В. Н. Азаров, доктор технических наук, профессор кафедры безопасности жизнедеятельности в техносфере
 Скачать 1.59 Mb.
|
|
3.6.2. Аварии при разгерметизации магистрального газопровода Аварии при разгерметизации газопроводов сопровождаются следующи- ми процессами: истечением газа до срабатывания отсекающей арматуры (импульсом на закрытие арматуры является снижение давления продукта); закрытием отсекающей арматуры; истечением газа из участка трубопровода, отсеченного арматурой. В местах повреждения происходит истечение газа под высоким давлени- ем в окружающую среду. На месте разрушения в грунте образуется воронка. Метан поднимается в атмосферу (он легче воздуха), а другие газы или их смеси оседают в приземном слое. Смешиваясь с воздухом, газы образуют облако взрывоопасной смеси. Статистика показывает, что примерно 80 % аварий сопровождается по- жаром. Искры возникают в результате взаимодействия частиц газа с метал- лом и твердыми частицами грунта. Обычное горение может трансформиро- ваться во взрыв за счет самоускорения пламени при его распространении по рельефу и в лесу. Взрывное горение при авариях на газопроводе может происходить также по одному из двух режимов — дефлаграционному или детонационному. При оперативном прогнозировании принимают, что процесс развивается в дето- национном режиме. Дальность распространения облака взрывоопасной смеси в направлении ветра, м, определяется по эмпирической формуле 25 , M L W = где 25 — коэффициент пропорциональности, имеющий размерность м 3/2 / кг 1/2 ; М — массовый расход газа, кг/с; W — скорость ветра, м/с. Тогда граница зоны детонации, ограниченная радиусом r 0 , м, в результа- те истечения газа за счет нарушения герметичности газопровода может быть определена по формуле 64 0 12,5 M r W = Массовый секундный расход газа М, кг/с, из газопровода для критиче- ского режима истечения, когда его основные параметры (расход и скорость истечения) зависят только от параметров разгерметизированного трубопро- вода, определяется следующим образом: г г , P M F V = Ψ μ где Ψ — коэффициент, учитывающий расход газа от состояния потока (для звуковой скорости истечения Ψ = 0,7); F — площадь отверстия истечения, принимается равной площади сечения трубопровода, м 2 ; μ — коэффициент расхода, учитывающий форму отверстия (0,7…0,9), в расчетах принимается равным 0,8; Р г — давление газа в газопроводе, Па; V г — удельный объем транспортируемого газа при параметрах в газопроводе, м 3 /кг: г г , T P V RO = где RO — удельная газовая постоянная, Дж/(кг · К), определяемая по данным долевого состава газа q к и молярным массам компонентов смеси из соотно- шения 1 8314 , n k k i q m RO = ∑ = где 8314 — универсальная газовая постоянная, Дж/(кмоль · К); m к — моляр- ная масса компонентов, кг/кмоль; n — число компонентов; Т — температура транспортируемого газа, К. В зоне действия детонационной волны давление принимается равным 1,7 МПа. Давление во фронте воздушной ударной волны на различном расстоянии от газопровода определяется по схеме, представленной на рис. 6, с использовани- ем следующих данных (получены путем аппроксимации известных формул, характеризующих зависимость давления от расстояния до центра взрыва): r/r 0 0…1 1,01 1,04 1,08 1,2 1,8 1,8 2,1 3 4 5 6 8 12 50 Р ф , кПа 1700 1232 814 568 400 300 200 100 80 50 40 30 20 10 5 При прогнозировании последствий случившейся аварии на газопроводе зону детонации и зону действия воздушной ударной волны принимают с учетом направления ветра. При этом считают, что граница зоны детонации распространяется от трубопровода по направлению ветра на расстояние 2 r 0 В случае заблаговременного прогнозирования зона детонации определяется в виде полос вдоль всего трубопровода шириной 2 r 0 , расположенных с каж- дой из его сторон. Это связано с тем, что облако взрывоопасной смеси, в за- 65 висимости от направления ветра, может распространяться в любую сторону от трубопровода. За пределами зоны детонации по обе стороны от трубопро- вода находятся зоны действия воздушной ударной волны. На плане местно- сти эти зоны также имеют вид полосовых участков вдоль трубопровода. Рис. 6. Расчетная схема к определению давлений при аварии на газопроводе: ΔР д — давление в зоне детонации; ΔР ф — давление во фронте воздушной ударной волны; R 0 — радиус зоны детонации; R — расстояние от расчетного центра взрыва; 0 — центр взрыва; 1 — зона детонации; 2 — зона воздушной ударной волны (R > R 0 ) При разработке разделов проекта инженерно-технических мероприятий ГО и ЧС на планах местности вдоль магистральных нефте- и газопроводов наносятся зоны возможных сильных разрушений, границы которых опреде- ляются величиной избыточного давления 50 кПа. При проведении оперативных расчетов следует учитывать, что в зависи- мости от класса магистрального трубопровода рабочее давление газа Р г для газопроводов высокого давления составляет 2,5 МПа; среднего давления — 1,2…2,5 МПа; низкого давления — до 1,2 МПа. Диаметр газопровода может варьироваться в пределах 150…1420 мм. Температура транспортируемого газа при расчетах обычно принимается равной 400 °С. Состав обычного газа, при отсутствии данных, может быть принят в соотношении: метан (СН 4 ) — 90 %; этан (С 2 Н 6 ) — 4 %; пропан (С 3 Н 8 ) — 2 %; бутан (НС 4 Н 10 ) — 2 %; изопентан (С 5 Н 12 ) — 2 %. 3.6.3. Аварии на нефтепроводах Магистральный нефтепровод — это инженерное сооружение, состоящее из трубопроводов с арматурой и связанных с ними нефтеперекачивающих станций, хранилищ нефти и других технологических объектов, обеспечи- вающих приемку, транспортировку, сдачу нефти потребителям или перевал- ку на другой вид транспорта. 66 Экологический ущерб и материальные убытки от аварий на магистраль- ных нефтепроводах и пожаробезопасность на прямую зависят от объема вы- хода нефти в окружающую среду через аварийный разрыв. Важным для сокращения аварийного простоя магистрального нефтепро- вода и повышения безопасности является ускорение процесса освобождения аварийного участка от нефти. В связи с этим особую важность приобретает создание методов и средств снижения объема выхода нефти в окружающую среду через аварийный разрыв и сокращение продолжительности освобож- дения полости аварийного участка трубопровода от нефти. Для повышения безопасности разрабатываются меры, направленные на исключение попада- ния нефти, выходящей через аварийный разрыв, на территории близлежащих населенных пунктов, промышленных и сельскохозяйственных предприятий, зданий и сооружений. Анализ причин аварий на нефтесборных (выкидных) и магистральных нефтепроводах показывает, что причиной разрывов трубопроводов, помимо нарушений технологического режима, являются интенсивные волновые про- цессы (гидроудары), вызванные изменением режима перекачки (включение и выключение насосных агрегатов, аварийное отключение электропитания). Опасность разрывов возрастает при прохождении нефтепроводов по пересе- ченной местности. По статистике последствиями аварий на объектах нефтяной промышлен- ности являются разрушения объектов производства в результате взрывов и пожаров, человеческие жертвы в результате действия УВ, теплового излу- чения и загазованности, загрязнение окружающей среды в результате разли- ва жидкости и истечения газа. 3.6.4. Аварии и катастрофы на железнодорожном транспорте Значительное количество перевозимых опасных грузов и большая про- тяженность коммуникаций обусловливают возникновение аварийных ситуа- ций на железнодорожном транспорте. Если авария принимает крупные масштабы, то опасные факторы пожара (взрыва) и вредные токсичные вещества могут привести к массовому пора- жению производственного персонала и населения на прилегающей к объек- там железнодорожного транспорта территории, а также к разрушению кон- струкций, зданий и сооружений. Особо опасными являются аварии на объектах железнодорожного транс- порта, которые сопровождаются пожарами (взрывами) цистерн с легковос- пламеняющимися (ЛВЖ) и горючими (ГЖ) жидкостями и сжиженными уг- леводородными газами (СУГ), а также разливом (выбросом) ГЖ и аварийно химически опасных веществ (АХОВ). Немалую опасность представляют также пожары твердых горючих материалов (ТГМ) в подвижном составе и на производственных объектах железнодорожного транспорта. 67 В связи с этим определение зон воздействия опасных факторов при ава- рийных ситуациях с опасными грузами на объектах железнодорожного транспорта имеет важное и актуальное значение. К основным объектам железнодорожного транспорта, на которых воз- можно возникновение типовых аварийных ситуаций, относятся следующие: станции по наливу и сливу нефтепродуктов; сортировочные станции; промывочно-пропарочные станции; склады хранения опасных грузов; шпалопропиточные заводы. При крупных авариях с опасными грузами на объектах железнодорожно- го транспорта опасные факторы аварий могут приводить к поражению лю- дей, а также зданий и сооружений населенных пунктов и промышленных объектов, расположенных на прилегающей территории. Опасными факторами аварий с опасными грузами являются: образование взрывоопасных зон загазованности; воздушная УВ взрывов облаков топливно-воздушных смесей (ТВС); тепловое излучение при горении ЛВЖ и ГЖ, СУГ, АХОВ и ТГМ; токсичные выбросы. Пожары при авариях с СУГ характеризуются большой концентрацией СУГ на малых площадях, значительными площадями горения (до 5000 м 2 ), высокой скоростью распространения пламени (до 5…10 м/с), опасностью образования взрывоопасных зон, возможностью возникновения взрывов, де- формацией и разрушением цистерн, разлетом обломков на расстояние до 100…300 м, длительностью пожаров (истечений СУГ) до 3…5 сут. Сжиженный газ может истекать в паровой, жидкой и парожидкостной фазах. Характер его истечения определяется по пламени: в паровой фазе газ сгорает светло-желтым пламенем и сопровождается сильным свистящим шумом; в жидкой фазе — ярко-оранжевым пламенем с выделением сажи; в парожидкостной фазе — с периодически меняющейся высотой пламени. Высота пламени при горении разливающегося сжиженного газа больше среднего диаметра площади горения в 2…2,5 раза. При аварии продукт истекает в виде осесимметричных (чаще всего из круг- лых отверстий) и веерных (главным образом, из щелевых отверстий) струй. По характеру горения пожары можно разделить на следующие виды: факельное горение жидкостей и газов на запорной арматуре цистерн; сложные пожары, сочетающие как факельное горение в результате раз- герметизации стенок цистерны, так и горение разлитого СУГ; пожары, сопровождающиеся взрывами ТВС в цистернах и вне их. При авариях с ЛВЖ и ГЖ возможны пожары следующих типов: факельное горение жидкостей, выходящих из пробоев и разрывов; горение жидкостей в цистерне при ее вскрытии; растекание горящей жидкости по прилегающей территории; 68 одновременное горение жидкостей при пожарах всех вышеуказанных ти- пов, иногда сопровождающееся взрывами паровоздушных смесей и цистерн. Основным поражающим фактором аварий с выбросом АХОВ является химическое заражение. Зона заражения АХОВ — территория, зараженная АХОВ в опасных для жизни людей пределах. Размер зоны химического заражения характеризует- ся глубиной и площадью. В качестве критерия поражения человека токсичными продуктами ис- пользуется величина токсодозы LD, которая является произведением кон- центрации на время экспозиции. Средняя смертельная токсодоза LCT x — ингаляционная токсодоза, вызы- вающая смертельный исход у х % пораженных. 3.7. Объекты энергетики Существование человека связано с воздействием на него и среду обита- ния электромагнитных полей. В случаях неподвижных электрических зарядов мы имеем дело с элек- тростатическими полями. При трении диэлектриков на их поверхности появ- ляются избыточные заряды, на сухих руках накапливаются электрические заряды, создающие потенциал до 500 В. Земной шар заряжен отрицательно, так что между поверхностью Земли и верхними слоями атмосферы разность потенциалов составляет 400 000 В. Это электростатическое поле создает ме- жду двумя уровнями, отстоящими на рост человека, разность потенциалов порядка 200 В, однако человек этого не ощущает, так как хорошо проводит электрический ток и все точки его тела находятся под одним потенциалом. При своем движении облака заряжаются в результате трения. Разные части грозового облака несут заряды различных знаков. Чаще всего нижняя часть облака заряжена отрицательно, а верхняя — положительно. Если обла- ка сближаются разноименно заряженными частями, между ними проскаки- вает молния — электрический заряд. Проходя над Землей, грозовое облако создает на ее поверхности большие наведенные заряды. Разность потенциа- лов между облаком и Землей достигает огромных значений, измеряемых сотнями миллионов вольт, и в воздухе возникает сильное электрическое по- ле. При благоприятных условиях возникает пробой. Заряды имеют свойство в большей степени накапливаться на остриях или телах, близких к ним по форме. Вблизи таких тел создаются высокие элек- трические поля. Молнии являются причиной около половины всех аварий на крупных линиях электропередачи. Для защиты зданий и различных сооружений от статического атмосферного электричества применяются молниеотводы. Наряду с естественным статическими электрическими полями в условиях техносферы и в быту человек подвергается воздействию искусственных ста- тических электрических полей. 69 Линии электропередачи, электрооборудование, различные электроприбо- ры — все технические системы, генерирующие, передающие и использую- щие электромагнитную энергию, создают в окружающей среде электромаг- нитные поля. Действие на организм человека электромагнитных полей определяется частотой излучения, его интенсивностью, продолжительностью и характе- ром действия, а также индивидуальными особенностями организма. Спектр электромагнитных полей включает низкие частоты (до 3 Гц), промышленные частоты (3…300 Гц), радиочастоты (30…300 Гц), а также относящиеся к ра- диочастотам ультравысокие (30…300 Гц) и сверхвысокие (от 300 МГц до 300 ГГц) частоты. Электромагнитные поля оказывают на организм человека тепловое и биологическое воздействие. Действию электромагнитных полей промышленной частоты человек подвергается в производственной, городской и бытовой зонах. Санитарными нормами установлены предельно допустимые уровни напряженности элек- трического поля внутри жилых зданий, на территории жилой зоны. Люди, страдающие от нарушений сна и головных болей, должны перед сном уби- рать или отключать от сети электрические приборы, генерирующие электро- магнитные поля. Длительное воздействие электрических полей может вызывать головную боль в височной и затылочной области, ощущение вялости, расстройство сна, ухудшение памяти, депрессию, апатию, раздражительность, боли в об- ласти сердца. Электромагнитные волны в диапазоне 400…760 нм называются свето- выми. Они действуют непосредственно на человеческий глаз, производя спе- цифическое раздражение его сетчатой оболочки, ведущее к световому вос- приятию. Тесно примыкают к видимому спектру электромагнитные волны с длиной волны менее 400 нм — ультрафиолетовое излучение и более 800 нм — инфракрасное излучение. Все эти виды излучения не имеют прин- ципиального различия по своим физическим свойствам и относятся к опти- ческому диапазону электромагнитных волн. Современные технические сред- ства позволяют усиливать оптическое излучение, уровень которого может значительно превышать адаптационные возможности человека. 70 4. ИССЛЕДОВАНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ОБЪЕКТА ЭКОНОМИКИ 4.1. Факторы, определяющие устойчивость работы объекта экономики Современный типовой комплекс промышленного предприятия составляют здания и сооружения, в которых размещаются производственные цеха, ста- ночное и технологическое оборудование; сооружения энергетического хозяй- ства, системы энергоснабжения; инженерные и топливные коммуникации; от- дельно стоящие технологические установки; сеть внутреннего транспорта, системы связи и управления; складское хозяйство; различные здания и со- оружения административного, бытового и хозяйственного предназначения. Каждый объект в зависимости от особенностей его производства и других характеристик имеет свою специфику. Однако объекты имеют и много общего: производственный процесс осуществляется, как правило, внутри зданий и со- оружений, сами здания в большинстве случаев выполнены из унифицирован- ных элементов, территория объекта насыщена инженерными, коммунальными и энергетическими линиями; плотность застройки на многих объектах состав- ляет 30…60 %. Это дает основание считать, что для всех промышленных объ- ектов, независимо от профиля производства и назначения, характерны общие факторы, влияющие на подготовку объекта к работе в условиях ЧС. 1. Район расположения объекта. Изучается по карте (планам), на основании чего проводится анализ топо- графического расположения объекта, учитывающий: характер застройки тер- ритории, окружающей объект (структура, плотность, тип застройки); нали- чие на этой территории предприятий, которые могут служить источниками возникновения вторичных факторов поражения (гидроузлы, объекты хими- ческой промышленности и др.); естественные условия прилегающей местно- сти (лесные массивы — источники возможных пожаров, рельеф местности); наличие дорог и т. д. Например, для предприятий, расположенных по бере- гам рек, ниже плотин, необходимо изучить возможность затопления, устано- вить максимальные уровни затопления и время прихода волны прорыва. Вы- ясняются метеорологические условия района: количество осадков, направ- ление господствующих ветров, а также характер грунта и глубина залегания подпочвенных вод. 71 2. Внутренняя планировка и застройка территории объекта. При изучении внутренней планировки и застройки территории ОЭ дается характеристика зданиям основного и вспомогательного производства, а так- же зданиям, которые не будут участвовать в производстве основной продук- ции в случае ЧС. Устанавливаются основные особенности их конструкций, указываются технические данные, необходимые для расчетов уязвимости к воздействию ударной волны, светового излучения и возможных вторичных факторов поражения, а именно: конструкция, этажность, длина и высота, вид каркаса, стеновое заполнение, световые проемы, кровля, перекрытия, огне- стойкость здания. Указывается количество рабочих и служащих, одновре- менно находящихся в здании (наибольшая работающая смена), наличие встроенных в здание и расположенных вблизи убежищ. При оценке внутренней планировки территории объекта определяется влияние плотности и типа застройки на возможность возникновения и рас- пространения пожаров, образования завалов входов в убежищах и проходов между зданиями. Особое внимание обращается на участки, которые могут подвергаться воздействию вторичных факторов поражения: емкости с ЛВЖ и сильнодействующими ядовитыми веществами; склады взрывоопасных ве- ществ и взрывоопасные технологические установки; технологические ком- муникации, разрушение которых может вызвать пожары, взрывы и загазо- ванность участка; склады легковоспламеняющихся материалов, аммиачные установки и др. 3. Технологический процесс. Изучение технологического процесса проводится с учетом специфики производства и изменений в производственном процессе на военное время (возможное изменение технологии, частичное прекращение производства, переключение на производство новой продукции и т. п.). Исследуется способность существующего процесса производства в ко- роткие сроки перейти на технологический процесс для выпуска новой про- дукции. Дается характеристика станочного и технологического оборудова- ния. Определяется уникальное и особо важное оборудование. Оценивается насыщенность производства аппаратурой автоматического управления и контрольно-измерительными приборами. Изучается возможность автономной работы отдельных станков, участков технологического процесса (станочных групп, конвейеров и т. д.) и цехов объекта. Это позволяет в дальнейшем обоснованно подойти к определению необходимых запасов деталей, узлов и оборудования, а в ряде случаев — пре- дусмотреть необходимость изменения в технологическом процессе в сторону его упрощения или повышения надежности наиболее уязвимых участков. На предприятиях, связанных с применением значительных количеств сильнодействующих ядовитых и горючих веществ, устанавливается количе- ство этих веществ; оцениваются токсические свойства, взрыво- и пожаро- опасность, надежность и безопасность их хранения. Определяется необхо- димый минимум их запасов, который может находиться на территории объ- екта, и место хранения остальной части в загородной зоне. 72 При анализе технологического процесса тщательно изучаются возмож- ности безаварийной остановки производства по сигналу «Тревога». 4. Системы энергоснабжения. Особое внимание уделяется исследованию систем энергоснабжения. Оп- ределяется зависимость работы объекта от внешних источников энергоснаб- жения, характеризуются внутренние источники; подсчитывается необходи- мый минимум электроэнергии, газа, воды, пара, сжатого воздуха и других видов энергоснабжения на военное время. Исследуются энергетические сети и коммуникации: наземные, подземные, проложенные по эстакадам, в тран- шеях, по грунту, по стенам зданий. Изучается обеспеченность объекта авто- матическими устройствами, позволяющими при необходимости (сигнал «Тревога», аварии и др.) производить дистанционное отключение отдельных участков или всей системы данного вида энергоснабжения. При рассмотрении системы водоснабжения обращается внимание на за- щиту сооружений и водозаборов на подземных источниках воды от радиоак- тивного, химического и бактериологического (биологического) заражения. Определяется надежность функционирования системы пожаротушения, воз- можность переключения систем водоснабжения с соблюдением санитарных правил. Особое внимание уделяется изучению систем газоснабжения, поскольку газ из источника энергии может превратиться в весьма агрессивный вторич- ный поражающий фактор. Проверяется возможность автоматического от- ключения подачи газа на объект, в отдельные цеха и участки производства, соблюдение всех требований (инструкций, указаний и др.) по хранению и транспортировке газа. Жесткие требования предъявляются к надежности и безопасности функционирования систем и источников снабжения СДЯВ, кислородом, взрывоопасными и горючими веществами. 5. Система управления. Исследование системы управления объектов производится на основе изучения состояния пунктов управления и узлов связи, надежности системы управления производством, надежности связи с загородной зоной, расста- новки сил, обеспечения руководства производственной деятельностью объ- екта во всех подразделениях предприятия. Определяются также источники пополнения рабочей силы, анализируются возможности взаимозаменяемости руководящего состава объекта. Особое внимание уделяется изучению на- дежности системы оповещения. 6. Система материально-технического снабжения. При анализе системы материально-технического снабжения дается крат- кая характеристика этой системы в обычных условиях и ее возможных изме- нений в связи с переходом на выпуск новой продукции; устанавливается за- висимость производства от поставщиков; выявляются наиболее важные по- ставки сырья, деталей и комплектующих изделий, без которых производство не может продолжаться. Оцениваются имеющиеся и планируемые запасы (количество, номенклатура) и возможные сроки продолжения работы без |