Взрывы, происходящие на производстве приводят к разрушению зданий, сооружений, оборудования и травмирования людей. Поэтому важно знать заранее, к каким разрушениям может привести возможен взрыв. При взрыве газопаровоздушных среды зоной разрушения считается площадь с границей, определяется радиусом R, центром которого является технологический блок, рассматриваемой объект или эпицентр взрыва. Границы каждой зоны характеризуются значениями избыточных давлений во фронте ударной волны Δ Р и соответственно безразмерным коэффициентом К, характеризующий воздействие ударной волны взрыва на объект. Классы зон возможных разрушений при взрыве облаков топливно-воздушной смеси в помещении и коэффициенты К в зависимости от создаваемого избыточного давления АР, представленные в табл. 4.4. Данная таблица используется для нахождения размеров зон возможных разрушений от взрывной волны, и, зная характеристику зоны поражения, можно определить избыточное давление во взрывной волны и массу взрывчатого вещества, участвовала во взрыве.

Таблица 4.4

Уровень возможных разрушений при взрывном превращении облаков топливовоздушной смеси

разрушения	Избыточное давление Δ Р, кПа		коэффициент К			разрушений	Характеристика зоны поражения
							Разрушение и обрушение всех элементов зданий и сооружений, включая подвалы, процент выживания людей: Для административно бытовых зданий и
							зданий управления обычного исполнения - 30%; Для производственных зданий и сооружений обычного исполнения - 0%
							Разрушение части стен и перекрытий верхних этажей, образование трещин в стенах, деформация перекрытий нижних этажей. Возможно ограниченное использование подвалов, сохранившихся после расчистки входов. Процент выживания людей: Для административно бытовых зданий и зданий управления обычного исполнения - 85%; Для производственных зданий и сооружений обычного исполнения - 2%.
							Разрушение главным образом второстепенных элементов (крыш, перегородок и дверных заполнений). Перекрытия, как правило, не обваливаются. Часть помещений пригодна для использования после расчистки обломков и выполнения ремонта. Процент выживания людей: для административно бытовых зданий и зданий управления обычного исполнения - 94%.
							Разрушение оконных и дверных заполнений и перегородок. Подвалы и нижние этажи полностью сохраняются и пригодны для временного использования после уборки мусора и закладки проемов. Процент выживания людей: Для административно бытовых зданий и зданий управления обычного исполнения - 98%; Для производственных зданий и сооружений обычного исполнения - 90%.
					разрушение стеклянных заполнений		Разрушение стеклянных заполнений. Процент выживших -100%.

Радиусы R, м, зон возможных поражений в общем виде могут быть определены по формулам: при М < 5000 кг

при М> 5000 кг

где М - масса парогазовой среды, участвующий во взрыве, кг

К - безразмерный коэффициент, характеризующий влияние взрыва на объект и определяется по табл. 4.4;

М т - тротиловый эквивалент взрыва, кг, рассчитываемый по формуле (4.2) ... (4.4).

По уровню вызванных взрывной волной разрушений с использованием табл. 4.4 можно рассчитать массу взрывчатого вещества в тротиловом эквиваленте, что участвовала во взрыве. Или наоборот, зная массу взрывчатого вещества в тротиловом эквиваленте, которая может участвовать во взрыве, можно рассчитать размер каждой зоны с определенной характеристикой поражения.

ПРИМЕР .

Определить максимальное расстояние от центра взрыва паров изобутилового спирта в производственном цехе, при котором человек временно потеряет слух. Масса спирта, взорвался, составляет М = 10 кг. Временная потеря слуха у человека наблюдается при избыточном давлении ударной волны

Решение .

1. Рассчитаем по формуле (4.3), с учетом формулы (4.1), тротиловый эквивалент взрыва в воздухе паров изобутилового спирта, кг,

где принято:

Для изобутилового спирта теплота сгорания Qн = 36743 кДж / кг (справочная величина);

Доля приведенной массы парогазовых веществ участвующих во взрыве, для производственного помещения принята, по табл. 4.1, равной 0,3.

2. Поскольку масса парогазовой смеси не превышает 5000 кг, то расчет радиуса зоны, где человек временно при взрыве потеряет слух, можно определить по формуле (4.6). При этом безразмерный коэффициент К, характеризующий влияние волны взрыва на объект, принимается в соответствии со значением избыточного давления в ударной волны ДР <2 кПа и табл. 4.4, равным 56. Тогда радиус зоны, м, составит:

Вывод. При нахождении человека в зоне возможного взрыва с радиусом поражения 27,2 м существует большая вероятность временной потере ею слуха. При взрыве произойдет разрушение стеклянного заполнения оконных проемов и незначительное повреждение оборудования.

Для определения радиусов зон поражения может быть предложен (например, ) следующий метод, который состоит в численном решении уравнения

k/(P(R) - P*) = I(R) - I*, (40)

причем константы k, P*, I* зависят от характера зоны поражения и определяются из табл. 4, а функции P(R) и I(R) находятся по соотношениям (7)-(13) соответственно.

Таблица 4

Константы для определения радиусов зон поражения при взрывных ТВС

#G0Характеристика действия ударной волны
Разрушение зданий
Полное разрушение зданий
Граница области сильным разрушений: 50-75 % стен разрушено или находится на грани разрушения
Граница области значительных повреждений: повреждение некоторых конструктивных элементов, несущих нагрузку
Граница области минимальных повреждений: разрывы некоторых соединений, расчленение конструкций
Полное разрушение остекления
50 % разрушение остекления
10 % и более разрушение остекления
Поражение органов дыхания незащищенных людей
50 % выживание
Порог выживания (при меньшим значениям смерт. поражения людей маловероятны)

Заметим, что в некоторых источниках предлагается более простая формула для определения радиусов зон поражения, используемая, как правило, для оценки последствий взрывов конденсированных ВВ, но, с известными допущениями, приемлемая и для грубой оценки последствий взрывов ТВС:

R = KW/(1 + (3180/W)), (41)

где коэффициент К определяется согласно табл. 5, а W - тротиловый эквивалент взрыва, определяемый из соотношения

(42)

где q- теплота сгорания газа.

Таблица 5

Уровни разрушения зданий

	Характеристика повреждения здания	Избыточное давление Р, кПа	Коэффициент К
	Полное разрушение здания
	Тяжелые повреждения, здание подлежит сносу
	Средние повреждения, возможно восстановление здания
	Разрушение оконных проемов, легкосбрасываемых конструкций
	Частичное разрушение остекления

Для определения радиуса смертельного поражения человека в соотношение (41) следует подставлять величину К = 3,8.

Приложение

Примеры расчетов

В результате аварии на автодороге, проходящей по открытой местности, в безветренную погоду произошел разрыв автоцистерны, содержащей 8 т сжиженного пропана. Для оценки максимально возможных последствий принято, что в результате выброса газа в пределах воспламенения оказалось практически все топливо, перевозившееся в цистерне. Средняя концентрация пропана в образовавшемся облаке составила около 140 г/м. Расчетный объем облака составил 57 тыс. м. Воспламенение облака привело к возникновению взрывного режима его превращения. Требуется определить параметры воздушной ударной волны (избыточное давление и импульс фазы сжатия) на расстоянии 100 м от места аварии.

тип топлива - пропан;

концентрация горючего в смеси С= 0,14 кг/м;

масса топлива, содержащегося в облаке, М= 8000 кг;

удельная теплота сгорания топлива q= 4,64·10Дж/кг;

окружающее пространство - открытое (вид 4).

Определяем эффективный энергозапас ТВС Е. Так как С> С, следовательно,

Е = 2МqС/С= 2·8000·4,64·10·0,077/0,14 = 4,1·10Дж.

Исходя из классификации веществ, определяем, что пропан относится к классу 2 опасности (чувствительные вещества). Геометрические характеристики окружающего пространства относятся к виду 4 (открытое пространство). По экспертной табл. 2 определяем ожидаемый режим взрывного превращения облака ТВС - дефлаграция с диапазоном видимой скорости фронта пламени от 150 до 200 м/с. Для проверки рассчитываем скорость фронта пламени по соотношению (2):

V= kМ= 43· 8000= 192 м/с.

Полученная величина меньше максимальной скорости диапазона данного взрывного превращения.

Для заданного расстояния R = 100 м рассчитываем безразмерное расстояние R:

R= R/(E/P)= 100/(4,1·10/101 324)= 0,63.

Рассчитываем параметры взрыва при скорости горения 200 м/с. Для вычисленного безразмерного расстояния по соотношениям (9) и (10) определяем величины Pи I:

P= (V/С)((- 1)/)(0,83/R- 0,14/R) = 200/340·6/7(0,83/0,63 - 0,14/0,63) = 0,29;

I= (V/C)((- 1)/)(1 - 0,4(V/C)((- 1)/))х

х(0,06/R+ 0,01/R- 0,0025/R) = (200/340)((7 - 1)/7)х

х(1 - 0,4(200/340)((7 - 1)/7))(0,06/0,63 + 0,01/0,63- 0,0025/0,63) = 0,0427.

Так как ТВС - газовая, величины P, Iрассчитываем по соотношениям (5) и (6):

P = exp(-1,124 - 1,66 ln(R) + 0,26 (ln(R))) = 0,74 ± 10%;

I = exp(-3,4217 - 0,898 ln(R) - 0,0096(ln(R))) = 0,049 ± 15%.

Согласно (11) определяем окончательные значения Pи I:

P = min(Px1, P) = min(0,29, 0,74) = 0,29;

I= min (I, I) = min(0,0427, 0,049) = 0,0427.

Из найденных безразмерных величин Pи Iвычисляем согласно (12) и (13) искомые величины избыточного давления и импульса фазы сжатия в воздушной ударной волне на расстоянии 100 м от места аварии при скорости горения 200 м/с:

P = 2,8·10 Па;

I = I(P)E/C = 2,04·10 Па·с.

Используя полученные значения P и I, находим:

Pr = 6,06, Pr = 4,47, Pr = -1,93, Pr=3,06, Pr=2,78

Это согласно табл. 3 означает: 86% вероятность повреждений и 30% вероятность разрушений промышленных зданий, а также 2,5% вероятность разрыва барабанных перепонок у людей и 1% вероятность отброса людей волной давления. Вероятности остальных критериев поражения близки к нулю.

В результате внезапного раскрытия обратного клапана в пространство, загроможденное подводящими трубопроводами, выброшено 100 кг этилена. Рядом с загазованным объектом на расстоянии 150 м находится помещение цеха. Концентрация этилена в облаке 80 г/м. Требуется определить степень поражения здания цеха и расположенного в нем персонала при взрыве облака ТВС.

Сформируем исходные данные для дальнейших расчетов:

горючий газ - этилен;

агрегатное состояние смеси - газовая;

концентрация горючего в смеси С= 0,08 кг/м;

стехиометрическая концентрация этилена с воздухом С= 0,09;

масса топлива, содержащегося в облаке, М= 100 кг;

удельная теплота сгорания горючего газа q= 4,6·10Дж/кг;

окружающее пространство - загроможденное.

Определяем эффективный энергозапас горючей смеси Е. Так как С< С, следовательно,

Е = Мq·2 = 100х4,6·10·2 = 9,2·10Дж.

Исходя из классификации веществ, определяем, что этилен относится к классу 2 опасности (чувствительные вещества). Геометрические характеристики окружающего пространства относятся к виду 1 (загроможденное пространство). По экспертной табл. 2 определяем диапазон ожидаемого режима взрывного превращения облака топливно-воздушной смеси - первый, что соответствует детонации.

Для заданного расстояния 150 м определяем безразмерное параметрическое расстояние :

R/E= 100·150/(9,2·10)= 7,16.

По соотношениям для падающей волны (14)-(19) находим:

амплитуда фазы давления

P/P= 0,064 илиP= 6,5·10Па при P= 101 325 Па;

амплитуда фазы разрежения

P_/P= 0,02 илиP_ = 2·10Па при P= 101 325 Па;

длительность фазы сжатия

длительность фазы разрежения

импульсы фаз сжатия и разрежения

II_ = 126,4 Па·с.

Форма падающей волны с описанием фаз сжатия и разрежения в наиболее опасном случае детонации газовой смеси может быть описана соотношением

P(t) = 6,5·10(sin((t - 0,0509)/0,1273)/sin(-p 50,9/0,1273))exp(-0,6t/0,0509).

Используя полученные значения Pи I, по формулам п.4 имеем:

Pr = 2,69; Pr = 1,69; Pr = -11,67; Pr = 0,76; Pr = -13,21

(при расчете Prпредполагается, что масса человека 80 кг).

Это согласно табл. 3 означает 1 % вероятность разрушений производственных зданий. Вероятности остальных критериев поражения близки к нулю.

По соотношениям для отраженной волны (21)-(26) находим:

амплитуда отраженной волны давления

Pr/P= 0,14 илиPr= 1,4·10Па при P= 101325 Па;

амплитуда отраженной волны разрежения

Pr_/P= 0,174 илиPr_ = 1,74·10Па при P= 101325 Па;

длительность отраженной волны давления

длительность отраженной волны разрежения

импульсы отраженных волн давления и разрежения:

I= 308 Па·с;

I_ = 284,7 Па·с.

Форма отраженной волны при взаимодействии со стенкой

P(t) = 1,4·10(sin((t - 0,0534)/0,1906)/sin(-0,0534/0,1906))exp(-0,8906t/0,0534).

Используя полученные значения Pи I, по формулам п. 4 имеем:

Pr = 4,49; Pr = 3,28; Pr = -7,96; Pr = 1,95; Pr = -9,35.

Это согласно табл. 3 означает вероятности: 30 % повреждений и 4 % разрушений производственных зданий. Вероятности остальных критериев поражения близки к нулю.

При взрыве ГВС образуется зона ЧС с ударной волной, вызывающей разрушения зданий, оборудования и т. п. аналогично тому, как это происходит от УВ ядерного взрыва. В данной же методике зону ЧС при взрыве ГВС делят на 3 зоны: зона детонации (детонационной волны); зона действия (распространения) ударной волны; зона воздушной УВ.

Зона детонационной волны (зона I ) находится в пределах облака взрыва. Радиус этой зоны r 1 ,м приближенно может быть определен по формуле

где Q - количество взрывоопасной смеси ГВС, хранящейся в емкости, т.

17,5 – эмпирический коэффициент, который позволяет учесть различные условия возникновения взрыва.

В пределах зоны I действует избыточное давление (Δ Рф ), которое принимается постоянным Δ Рф1 = 1700 кПа .

Зона действия УВ взрыва (зона II ) – охватывает всю площадь разлета ГВС в результате ее детонации. Радиус этой зоны:

Избыточное давление в пределах зоны II изменяется от 1350 кПа до 300 кПа и находится по формуле

Δ Рф2= ,

где r – расстояние от центра взрыва до рассматриваемой точки, м.

Рис.1. Зоны чрезвычайной ситуации при взрыве газо-воздушной смеси. r 1 r r

В зоне действия воздушной УВ (зона III ) – формируется фронт УВ, распространяющийся по поверхности земли. Радиус зоны r3>r2, и r3 - это расстояние от центра взрыва до точки, в которой требуется определить избыточное давление воздушной УВ (ΔРф3): r3=r. Избыточное давление в зоне III в зависимости от расстояния до центра взрыва рассчитывается по формуле

Δ Рф3= , при ψ 2 ,

Δ Рф3= , при ψ 2

где ψ =0,24 r 3/ r 1 = (0,24r)/(17,5) – относительная величина.

Степени разрушений элементов объекта при различных избыточных давлениях ударной волны приведены в таблице 4 .

Расстояния от центра взрыва до внешних границ зон разрушения рассчитываются по формуле:

где ψ – определенный коэффициент, который принимаем равным:

– для зоны слабых разрушений ψ 10 = 2,825 ;

– для зоны средних разрушений ψ 20 = 1,749 ;

– для зоны сильных разрушений ψ 30 = 1,317 ;

– для зоны полных разрушений ψ 50 = 1,015 ;

Площади зон разрушения и очага поражения рассчитываем по формуле:

S = π R ²

1.3. Методика расчета параметров зоны чс (разрушений) при взрыве гвс в замкнутых объемах.

Горючие смеси газов (паров) с воздухом (окислителем) образуются в ограниченных объемах технологической аппаратуры, в помещениях промышленных и жилых зданий, вследствие утечки газа по различным причинам и воспламеняются от внешних источников зажигания. Горение ГВС в замкнутых объемах от точечного источника зажигания происходит послойно с дозвуковой скоростью распространения пламени (дефлограционное горение) при повышении давления и температуры во всем объеме. К концу полного выгорания смеси среднее значение температуры в помещении достигает значений в 1,5-2 раза больших, чем при аналогичных взрывах в открытом пространстве.

Избыточное давление взрыва гвс в помещениях можно определить по формуле

Δ Рф = (Мг Q г P 0 Z )/(V св ρ В СВ Т0 К1) = (ρ г Q г P 0 Z )/(ρ В СВ Т0 К1) ,

где Мг = V св ρ г – масса горючего газа, поступившего в помещение в результате аварии, кг;

Q г - удельная теплота сгорания ГВС, Дж/кг;

P 0 – начальное давление в помещении, кПа; его принимают в расчетах P0 = 101 кПа;

Z – доля участия продуктов во взрыве, принимается в расчетах Z = = 0,5 ;

V св – свободный объем помещения, м3; допускается принимать 80% от полного объема помещения, т. е. Vсв = 0,8 Vп;

V п – полный объем помещения, м3;

ρ В – плотность воздуха до взрыва, кг/м3 при начальной температуре Т0, 0К. Рекомендуется принимать в расчетах ρВ = 1,225 кг/м3;

СВ - удельная теплоемкость воздуха, Дж/(кг·0К); принимают СВ = = 1,01·103 Дж/(кг·0К);

К1 – коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения, допускается принимать К1 = 2 или К1 = 3;

Т0 – начальная температура воздуха в помещении, 0К (окислителя).

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ, НАУКИ, молодежи

И спорта УКРАИНЫ

ОДЕССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ МОРСКОЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Охрана и безопасность на море»

гражданская защита

и оценка последствий в чрезвычайных ситуациях

Методические указания

для проведения самостоятельной работы студентов по дисциплине «гражданская защита»

Лабораторная работа № 5.

Тема: “Оценка инженерной обстановки чрезвычайных ситуаций ”

Одесса 2012

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

Тема: “Оценка инженерной обстановки чрезвычайных ситуаций”

Учебная цель :освоение методики оценки инженерной обстановки ЧС на взрыво- и пожароопасных объектах

Материальное обеспечение: Методические указания«Гражданская защита и оценка последствий чрезвычайных ситуаций. Часть 1. »; Демиденко Г.П., и др. Справочник. «Защита объектов ОНХ от ОМП ». К.,1986; таблицы.

План проведения занятия:

Вопросы, подлежащие изучению	Время, мин
1. Определение понятий и анализ исходных данных.	Самост. работа
2. Методика расчета параметров зоны разрушений при взрыве ГВС в открытой атмосфере.	Самост. работа
3. Расчет параметров зоны разрушений при взрыве ГВС в открытой атмосфере (пример).
4. Решение задач по оценке инженерной обстановки в зонах чрезвычайных ситуаций.

Отчетность: Выполнить задания 3-4. Законспектировать в тетрадь все вопросы плана занятия. Произвести расчеты представленных задач по оценке инженерной обстановки в ЧС на взрыво- и пожароопасных объектах и сделать соответствующие выводы.

Задания 1-2 выносится на самостоятельную работу (срок выполнения не более одной недели).

Оценка инженерной обстановки чрезвычайных ситуаций на взрыво- и пожароопасных объектах

Общие сведения

Инженерная обстановка - это совокупность последствий стихийных бедствий, аварий (катастроф), а также первичных и вторичных поражающих факторов современных средств поражения, в результате которых имеет место разрушение зданий, сооружений, оборудования, коммунально-энергетических объектов, средств связи и транспорта, мостов, плотин, аэродромов и т. д., что существенно влияет на устойчивость работы объектов экономики и жизнедеятельность населения. Особую опасность с точки зрения частоты возникновения, возможных потерь и полученных убытков представляют собой взрывы, которые могут привести к человеческим жертвам, разрушению производственных сооружений, нарушению производственной деятельности важных объектов на долгое время.

Взрыв – это процесс быстрого освобождения большого количества энергии в ограниченном объеме за короткий промежуток времени. При этом в окружающей среде образуется и распространяется взрывная волна. Взрыв несет опасность поражения людей и обладает разрушительной способностью. Взрывы могут быть направленными или объёмными .

По виду взрывчатого вещества (ВВ) различают взрывы конденсированных ВВ (тротил, гексоген, порох и т. п.), взрывы газопаровоздушных смесей (ГПВС) и аэрозолей (пылевоздушных смесей).

Основными поражающими факторами взрыва являются: воздушная ударная волна (УВ) и 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 (ΔР ф ), скоростной напор воздуха (ΔР ск ) и время действия избыточного давления во фронте (tΔР ф );

– осколочного поля – количество осколков, их кинетическая энергия и радиус разлета.

Однако на практике в качестве определяющего параметра воздушной ударной волны принимают избыточное давление во фронте волны. За единицу измерения ΔР ф в системе СИ принят Паскаль (Па ), внесистемная единица – кгс/см². Соотношения: 1 Па = 1 Н/м² = 0,102 кгс/см²; 1 кгс/см² = 98,1 кПа ≈ 100 кПа.

На промышленных предприятиях наиболее взрывоопасными являются образующиеся в нормальных или аварийных условиях газо-паровоздушные смеси (ГПВС) и пылевоздушные смеси (ПВС). Из ГПВС наиболее опасны взрывы смесей углеводородных газов с воздухом, а так же паров легковоспламеняющихся горючих жидкостей. Взрывы ПВС происходят на мукомольном производстве, на зерновых элеваторах, при обращении с красителями, при производстве пищевых продуктов, лекарственных препаратов, на текстильном производстве. В результате действия поражающих факторов взрыва происходит разрушение или повреждение зданий, сооружений, технологического оборудования, транспортных средств, элементов объекта экономики (ОЭ), гибель людей.

Особенностями безопасной работы ОЭ в мирное время в условиях взрывов являются различные условия оценки безопасности существующих взрывоопасных конструкций на территории ОЭ.

Такими условиями являются:

1) оценка безопасности ОЭ при уже встроенных взрывоопасных конструкциях;

2) оценка безопасности ОЭ при установке новых взрывоопасных конструкций;

3) оценка безопасности проектирующихся предприятий с взрывоопасными конструкциями.

Наиболее частыми случаями в условиях Украины является оценка безопасности при уже встроенных взрывоопасных конструкциях.

При втором и третьем случае, возникает необходимость минимаксных решений, т. е. обеспечение минимума финансовых затрат при максимуме безопасности работы .

Максимум безопасности может обеспечиваться заглублением взрывоопасных конструкций, увеличением расстояния до зданий и сооружений предприятия и другими мероприятиями, связанными с контролем, сигнализацией, охраной и т. д.

Оценка инженерной обстановки объекта включает:

1. Определение масштабов и степени разрушения элементов объекта в целом, степени разрушений зданий, объектов и др., в том числе защитных сооружений для укрытия рабочих и служащих, размеры зон завалов, объема инженерных работ, возможности объектовых и приданных формирований по проведению аварийно-спасательных и неотложных работ (АСиНР).
2. Анализ их влияния на устойчивость работы отдельных элементов и объекта в целом, а также жизнедеятельность населения.
3. Выводы об устойчивости отдельных элементов и объекта в целом к действию поражающих факторов и рекомендаций по ее повышению, предложения по осуществлению аварийно-спасательных и неотложных работ.

Исходными данными для оценки инженерной обстановки являются :

– сведения о наиболее вероятных стихийных бедствиях, авариях (катастрофах), противнике, его намерениях и возможностях по применению оружия массового поражения (ОМП) и других современных средств поражения;

– характеристики первичных и вторичных поражающих факторов средств поражения;

– характеристики защитных сооружений для укрытия рабочих и служащих;

– инженерно-технический комплекс организации и его элементов.

После оценки инженерной обстановки и выводов из нее подготавливают предложения по инженерному обеспечению АСиНР. В предложениях по инженерному обеспечению указываются:

– объекты города, района, на которых необходимо сосредоточить основные усилия инженерных сил и средств;

– основные инженерные мероприятия по обеспечению ввода сил гражданской защиты (ГЗ) в очаги поражения;

– мероприятия по организации неотложных работ на коммунально-энергетических сетях;

– организация инженерного обеспечения спасательных работ на объектах и в жилой зоне;

– общие объемы инженерных работ, потребность в силах и средствах для их выполнения;

– порядок использования имеющихся в наличии формирований инженерной техники.

Объем и сроки проведения АСиНР (аварийно-спасательных и неотложных работ) зависят от степени разрушения зданий, сооружений и объектов экономики. При определении степени разрушения учитывается характер разрушения, ущерб и возможность дальнейшего использования и восстановления.

Приняты следующие степени разрушений: полное, сильное, среднее и слабое, Каждой степени разрушения отвечает свое значение ущерба, объема АСиНР, а также объемы и сроки проведения восстановительных работ.

R 50 - ∆P ф ≥ 50 кПа – зона полных разрушений - разрушение всех элементов зданий, включая подвальные помещения, люди получают тяжелые переломы, разрывы внутренних органов, возможен летальный исход. Убытки составляют более 70 % стоимости основных производственных фондов. Здания и сооружения восстановлению не подлежат.

R 30 - ∆P ф = 30…50 кПа – зона сильных разрушений – разрушение частей стен и перекрытий верхних этажей, трещины в стенах, деформация перекрытий нижних этажей, при этом люди могут получить сильные вывихи, переломы, ушибы головы. Убытки составляют 30 – 70 % стоимости основных производственных фондов, возможно ограниченное использование мощностей, которые сохранились. Восстановление возможно путем капитального ремонта.

R 20 - ∆P ф = 20…30 кПа – зона средних разрушений – разрушение второстепенных элементов зданий и сооружений (кровель, перегородок, оконных и дверных рам), возможное появление трещин в стенах. Перекрытия, как правило, не рухнувшие, подвальные помещения сохранились, поражение людей – в основном обломками конструкций. Убытки составляют 10 – 30 % стоимости основных производственных фондов. Промышленное оборудование, техника, транспортные средства восстанавливаются в порядке среднего ремонта, а здания и сооружения – после текущего или капитального ремонта.

R 10 - ∆P ф = 10…20 кПа – зона слабых разрушений – разрушение оконных и дверных заполнений, перегородок, подвалы и нижние этажи сохранились и пригодны к временному использованию после текущего ремонта зданий, сооружений, оборудования и коммуникаций. Убытки составляют до 10 % стоимости основных производственных фондов (зданий, сооружений). Восстановление возможно путем текущего ремонта.

Для взрывоопасных ОЭ наиболее характерны аварии с выбросом газо-паровоздушных смесей (ГПВС) углеводородных веществ с образованием детонационных взрывов. Ниже дается методика оценки зон разрушений для аварии с выбросом газо-паровоздушных смесей.

Методика расчета параметров зоны ЧС (разрушений) при взрыве ГПВС в открытой атмосфере

При взрыве ГПВС образуется зона ЧС с ударной волной (УВ), вызывающей разрушения зданий, оборудования и т. п. аналогично тому, как это происходит от УВ ядерного взрыва. В данной же методике зону ЧС при взрыве ГПВС делят на 3 зоны: зона детонации (детонационной волны); зона действия (распространения) ударной волны; зона воздушной УВ (Рис. 24).

Рис. 24. Зоны чрезвычайной ситуации при взрыве газо-паровоздушной смеси.

r 1 – радиус зоны детонационной волны (зона I); r 2 – радиус зоны действия УВ взрыва (зона II); r 3 – радиус зоны действия воздушной УВ (зона III).

Зона детонационной волны (зона I ) находится в пределах облака взрыва. Радиус этой зоны r 1 ,м приближенно может быть определен по формуле

Q - количество взрывоопасной ГПВС, хранящейся в емкости, т.

17,5 – эмпирический коэффициент, который позволяет учесть различные условия возникновения взрыва.

В пределах зоны I действует избыточное давление (ΔР ф ), которое принимается постоянным ΔР ф1 = 1700 кПа.

Зона действия УВ взрыва (зона II ) – охватывает всю площадь разлета ГПВС в результате ее детонации. Радиус этой зоны:

r 2 = 1,7 r 1

Избыточное давление в пределах зоны II изменяется от 1350 кПа до 300 кПа и находится по формуле:

ΔР ф2 = 1300(r 1 /r ) + 50 , где

r – расстояние от центра взрыва до рассматриваемой точки, м.

В зоне действия воздушной УВ (зона III ) – формируется фронт УВ, распространяющийся по поверхности земли. Радиус зоны r 3 >r 2 , и r 3 - это расстояние от центра взрыва до точки, в которой требуется определить избыточное давление воздушной УВ (ΔР ф3): r 3 =r . Избыточное давление в зоне III в зависимости от расстояния до центра взрыва рассчитывается по формуле:

ΔР ф3 = , при Ψ ≤ 2 ,

ΔР ф3 = , при Ψ ≥ 2 ,

где Ψ = 0,24r 3 /r 1 = (0,24 r )/(17,5 ) – относительная величина.

Степени разрушений элементов объекта при различных избыточных давлениях ударной волны приведены в таблице 16.

Расстояния (м )от центра взрыва до внешних границ зон разрушения (R i )рассчитываются по формуле:

r 1 – радиус зоны детонационной волны;

ψ – определенный коэффициент, который принимается равным:

– для зоны слабых разрушений ψ 10 = 2,825;

– для зоны средних разрушений ψ 20 = 1,749;

– для зоны сильных разрушений ψ 30 = 1,317;

– для зоны полных разрушений ψ 50 = 1,015.

Площади зон разрушения и очага поражения рассчитываются по формуле:

S = π R ² , где

R – радиус каждой из зон разрушений.

ПРИКАЗ от 11 марта 2013 года N 96 Об утверждении Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств

Приложение N 3

к Федеральным нормам и правилам

в области промышленной безопасности

"Общие правила взрывобезопасности для

взрывопожароопасных химических,

нефтехимических и нефтеперерабатывающих

производств", утверждённым приказом

Федеральной службы по экологическому,

технологическому и атомному надзору

Расчет участвующей во взрыве массы вещества и радиусов зон разрушений

В целях обоснования безопасного размещения установок, зданий, сооружений на территории взрывопожароопасного производственного объекта в общем случае следует проанализировать риск взрыва топливно-воздушных смесей (далее - ТВС), образующихся при аварийном выбросе опасных (горючих, воспламеняющихся) веществ. Риск взрыва является мерой опасности, характеризующая возможность и тяжесть последствий взрыва. Оценка риска взрыва является частью анализа риска аварии.

Расчет зон поражения, разрушения (последствий взрыва) необходимо применять при выборе технических мероприятий по защите объектов и персонала от ударно-волнового воздействия взрыва парогазовых сред, а также твердых и жидких химически нестабильных соединений (перекисные соединения, ацетилениды, нитросоединения различных классов, продукты осмоления, трихлористый азот), способных взрываться.

Расчеты размеров зон поражения следует проводить по одной из двух методик:

1) методика оценки зон поражения, основанная на "тротиловом эквиваленте" взрыва ТВС;

2) методика, учитывающая тип взрывного превращения (детонация/дефлаграция) при воспламенении ТВС.

1. Методика расчета "тротилового эквивалента" дает ориентировочные значения участвующей во взрыве массы вещества без учета дрейфа облака ТВС. В данной методике приняты следующие условия и допущения.

1.1. В расчетах принимаются общие приведенные массы парогазовых сред m и соответствующие им энергетические потенциалы E, полученные при определении категории взрывоопасности технологических блоков согласно приложению N 2 к настоящим Правилам.

Для конкретных реальных условий значения m и E могут определяться другими методами с учетом эффекта диспергирования горючей жидкости в атмосфере под воздействием внутренней и внешней энергий, характера раскрытия технологической системы, скорости истечения горючего продукта в атмосферу и других возможных факторов.

Масса твердых и жидких химически нестабильных соединений Wx определяется по их содержанию в технологической системе, блоке, аппарате.

1.2. Масса парогазовых веществ, участвующих во взрыве, определяется произведением

где z- доля приведенной массы парогазовых веществ, участвующих во взрыве.

В общем случае для неорганизованных парогазовых облаков в незамкнутом пространстве с большой массой горючих веществ доля участия во взрыве может приниматься равной 0,1. В отдельных обоснованных случаях доля участия веществ во взрыве может быть снижена, но не менее чем до 0,02.

Для производственных помещений (зданий) и других замкнутых объемов значения z могут приниматься в соответствии с таблицей N 1.

Таблица N 1

Значение z для замкнутых объемов (помещений)

1.3. Источники воспламенения могут быть постоянные (печи, факелы, невзрывозащищенная электроаппаратура) или случайные (временные огневые работы, транспортные средства), которые могут привести к взрыву парогазового облака при его распространении.

1.4. Для оценки уровня воздействия взрыва может применяться тротиловый эквивалент. Тротиловый эквивалент взрыва парогазовой среды WT (кг), определяемый по условиям адекватности характера и степени разрушения при взрывах парогазовых облаков, а также твердых и жидких химически нестабильных соединений рассчитывается по формулам:

1.4.1. Для парогазовых сред

где 0,4 - доля энергии взрыва парогазовой среды, затрачиваемая непосредственно на формирование ударной волны;

0,9 - доля энергии взрыва тринитротолуола (ТНТ), затрачиваемая непосредственно на формирование ударной волны;

q" - удельная теплота сгорания парогазовой среды, кДж/кг;

qk - удельная энергия взрыва ТНТ, кДж/кг.

1.4.2. Для твердых и жидких химически нестабильных соединений

где Wk - масса твердых и жидких химически нестабильных соединений;

q k- удельная энергия взрыва твердых и жидких химически нестабильных соединений.

1.5. Зоной разрушения считается площадь с границами, определяемыми радиусами R , центром которой является рассматриваемый технологический блок или наиболее вероятное место разгерметизации технологической системы. Границы каждой зоны характеризуются значениями избыточных давлений по фронту ударной волны ΔP и соответственно безразмерным коэффициентом K .

Классификация зон разрушения приводится в таблице N 2.

Таблица N 2

Классификация зон разрушения

1.5.1. Радиус зоны разрушения (м) в общем виде определяется выражением:

где K - безразмерный коэффициент, характеризующий воздействие взрыва на объект.

При массе паров m более 5000 кг радиус зоны разрушения может определяться выражением:

1.5.2. Для выполнения практических инженерных расчетов радиусы зон разрушения могут определяться выражением

где при m < 5000 кг

или при m > 5000 кг

2. Методика, учитывающая тип взрывного превращения (детонация/дефлаграция) при воспламенении ТВС.

2.1. Для более точных расчетов зон разрушения и оценки риска взрыва рекомендуется использовать следующие соотношения.

Масса вещества, способного участвовать во взрыве, определяется путем интегрирования концентрации выброшенного при аварии горючего вещества по пространству, ограниченному поверхностями Σ вкпр и ∑ нкпр по формуле:

где х, у, z - пространственные переменные, ΣВКПР и Σ НКПР - поверхности в пространстве достижения соответственно верхнего и нижнего концентрационных пределов, c (x, y, z, t0) - распределение концентрации в момент времени t0, кг/м3; t0- момент времени воспламенения или момент времени, когда во взрывоопасных пределах находится максимальное количество топлива, с.

Рассчитываются основные параметры воздушных ударных волн (избыточное давление ΔP и импульс волны давления I) в зависимости от расстояния до центра облака (в том числе с учетом возможного дрейфа облака ТВС).

Для вычисления параметров воздушной ударной волны на заданном расстоянии R от центра облака при детонации облака ТВС предварительно рассчитывается соответствующее безразмерное расстояние по соотношению:

где E - эффективный энергозапас ТВС, Дж (E = m·q, где q - теплота сгорания топлива в облаке).

В случае детонации облака газовой ТВС расчет производится по следующим формулам:

Зависимости (13) и (14) справедливы для значений Rx больших величины Rk=0,25. В случае если Rxk , величина Px полагается равной 18, а величина Ix=0,16.

В случае дефлаграционного взрывного превращения облака ТВС к параметрам, влияющим на величины избыточного давления и импульса положительной фазы, добавляются скорость видимого фронта пламени Vr и степень расширения продуктов сгорания σ. Для газовых смесей принимается σ=7, для гетерогенных - σ=4. Для расчета параметров ударной волны при дефлаграции гетерогенных облаков величина эффективного энергозапаса смеси домножается на коэффициент (σ-1)/σ. Величина Vr определяется исходя из взрывоопасных свойств горючего вещества и загроможденности окружающего пространства, влияющего на турбулизацию фронта пламени.

Безразмерные давление P x1 и импульс фазы сжатия I x1 определяются по соотношениям:

Px1=((0,83/Rx-0,14/R2x);

Ix1=(V2/C0)2((σ-1/σ)(1-0,4(σ-1)V2/σC0)x(0,06/Rx+0,01/R2x-0,0025/R3x).

Последние два выражения справедливы для значений Rx, больших величины Rкр= 0,34, в противном случае вместо Rx в соотношения (15) и (16) подставляется величина R кр.

Далее вычисляются величины Px2 и Ix2 , которые соответствуют режиму детонации и для случая детонации газовой смеси рассчитываются по соотношениям (11), (12), а для детонации гетерогенной смеси - по соотношениям (13), (14). Окончательные значения Px и Ix выбираются из условий:

Px= min (Px1 , Px2) : Ix =min (Ix1, Ix2) (17)

После определения безразмерных величин давления и импульса фазы сжатия вычисляются соответствующие им размерные величины:

I=Ix (P0)2/3E1/3/C0 (19)

2.2. Для расчета условной вероятности разрушения объектов и поражения людей ударными волнами используется пробит-функция, значение которой определяется следующим образом:

а) вероятность повреждений стен промышленных зданий, при которых возможно восстановление зданий без их сноса, может оцениваться по соотношению:

Δ P- избыточное давление, Па;

I - импульс, кг·м/с;

б) вероятность разрушений промышленных зданий, при которых здания подлежат сносу, оценивается по соотношению.

Pr2=5-0,22 .lnV2 (21)

При взрывах ТВС внутри резервуаров и другого оборудования, содержащего газ под давлением, в общем случае следует учитывать опасность разлета осколков и последующее развитие аварии, сопровождаемое "эффектом домино" с распространением аварии на соседнее оборудование, если оно содержит опасные вещества.

в) вероятность длительной потери управляемости у людей (состояние нокдауна), попавших в зону действия ударной волны при взрыве облака ТВС, может быть оценена по величине пробит-функции:

Pr3= 5-5.74·InV3 (22)

Вероятность отброса людей волной давления оценивается по величине пробит-функции:

При использовании пробит-функции в качестве зон 100-процентного поражения принимаются зоны поражения, где значение пробит-функции достигают величины, соответствующей вероятности 90 процентов. В качестве зон безопасных с точки зрения воздействия поражающих факторов принимается зоны поражения, где значение пробит-функции достигают величины, соответствующей вероятности 1 проценту.

2.3. Вероятность гибели людей, находящихся в зданиях.

Для расчета условной вероятности гибели людей, находящихся в зданиях, используются данные о гибели людей при разрушении зданий при взрывах и землетрясениях. Исходя из типа зданий и избыточного давления ударной волной, оценивается степень разрушения производственных и административных зданий. Данные приведены в таблице N 3. Условная вероятность травмирования и гибели людей определяется по таблице N 4.

Данные уточняются при их обосновании с указанием источника информации.

Таблица N 3

Данные о степени разрушения производственных, административных зданий и сооружений, имеющих разную устойчивость

Тип зданий, сооружений

Разрушение при избыточном давлении на фронте ударной волны, кПа

Промышленные здания с легким каркасом и бескаркасной конструкцией

Складские кирпичные здания

Одноэтажные складские помещения с металлическим каркасом и стеновым заполнением из листового металла

Бетонные и железобетонные здания и антисейсмические конструкции

Здания железобетонные монолитные повышенной этажности

Котельные, регуляторные станции в кирпичных зданиях

Деревянные дома

Подземные сети, трубопроводы

Трубопроводы наземные

Кабельные подземные линии

Цистерны для перевозки нефтепродуктов

Резервуары и емкости стальные наземные

Поземные резервуары

Таблица N 4

Зависимость условной вероятности поражения человека с разной степенью тяжести от степени разрушения здания

Величина индивидуального риска для i-го человека или риска разрушения i-го здания Ri (год -1) определяется по формуле (25).

где (Pi) принимается равной величине потенциального риска в j-ой области территории, год-1 (определяется методами количественной оценки риска) при расчете индивидуального риска, или принимается равной прогнозируемой частоте реализации в j-ой области территории нагрузок (давление, импульс), способных привести к разрушению i-го здания при расчете риска разрушения зданий;

(Pi) - принимается равной вероятности присутствия человека в j-ой области территории при расчете индивидуального риска, или принимаются равной 1 в случае, если i-e здание располагается в j-ой области территории и нулю, в противном случае, при расчете риска разрушения зданий;

Год-1 - число областей, на которые условно можно разбить территорию объекта, при условии, что величина потенциального риска на всей площади каждой из таких областей можно считать одинаковой.

Электронный текст документа

подготовлен и сверен по:

Бюллетень нормативных актов федеральных

органов исполнительной власти,

← Вернуться