3.5. Методи розрахунку характеристик зон ураження (радіусів зон руйнувань) при вибухах конденсованих речовин, газоповітряних,
Паливно-повітряних сумішей у відкритому та замкнутому просторі
Однією із причин виробничих аварій і катастроф є вибухи, які на промислових підприємствах супроводжуються обвалом і деформаціями споруд, пожежами, виходами з ладу енергосистем.
Найчастіше спостерігаються вибухи котлів в котельнях, газів, апаратів, продукції і напівфабрикатів на хімічних підприємствах, парів бензину і інших складових палива, лако-фарбовових розчинників, нерідкі випадки вибуху побутового газу.
Причинами вибухів газу, промислового (вугільного, дерев'яного пилу, газоповітряних сумішей) є відкритий вогонь, електрична іскра, в тому числі від статичної електрики.
Уражаючим фактором любого вибуху є ударна хвиля. Дія ударної хвилі на елементи споруд характеризуються складним комплексом навантажень: прямий тиск, тиск відбиття, тиск обтікання, тиск затікання, навантаження від сейсмовибухових хвиль.
Дію ударної хвилі прийнято оцінювати надлишковим тиском у фронті ударної хвилі Р (кПа).
Як відомо, аварії на об'єктах з вибухонебезпечними технологіями можуть призвести до витікання в атмосферу газоподібних або розріджених вуглеводневих продуктів. При змішуванні вуглеводневих продуктів з повітрям утворюються вибухо- або пожежонебезпечні суміші - газоповітряні суміші (ГПС). Найбільш вибухо- і пожежонебезпечними є суміші з повітрям вуглеводневих газів: метану (СН4) пропану (С3Н8), бутану (С4Н10) та ін. Розрахунок точного значення надлишкового тиску при вибуху газоповітряної суміші (ГПС) в цьому випадку є надзвичайно складний. Це пов’язано з невизначинністю багатьох факторів, які впливають на утворення хмари суміші, це – напрямок і швидкість руху повітря при даній щільності забудови, стан турбулентності атмосфери, температура і вологість повітря і т.п. Тому можна говорити лише про оціночний характер розрахунків.
Одна з методик полягає у оцінці значення надлишкового тиску вибухової хвилі, яка виникає при вибуху суміші повітря з вуглеводневими газами: метаном, пропаном, бутаном, етиленом, пропіленом і т.п.
При вибуху газоповітряної суміші виділяють три зони (див. рис. 1. у Додатку):
1. Зона детонаційної хвилі з постійним значенням надлишкового тиску ΔРІ = 1700 кПа і радіусом
м,
(13)
де m – маса газу, що вибухнув (т);
2. Зона дії продуктів вибуху з радіусом
м,
(14)
надлишковий тиск в межах зони визначається згідно формули:
кПа,
(15)
де r – відстань від епіцентру вибуху до даного об’єкту, що розташований у зоні. Надлишковий тиск у цій зоні змінюється в межах: від 1350 кПа до 300кПа.
3. Зона повітряної ударної хвилі (ПУХ). Значення надлишкового тиску у цій зоні визначається з наступних формул:
при
Ψ ≤ 2 ,
кПа,
(16)
при
Ψ > 2 ,
кПа, (17)
де
- допоміжний коефіцієнт
(18)
Дана методика придатна для розрахунку значення надлишкового тиску в першій та другій зонах при вибуху газоповітряної суміші з масою газу, що перевищує 100 т. При меншій масі газу рекомендується використовувати формули для звичайних тротилових зарядів, або графічну залежність L(м) від маси продукту Q(т) (Додаток, рис.1 ).
Для визначення надлишкового тиску у фронті ударної хвилі при вибуху тротилу рекомендується використовувати формулу академіка М.А.Садовського
,
кПа, (19)
де m – маса тротилового заряда.
Очевидно, що дану формулу можна використовувати і при вибуху конденсованих вибухових речовин типу тротила.
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 (Додаток, табл.3.7.).
Для більш детального прогнозування пошкоджень окремих об’єктів або їх елементів треба користуватися таблицею (Додаток, табл.3.5.). Людина також зазнає ушкоджень від впливу ударної хвилі (Додаток, табл.3.6.).