определить возможное воздействие взрыва на предприятие;

2. определить характер разрушений зданий сооружений и потерь среди служащих и рабочих;

3. разработать мероприятия по повышению устойчивости функционирования объекта экономики.

Дано: 1.Здание деревянное 2-х этажное, удаление от места взрыва 200м.

2. Здание железобетонное, удаление от места взрыва 200м;

3. Вещество Бензол масса 150т.

1. Характеристика взрывчатых веществ и взрывных устройств

Современные взрывчатые вещества могут пребывать в газообразном, жидком, пластичном и твердом состоянии.

Газопаровоздушные (ГПВС) и пылевоздушные смеси образуют класс объемных взрывов.

Взрывы ГПВС могут происходить:

* в помещениях вследствие утечки газов из бытовых приборов;

* в емкостях их хранения и транспортировки (спецрезервуарах, газгольдерах, цистернах, танках - грузовых отсеках танкеров);

* в глубинных штреках горных выработок;

* в природной среде вследствие повреждений трубопроводов, труб буровых скважин, при интенсивных утечках сжиженных и горючих газов.

Сжиженные углеводородные газы, аммиак, хлор, фреоны хранятся в технологических емкостях под сверхатмосферным давлением при температуре выше или равной температуре окружающей среды, и по этим причинам они являются взрывоопасными жидкостями.

В теплоизолированных ("изотермических") сосудах и резервуарах при отрицательных температурах хранятся сжиженные газы метан, азот, кислород, которые называют криогенными веществами.

Вещества другой характерной группы пропан, бутан, аммиак, хлор хранят в жидком состоянии под давлением в однослойных сосудах и резервуарах при температуре окружающей среды.

В соответствии с нормативами ГОСТа разработана классификация, объединяющая вещества в четыре основные категории.

К первой категории отнесены вещества с критической температурой ниже температуры среды (криогенные вещества - сжиженный природный газ, содержащий в основном метан, азот, кислород).

Во вторую категорию входят вещества с критической температурой выше, а точкой кипения ниже, чем в окружающей среде (сжиженный нефтяной газ, пропан, бутан, аммиак, хлор). Их особенностью является "мгновенное" (очень быстрое) испарение части жидкости при разгерметизации и охлаждение оставшейся доли до точки кипения при атмосферном давлении.

Третью категорию составляют жидкости, у которых критическое давление выше атмосферного и точка кипения выше температуры окружающей среды (вещества, находящиеся в обычных условиях в жидком состоянии). К этой группе относятся некоторые вещества из предыдущей категории, например, бутан в холодную погоду и этиленоксид при теплых природных условиях.

Четвертую категорию - вещества, содержащиеся при повышенных температурах (водяной пар в котлах, циклогексан и другие жидкости под давлением и при температуре, превышающей точку кипения при атмосферном давлении).

При значительных разрушениях емкостей с криогенными жидкостями и веществами второй категории происходит их вскипание с быстрым испарением и образованием облаков газопаровоздушных смесей.

Аварийное вскрытие емкостей с негорючими или горючими перегретыми жидкостями сопровождается взрывами и опасными осколочными повреждениями.

Огненный шар детонации возникает в результате горения газопаровоздушных смесей, переобогащенных углеводородными соединениями. Переходу к детонации способствуют препятствия: стены строений, предметы, пересеченная местность на пути распространения пламени, вызывающие явление турбулентности.

Статистика 150 аварий в России и в странах СНГ в 1970-1989 гг. показывает, что в 42,5% случаев взрывов облаков газопаровоздушных смесей участвовали углеводородные газы (аммиак, хлор, фреоны), в 15,5% - пары легковоспламеняющихся жидкостей, в 18% - водород, в 5,3% случаев - пыль органических продуктов.

Из 150 крупных взрывов 84 произошло в технологической аппаратуре, 66 - в атмосфере. В 73 случаях при взрывах были серьезные разрушения зданий, сооружений и различного оборудования промышленных предприятий.

Бензол-- органическое химическое соединение, бесцветная жидкость с приятным сладковатым запахом. Простейший ароматический углеводород. Бензол входит в состав бензина, широко применяется в промышленности, является исходным сырьём для производства лекарств, различных пластмасс, синтетической резины, красителей. Хотя бензол входит в состав сырой нефти, в промышленных масштабах он синтезируется из других её компонентов. Токсичен, канцерогенен.

Бензол кипит при 80°,5 и застывает на холоде в кристаллическую массу, плавящуюся при +6°; легко растворим в эфире, спирте, хлороформе и других обыденных растворителях, за исключением воды; бензол представляет прекрасное растворяющее средство для жиров, смол, масел, асфальта, алкалоидов, серы, фосфора, йода; на воздухе горит светлым, сильно коптящим пламенем и дает весьма легко воспламеняющиеся пары. Бензол идет в громадных количествах на получение нитро- и динитросоединений, а также дисульфобензоловой кислоты. Нитробензол получается при действии на бензол смеси азотной и серной кислот при обыкновенной температуре и представляет желтоватую жидкость, кипящую при 209° (при 745 мм. рт. ст. давл.), удельного веса 1,2; запах его до поразительности схож с запахом масла горьких миндалей, или бензойного альдегида, почему нитробензол употребляется в парфюмерии и мыловарении и называется искусственным горькоминдальным маслом (а также мирабановой эссенцией). При действии восстановителей, напр., уксусной кислоты и железных стружек, нитробензол переходит в анилин, исходный материал для получения анилиновых красок.

При непродолжительном вдыхании паров бензола не возникает немедленного отравления, поэтому до недавнего времени порядок работ с бензолом особо не регламентировался. В больших дозах бензол вызывает тошноту и головокружение, а в некоторых тяжёлых случаях отравление может повлечь смертельный исход. Пары бензола могут проникать через неповрежденную кожу. Если организм человека подвергается длительному воздействию бензола в малых количествах, последствия также могут быть очень серьёзными. В этом случае хроническое отравление бензолом может стать причиной лейкемии (рака крови) и анемии (недостатка гемоглобина в крови). Сильный канцероген.

2. Области применения бензола

Бензол - один из наиболее распространенных химических продуктов и самое распространенное ароматическое соединение. В физическом весе пластмасс около 30%, в каучуках и резинах - 66%, в синтетических волокнах - до 80% приходится на ароматические углеводороды, родоначальником которых является бензол.

Основные области применения бензола - производство этилбензола, кумола и циклогексана. На долю этих продуктов приходится около 70% мирового потребления бензола. Этилбензол является важным нефтехимическим продуктом, основной объем которого используются для производства стирола. Наиболее значимыми продуктами, в производстве которых используется фенол, является бисфенол-А и фенолформальдегидные смолы. Циклогексан используется в качестве сырья для получения капролактама, растворителя. Капролактам в свою очередь применяется для производства термопластичных смол (полиамид 6), капроновых волокон и нитей. Нитробензол является полупродуктом для получения анилина.

Бензол также используется для получения анилина, малеинового ангидрида, является сырьем для производства синтетических волокон, каучуков, пластмасс. Бензол применяется как компонент моторного топлива для повышения октанового числа, как растворитель и экстрагент в производстве лаков, красок, поверхностно-активных веществ.

3. Чрезвычайные ситуации, связанные со взрывами

Взрывы чаще всего происходят на пожаро-взрывоопасных объектах, где могут возникнуть условия для образования газопаровоздушных смесей, пылевоздушных смесей, где в больших количествах применяются углеводородные газы (метан, этан, пропан). Возможны взрывы котлов в котельных, газовой аппаратуры, продукции и полуфабрикатов химических заводов, паров бензина и других компонентов, муки на мельницах, пыли на элеваторах, сахарной пудры на сахарных заводах, древесной пыли на деревообрабатывающих предприятиях.

Могут быть взрывы в жилых помещениях, когда люди забывают выключить газ. Взрывы происходят на газопроводах при плохом контроле за их состоянием и несоблюдении требований техники безопасности при их эксплуатации. К тяжелым последствиям приводят взрывы рудничного газа в шахтах.

4. Теплота взрыва и температура продуктов взрыва

Из физики известно, что энергия и тепло, выделяемые в процессе реакции, находятся в прямой зависимости между собой, поэтому количество энергии, выделяемое при взрыве, и теплота являются важной энергетической характеристикой ВВ, определяющей его работоспособность. Чем больше выделено теплоты, тем выше температура нагрева продуктов взрыва, тем больше давление, а следовательно, и воздействие продуктов взрыва на окружающую среду.

5. Скорость детонации

От скорости детонации ВВ зависит скорость взрывчатого превращения, а следовательно, и время, в течение которого выделяется вся энергия, заключенная в ВВ. А это вместе с количеством тепла, выделяющегося при взрыве, характеризует мощность, развиваемую взрывом, следовательно, дает возможность правильно выбрать ВВ для выполнения работы. Для перебивания металла целесообразнее получить максимум энергии в короткий промежуток времени, а для выброса грунта эту же энергию лучше получить за более длительный отрезок времени подобно тому, как при нанесении резкого удара по доске можно ее перебить, а приложив эту же энергию постепенно, только сдвинуть.

При прохождении во взрывоопасной среде ударной волны происходит скачкообразное изменение параметров состояния газов - давления, температуры, плотности, что вызывает детонационное горение.

Температура газов под действием ударной волны может повышаться до температур, вызывающих самовоспламенение, а во взрывоопасной среде вызывает химические реакции. Сочетание явления ударной волны с наличием зоны химической реакции передает детонационную волну, в результате чего происходит детонация.

Следствием крупных аварий и катастроф, как правило, являются пожары и взрывы, в результате которых разрушаются производственные и жилые здания, повреждаются техника и оборудование, гибнут люди.

Пожаро- и взрывоопасные объекты (ПВОО) - предприятия, на которых производятся, хранятся, транспортируются взрывоопасные продукты или продукты, приобретающие при определенных условиях способность к возгоранию или взрыву. К ним прежде всего относятся производства, где используются взрывчатые и имеющие высокую степень возгораемости горючие вещества, а также железнодорожный и трубопроводный транспорт, как несущий основную нагрузку при доставке жидких, газообразных пожаро- и взрывоопасных грузов.

6. Наиболее распространенные причины пожаров

Аварии на ПВОО, связанные с сильными взрывами и пожарами, могут привести к тяжелым социальным и экономическим последствиям.

Пожары вызываются в основном взрывами емкостей с взрывоопасными жидкостями и газами, коротким замыканием электропроводки, взрывами и возгоранием некоторых веществ и материалов.

Нередки пожары от возгорания горючего и взрывчатых веществ при перевозках (искрение тормозных колодок, возгорание букс, детонация при резких соударениях).

Кроме того, в условиях стесненного производства становятся опасными вещества, считающиеся негорючими. Так, взрывается и горит древесная, угольная, торфяная, алюминиевая, мучная, зерновая и сахарная пыль, а также пыль хлопка, льна, пеньки, джута. Самовозгораются такие обычные химикаты, как скипидар, камфара, барий, пирамидон и другие.

7. Основные поражающие факторы взрыва

Пожаро-взрывные явления характеризуются следующими факторами:

* воздушной ударной волной, возникающей при разного рода взрывах газо-воздушных смесей, резервуаров с перегретой жидкостью и резервуаров под давлением;

* тепловым излучением и разлетающимися осколками;

* действием токсичных веществ, которые применялись в технологическом процессе или образовались в ходе пожара или других аварийных ситуациях.

8. Вторичные последствия от взрывов

Действие воздушной ударной волны может вызывать вторичные последствия, так как при взрыве взрывчатого вещества в атмосфере возникают ударные волны, распространяющиеся с большой скоростью в виде областей сжатия. Ударная волна достигает земной поверхности и отражается от нее на некотором расстоянии от эпицентра взрыва, фронт отраженной волны сливается с фронтом падающей волны, вследствие чего образуется так называемая головная волна с вертикальным фронтом.

При наземном взрыве воздушная ударная волна, как и при воздушном взрыве, распространяется от эпицентра с вертикальным фронтом.

При подземном взрыве воздушная ударная волна ослабляется грунтовой средой. При взрывах на малых глубинах имеет место только волна от выхода газов. А на больших глубинах при наличии камуфлетов (разрывов без образования воронки) проявляется только "наведенная" волна.

Основными параметрами, определяющими интенсивность ударной волны, являются: избыточное давление во фронте и длительность фазы сжатия. Эти параметры зависят от массы заряда ВВ определенного типа (т.е. энергии взрыва), высоты, условий взрыва и расстояния от эпицентра.

9. Оценка возможных поражающих факторов взрыва

При взрыве следует рассматривать следующие возможные поражающие факторы, например:

a) пламя;

b) тепловое излучение;

c) ударную волну;

d) разлетающиеся осколки;

e) опасные выбросы веществ.

Проявления вышеуказанных факторов связаны с:

f) химическими и физическими свойствами горючих веществ;

g) количеством и объемом пространства взрывоопасной среды;

h) геометрией непосредственного окружающего пространства;

i) прочностью оболочки (корпуса) и несущих конструкций;

j) применением защитных средств персоналом, находящимся под угрозой;

k) физико-механическими свойствами оборудования, находящегося в опасных условиях.

Таким образом, расчет ожидаемого физического ущерба людям, домашним животным или материального ущерба от присутствующего количества и объема пространства взрывоопасной среды может быть осуществлен лишь на основе каждого конкретного случая.

Риск возникновения взрывоопасной среды, возможные последствия от ее воспламенения зависят от горно-геологических условий шахты, технологии горных работ, добываемых видов руд и вероятности появления рудничного газа и/или горючей пыли.

10. Меры предупреждения взрывов

Для предотвращения взрывоопасных ситуаций принимается комплекс мер, которые зависят от вида выпускаемой продукции. Многие меры являются специфическими и могут быть присущи только одному или нескольким видам производств. Существуют меры, соблюдение которых необходимо для всех видов химического производства или, по крайней мере, для их большинства.

В первую очередь для всех взрывоопасных производств, хранилищ, баз, складов и т.п., имеющих в своем составе взрывчатые вещества, предъявляются требования к территории для их размещения, которые выбираются по возможности в незаселенных или малозаселенных районах. При невозможности выполнения этого условия строительство должно осуществляться на безопасных расстояниях от населенных пунктов, других промышленных предприятий, железных и шоссейных дорог общего пользования, водных путей и иметь свои подъездные пути,

В химической и нефтехимической промышленности применяются автоматические системы защиты, целью которых являются:

* сигнализация и оповещение об аварийных ситуациях производственного процесса;

* вывод из предаварийного состояния потенциально опасных технологических процессов при нарушении регламентных параметров (температуры, давления, состава, скорости); обнаружение загазованности производственных помещений и автоматического включения устройств, предупреждающих об образовании смеси газов и паров с воздухом взрывоопасных концентраций;

* безаварийная установка отдельных агрегатов или всего производства при внезапном прекращении подачи тепла и электроэнергии, инертного газа, сжатого воздуха.

Источниками аварий химических производств могут быть прекращение подачи электроэнергии, снижение подачи пара и воды в магистральных трубопроводах, в результате чего нарушается технологический режим, и создаются чрезвычайно опасные аварийные ситуации. В связи с этим принимаются меры по надежному обеспечению тепло-энергоснабжения химических предприятий, совершенствованию технологических средств, обеспечивающих их безопасную остановку и последующий пуск.

Надежность обеспечения электроэнергией во взрывоопасных производствах достигается установкой автономного источника электроснабжения (в дополнение к двум, предусмотренным правилами, для питания технологических противоаварийных блокировок), систем защиты производства и аварийного освещения. В качестве дополнительного источника электроэнергии применяют генераторы с двигателями внутреннего сгорания, находящиеся в постоянной готовности паровые турбины и аккумуляторные батареи с соответствующей аппаратурой, преобразующей постоянный ток в переменный.

Непременным условием надежной безаварийной работы любого производства является высокая профессиональная подготовленность штатного персонала предприятий, баз, складов, а также специальных аварийных бригад, осуществляющих ремонт, надзор и ликвидацию аварий.

На протяженных трубопроводах аварийные бригады рекомендуется располагать через каждые 100 км. Бригады должны быть оснащены специально оборудованными автомашинами, на которых должен находиться необходимый набор средств, обеспечивающих возможность быстро проникать в загазованную зону и принимать необходимые меры предупреждения, локализации и ликвидации аварий.

Со штатным персоналом предприятий, баз, складов необходимо постоянно вести занятия по повышению квалификации, действиям в условиях возможных чрезвычайных обстоятельств. Рекомендуется создавать специальные тренажеры для отработки действий производственного персонала и соответствующих специалистов в аварийных ситуациях.

Существует, кроме того, ряд производств, в ходе технологических процессов которых неизбежно образование больших количеств пыли (химические, мукомольные, деревообрабатывающие), соединение которой с кислородом в определенных условиях создает взрывоопасную концентрацию. Пределы взрывоопасной концентрации устанавливаются опытным путем в зависимости от состава пыли или находятся по справочникам.

Взрыву больших объемов пылевоздушных смесей, как правило, предшествуют небольшие местные хлопки и локальные взрывы внутри оборудования и аппаратуры. При этом возникают слабые ударные волны, встряхивающие и поднимающие в воздух большие массы пыли, накопившиеся на поверхности пола, стен и оборудования.

Чтобы исключить взрыв пылевоздушных смесей, необходимо не допускать значительных скоплений пыли. Это достигается: улучшением технологии производства, повышением надежности оборудования, правильным расчетом и монтажом вентиляционных пылесосных установок.

Инициатором практически всех взрывов газо-, паро- и пылевоздушных смесей является искра, поэтому на всех производствах, где возможно образование этих смесей, необходимо обеспечивать надежную защиту от статического электричества, предусматривать мероприятия против искрения электроприборов и другого оборудования.

Для размещения складов взрывчатых материалов могут использоваться существующие подземные горные выработки, выработки, пройденные по заданным параметрам. Размещение складов в существующих выработках с продолжающейся добычей полезных ископаемых не допускается.

Сохранность складов взрывчатых материалов от внешних воздействий обеспечивается устройством защищенных входов, газовоздушных трактов и других коммуникаций.

Безаварийная эксплуатация складов взрывчатых материалов в подземных горных выработках достигается соблюдением общих требований для наземных аналогов и специальных требований, определяемых подземными условиями.

Сохранность складов при аварийном взрыве одного из хранилищ обеспечивается правильным назначением емкостей хранилищ для взрывчатых материалов, наличием безопасных расстояний между ними, взаимным расположением и ориентацией хранилищ, устройством защитных экранов по периметру хранилищ, рациональным размещением взрывчатых материалов и другими инженерными мероприятиями.

взрывчатый вещество пожар бензол

11. РАСЧЕТ ВОЗМОЖНОГО РАЗРУШЕНИЯ, СИЛ И СРЕДСТВ

Детонационный взрыв ГПВС

При возникновении аварийных ситуаций со сжиженными углеводородными газами, типа ацетилен, метан, этан, пропан, бутан, пентан, этилен, бутилен, бензол и др. происходит интенсивное их испарение. Пары и газы образуют взрывчатую смесь с воздухом - УВС, взрыв которой может привести к значительным разрушениям и пожарам. Взрывы газопаровоздушных и пылевоздушных смесей образуют класс объемных взрывов.

При взрыве ГПВС различают две зоны действий: детонационной волны в пределах облака ГПВС и воздушной ударной волны за пределами облака ГПВС. Параметры взрыва газопаровоздушной смеси зависят от расстояния до центра взрыва и от состава ГПВС.

Детонационную волну в газах представляют как ударную волну, сопровождаемую волной горения. Данный процесс связан с разогревом газа ударной волны до температуры, обеспечивающей высокую скорость реакции и распространения пламени, соизмеримую со скоростью ударной волны.

Давление на фронте детонационной волны в газовых смесях может достигать 2МПа, а при взаимодействии с конструкциями в помещениях вследствие многократных отражений может доходить до 10 МПа. Параметры детонационной волны в процессе распространения в пределах облака существенно не меняются. При выходе за пределы границы облакарасширяющиеся продукты детонации возбуждают воздушную ударную волну.

Для расчета поражающего действия взрывов ГПВС определяют параметры:

1. Детонационной волны расширяющихся продуктов детонации;

2. Воздушной ударной волны.

Параметры детонационной волны, действующей в пределах первоначального размера облака ГПВС (R<r0), определяют следующим образом.

Начальный радиус r0 (м) полусферического облака ГПВС, в зависимости от его объема V0(м3), определяется по формуле 1

r0= (1)

Объем облака газовой смеси стехиометрического состава приближенно можно определить по формуле 2

где Сстх - объемная концентрация горючей компоненты; Сстх(бензол)=2,84%

µ* - молекулярная масса горючей компоненты; µ*(бензол) = 78кг/моль

М - масса горючей компоненты; М=150000кг

Q - коэффициент, зависящий от способа хранения продукта; его принимают: 0,5 - для газов сжиженных под давлением;

Вычислим V0 по формуле 1

V0==338,57м3

Вычислим r0 по формуле 2

r0= = 3,58м

Скорость распространения детонационной волны D (м/с) рассчитывается по формуле 3

D= (3)

где Qm - удельная теплота взрыва (Дж/кг), Qm(бензол)=40,6МДж/кг

y - показатель адиабаты продуктов детонации, y(бензол)=1,3

Вычислим D по формуле 3

D==23,3м/с

Время полной детонации облака tв (c) можно определить по формуле 4

tв= (4)

tв= = 0,15с

максимум избыточного давления ?P1на фронте детонационной волны можно вычислить по формуле 5

?Р1=4(y-1)Qm*Pстх-Р0 (5)

12. Взрывы газопаровоздушных смесей

При взрыве газопаровоздушных смесей (ГВС) зону детонационной волны, ограниченную радиусом r0, можно определить по формуле

R0 = , м, (6.4)

Где 1/ 24 - коэффициент, м/кДж1/3;

Э - энергия взрыва смеси, определяемая из выражения

Э = VГПВС ? rстх ? Qстх, кДж, (6.5)

Где VГПВС - объем смеси, равный

VГПВС = 100 Vг / С, (6.6)

Где Vг - объем газа в помещении;

С - стехиометрическая концентрация горючего по объему в % (табл. 6.2);

Rстх - плотность смеси стехиометрического состава, кг/м3 (табл. 6.2);

Qстх - энергия взрывчатого превращения единицы массы смеси стехиометрического состава, кДж/кг;

V0 - свободный объем помещения, равный V0=0,8Vп, м3;

Vп - объем помещения;

При VГПВС > V0 объем смеси VГПВС принимают равным V0 .

В нормативной литературе по взрывозащите зданий взрывобезопасности производств существуют специальные методики по определению массы и объема газа, распространяющегося в помещении при аварийной ситуации. Эти методики предусматривают тщательное изучение технологического процесса. Для оперативного прогнозирования последствий взрыва в производственных помещениях расчеты целесообразно проводить для случая, при котором будут максимальные разрушения, то есть когда свободный объем помещения, где расположены емкости с газом, будет полностью заполнен взрывоопасной смесью стехиометрического состава.

Тогда уравнение (6.5) по определению энергии взрыва можно записать в виде

Э = , кДж, (6.7)

Далее принимается, что за зоной детонационной волны с давлением 17 кгс/см2, действует воздушная ударная волна. Давление во фронте воздушной ударной волны определяется с использованием данных табл. 6.1 или рис.6.1.

Основными поражающими факторами взрыва являются: воздушная ударная волна (УВ), осколочные поля, создаваемые летящими обломками разного рода объектов техногенного образования, строительных деталей и т. д. Основными параметрами поражающих факторов взрыва являются : воздушной ударной волны - избыточное давление во фронте (?Рф), скоростной напор воздуха (?Рск) и время действия ?Рф; осколочного поля - количество осколков, их кинетическая энергия и радиус разлета [9, 8, 10, 20]. Однако на практике в качестве определяющего параметра воздушной УВ принимают избыточное давление во фронте волны. За единицу измерения ?Рф в системе СИ принят Паскаль (Па), внесистемная единица - кгс/см2 : 1 Па = 1 Н/м2 = 0,102 кгс/см2; 1 кгс/см2 = = 98,1 кПа ? 100 кПа.

Опыт ликвидации последствий аварий со взрывом газо- и паровоздушных смесей (ГВС) углеводородных веществ [21, 14, 7] в нашей стране и за рубежом [21] показывает, что наиболее сложная обстановка складывается в зонах взрыва газо- и пылевоздушных смесей (ПВС), паровых облаков и сгорания нефтепродуктов, масел и др. опасных веществ. При возникновении таких аварий возможны два варианта развития ситуации: детонационный взрыв и дефлаграционное (или взрывное) горение [21, 19].

В зоне детонационного взрыва, как показывает анализ, скорость распространения пламени может превысить даже скорость звука. При этом ?Рф в детонационной волне достигает в ряде случаев 1000-1200 кПа, а температура горючих газов повышается до t = 1500-3000 єC. Это может вызвать полное разрушение зданий и сооружений, гибель людей, сложную пожарную обстановку. Сформировавшаяся в зоне детонации УВ распространится на десятки, сотни и даже тысячи метров от места взрыва.

При дефлаграционном (или взрывном) горении скорость распространения пламени не превышает 100-200 м/с, а давление - 20-100 кПа. При скорости меньше 1 м/с ударные волны не образуются. При таком горении наиболее опасна пожарная обстановка.

На промышленных предприятиях наиболее взрывоопасными являются образующиеся в нормальных или аварийных условиях ГВС и ПВС [7, 14, 10]. Из ГВС наиболее опасны взрывы смесей с воздухом углеводородных газов, а так же паров ЛВГЖ. Взрывы ПВС происходят на мукомольном производстве, на зерновых элеваторах, при обращении с красителями, при производстве пищевых продуктов, лекарственных препаратов, на текстильном производстве [10, 14].

В результате действия поражающих факторов взрыва происходит разрушение или повреждение зданий, сооружений, технологического оборудования, транспортных средств, элементов объекта экономики (ОЭ), гибель людей. Степени разрушений (слабое, среднее, сильное, полное) элементов объекта (здание, оборудование, сети КЭС и т. п.) приводятся в таблицах литературы [17, 10, 7].

Рассмотрим методики решения типовых задач при взрывах на ВОО, которые целесообразно знать руководителям аварийно-спасательного формирования (АСФ) и аварийно-спасательной службы (АСС) ОЭ при оценке инженерной обстановки [13, 7, 17, 19]. В работах [7, 8, 19, 21] рассмотрены методики:

при взрыве конденсированных взрывчатых веществ (тротил, гексоген, дымный порох, пироксилин и др.). Их взрывы протекают в режиме детонации;

при взрыве газо- и паровоздушных углеводордных веществ [21];

при взрывах пылевоздушных смесей и аэрозолей.

Так как для взрывоопасных ОЭ наиболее характерны аварии с выбросом газо- и паровоздушных смесей углеводородных веществ с образованием детонационных взрывов, а в случае террористических актов и др. характерны взрывы конденсированных ВВ, то ниже даются методики оценки зон разрушений именно для этих случаев.

13. Взрывы газо- и паровоздушных смесей (ГВС)

Такие взрывы могут происходить в неограниченном (открытая атмосфера) и ограниченном (в замкнутом объеме) пространстве в результате разрушений газопроводов, разлива сжиженного горючего газа, его испарения, неисправностей технологической аппаратуры, трубопроводов, утечек газа в помещениях и т.д. При этом имеют место детонационные взрывы [7, 10, 21, 22]. К ГВС относят: метан, пропан, бутан, этилен, пропилен, бутилен и др.

Взрывы ГВС в открытой атмосфере [7, 21]

Имеется не одна методика расчетов. Все они основаны на принципе подобия Хопкинсона и подчинены закону “кубического корня”. В практике широко используют две методики, которые дают достоверные результаты

Первая методика определения параметров зон разрушения

Это упрощенная и достаточно объективная методика, рассмотренная в работах [21, 7, 10, 22]. На основе анализа и обобщения материалов аварий со взрывом ГВС в очаге поражения (взрыва) на открытой местности (атмосфере) выделяют две зоны: детонации (детонационной волны); распространения (действия) ударной волны (УВ).

Условный (расчетный) радиус зоны детонации (детонационной волны) r0 определяют по эмпирической формуле

13

где k - коэффициент, характеризующий объем газов или паров веществ, пере- ходящих во взрывоопасную смесь. Его значения в расчетах принимают- ся k=0,4ч0,6 [18, 16];

- количество вещества, разлившегося из разгерметизированной емкости (хранилища);

18,5 - эмпирический коэффициент, который позволяет учесть различные ус- ловия возникновения взрыва (характеристики ГВС, состояние атмо- сферы, форму облака, мощность источника воспламенения, место его инициирования и др.).

За пределами зоны детонации избыточное давление ударной волны (?Рф) резко снижается до атмосферного. В литературных источниках [21, 22, 7, 10] предлагаются те или иные зависимости для расчета максимальных значений ? Рф в зоне детонации с учетом расстояния до места взрыва, например во второй методике, приведенной ниже. В этой же методике для расчетов используются обобщенные данные изменения избыточного давления (? Рф) исходя из расстояния, выраженного в долях от радиуса зоны детонации (r1/r0) и максимального давления (Pmax) в зоне детонации (табл.14) [21]. При этом Pmax для различных ГВС находится по табл.13 из справочников [7, 22].

Зону распространения (действия) УВ обычно разбивают на несколько (n) зон [7] с радиусами: смертельных поражений или полных разрушений (R100) с избыточным давлением на внешней границе ? Рф=100 кПа (? Рф > 50 кПа); сильных и полных разрушений соответственно с ? Рф=30 кПа и ? Рф=50 кПа (R50); средних с ? Рф=20 кПа и слабых с ? Рф=10 кПа (R20) и безопасную зону с ? Рф < <10 кПа, т.е. ? Рф=6-7 кПа (R6, 7).

Примечание. По международным нормам безопасным для человека является ? Рф=7 кПа [7, 22].

Затем, определив Pmax (табл.13) для данной ГВС, вытекшей при аварии из емкости (хранилища), по табл.14 [7] при принятых зонах с ? Рф1=100 кПа, ? Рф2=50 кПа, ? Рф3=20 кПа, R6, 7=7 кПа находим отношения r1/r0 и, следовательно, радиусы (Rn) принятых зон, зная r0 из (13):

Объем завала полностью разрушенного здания определяют по формуле

, м3, (6.18)

Где A, B, H - длина, ширина и высота здания, м;

G - объем завала на 100 м3 строительного объема здания, принимаемый:

Для промышленных зданий - g = 20 м3;

Для жилых зданий - g = 40 м3.

Объем завала здания, получившего сильную степень разрушения, принимают равным половине от объема завала полностью разрушенного здания.

Количество участков, требующих укрепления (обрушения) поврежденных или разрушенных конструкций, принимают из расчета один участок на здание, получившее сильное разрушение.

Количество аварий на КЭС принимают равным числу разрушенных вводов коммуникаций в здание (электро-, газо-, тепло - и водоснабжения). Кроме того, проверяется возможность разрушения головных элементов коммуникаций и линий снабжения. Ввод коммуникации считается разрушенным, если здание получило полную или сильную степень разрушения. При отсутствии исходных данных можно принять, что каждое здание имеет четыре ввода коммуникации.

Таблица 6.4

Характеристика степеней разрушения зданий

Степени разрушения	Характеристики разрушения
Слабые	Частичное разрушение внутренних перегородок, кровли, дверных и оконных коробок, легких построек и др. Основные несущие конструкции сохраняются. Для полного восстановления требуется капитальный ремонт.
Средние	Разрушение меньшей части несущих конструкций. Большая часть несущих конструкций сохраняется и лишь частично деформируется. Может сохраняться часть ограждающих конструкций (стен), однако при этом второстепенные и несущие конструкции могут быть частично разрушены. Здание выводится из строя, но может быть восстановлено.
Сильные	Разрушение большей части несущих конструкций. При этом могут сохраняться наиболее прочные элементы здания, каркасы, ядра жесткости, частично стены и перекрытия нижних этажей. При сильном разрушении образуется завал. Восстановление возможно с использованием сохранившихся частей и конструктивных элементов. В большинстве случаев восстановление нецелесообразно.
полные	Полное обрушение здания, от которого могут сохраниться только поврежденные (или неповрежденные) подвалы и незначительная часть прочных элементов. При полном разрушении образуется завал. Здание восстановлению не подлежит.

Таблица 6.5

Степени разрушения зданий от избыточного давления

При взрывах горючих смесей

Типы зданий	Степени разрушения и избыточные давления, кПа
	слабые	средние	сильные	полные
Кирпичные и каменные: Малоэтажные Многоэтажные	8 - 20 8 - 15	20 - 35 15 - 30	35 - 50 30 - 45	50 - 70 45 - 60
Железобетонные крупнопанельные: Малоэтажные Многоэтажные	10 - 30 8 - 25	30 - 45 25 - 40	45 - 70 40 - 60	70 - 90 60 - 80
Железобетонные монолитные: Многоэтажные Повышенной этажности	25 - 50 25 - 45	50 - 115 45 - 105	115 - 180 105 - 170	180 - 250 170 - 215
Железобетонные крупнопанельные С железобетонным и металлическим каркасом и крановым оборудованием грузоподъемностью, в тоннах: До 50 От 50 до 100	5 - 30 15 - 45	30 - 45 45 - 60	45 - 75 60 - 90	75 - 120 90 - 135
Складские помещения С металлическим каркасом и стенами из листового металла	5-10	10-20	20-35	35-45

Рекомендации по определению численности пострадавших в завалах, образованных при взрывах, разработаны доцентом Вороновым М. Н. На основании анализа материалов случившихся аварий основным фактором, определяющим потери, является степень повреждения зданий. Принимается, что:

В полностью разрушенных зданиях выходит из строя 100 % находящихся в них людей, при этом полагают, что все пострадавшие находятся в завалах;

В сильно разрушенных зданиях выходит из строя до 60 % находящихся в них людей, при этом считают, что 50 % из числа вышедших из строя может оказаться в завале, остальные поражаются обломками, стеклами и давлением в волне;

В зданиях, получивших средние разрушения, может выйти из строя до 10 - 15 % находящихся в них людей.

Тогда Максимальное количество людей, вышедших из строя в зданиях, составит

Nоб. зд. = Nпол. р + 0,6 Nсил. р + 0,15 Nср. р, (6.19)

Где Nпол. р, Nсил. р, Nср. р - количество людей, находящихся в зданиях, получивших соответственно полные, сильные и средние разрушения.

Общее число вышедших из строя людей, размещенных на открытой местности, можно определить из выражения

Nоб. откр = d ?jSPiFi , (6.20)

Где d - доля людей, которые в момент взрыва могут оказаться в опасной зоне вне зданий (при отсутствии данных величина d может быть принята равной 0,05;

J - плотность людей, чел./км2;

Fi - площадь территории объекта, где воздействует воздушная ударная волна с давлением DРф, i;

Рi - вероятность выхода из строя персонала, находящегося в i - ой зоне воздействия ударной волны взрыва (табл. 6.8).

DРф, кПа	< 13	13-35	35-65	65-120	120-400	?400
Рi	0	0,75	0,35	0,13	0,05	0

Площадь Fi вычисляется путем поочередного вычитания из площади зоны поражения с давлением DРф, i площади зоны поражения с давлением DР ф, i+1.

Общие потери людей на объекте будут суммироваться из чисел пострадавших в зданиях и вне зданий

Nоб = Nоб. зд + Nоб. откр. (6.21)

Безвозвратные потери людей на объекте составят

Nб = 0,6Nоб, (6.22)

А Санитарные потери

Nс = Nоб - Nб. (6.23)

Число пострадавших, оказавшихся в завалах, определяется из выражения

Nзав = Nпол. р + 0,3Nсил. р. (6.24)

Радиусы зон теплового поражения людей, в случае горения смеси по дефлаграционному режиму, могут быть определены с использованием зависимостей, приведенных В. Маршаллом:

Получение ожогов III степени

Rп = 80 Q0,42 , м, (6.25)

Получение ожогов II степени

Rп = 150 Q0,42, м, (6.26)

Где Q - масса газа в смеси, т.

В последнем случае потери людей от разрушения зданий и воздействия воздушной ударной волны не рассчитываются.

Число людей, оказавшихся без крова, принимается равным численности людей, проживающих в зданиях, получивших средние, сильные и полные разрушения.

Потребность в жилой площади во временных зданиях, домиках и палаточных городках может быть определена из расчета размещения:

3 - 4 человека (или 1 семья) в комнате сборно-разборного домика, площадью 8 - 10 м2;

4 - 5 человек (или 1 семья) в одной лагерной палатке;

До 20 человек в палаточном общежитии УСБ-56 и до 30 коек при использовании УСБ-56 для развертывания больниц и медицинских пунктов при двухъярусном размещении больных.

Радиационная и химическая обстановка в районе аварии оценивается по соответствующим известным методикам. При этом учитывается, что незащищенные емкости со СДЯВ могут разрушаться от воздушной ударной волны при давлениях DР ф = 70 . . . 75 кПа.

При заблаговременной оценке обстановки вдоль трассы магистрального газопровода выделяют, как правило, четыре полосовых участка параллельно газопроводу (с каждой стороны). Эти полосовые участки соответствуют характерным зонам разрушений:

Полных разрушений (DРф ? 50 кПа);

Сильных разрушений (30? DРф < 50 кПа);

Средних разрушений (20? DРф < 30 кПа);

Слабых разрушений (10? DРф < 20 кПа).

Зоны определяют по методике, изложенной в п. 6.3, а затем наносят на схему вдоль трассы газопровода и определяют показатели обстановки с использованием табл.6.4 …6.8.

Размещено на Allbest.ru