основы теории риска (1). Сохранения жизни и здоровья работников

• Название: Сохранения жизни и здоровья работников
• Дата: 20.04.2023
• Размер: 4.6 Mb.
• Имя файла: основы теории риска (1).doc
• Тип: Руководство; #1076946
• страница: 16 из 22

Оценка риска при аварии со взрывами

Цель работы: познакомиться с разными типами моделей оценки аварийных рисков для людей и материальных ресурсов и научиться оценивать обстановку при аварийных взрывах.

Теоретические положения

Прогнозирование и оценка обстановки при чрезвычайных ситуациях проводятся для заблаговременного принятия мер по предупреждению ЧС, смягчению их последствий, ликвидации последствий аварий, катастроф и стихийных бедствий. В результате оценки определяют:

• 
  радиус зоны поражения;
  
• 
  степень ущерба материальным ресурсам;
  
• 
  степень травмирования людей;
  
• 
  вероятность причинения ущерба людям и материальным ресурсам.
  

При прогнозировании последствий опасных явлений используют детерминистскую и вероятностную модели. В детерминистской модели определенной величине негативного воздействия поражающего фактора соответствует вполне конкретная степень поражения людей и материальных ресурсов (инженерно-технических сооружений). Например, при детерминистском способе прогнозирования поражающий эффект ударной волны определяется избыточным давлением во фронте ударной волны ΔР_ф (кПа), в зависимости от которого находится степень поражения людей и инженерно-технических сооружений. Этот подход отражают табл. 9.1 и 9.2.
Таблица 9.1

Зависимость степени поражения человека от избыточного давления во фронте ударной волны (ΔР_ф (кПа))

ΔРф (кПа)	<10	10‒40	40‒60	60‒100	>100
Степень пораже-ния человека	Безопас-ный уровень	Легкая (ушибы, повреждения слуха)	Средняя (кровотечения, вывихи, сотрясения мозга)	Тяжелая (контузии, разрывы внутренних органов)	Смертель-ное поражение

При использовании вероятностной модели подход иной: при воздействии одной и той же дозы негативного воздействия предполагается, что поражающий эффект будет различен в зависимости от категории людей и типа материальных ресурсов. Другими словами, негативное воздействие поражающих факторов носит вероятностный характер.

Таблица 9.2

Зависимость степени разрушения зданий от избыточного давления во фронте ударной волны (ΔР_ф (кПа))

Объект (жилые здания)	Разрушения*
	полное	сильное	среднее	слабое
Кирпичные многоэтажные Кирпичные малоэтажные Деревянные	30‒40 35‒45 20‒30	20‒30 25‒35 12‒20	10‒20 15‒25 8‒12	8‒10 8‒15 6‒8

* слабые разрушения – повреждения или разрушения крыш, окон, дверных проемов, ущерб 10-15% стоимости здания;

средние разрушения – разрушения крыш, окон, перегородок, чердачных перекрытий, верхних этажей, ущерб – 30-40%;

сильные разрушения – разрушение несущих конструкций и перекрытий, ущерб – 50%, ремонт нецелесообразен;

полное разрушение – обрушение зданий.
Величина вероятности поражения Р_пор (эффект поражения) измеряется в долях единицы или % и определяется по функции Гаусса через пробит-функцию

Р_пор= f[Pr(D)],

где Pr – пробит-функция, которая в общем виде записывается как

,

где a и b– эмпирические коэффициенты, характеризующие степень опасности поражающего фактора; D – переменная, зависящая от уровня поражающего фактора.

Для определения вероятности поражения через пробит-функцию используют табл. 9.3.

Таблица 9.3

Соотношение между значениями пробит-функции и вероятностью

поражения

Р,%	1		2	3	4	5	6	7	8	9	0
0	‒		2,67	2,95	3,12	3,25	3,36	3,45	3,52	3,59	3,66
10	3,72		3,77	3,82	3,90	3,92	3,96	4,01	4,05	4,08	4,12
20	4,16		4,19	4,23	4,26	4,29	4,33	4,36	4,39	4,42	4,45
30	4,48		4,50	4,53	4,56	4,59	4,61	4,64	4,67	4,69	4,72
40	4,75		4,77	4,80	4,82	4,85	4,87	4,90	4,92	4,95	4,97
50	5,00		5,03	5,05	5,08	5,10	5,13	5,15	5,18	5,20	5,23
60	5,25		5,28	5,31	5,33	5,36	5,39	5,41	5,44	5,47	5,50
70	5,52		5,55	5,58	5,61	5,64	5,67	5,71	5,74	5,77	5,81
80	5,84		5,88	5,92	5,95	5,99	6,04	6,08	6,13	6,18	6,23
90	6,28		6,34	6,41	6,48	6,56	6,64	6,75	6,88	7,05	7,19
99	7,33	7,37		7,41	7,46	7,51	7,58	7,65	7,75	7,88	8,09

В табл. 9.4 представлен вид пробит-функции для разных степеней поражения человека и разрушений зданий.

Таблица 9.4

Вид пробит-функции при поражающем действии ударной волны

Степень поражения	Пробит-функция (Pr)
Поражение человека
разрыв барабанных перепонок контузия летальный исход
Разрушение зданий
слабые разрушения средние разрушения сильные разрушения

В этой табл. m – масса человека, кг; P₀ – атмосферное давление, кПа; I₊ – импульс фазы сжатия, кПа∙с.
Для определения зависимости избыточного давления во фронте ударной волны от расстояния до эпицентра взрыва конденсированного (твердого) взрывчатого вещества часто используют формулу Садовского:

, (1)

где R – расстояние до эпицентра взрыва, м;

G_тнт – тротиловый эквивалент взорвавшегося вещества, кг, определяется по формуле

, (2)

где Q_вв и Q_тнт – энергия взрывов рассматриваемого взрывчатого вещества и тротила соответственно, кДж/кг;

G – масса взорвавшегося конденсированного вещества, кг.

Импульс фазы сжатия (кПа∙с) для конденсированного (твердого) взрывчатого вещества находится по формуле

. (3)

Для случая взрыва парогазовоздушного облака формула Садовского будет иметь вид:

, (4)

где m_пр – приведенная масса пара или газа, участвующего во взрыве, кг, рассчитывается по формуле

, (5)

где Q_вв и Q_тнт – энергия взрывов рассматриваемого взрывчатого вещества и тротила соответственно, кДж/кг;

m – масса газообразного вещества, поступившего в окружающее пространство, кг;

Z – коэффициент участия горючих газов или паров в горении.

Импульс фазы сжатия (кПа∙с) для взрыва парогазовоздушного облака находится по формуле

(6)

Остальные необходимые формулы для расчета параметров взрыва различных взрывчатых веществ см. учебное пособие С.С. Тимофеевой, Т.И. Дроздовой «Теория горения и взрыва». ИрГТУ, 2007 г. и последующие издания этого учебного пособия.

Пример задачи: на складе взрывчатых веществ хранится октоген массой G= 50 000 кг. На расстоянии 100 м от склада находится одноэтажное здание механических мастерских, а на расстоянии 500 м – поселок с многоэтажными кирпичными зданиями. Энергия взрыва октогена 5860 кДж/кг, энергия взрыва тротила 4520 кДж/кг. Найти вероятность различных разрушений зданий механических мастерских и зданий в поселке.

Решение: найдем тротиловый эквивалент взорвавшегося октогена:



Избыточное давление во фронте ударной волны на уровне механических мастерских (100 м от эпицентра):



Полученная величина избыточного давления соответствует полному разрушению здания механических мастерских (табл. 9.1).

Избыточное давление во фронте ударной волны на уровне поселка (500 м от эпицентра):



Определим вероятность разрушений зданий в поселке по пробит-функции, предварительно рассчитав импульс фазы сжатия:



Таким образом, определим вероятность слабых разрушений:

.

По табл. 9.3 значению пробит-функции равной 5,86 соответствует вероятность слабых разрушений 81 %.

Для средних разрушений:



По табл. 9.3 значению пробит-функции равной 3,95 соответствует вероятность средних разрушений 14 %.

Для сильных разрушений:



По табл. 9.3 значению пробит-функции равной 2,87 соответствует вероятность сильных разрушений 2 %.

Вывод: в результате взрыва октогена на складе взрывчатых веществ в поселке, расположенном на расстоянии 500 м от склада будут преимущественно 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.
   

Задания к практической работе

Задача 1.Рассчитать вероятность различных разрушений зданий при выходе в атмосферу пропана, хранящегося в сферической емкости объемом 600 м³ при температуре окружающей среды 20 ⁰С. Здания находятся на расстоянии 500 м от резервуара. Плотность сжиженного пропана 530 кг/м³, степень заполнения емкости – 80 % по объему. Удельная теплота сгорания пропана 4,6∙10⁴ кДж/кг, тротила – 4520 кДж/кг. Считать, что в течение времени, необходимого для выхода сжиженного газа из емкости, весь пропан испаряется.

Указания к решению задачи: перед расчетом избыточного давления ударной волны, образующейся при взрыве пропана, обратите внимание на агрегатное состояние пропана и используйте формулу для соответствующего агрегатного состояния. Обратите внимание на единицы измерения 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 наружном резервуаре объемом 500 м³ на бетонном поддоне площадью 400 м². На расстоянии 50 м от резервуара находится здание диспетчерской. Определить возможную степень разрушения здания диспетчерской в случае аварии с разрушением резервуара. Принять температуру окружающей среды равной 27 ⁰С, плотность жидкого бензина – 740 кг/м³, молекулярная масса бензина – 94 кг/кМоль, скрытая теплота кипения бензина (L_кип или L_исп) ‒ 287300 Дж/кг, температура кипения бензина ‒ 413 К, степень заполнения емкости с бензином – 80 % по объему, удельная теплота сгорания бензина 4,62∙10⁴ кДж/кг, тротила – 4520 кДж/кг, коэффициент участия газа во взрыве (Z) примите равным 0,1.

Указания к решению задачи: перед расчетом избыточного давления ударной волны, образующейся при взрыве резервуара с бензином, обратите внимание на агрегатное состояние бензина и используйте формулу для соответствующего агрегатного состояния. Учтите, что при разрушении емкости с бензином образуется первичное и вторичное облако испарившегося 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 прил. А, Е и И ГОСТа Р 12.3.047‒98 «Пожарная безопасность технологических процессов».

Задача 3. На складе взрывчатых веществ хранится октоген массой G= 50 000 кг. На расстоянии 100 м от склада находится одноэтажное здание механических мастерских, а на расстоянии 500 м – поселок с многоэтажными кирпичными зданиями. Энергия взрыва октогена 5860 кДж/кг, энергия взрыва тротила 4520 кДж/кг. Рассчитать радиусы зоны летального поражения и зоны безопасной для человека. Рассчитайте вероятность гибели персонала на границе зоны летального поражения.

Указания к решению задачи: воспользуйтесь графическим способом решения (график в координатах ΔР_ф, кПа (R, м)).

Задача 4. Оценить вероятность разной степени травмирования человека, находящегося на расстоянии 20 м от баллона с пропаном при взрыве этого баллона. Емкость баллона 10 м³, температура окружающей среды 28 ⁰С, плотность пропана 530 кг/м³, удельная теплота сгорания пропана 4,6∙10⁴ кДж/кг, тротила – 4520 кДж/кг.

Указания к решению задачи: перед расчетом избыточного давления ударной волны, образующейся при взрыве пропана, обратите внимание на агрегатное состояние пропана и используйте формулу для соответствующего агрегатного состояния.

Задача 5. Рассчитать избыточное давление и импульс фазы сжатия при выходе в атмосферу бензина, хранящегося в сферической емкости объемом 50 м³ при температуре воздуха 25 ⁰С, емкость заполнена на 95 %, плотность бензина 740 кг/м³, его молекулярная масса 94 кг/кмоль, температура кипения бензина 377 ⁰С, скрытая теплота кипения бензина (L_кип или L_исп) ‒ 287300 Дж/кг. Оценить вероятность разрушения деревянных строений, находящихся на расстоянии 500 м от емкости, при разрушении емкости и взрыве, образовавшегося ПГВ облака.

Указания к решению задачи: перед расчетом избыточного давления ударной волны, образующейся при взрыве резервуара с бензином, обратите внимание на агрегатное состояние бензина и используйте формулу для соответствующего агрегатного состояния.

Учтите, что при разрушении емкости с бензином образуется первичное (от содержащихся в емкости паров бензина) и вторичное облако испарившегося 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 приложениях А, Е и И ГОСТа Р 12.3.047‒98 «Пожарная безопасность технологических процессов».

Контрольные вопросы

1. 
   В чем отличие в применении вероятностной и детерминистской моделей при определении ущерба от аварии?
   
2. 
   Что является поражающим фактором при аварии со взрывом?
   
3. 
   Что такое пробит-функция?
   
4. 
   От каких параметров взрыва зависит степень поражения людей и материальных ресурсов?
   
5. 
   Как определить вероятность разной степени поражения людей при аварии со взрывом?
   
6. 
   Как оценить вероятность разной степени разрушения зданий и сооружений при аварии со взрывом?