Державний вищий навчальний заклад
 Скачать 4.63 Mb.
|
|
Виявлення та оцінка інженерної обстановки при зруйнуванні пожежа та вибухонебезпечних об'єктів Пожежа та вибухонебезпечними є об'єкти, на яких виробляються, зберігаються, транспортуються вибухонебезпечні матеріали та речовини, що за певних умов здатні до спалаху або вибуху. За ступенем вибухової, вибухо-пожежної і пожежної небезпеки всі об'єкти поділяють на шість категорій: А, Б, В, Г, Д і Е. Особливо небезпечними вважаються такі, яким списвоєні категорії А, Б і В. До категорії А належать нафтопереробні заводи, хімічні підприємства, трубопроводи та склади нафтопродуктів. Категорія Б обіймає цехи виробництва і засоби транспортування вугільного пилу, пилу деревини, цукрової пудри, борошна. Пожежа і вибухонебезпечні об'єкти категорії В − це деревообробні, столярні та лісопильні виробництва. Виникнення пожеж залежить від ступеня вогнестійкості будівель і споруд, яка поділяється на п'ять груп. Таблиця 3.2.11 Ступінь вогнестійкості будівель і споруд, години
Ступінь вогнестійкості будівель і споруд визначається мінімальними межами вогнестійкості будівельних конструкцій і займистістю матеріалів, з яких вони виготовлені, а також часом незаймистості. Всі будівельні матеріали, а отже, і конструкції з них діляться на три групи: такі, що не згоряють, важко спалимі і такі, що згоряють. Такі, що не згоряють − це матеріали, які під впливом вогню або високої температури не спалахують, не тліють і не обвуглюються. Важко спалимі − матеріали, що під впливом вогню або високої температури важко спалахують, тліють або обвуглюються і продовжують горіти за наявності джерела вогню. Такі, що згоряють − це матеріали, які під впливом вогню або високої температури спалахують або тліють і продовжують горіти і тліти після видалення джерела вогню. Пожежі на великих промислових підприємствах і в населених пунктах поділяються на окремі, масові та вогняний шторм. Окремі пожежі мають місце при горінні поодинокої будівлі або споруди. Масові пожежі − це сукупність окремих пожеж, що охопили більше 25% будинків або споруд. Масові пожежі за певних умов можуть перейти у вогняний шторм, коли під впливом потужного вітру або за інших причин вогонь швидко передається від об’єкту до об’єкту. Пожежа і вибухонебезпечні явища характеризуються такими чинниками:
Плануючі заходи щодо боротьби з аваріями, треба враховувати, що в своєму розвитку вони проходять п'ять характерних фаз: перша − накопичення відхилень від нормального процесу; друга − ініціація аварії; третя − розвиток аварії, під час якої проявляється негативна дія шкідливих, небезпечних та уражаючих факторів на людей, природне середовище і об'єкти народного господарства; четверта − проведення рятувальних і інших невідкладних робіт, локалізація і ліквідація аварії; п'ята − відновлення життєдіяльності після ліквідації аварії. В різних галузях промисловості України експлуатуються більше 1200 пожежа і вибухонебезпечних об'єктів. За даними МНС України найбільша кількість людей страждає унаслідок пожеж і вибухів в шахтах, в будівлях і будинках житлового та соціально-побутового призначення. Вибух – це процес звільнення великої кількості енергії в обмеженому обсязі за короткий проміжок часу. За видом вибухової речовини (ВР) розрізняють вибухи конденсованої ВР (тротилу, гексогену, гептилу, пороху і т. п.), вибухи газоповітряних сумішей і вибухи аерозолів − пило-порохоповітряних сумішей. На вибухонебезпечному об’єкті можливі такі види вибухів:
В результаті вибуху утворюються такі фактори ураження: детонаційна та повітряна ударні хвилі, потік продуктів вибуху, осколкові поля, що утворюються в наслідок руйнування об'єктів. Основними параметрами факторів ураження вибуху є : для детонаційної та повітряної ударної хвиль – надмірний тиск у їх фронті (ΔРф), швидкісний натиск повітря (ΔРшнп) і час їх дії; осколкового поля – кількість осколків на одиницю площі, їх кінетична енергія і радіус розльоту. За одиницю вимірювання ΔРф в системі SІ прийнятий Паскаль (Па), позасистемна одиниця – кгс/см2 : 1 Па = 1 Н/м2 = 0,102 кгс/см2; 1 кгс/см2= 98,1 кПа ≈ 100 кПа. Досвід ліквідації наслідків аварій в нашій країні і за кордоном, пов’язаних з вибухом, свідчить про те, що найскладніша обстановка утворюється в зонах вибуху газо- і порохоповітряних сумішей, парових хмар нафтопродуктів, мастил і інших небезпечних речовин. При виникненні таких аварій можливі два варіанти розвитку події: детонаційний вибух і дефлаграційне (або вибухове) горіння. В зоні детонаційного вибуху швидкість поширення полум'я значно перевищує швидкість звуку. При цьому ΔРф в детонаційній хвилі досягає 1000−2000 кПа, а температура продуктів вибуху становить 1500−3000 0C. В таких умовах можливе повне зруйнування будівель і споруд, загибель людей, виникнення суцільних пожеж. Повітряна ударна хвиля, що формується в зоні детонації, може поширюватися на десятки, сотні і навіть тисячі метрів від центру вибуху. При дефлаграційному (або вибуховому) горінні швидкість розповсюдження полум'я не перевищує 100−200 м/с, а тиск – 20−100 кПа. При такому горінні утворюється небезпечна пожежна обстановка. З метою отримання даних щодо розмірів зони надзвичайної ситуації, перед проведенням інженерної розвідки здійснюється її прогнозування з використанням методик, розроблених для таких умов: вибуху конденсованих вибухових речовин (тротилу, гексогену, димного пороху, піроксиліну і ін.); вибуху газо- і пароповітряних сумішей вуглеводних речовин; вибуху порохоповітряних сумішей і аерозолів. Оскільки для вибухонебезпечних об’єктів найбільш характерні викиди газо- і пароповітряних сумішей вуглеводних речовин з утворенням умов детонаційних вибухів, то й розглянемо методики виявлення та оцінки параметрів зон зруйнувань саме для цих випадків. Більшість з відомих на даний час методик визначають параметри факторів ураження, що утворюються при вибуховому перетворенні газо і пароповітряної суміші вуглеводних речовин, спираючись на принципи подібності Хопкинсона і підпорядкованість закону “кубічного кореня”. В практиці широко застосовуються дві з них. Перша − передбачає поділ осередку ураження (вибуху) на дві зони: зону детонації і зону поширення (дії) ударної хвилі. Радіус зони детонації (дії детонаційної хвилі) R1 визначають за допомогою емпіричної формули:  , 3.2.1де k– коефіцієнт, що характеризує обсяг газу або пари речовини, переведений у вибухонебезпечну суміш. Його значення коливається від 0,4 до 0,6; Q– кількість речовини, що викинута у довкілля, т; 18,5 – емпіричний коефіцієнт, який дозволяє врахувати різні умови виникнення вибуху (характеристики газо і пароповітряної суміші вуглеводних речовин, стан атмосфери, геометрію хмари, потужність джерела запалювання, місце його ініціювання і ін.). За межами зони детонації надмірний тиск ударної хвилі (ΔРф) швидко знижується до атмосферного і тоді вибух сприймається як потужний звуковий імпульс. Для розрахунків ΔРф використовуються узагальнені дані зміни надмірного тиску, виходячи з відстані, вираженої в частках від радіусу зони детонації (R2/R1) і максимального тиску (Pmax) в ній (табл. 2.2.12, 2.2.13). Зону поширення (дії) ударної хвилі розбивають на п’ять (n) складових з радіусами смертельних уражень та суцільних зруйнувань (R100) і надмірним тиском на зовнішній межі ΔРф1 ≥ 100 кПа; сильних зруйнувань (R50) відповідно з ΔРф2 ≥ 50 кПа; середніх зруйнувань з ΔРф3 ≥ 20 кПа (R20), слабких зруйнувань з ΔРф4 ≥ 10 кПа і безпечну зону з ΔРф5 ≤ 6−7 кПа (R6−7). За міжнародними нормами безпечна для людини ударна хвиля є така, що має ΔРф ≤ 7 кПа. Таблиця 2.2.12 Фізико-хімічні і вибухонебезпечні властивості деяких речовин
Потім, визначивши Pmax (табл. 2.2.12) для даної вибухонебезпечної суміші, у табл. 2.2.13 для прийнятих зон з ΔРф1 = 100 кПа, ΔРф2 = 50 кПа, ΔРф3 = 20 кПа, ΔРф5 = 7 кПа, знаходять числове значення відношення Rn/R1 і, отже, радіуси (Rn):  , (2.2.2.)де n=1, 2, 3, 4, 5 – показник зони ураження;  – визначається за допомогою табл. 2.2.13.При аварійному зруйнуванні газопроводів і ємностей з вуглеводним паливом, перезбагачена паливом суміш не детонує, а інтенсивно горить із зовнішньої поверхні, витягується і утворює вогнянну кулю, яка, підіймаючись, приймає грибоподібну форму. Уражаюча дія вогненної кулі характеризується її розмірами і часом теплової дії на об'єкти і людей. Їх величина залежить від загальної маси рідини в ємностях у момент вибуху. Таким чином, алгоритм визначення розмірів небезпечних зон в районах вибуху газо і пароповітряних сумішей у відкритій атмосфері можна представити так:
Приклад. В результаті розгерметизації ємності де зберігався краплинний пропан в кількості Q = 10 т, відбувся вибух пропано-повітряної суміші. Визначити радіуси зон зруйнувань для ΔРф1 = 100 кПа, ΔРф2 = 50 кПа, ΔРф3 = 20 кПа, R4 = 7 кПа, прийнявши К = 0,6. Розв’язання завдання:
R100=1,8R1=1,8·33=60 (м); R50=2,9R1=2,9·33=95 (м); R20=5R1=5·33=165 (м); R7=10R1=10·33=330 (м). Примітка. Радіуси зони сильних (Rc) і слабих зруйнувань (Rсл) та R1 визначаються за допомогою табл. 2.2.14 при Q = 10т і Pmax = 900 кПа: R = R50 = 95м, Rсл= R20=165 м і R1=33 м. Друга методика розрахунку параметрів зони вибуху паливоповітряної суміші передбачає поділ осередку ураження на 3 зони: зону детонації; зону дії продуктів вибуху та зону повітряної ударної хвилі. Зона дії детонаційної хвилі (зона I) знаходиться в межах хмари паливоповітряної суміші. Радіус цієї зони R1 визначається за допомогою формули:  ,де Q − маса вибухонебезпечної речовини, що зберігається в ємності, т. В межах зони I діє детонаційна хвиля з надмірним тиском (ΔРф1 ), який приймається постійним: ΔРф1 = 1700 кПа. Зона дії продуктів вибуху (зона II) – охоплює всю площу розльоту продуктів детонації. Радіус цієї зони становитиме 1,7R1, тобто  .Надмірний тиск в межах зони II змінюється від 1350 до 300 кПа згідно закону:  ,де R– відстань від центру вибуху до об’єкту, м. В зоні дії повітряної ударної хвилі (зона III) – формується фронт ударної хвилі, що поширюється над поверхнею землі. Радіус зони ІІІ R3 − це відстань від центру вибуху до об’єкту, в якому визначається надмірний тиск повітряної ударної хвилі (ΔРф3). В залежності від відстані до центру вибуху він може бути оцінений за допомогою співвідношень: ΔΡф=700 / [3(1+29,8·х3)0,5−1] при (х=0,24R/R1)≤ 2: ΔΡф=22 / [х(lgx+0,158)0,5] при (х=0,24R/R1)≥ 2. Приклад. Визначити надмірний тиск в районі механічного цеху при вибуху суміші пропану в кількості Q = 100 т з повітрям, якщо відстань від ємності до цеху − 300м. Розв’язання завдання:
 м.
R2 = 1,7R1 = 1,7·80 = 136 (м).
x= 0,24 R3/R1= 0,24·300/80=0,9. Тобто x <2.
ΔΡ=700 / [3(1+29,8·x3)0,5–1] = 60 кПа. Висновок. Механічний цех знаходитиметься в зоні повних зруйнувань (ΔРф>50 кПа). Таблиця 2.2.13 Значення ΔРф в зоні детонації як функції Rn/R1 і ΔРmax
Таблиця 2.2.14 Радіуси зон сильних і слабких зруйнувань
Вибухи газо і пароповітряної суміші в замкнутих приміщеннях (в технологічній апаратурі, в приміщеннях промислових і житлових будівель) починаються пошаровим окисленням суміші з дозвуковою швидкістю поширення полум'я (дефлаграційне горіння). З підвищенням тиску і температури у приміщенні швидкість процесу збільшується й досягає значень в 1,5 − 2 рази більших, ніж при аналогічних вибухах у відкритому просторі. Надмірний тиск ударної хвилі в приміщеннях можна визначити за формулою: ΔРф = (Мг Qг P0 Z)/(Vв ρп Сп Т0 К1), (2.2.3) де Мг – маса горючого газу, що потрапив у приміщення в результаті аварії, кг; Qг – питома теплота згоряння газу, Дж/кг, (табл. 2.2.12); P0 – початковий тиск в приміщенні (P0 = 101 кПа); Z – частка горючого газу, що приймає участь у вибуху (при виконанні розрахунків Z= 0,5) (табл. 2.2.12); Vв – вільний обсяг приміщення − 80% від повного (Vп) обсягу приміщення, м3 . Ρп – густина повітря до вибуху, кг/м3. При температурі повітря до вибуху − Т0, в розрахунках пропонується приймати ρп – 1,225 кг/м3 (табл. 2.2.12); Сп− питома теплоємність повітря, Дж/(кг·0К); приймають, що Сп = 1,01·103 Дж/(кг·0К) (табл. 2.2.12); К1 – коефіцієнт, що враховує негерметичність приміщення та неадіабатичність процесу горіння, К1 = 2 або 3; Т0 – початкова температура повітря в приміщенні, 0К. Приклад. В результаті витоку побутового газу пропану в кухні з площею 10 м2 і заввишки 2,5 м при температурі 200С утворилася рівноважна пропано-повітряна суміш. Розрахувати надмірний тиск вибуху такої суміші при К1= 2 і К1 = 3. Виконання завдання: ΔРф = (Мг Qг P0 Z)/(Vв ρп СВ Т0 К1)
ΔРф1 = 119 кПа при К1 = 2; та ΔРф1 = 80 кПа при К1 = 3. Висновок: в першому випадку приміщення опиняється в зоні суцільних зруйнувань, у другому – в зоні сильних зруйнувань. Практична частина заняття. І. Виявлення та оцінка гідродинамічної обстановки на об’єкті господарювання. Гідродинамічна обстановка – це сукупність факторів та умов, що склалися на території об’єкта господарювання в результаті зруйнування (аварії) на гідродинамічному об’єкті (греблі, дамбі, тощо), та прогноз їх динаміки. При прогнозуванні (оцінюванні) гідродинамічної обстановки визначають:
Для планування аварійно-рятувальних та відновлювальних робіт у районі затоплення додатково визначають:
Вихідні дані:
Порядок виявлення та оцінки обстановки: 1. На схемі місцевості (карті) визначають відстаньR, яку проходить хвиля прориву (попуску) по руслу річки від прорану до населеного пункту БЕЛЬЦИ, R = 16 км. 2. Визначають час надходження хвилі прориву (попуску) до об’єкту tпід:  = 16·103/5·3600 = 0,89 год. = 54 хв.3. Оцінюють висоту хвилі прориву (попуску) h у створі об’єкту: за допомогою табл. 2.2.6 або табл. 2 додатку 2.2.2 знаходять коефіцієнт m, як функцію відстані R, на який множать параметр Н, щоб отримати значення h, тобто: h = ((((0,25 − 0,20)/25)·(25 – 16)) + 0,2)·50 = 10,9 м. На схемі (карті) в створі об’єкту спеціальною позначкою показують напрям поширення та параметри хвилі прориву (попуску): перше число, у чисельнику – висота хвилі, друге, у знаменнику − час підходу до створу з моменту її утворення (див. додаток 2.2.1). 4. Визначають тривалість дії хвилі прориву (попуску) Тхв в межах населеного пункту БЕЛЬЦИ:
Тхв = ((((1,7 – 1,0)/25)16 + 1,0)0,56 = 0,81 год. = 48,7 хв.
На схемі (карті) за допомогою топогеодезичних знаків вивчають характер коливання висоти місцевості в районі розташування водосховища. Дослідження свідчать про те, що на південь, південний захід і південний схід від греблі висота поверхні землі суттєво нижча за висоту іншої частини регіону. Це означає, що такі території можуть бути затопленими, а хвиля прориву та катастрофічне затоплення, як фактори ураження, будуть поширюватися заплавою річки на південний захід. Результати даного дослідження відображають на схемі (карті) місцевості спеціальною позначкою (дивись додаток 2.2.1). Термін затоплення місцевості (на південь від греблі водосховища) спокійними водами може коливатися від декількох годин до тижня. Висновок: 1. Час надходження хвилі прориву (попуску) до створу об’єкту − 0,89 год. 2. Висота хвилі прориву (попуску) оцінюється у 10,9 м. 3. Час, на протязі якого вода витікає з водосховища − 0,56 год; тривалість дії хвилі прориву (попуску) у створі об’єкту − 0,81 год. 4. Місцевість, що розташована на південь від греблі водосховища (див. додаток 1), підлягає затопленню тривалістю від декількох годин до тижня. Ці райони не придатні для проживання до повної ліквідації надзвичайної ситуації у зв’язку з відсутністю питної води, продуктів харчування та джерел енергопостачання. 5. З метою запобігання ураження персонал підприємства підлягає терміновій евакуації (не пізніше ніж за 40 хвилин з моменту землетрусу) у північні райони, наприклад, у філії фірми, які знаходяться в населених пунктах САДИ та ДАЧІ. ІІ. Виявлення та оцінка пожежа вибухонебезпечної обстановки на об’єкті господарювання. Обстановка після вибухового перетворення паливо повітряної суміші – це сукупність факторів та умов, що можуть скластися на об’єкті господарювання в результаті вибуху, та прогноз динаміки супутніх факторів (пожежного, хімічного, тощо). Виявлення та оцінка пожежа вибухонебезпечної обстановки включає такі визначення:
Для планування аварійно – рятувальних та відновлювальних робіт додатково визначають:
Вихідні дані:
Порядок виявлення та оцінки обстановки: 1. Визначають радіус зони детонації (R1) за допомогою формули:  ,де Q— маса газу чи палива в резервуарі, Q = 0,5 М (одиничний резервуар), Q= 0,9 М (групове зберігання), тут М — ємність резервуара, т. 2. Оцінюють межі поширення продуктів вибуху (R2):  ,3. Визначають надмірний тиск (ΔРф) у зоні вогняної кулі використовуючи залежність:  , кПа.4. Розраховують надлишковий тиск в зоні дії повітряної ударної хвилі. Якщо x= 0,24·R3/R1 ≤ 2 надлишковий тиск у зоні R3 визначається за формулою:  ;при x > 2  .5. Оцінюють інтенсивність теплового випромінювання вогняною кулею вибуху на відстані R3: І = QoFT, кВт/м2, де Qo — питома теплота полум’я, кДж/м2; Т прозорість повітря (Т = 1 − 0,058·Іп·R3), Іп= 0,015; F кутовий коефіцієнт, що характеризує взаємне розташування джерела випромінювання таплової енергії та об’єкта:   .6. Визначають тривалість існування вогняної кулі за допомогою формули:  , с.7. Розраховують величину теплового імпульсу:  , кДж/м2.
 ,де Р — густина населення, тис. людей/км2. 9. Визначають уражаючу дію теплових імпульсів порівнюючи Ut з даними табл. 2.2.15: 10. На схему (карту) місцевості (червоним кольором) наносять зони дії детонаційної хвилі, продуктів вибуху та повітряної ударної хвилі радіусами відповідно R1, R2, R3( додаток 2.2.1). Таблиця 2.2.15 Уражаюча дія теплових імпульсів, кДж/м2
Приклад виявлення та оцінки обстановки в населеному пункті БЕЛЬЦИ за даними увідної (додаток 2.2.3). В населеному пункті БЕЛЬЦИ на залізничній станції вибухнула пропано-повітряна суміш, що утворена виливом пального з двох цистерн (маса вмісту − 120 тон, одиночне зберігання). Визначити ступінь зруйнування житлових будівель та втрати населення за умови, що: житлові будинки знаходяться на відстані 500 м, щильність населення в районі аварії – 1 000 людей/км2, питома теплота горіння пропану – 300 кДж/м2. Нанести на карту місцевості зони дії детонаційної хвилі, продуктів вибуху та повітряної ударної хвилі. Виконання завдання: 1. Визначають радіус зони детонації R1:  .2. Оцінюють радіус дії продуктів вибуху (R2):  ,3. Розраховують надмірний тиск (ΔРф2) у зоні вогняної кулі:  4. Визначають надмірний тиск повітряної ударної хвилі в районі житлових будинків:  ,  .5. Оцінюють інтенсивність теплового випромінювання вогняної кулі на відстані 500 м: Т = 1− 0,058·0,015·500 = 0,64,  ,І = 300·0,5·0,64=9,6 кВт/м2. 6. Визначають тривалість існування вогняної кулі:  7. Розраховують величину теплового імпульсу:  .8. Оцінюють величину безповоротних втрат людей:  , людей.9. Радіусами R1, R2, R3 наносять зони дії детонаційної хвилі, продуктів вибуху та повітряної ударної хвилі на карту місцевості (див. додаток 2.2.1). Висновок: 1. Житлові будинки отримують зруйнування легкої ступені, можливі окремі пожежі, число загиблих до 45 людей. 2. Персонал підприємства „Купон” працездатний, але можливі окремі випадки психотравматичної дії звуку вибуху на людей. ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ЕКОНОМІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ імені ВАДИМА ГЕТЬМАНА КАФЕДРА РЕГІОНАЛЬНОЇ ЕКОНОМІКИ З В І Т про виконання завдання на практичному занятті з навчальної дисципліни: „Безпека життєдіяльності”. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
м.