Курсовая. Прогнозирование и оценка последствий чрезвычайных ситуаций на потенциально опасных объектах
 Скачать 0.89 Mb.
|
|
Взрыв топливно-воздушных смесей Горючей топливовоздушной смесью, называют смесь паров и капель топлива с воздухом, способную к воспламенению и распространению по ней пламени. Взрыв топливно-воздушных смесей (ТВС) относится к классу химических взрывов и представляет серьёзную опасность для населения и персонала опасного объекта.  Причиной взрывов и пожаров часто является образование ТВС. Такие взрывы возникают как следствие разрушение ёмкостей с газом, коммуникаций, агрегатов, трубопроводов или технологических линий. При количественной оценке параметров воздушной ударной волны при взрывах ТВС предполагается частичная разгерметизация или полное разрушение оборудования, содержащего горючее вещество в газообразной или жидкой фазе, выброс этого вещества в окружающую среду, образование облака ТВС, инициирование ТВС, взрывное превращение (горение или детонация) в облаке ТВС Методика оценки последствий аварийных взрывов топливновоздушных смесей позволяет определять вероятные степени поражения людей и степени повреждений зданий от взрывной нагрузки при авариях со взрывами ТВС. Расчеты размеров зон поражения следует проводить по методике оценки зон поражения, основанная на "тротиловом эквиваленте" взрыва ТВС. 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. Масса парогазовых веществ, участвующих во взрыве, определяется произведением m′ = z ∙ m, кг. (13) 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. 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. Для оценки уровня воздействия взрыва может применяться тротиловый эквивалент. Тротиловый эквивалент взрыва парогазовой среды WT, определяемый по условиям адекватности характера и степени разрушения при взрывах парогазовых облаков: Для парогазовых сред WT =  , кг. (14) 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, 50100 кДж/кг; qT – удельная энергия взрыва ТНТ, 4520 кДж/кг. 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 ∆P и соответственно безразмерным коэффициентом K. Классификация зон разрушения приведена в таблице 6 приложения. Радиус зоны разрушения в общем виде определяется по формуле (15):  , м. (15)где K – безразмерный коэффициент, характеризующий воздействие взрыва на объект. 8.Определить радиусы зон разрушений при взрыве парогазовых веществ На потенциально опасном объекте произошло разрушение газопровода с последующим истечением газа и образования облака ТВС. Известно что количество опасного вещества участвующего в аварии составило 85,5 кг. Произведем расчеты радиусов зон разрушения при взрыве парогазовых веществ: Масса парогазовых веществ, участвующих во взрыве, рассчитывается по формуле 13, получим: m′ = 0,1 ∙ 85,5 = 8,55 кг. Тротиловый эквивалент взрыва парогазовой среды WT , определяемый по условиям адекватности характера и степени разрушения при взрывах парогазовых облаков рассчитывается по формуле 14: WT =  , кг. Радиус зоны разрушения в общем виде рассчитывается по формуле 15, далее получим Полное разрушение зданий с массивными стенами на расстоянии  , мРазрушение стен кирпичных зданий толщиной в 1,5 кирпича; перемещение цилиндрических резервуаров; разрушение трубопроводных эстакад на расстоянии  , мРазрушение перекрытий промышленных зданий; разрушение промышленных стальных несущих конструкций; деформации трубопроводных эстакад на расстоянии  , мРазрушение перегородок и кровли зданий; повреждение стальных конструкций каркасов, ферм на расстоянии  , мГраница зоны повреждений зданий; частичное повреждение остекления на расстоянии  , м Рисунок 1. Зоны действия поражающих факторов при взрыве парогазовых Масштаб 1:10 веществ Полное разрушение зданий с массивными стенами на расстоянии  м, (Р>100 кПа) Разрушение стен кирпичных зданий толщиной в 1,5 кирпича; перемещение цилиндрических резервуаров; разрушение трубопроводных эстакад на расстоянии  м, (Р=70 кПа) Разрушение перекрытий промышленных зданий; разрушение промышленных стальных несущих конструкций; деформации трубопроводных эстакад на расстоянии  м, (Р=28 кПа) Разрушение перегородок и кровли зданий; повреждение стальных конструкций каркасов, ферм на расстоянии  м, (Р=14 кПа) Граница зоны повреждений зданий; частичное повреждение остекления на расстоянии  м, (Р<2 кПа) Определение опасных параметров при возникновении «огненного шара» Тепловое воздействие при взрыве оказывает сильное поражающее действие. При разрушении резервуара с легковоспламеняющийся жидкостью, горючими газами, сжиженными углеводородными газами выброс горючего вещества в атмосферу приводит к образованию облака. Облако смеси паров или газов с воздухом, переобогащенное горючими веществами , не способно гореть в детонационном режиме. Оно начинает гореть с внешней оболочки, горит по дефлаграционному механизму и образует огненный шар. Огненный шар – крупномасштабное диффузионное горение, реализуемое при разрыве резервуара с горючей жидкостью или газом под давлением с воспламенением содержимого резервуара. Высокотемпературные продукты горения светятся и излучают тепловую энергию, что может стать причиной ожогов кожных покровов людей, находящихся на опасных расстояниях. Огненный шар зарождается в момент контакта облака с источником зажигания. Поднимаясь, шар образует грибовидное облако, ножка которого – восходящие конвективные потоки воздуха. Вовлекаемый воздух разбавляет и охлаждает газы. Радиационные потери также вносят свой вклад в процесс быстрого охлаждения. Горение газов и вовлеченного воздуха продолжается до тех пор, пока температура не становиться меньше температуры воспламенения. При нахождении вблизи людей возможны ожоги различной степени. В решении проблемы прогнозирования опасности воздействия излучения огненного шара на человека наиболее важным аспектом является обоснование критериев теплового поражения. Общепринятыми медицинскими критериями эффекта по глубине поражения являются ожоги I, II, III, IV степени. Во многих экспериментальных исследованиях термических ожогов в качестве критерия возникновения ожога принимается математическое ожидание порогового значения дозы, вызывающая ожоги II степени. Ожог 1-й степени характеризуется покраснением и небольшим отеком кожных покровов. Обычно выздоровление в этих случаях наступает на четвертые или пятые сутки. Ожог 2-й степени – появление на покрасневшей коже пузырей, которые могут образоваться не сразу. Ожоговые пузыри наполнены прозрачной желтоватой жидкостью, при их разрыве обнажается ярко-красная болезненная поверхность росткового слоя кожи. Ожог 3-й степени – омертвение кожи с образованием струпа серого или черного цвета. Ожог 4-й степени – омертвление и даже обугливание не только кожи, но и глубже лежащих тканей – мышц, сухожилий и даже костей. Основную опасность при образовании «огненного шара» несёт тепловое излучение. Расчёт интенсивности теплового излучения производят по формуле (16): 𝑞 = 𝐸𝑓 ∙ 𝐹𝑞 ∙ 𝜏, кВт/м2, (16) где 𝐸𝑓 – среднеповерхностная интенсивность теплового излучения пламени, кВт/м2. Величину 𝐸𝑓 определяется на основе имеющихся экспериментальных данных. Допускается для «огненного шара» принимать 𝐸𝑓 равным 350 кВт/м2; 𝐹𝑞 – угловой коэффициент облученности; 𝜏 – коэффициент пропускания атмосферы. Угловой коэффициент облученности рассчитывается по формуле (17):  (17) где 𝐻 – высота центра «огненного шара», м; 𝐷𝑠– эффективный диаметр «огненного шара», м; 𝑟 – расстояние от облучаемого объекта до точки на поверхности земли непосредственно под центром «огненного шара», м. Эффективный диаметр «огненного шара» 𝐷𝑠 рассчитывается по формуле (18): 𝐷𝑠𝑠 = 6,48 ∙ 𝑚0,325, м, (18) где 𝑚 – масса продукта, поступившего в окружающее пространство, кг. Масса горючего вещества в резервуаре рассчитывается по формуле (19): 𝑚 = 𝜌см ∙ 𝑉рез ∙ 𝛼, кг, (19) где 𝜌см – плотность смеси, кг/м3; 𝑉рез – объем резервуара, м3; 𝛼 – коэффициент заполнения резервуара. Высота «огненного шара» допускается принимать равной 𝐷𝑠. Время существования «огненного шара» рассчитывается по формуле (20): 𝑡𝑠 = 0,852 ∙ 𝑚0,26, с. (20) Коэффициент пропускания атмосферы рассчитывается по формуле (21):  Доза действия теплового излучения при воздействии «огненного шара» на человека, Дж/м2 рассчитывается по формуле (22): 𝑄 = (𝑞 ∙ 103) ∙ 𝑡𝑠, Дж/м2. (22) Предельно допустимая доза теплового излучения при воздействии «огненного шара» на человека представлены в таблице 7 приложения. 9.Определить интенсивность теплового излучения и время существования «огненного шара» при тепловом воздействии очага пожара на емкость автоцистерны с топливом Объем емкости автоцистерны с топливом 12 м3. Степень заполнения 60 % (α=0,6) Плотность топлива равна 770 кг/м3. Произведем расчет размеров зон теплового излучения «огненного шара»: Массу горючего находим по формуле 19, получим: 𝑚 = 770 * 12 * 0,6 = 5544 кг Рассчитаем эффективный диаметр «огненного шара» по формуле 18 𝐷𝑠 = 6,48 ∙ 55440,325 = 107 м. Высота «огненного шара» допускается принимать равной 𝐷𝑠 соответственно будет равна 107 м. Рассчитаем время существования «огненного шара» по формуле 20 t𝑠 = 0,852 ∙ 55440,26 = 8 с. На расстоянии 100 м: Угловой коэффициент облученности по формуле 17 будет равен:  Коэффициент пропускания атмосферы по формуле 21 составит:  Подставим полученные значения и рассчитаем интенсивность теплового излучения по формуле 16: 𝑞 = 350 ∙ 0,000025 ∙ 0,94 = 0,008 кВт/м2 Доза действия теплового излучения на человека по формуле 22 будет равна: 𝑄 = (0,008 ∙ 103) ∙ 8 = 64 Дж/м2 На расстоянии 150 м: Угловой коэффициент облученности по формуле 17 будет равен:  Коэффициент пропускания атмосферы по формуле 21 составит:  Подставим полученные значения и рассчитаем интенсивность теплового излучения по формуле 16: 𝑞 = 350 ∙ 0,08 ∙ 0,91 = 25,5 кВт/м2 Доза действия теплового излучения на человека по формуле 22 будет равна: 𝑄 = (25,5 ∙ 103) ∙ 8 = 2,04 ∙ 105 Дж/м2 На расстоянии 200 м: Угловой коэффициент облученности по формуле 17 будет равен:  Коэффициент пропускания атмосферы по формуле 21 составит:  Подставим полученные значения и рассчитаем интенсивность теплового излучения по формуле 16: 𝑞 = 350 ∙ 0,05 ∙ 0,88 = 15,4 кВт/м2 Доза действия теплового излучения на человека по формуле 22 будет равна: 𝑄 = (15,4 ∙ 103) ∙ 8 = 1,232 ∙ 105 Дж/м2  Рисунок 2. Зоны поражения тепловым излучением «огненного шара» Масштаб 1:40 По таблице 7 приложения, в случае взрыва емкости автоцистерны с топливом объемом 15 м − на расстоянии 150 м интенсивность теплового излучения составила 28,956 кВт/м2, а доза теплового излучения 2,440 ∙ 105 Дж/м2 , что приводит к ожогам третьей степени; − на расстоянии 200 м интенсивность теплового излучения составила 18,894 кВт/м2, а доза теплового излучения 1.592 ∙ 105 Дж/м2 , что приводит к ожогам второй степени. Заключение Каждая чрезвычайная ситуация характеризуется своеобразием последствий, причиняемых здоровью людей и народному хозяйству. Анализ совокупности негативных факторов, действующих в настоящее время в техносфере, показывает, что приоритетное влияние имеют антропогенные негативные воздействия, среди которых преобладают техногенные. Они сформировались в результате преобразующей деятельности человека и изменений в биосферных процессах, обусловленных этой деятельностью. Предупреждение последствий чрезвычайных ситуаций - это комплекс мероприятий, направленных на максимально возможное уменьшение риска возникновения ЧС, на сохранение здоровья людей, снижение размеров ущерба окружающей природной среде и материальных потерь в случае их возникновения. Мероприятия по предупреждению и локализации возможных аварий на радиационно-опасных объектах носят как организационный, так и инженерно-технический характер и направлены на выявление и устранение причин аварий, максимальное снижение возможных разрушений и потерь, на создание условий для своевременного проведения локализации и ликвидации возможных последствий аварии. Библиографический список 1. РД 52.04.253-90. Методика прогнозирования масштабов заражения сильнодействующими ядовитыми веществами при авариях (разрушениях) на химически опасных объектах и транспорте. Л.: Гидрометеоиздат. 1991. 2. Приказ Ростехнадзора от 11.03.2013 №96 (ред. от 26.11.2015) Об утверждении Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности «Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств». 3. ГОСТ Р 12.3.047 – 2012 Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля. Приложение Таблица 1 – Характеристики АХОВ и вспомогательные коэффициенты для определения глубин зон заражения
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
