бжд. Практикум Издательство Иркутского государственного технического университета 2015
 Скачать 2.74 Mb.
|
|
Вывод: в результате взрыва октогена на складе взрывчатых веществ в поселке, расположенном на расстоянии 500 м от склада будут преимуще- ственно слабые разрушения зданий, сопровождающиеся повреждением или разрушением крыш, окон, дверных проемов. Порядок выполнения работы 1. Изучить теоретические положения к работе. 2. Разобрать приведенный пример решения задачи. 3. Получить задание от преподавателя, при решении задачи обратить внимание на указания к решению, приведенные после условия задачи. 4. Выполнив задание, оформить отчет и сделать вывод о вероятности поражения людей и материальных ресурсов в анализируемой ситуации. 61 Задания к практической работе Задача 1. Рассчитать вероятность различных разрушений зданий при выходе в атмосферу пропана, хранящегося в сферической емкости объемом 600 м 3 при температуре окружающей среды 20 °С. Здания находятся на расстоя- нии 500 м от резервуара. Плотность сжиженного пропана 530 кг/м 3 , сте- пень заполнения емкости – 80 % по объему. Удельная теплота сгорания пропана 4,6∙10 4 кДж/кг, тротила – 4520 кДж/кг. Считать, что в течение времени, необходимого для выхода сжиженного газа из емкости, весь про- пан испаряется. Указания к решению задачи: перед расчетом избыточного давле- ния ударной волны, образующейся при взрыве пропана, обратите внима- ние на агрегатное состояние пропана и используйте формулу для соответ- ствующего агрегатного состояния. Обратите внимание на единицы изме- рения параметров в формуле и в исходных данных, для решения задачи необходимо их соответствие друг другу, коэффициент участия газа во взрыве (Z) примите равным 0,1. Задача 2. На производственном объекте бензин хранится в наруж- ном резервуаре объемом 500 м 3 на бетонном поддоне площадью 400 м 2 . На расстоянии 50 м от резервуара находится здание диспетчерской. Опреде- лить возможную степень разрушения здания диспетчерской в случае ава- рии с разрушением резервуара. Принять температуру окружающей среды равной 27 °С, плотность жидкого бензина – 740 кг/м 3 , молекулярная масса бензина – 94 кг/кМоль, скрытая теплота кипения бензина (L кип или L исп ) – 287 300 Дж/кг, температура кипения бензина – 413 К, степень заполнения емкости с бензином – 80 % по объему, удельная теплота сгорания бензина 4,62∙10 4 кДж/кг, тротила – 4520 кДж/кг, коэффициент участия газа во взрыве (Z) примите равным 0,1. Указания к решению задачи: перед расчетом избыточного давле- ния ударной волны, образующейся при взрыве резервуара с бензином, об- ратите внимание на агрегатное состояние бензина и используйте формулу для соответствующего агрегатного состояния. Учтите, что при разруше- нии емкости с бензином образуется первичное и вторичное облако испа- рившегося бензина и в суммарной массе взорвавшихся паров необходимо учесть массу как первичного, так и вторичного ПГВ облаков. При расчете массы взорвавшихся паров используйте формулы приведенные в приложе- ниях А, Е и И ГОСТа Р 12.3.047–98 «Пожарная безопасность технологиче- ских процессов». Задача 3. На складе взрывчатых веществ хранится октоген массой G = 50 000 кг. На расстоянии 100 м от склада находится одноэтажное зда- ние механических мастерских, а на расстоянии 500 м – поселок с много- этажными кирпичными зданиями. Энергия взрыва октогена 5860 кДж/кг, энергия взрыва тротила 4520 кДж/кг. Рассчитать радиусы зон летального 62 поражения и безопасной для человека. Рассчитайте вероятность гибели персонала на границе зоны летального поражения. Указания к решению задачи: воспользуйтесь графическим спосо- бом решения (график в координатах ΔР ф , кПа (R, м)). Задача 4. Оценить вероятность разной степени травмирования чело- века, находящегося на расстоянии 20 м от баллона с пропаном при взрыве этого баллона. Емкость баллона 10 м 3 , температура окружающей среды 28 °С, плотность пропана 530 кг/м 3 , удельная теплота сгорания пропана 4,6∙10 4 кДж/кг, тротила – 4520 кДж/кг. Указания к решению задачи: перед расчетом избыточного давле- ния ударной волны, образующейся при взрыве пропана, обратите внима- ние на агрегатное состояние пропана и используйте формулу для соответ- ствующего агрегатного состояния. Задача 5. Рассчитать избыточное давление и импульс фазы сжатия при выходе в атмосферу бензина, хранящегося в сферической емкости объемом 50 м 3 при температуре воздуха 25 °С, емкость заполнена на 95 %, плотность бензина 740 кг/м 3 , его молекулярная масса 94 кг/кмоль, темпе- ратура кипения бензина 377 °С, скрытая теплота кипения бензина (L кип или L исп ) – 287 300 Дж/кг. Оценить вероятность разрушения деревянных стро- ений, находящихся на расстоянии 500 м от емкости, при разрушении емко- сти и взрыве, образовавшегося ПГВ облака. Указания к решению задачи: перед расчетом избыточного давле- ния ударной волны, образующейся при взрыве резервуара с бензином, об- ратите внимание на агрегатное состояние бензина и используйте формулу для соответствующего агрегатного состояния. Учтите, что при разруше- нии емкости с бензином образуется первичное и вторичное облако испа- рившегося бензина и в суммарной массе взорвавшихся паров необходимо учесть массу как первичного, так и вторичного ПГВ облаков. При расчете массы взорвавшихся паров используйте формулы приведенные в приложе- ниях А, Е и И ГОСТа Р 12.3.047–98 «Пожарная безопасность технологиче- ских процессов». 63 Практическая работа 2 Оценка риска травмирования людей при авариях, сопровождающихся пожарами Цель работы: познакомиться с моделями оценки риска травмиро- вания людей при пожарах и оценить риск по заданным условиям с помо- щью вероятностной модели и используя нормативные документы. Теоретические положения Основным поражающим фактором при пожаре является термическое воздействие, обусловленное тепловым излучением пламени. Термическое воздействие определяется величиной плотности потока поглощенного из- лучения q погл (кВт/м 2 ) и временем теплового излучения τ (с). Согласно детерминистской модели риск получения ожогов челове- ком зависит от дозы теплового воздействия, как представлено в табл. 2.1. Таблица 2.1 Характеристика ожогов кожи человека Степень ожога Повреждаемый слой характеристика Доза воздействия, кДж/м 2 I II III эпидермис дерма подкожный слой покраснение кожи волдыри летальный исход при поражении 50 % кожи < 42 42–84 > 84 При применении вероятностного подхода к определению поражаю- щего фактора теплового воздействия на человека риск поражения опреде- ляют по пробит-функции ( D b a ln Pr ). Для случая летального исхода при термическом поражении используют следующее выражение для пробит- функции: ) ln( 56 , 2 5 , 9 Pr 33 , 1 q , (2.1) где q – плотность потока теплового излучения, кВт/м 2 ; τ (с) – время термического воздействия для случая пожара разлития и горения зданий, определяется по формуле u x 0 , (2.2) где τ 0 – характерное время обнаружения пожара, с, допускается принимать 5 с; х – расстояние от места расположения человека до зоны, где плотность потока теплового излучения не превышает 4 кВт/м 2 (безопасный уровень) (рис. 2.1); u – скорость движения человека, м/с, допускается принимать 5 м/c. 64 Рис. 2.1. Геометрические параметры, используемые в расчете Для случая огненного шара время термического воздействия равно времени существования огненного шара. При пожаре разлития необходимые расчетные параметры для оценки риска получаются следующим образом: плотность падающего теплового потока определяется по формуле r R q q соб пад 4 10 0 , 7 exp , (2.3) где φ – угловой коэффициент излучения с площадки на боковой поверхно- сти пламени пожара разлива на единичную площадку, расположенную на уровне грунта, определяется по графику (рис. 2.2); Рис. 2.2. Зависимость углового коэффициента излучения пламени от R/r q соб – средняя по поверхности плотность потока собственного излуче- ния пламени, кВт/м 2 (табл. 2.2); 65 R – расстояние от условного центра пожара разлития до человека, м, (рис. 2.1); r – радиус цилиндра пожара разлития, м. Таблица 2.2 Плотность потока собственного излучения пламени некоторых жидкостей Вещество q соб , кВт/м 2 вещество q соб , кВт/м 2 Сжиженный природный газ Сжиженный нефтяной газ Бензин 150–170 50–60 120–140 Нефть Мазут Керосин 60–80 50–70 80–100 При нарушении герметичности сосуда, содержащего сжиженный го- рючий газ или жидкость, часть (или вся) жидкость может заполнить под- дон или обваловку, растечься по поверхности грунта или заполнить есте- ственную впадину. Если поддон имеет вертикальный внутренний откос, то глубину заполнения h (м) рассчитывают по формуле æ æ F m h , (2.4) где m ж , ρ ж – масса (кг) и плотность (кг/м 3 ) горючей жидкости соответ- ственно; F под – площадь поддона, м 2 Если нет защитных ограждений, то растекание идет по грунту и площадь ограничена естественными границами (дороги, канавы т. д.), если необходимая информация отсутствует, то толщина разлившегося слоя принимается h = 0,05 м и определяют площадь разлития: æ æ ðàç h m F (2.5) При расчетах форму пожара разлития принимают равной цилиндру, при этом в случае ветра наблюдается «накрытие» с подветренной стороны, которое может составлять 25–50 % диаметра обвалования. Диаметр цилиндра пожара разлития зависит от площади разлития и определяется по формуле раз F r D 4 2 (2.6) Геометрические параметры факела пожара разлития находятся по формуле Томсона: c b b в выг W gD m a D L , (2.7) где W b – безразмерная скорость ветра, зависит от реальной скорости ветра: 3 1 п выг b gD m w W , (2.8) w –скорость ветра, м/c; 66 ρ п , ρ в – плотность пара и воздуха соответственно, кг/м 3 , g – ускорение свободного падения, м/с 2 , D – диаметр зеркала пролива, м; m выг – массовая скорость выгорания, кг/м 2 ∙с, определяется экспери- ментально; для экспертной оценки для ЛВЖ и горючих жидкостей можно использовать приближенную формулу исп р н ж выг L Q С m , (2.9) где ð í Q низшая теплота сгорания топлива, Дж/кг; L исп – скрытая теплота испарения (кипения) жидкости, Дж/кг; С – коэффициент, полученный экспериментально, С = 1,25∙10 -6 Эмпирические коэффициенты формулы Томсона (а = 55, b = 0,67, с = –0,21) получены по результатам экспериментов, выполненных для ши- рокого диапазона изменения параметров: 10 10 3 D L и 2 6 10 10 gD m в выг Пример задачи: на нефтеперекачивающей станции расположен ре- зервуар РВС-20000 в обваловке, имеющей квадратную форму со стороной 80 м. Высота обваловки рассчитана на удержание всего объема нефти, находящейся в резервуаре при аварийном разлитии. Фактический объем резервуара 19450 м 3 и заполнен нефтью на 80 %. В результате разрушения резервуара и разлития нефти возник пожар. Скорость ветра 3 м/с. Опреде- лить риск поражения человека на различных расстояниях от очага возгора- ния. Молекулярный вес нефти 240 кг/кмоль; L исп = 345,4 кДж/кг; t кип = 57 °С; ρ н = 860 кг/м 3 ; ρ п = 8,8 кг/м 3 Решение: 1. Нефть заполняет обваловку площадью F обв = 80 2 = 6400 м 2 ; 2. Найдем геометрические размеры пламени пожара разлития: диаметр зеркала разлива ; 29 , 90 14 , 3 6400 4 4 м F D обв массовая скорость выгорания с м кг L Q С m исп р н ж выг 2 6 / 04 , 0 4 , 345 000 12 860 10 25 , 1 ; безразмерная скорость ветра 9 , 1 8 , 8 3 , 90 8 , 9 04 , 0 3 3 1 3 1 п выг b gD m w W ; геометрические размеры пламени 48 , 0 9 , 1 3 , 90 8 , 9 29 , 1 04 , 0 55 21 , 0 67 , 0 c b b в выг W gD m a D L ; L = 0,48∙90,3 = 43,4 м 67 3. Найдем угловой коэффициент излучения (φ) для различных рас- стояний R от центра пламени, для этого по графику возьмем линию L/r = 43/45 = 1; результаты представим следующей таблице (табл. 2.3). Таблица 2.3 Результаты зависимости коэффициента излучения от расстояния R/r 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 R, м 45 68 90 110 135 160 180 200 225 250 φ 1,0 0,74 0,48 0,3 0,22 0,18 0,13 0,1 0,08 0,07 4. Найдем плотность потока падающего излучения q пад , кВт/м 2 , счи- тая, что q соб = 60 кВт/м 2 ; результаты представим следующей таблицей (табл. 2.4). Таблица 2.4 Результаты зависимости плотности потока падающего излучения от расстояния R, м 45 68 90 110 135 160 180 200 225 250 q пад 60 43 28 17 12 10 7,1 5,4 4,2 3,6 5. Найдем риск смертельного поражения на разных расстояниях от границы пламени, результаты представим следующей таблицей (табл. 2.5). Таблица 2.5 Результаты зависимости риска от расстояния R, м 45 68 90 110 135 160 180 200 225 250 Pr 14 12,8 11 9,1 7,5 6,3 4,7 3,2 1,5 1,0 P пор , % 100 100 100 100 99,4 90 38 4 0 0 Вывод: безопасное расстояние для человека будет на расстоянии 225 м от очага возгорания. Порядок выполнения работы 1. Познакомиться с основными теоретическими положениями работы. 2. Получить задание от преподавателя, при решении задачи обратить внимание на указания к решению, приведенные после условия задачи. 3. Выполнив задание, оформить отчет и сделать вывод о вероятности поражения людей и материальных ресурсов в анализируемой ситуации. Задания к практической работе Задача 1. На нефтеперекачивающей станции расположен резервуар РВС-20000 в обваловке, имеющей квадратную форму со стороной 80 м. Высота обваловки рассчитана на удержание всего объема нефти, находя- щейся в резервуаре при аварийном разлитии. Фактический объем резерву- ара 19 450 м 3 и заполнен нефтью на 80 %. В результате разрушения резер- 68 вуара и разлития нефти образовалось ПГВ облако, которое воспламени- лось с образованием «огненного шара». Скорость ветра 3 м/с, температура воздуха 30 °С. Определить вероятность летального поражения человека на различных расстояниях от центра огненного шара (100, 150, 200 м). Моле- кулярный вес нефти 240 кг/кмоль; L исп = 345,4 кДж/кг; t кип = 57 °С; ρ н = 860 кг/м 3 ; ρ п = 8,8 кг/м 3 Указания к решению задачи: для нахождения параметров огненно- го шара используйте приложение Д ГОСТа Р 12.3.047–98 «Пожарная без- опасность технологических процессов». Задача 2. В результате аварии автоцистерны, заполненной 6,8 ∙10 4 кг пропана, образовался огненный шар. Рассчитать вероятность гибели лю- дей на расстоянии 250 и 500 м от центра огненного шара. Задача 3. Рассчитать вероятность гибели людей, находящихся на расстоянии 40 м от центра пожара разлития бензина, образовавшегося в результате пролива бензина на площадь 300 м 2 . Удельная массовая ско- рость выгорания бензина 0,06 кг/(м 2 ∙с), плотность воздуха 1,2 кг/м 3 , уско- рение свободного падения 9,8 м/с 2 Указания к решению задачи: для решения задачи используйте приложение В ГОСТа Р 12.3.047–98 «Пожарная безопасность технологи- ческих процессов». 69 Практическая работа 3 Оценка пожарных рисков на основе статистической информации Цель работы: Познакомиться с методами оценки пожарной опас- ности на основе статистических данных о последствиях пожара. Теоретические положения Анализ статистических данных последствий пожаров в городах Рос- сии показал, что за 2000–2010 гг. на городскую застройку приходилось 62 % пожаров от общего их количества, 59 % материального ущерба и 58 % гибели и травмирования людей. Городская застройка фактически стала определяющим фактором в динамике пожаров и составляет основную до- лю ежегодных экономических и социальных последствий пожаров, проис- ходящих в России. В зарубежных странах статистические данные в про- центном отношении последствий пожаров в городах аналогичны данным отечественных исследователей (около 60 %). В России в 2008 году принят федеральный закон №123-ФЗ «Техни- ческий регламент о требованиях пожарной безопасности», который требу- ет внедрение в отечественную практику методик количественной оценки пожарного риска, позволяющих устанавливать соответствие реально суще- ствующего риска законодательно установленному предельному значению. Нормативные значения допустимого пожарного риска в соответ- ствии с Федеральным законом от 22.07.2008 г №123-ФЗ «Технический ре- гламент о требованиях пожарной безопасности» составляют: индивидуальный пожарный риск в зданиях, сооружениях и строе- ниях, при размещении отдельного человека в наиболее удаленной от выхода из здания, сооружения и строения точке, а также на территориях производ- ственных объектов не должен превышать одной миллионной в год (10 -6 год -1 ); для производственных объектов, на которых обеспечение величи- ны индивидуального пожарного риска 10 -6 год -1 невозможно в связи со спецификой функционирования технологических процессов, допускается увеличение индивидуального пожарного риска до одной десятитысячной в год (10 -4 год -1 ); величина индивидуального пожарного риска в результате воздей- ствия опасных факторов пожара на производственном объекте для людей, находящихся в селитебной зоне вблизи объекта, не должна превышать од- ну стомиллионную в год (10 -8 год -1 ). Пожарная опасность городской застройки характеризуется в первую очередь фактором функциональности. В связи с этим необходимо отме- тить, что территория города с учетом их функционального назначения подразделяется на следующие зоны: селитебную, производственную, ландшафтно-рекреационную. Установлено, что в городской застройке се- 70 литебной (жилой) зоны возникает 72 % пожаров, в производственной ‒ 9,6 %, в ландшафтно-рекреационной ‒ 18,4 % пожаров. В г. Иркутске согласно многолетним статистическим исследованиям в среднем ежегодно происходит более 1000 пожаров с материальным ущербом около 90 млн руб. при этом на пожарах погибает до 60 человек и травмируется около 40 человек. Исследование пожаров в г. Иркутске показало распределение коли- чества пожаров по местам их возникновения (рис. 3.1). |