3.4. Оцінка стійкості роботи об'єкта в умовах надзвичайної ситуації, яка може виникнути внаслідок вибуху газоповітряної суміші

Одним із основних заходів захисту від техногенних вибухів є прогнозування надзвичайної ситуації, яка може виникнути на підприємстві (об'єкті) внаслідок вибуху газоповітряної (пилоповітряної) суміші залежно від діяльності об'єкта і умов утворення вибухового середовища. На підставі даних прогнозування надзвичайної ситуації оцінюється стійкість роботи об'єкта в цих умовах і плануються та запроваджуються заходи щодо підвищення стійкості роботи підприємства, недопущення ураження людей, зменшення матеріальних збитків.

Вибух - це швидке виділення енергії в обмеженому об'ємі, що пов'язане з раптовою зміною стану речовини і супроводжується появою надлишкового тиску і, як правило, продуктів вибуху і руйнуванням середовища.

Під стійкістю роботи об'єкта розуміють здатність його в умовах надзвичайної ситуації продовжувати роботу та виробляти продукцію в запланованому обсязі і номенклатурі, а при отриманні слабких чи середніх руйнувань відновити виробничий процес в короткий строк.

За критерій стійкості об'єкту до дії повітряної ударної хвилі приймається таке значення надлишкового тиску ΔР (кПа) у фронті ударної хвилі, при якому будівлі, споруди і обладнання зберігаються або дістають слабкі (середні) руйнування та (або) пошкодження, при яких можливе і доцільне відновлення виробничого процесу в короткий строк.

Це значення надлишкового тиску прийнято вважати межею стійкості об’єкта до дії ударної хвилі, ΔР_lim.

Межа стійкості порівнюється з очікуваним максимальним значенням надлишкового тиску на території об'єкта, ΔР_max.

У разі, якщо ΔР_lim≥ ΔР_max - об'єкт стійкий до дії ударної хвилі, при ΔР_lim <ΔР_max -не стійкий.

Оцінка стійкості об’єкта до дії ударної хвилі здійснюється у два етапи.

На першому етапі визначається максимально можливе значення надлишкового тиску, ΔР_max в районі об'єкта (його елементів).

Другий етап (власне оцінка стійкості) включає:

• виявлення основних елементів інженерно-технічного комплексу об'єкта, від яких залежить нормальне функціонування підприємства;

• визначення надлишкового тиску ΔР, при якому основні елементи об'єкта отримують слабкі, середні, сильні та повні руйнування;

• визначення межі стійкості до дії ударної хвилі, ΔР_lim, кожного із виявлених основних елементів об'єкта і об'єкта загалом (за найбільш вразливим елементом);

• оцінку ступеня і характеру руйнувань елементів інженерно-технічного комплексу об'єкта при ΔР_lim.

Отже, вихідними даними для оцінки стійкості об’єкта (його елементів) до дії ударної хвилі є:

• максимально можливе значення надлишкового тиску, ΔР_max на території об'єкта;

• характеристика об'єкта та його основних елементів.

3.4.1. Визначення максимально можливого значення надлишкового тиску в районі об'єкта (його елементів).

При вибуху газоповітряної суміші вуглеводневих газів.

Як відомо, аварії на об'єктах з вибухонебезпечними технологіями можуть призвести до витікання в атмосферу газоподібних або зріджених вуглеводневих продуктів. При змішуванні вуглеводневих продуктів з повітрям утворюються вибухо- або пожежо небезпечні суміші - газоповітряні суміші (ГПС). Найбільш вибухо- і пожежонебезпечними є суміші з повітрям вуглеводневих газів: метану (СН₄), пропану (С₃Н₈), бутану (С₄Н₁₀) та ін. При вибуху ГПС утворюється осередок вибуху з ударною хвилею, яка викликає руйнування будівель, споруд, обладнання, інших елементів інженерно-технічного комплексу об'єктів.

Основним параметром ударної хвилі є надлишковий тиск у фронті ударної хвилі, ΔР.

ΔР = Р – Р₀

де Р - максимальний тиск у фронті ударної хвилі; Р₀ - атмосферний тиск.

Залежно від значення надлишкового тиску визначається ступінь руйнування елементів інженерно-технічного комплексу об'єктів.

В осередку вибуху ГПС прийнято виділяти три кругові зони: І - зона детонаційної хвилі; II - зона дії продуктів вибуху; III - зона повітряної ударної хвилі (Рис.3.1 ).

Зона детонаційної хвилі (зона 1) знаходиться в межах хмари вибуху.

Згідно із законом подібності вибухів, відстань від місця вибуху до точки із заданими параметрами у фронті ударної хвилі пропорційна кореню кубічному з маси вибухової речовини Q. Тобто якщо R₁ - відстань від центру вибуху маси Q₁, то при вибуху маси Q_II ΔР матиме однакове значення на відстані R_II, що визначається із співвідношення:

Згідно з цим законом, співвідношення між масою вибухонебезпечної речовини, надлишковим тиском і віддаллю від місця вибуху визначається за формулою: R₁ = K ³√Q,

де R₁ - відстань від місця вибуху (м), Q - маса вибухонебезпечної речовини (т), К - приведена віддаль (м∙т^-1/3 ).

Для зрідженого вуглеводневого газу К = 17,5 [м∙т^-1/3].

Тоді радіус зони І може бути визначений за формулою:

R₁ = 17,5 ³√Q

У межах зони І (рис. 3.1) діє надлишковий тиск, який змінюється в межах:

ΔР₁ =(1700-1350) кПа.

Зона дії продуктів вибуху (зона 2} охоплює всю площу розлітання продуктів ГПС в результаті її детонації. Радіус зони 2 обчислюється за формулою:

R₂=1,7R₁.

Надлишковий тиск в межах зони 2, ΔР_ІІ змінюється від 1350 кПа до 300 кІІа і визначається за формулою:

(кПа)

де L - відстань від центра вибуху до розглядуваної точки, м.

У зоні дії повітряної ударної хвилі (зона 3) формується фронт ударної хвилі, яка поширюється вздовж поверхні землі. Надлишковий тиск в межах зони 3, ΔР_ІІІ змінюється від 300 кПа до 10 кПа i розраховується за формулами:

при Ψ ≤ 2 кПа,

при Ψ > 2 кПа,

де - допоміжний коефіцієнт.

Коефіцієнт Ψ визначається із співвідношення: Ψ = 0,24 (L/R₁).

Радіус зони 3 (в залежності від кількості вибухонебезпечної роечовини для кривої з тиском 10 кПа) може бути визначений за графіком, який приведений на рисунку в Додатку 9.

Від впливу ударної хвилі на будови і споруди можуть утворитися різні ступені руйнувань. В залежності від величини надмірного тиску можуть виникнути повні, сильні, середні та слабкі руйнування, характеристика яких відображена у таблиці Д1 додатку 10.

Для більш детального прогнозування пошкоджень окремих об’єктів або їх елементів треба користуватися таблицею Д2 додатку 10.

Рис.3.1 Зони осередку вибуху гaзоповітряної суміші:

1- зона дії детонаційної хвилі.

2- зона дії продуктів вибуху.

3- зона дії повітряної ударної хвилі. r₃ > r₂ > r₁ - радіус дії відповідної зони.

Зовнішня границя зони слабких руйнувань ΔР =10 кПа

Зовнішня границя зони середніх руйнувань ΔР = 20 кПа

Зовнішня границя зони сильних руйнувань ΔР = 30 кПа

Зовнішня границя зони повних руйнувань ΔР = 50 кПа

Зовнішня границя зони слабких руйнувань ΔР = 10 кПа

Зовнішня границя зони середніх руйнувань ΔР = 20 кПа

Зовнішня границя зони сильних руйнувань ΔР = ЗО кПа

Зовнішня границя зони повних руйнувань ΔР = 50 кПа

Методика оцінки включає:

1. Визначаються значення R_І, R₂ i R₃.

2. По заданій відстані від епіцентру вибуху визначається зона, в якій розташований об'єкт.

3. Визначається значення Р в місці розташування об'єкта.

4. За табл. Д1 визначається ступінь руйнування споруд.

5. З табл. Д2 визначається характеристика руйнувань.

6. Приводяться пропозиції з підвищення стійкості об'єкта.

Приклад визначення надлишкового тиску, що очікується на об'єкті, наведено в Додатку 6.

Висновки: Зразок - Згідно ситуаційного плану в зону дії вражаючих факторів вибухів майже всі об’єкти турботи навколо підприємства не потрапляють, крім найближчих до об’єкта – адмінкорпусу, супермаркету тощо, де можливе часткове пошкодження скління будинків та легкоскидних конструкцій. Пожежа (факельне горіння струменю аміаку) шкоди реципієнтам (об’єктам турботи) не нанесе. Можливий збиток від руйнування та пошкодження основних фондів, знищення майна та продукції при вибуху в компресорному цеху може становити вартість аварійного обладнання та збитки в результаті зупинки виробничого процесу на час ліквідації аварії.