3.2 Методи розрахунку характеристик зон ураження при вибухах газоповітряних сумішей

Вибух – процес фізичних і хімічних перетворювань речовин, що швидко протікає і супроводжується звільненням значної кількості енергії в обмеженому об’ємі, внаслідок чого в навколишньому просторі виникає і розповсюджується ударна хвиля, яка може привести або приводить до виникнення техногенної надзвичайної ситуації.

Найчастіше в промисловості й на транспорті відбуваються вибухи нафтопродуктів (зріджений газ, стиснений газ, бензин, легкокиплячі нафтові фракції, тощо).

Ударна хвиля вибуху – зона стисненого повітря, що поширюється з надзвуковою швидкістю від центра вибуху, викликаючи поразку людей, руйнування будинків, споруджень, техніки й ін. Найважливіша кількісна характеристика ударної хвилі – надлишковий тиск фронту ударної хвилі ΔРф. Це різниця між максимальним тиском у фронті ударної хвилі й нормальним тиском (атмосферним тиском.). Одиниці виміру – кілопаскаль, або кілограм на квадратний сантиметр.

1 кПа =1000 Па ≈ 0,01 кГ/см²,

1кГ/см2 ≈ 100 кПа (101325 Па).

Непрямий вплив ударної хвилі полягає в поразці людей предметами, що захоплюються ударною хвилею.

Ударна хвиля викликає руйнування будівель і споруд. Характер цих руйнувань залежить від багатьох чинників – від типу, розмірів об’єкту, будівельного матеріалу, інтенсивності ударної хвилі тощо.

При вибухові газоповітряної суміші визначають три зони у вигляді кола.

Зона 1 (зона дії детонаційної хвилі) знаходиться в межах хмари вибуху, у якій відбувається майже миттєве горіння вуглеводню, що вибухнув, на зовнішній границі цієї зони:

ΔР_ф1 ≈ 1700 кПа; температура ≈ 2000^оС.

Радіус цієї зони (R_I) приблизно визначається згідно за формулою:

, (3.2.1)

де Q – кількість скрапленого вуглеводневого газу, т;

К_п – коефіцієнт переходу скрапленого повітря у газоповітряну суміш, який дорівнює 0,6.

Зона ІІ (зона дії продуктів вибуху) охоплює всю площу розлітання продуктів вибуху внаслідок детонації:

ΔР_ф2 ≈ 300 кПа; температура ≈ 300-400^оС.

Радіус цієї зони (R_II) дорівнюється:

(3.2.2)

Надлишковий тиск у межах зони дорівнює 1,35-0,3 кГ/см² і може бути знайдений за формулою:

(3.2.3)

де R – відстань до місця вибуху, м.

Зона ІІІ (зона дії повітряної ударної хвилі) що розповсюджується вздовж поверхні землі. умовно зовнішньою межею цієї зони вважається радіус R_III, для якого ΔР_фIII = 10 кПа – величина практично не шкідлива для будинків, споруджень і людей.

Надлишковий тиск у цій зоні можна розрахувати за формулами 3.4, 3.5, 3.6.

Для цього спочатку визначають відносну величину:

(3.2.4)

де R – відстань до місця вибуху, м;

R_I – радіус першої зони, м.

Потім розраховують надлишковий тиск (ΔР_ІІІ), користуючись формулами 3.5, 3.6:

При Ψ ≤ 2 ; (3.2.5)

при Ψ > 2

. (3.2.6)

3.3 Оцінка стійкості роботи об’єкта господарської діяльності внаслідок вибуху газоповітряної суміші

Під стійкістю функціонування об’єкта господарської діяльності розуміють здатність його в умовах надзвичайної ситуації випускати продукцію в запланованому обсязі й номенклатурі, виконувати всі свої функції, а у випадку аварії, катастрофи, ушкодження – відновлювати виробництво в мінімально короткий термін.

Дослідження стійкості об’єкта проводиться робочими групами, до яких залучають головних спеціалістів під загальним керівництвом начальника цивільного захисту об’єкта та штабу. При проведенні досліджень користуються відповідною нормативно-технічною документацією.

Основними завданнями дослідження є:

• оцінка стійкості будинків, споруд, технологічного та іншого устаткування, наземних і підземних комунікацій при дії на них факторів вибуху;

• умови постачання енергії, води, сировини, матеріалів та інструментів;

• визначення можливості роботи об’єкту;

• визначення величини збитків та величини відшкодувань, якщо причиною НС стало підприємство;

• визначення можливості та доцільності відновлення об’єкта залежно від ступеня його руйнування.

В якості показника стійкості інженерно-технічного комплексу до дії ударної хвилі приймається таке значення надлишкового тиску, при якому будівлі, споруди і обладнання зберігається або отримують руйнування, які можливо відновити в короткі терміни. Це значення надлишкового тиску прийнято вважати межею стійкості об’єкта до впливу ударної хвилі.

Послідовність оцінки стійкості роботи об’єкта господарської діяльності внаслідок вибуху газоповітряної суміші:

• визначається максимальне очікуване значення надлишкового тиску;

• досліджується стійкість кожного з основних елементів об’єкта (цеху, дільниці), від яких залежить випуск запланованої продукції;

• на основі вивчення проектно-будівельної та технологічної документації складаються і заносяться в спеціальну таблицю всі основні елементи кожного цеху, дільниці, окремої споруди з короткою характеристикою кожного досліджуваного елемента;

• визначається, при яких значеннях досліджувані елементи отримають слабкі, середні, сильні та повні руйнування;

• аналізуючи заповнену таблицю, визначається межа стійкості найбільш уразливого елемента;

• загальна межа стійкості елементів порівнюється з максимальним значенням очікуваного надлишкового тиску.

Ступінь руйнування конкретного об’єкта може буди орієнтовно визначений за ступенем руйнування основних будинків, споруд, а також комунікацій при надлишковому тиску ударної хвилі для руйнування слабкого, середнього, сильного і повного типу. Кожному ступеню руйнування відповідає своє значення збитку, обсяг рятувальних та аварійних робіт, а також обсяги і термін проведення відновлювальних робіт.

Повне руйнування – руйнування всіх елементів будинків, включаючи підвальні приміщення, ураження людей, що знаходяться в них. Збитки складають більше 70 % вартості основних виробничих фондів (більше 70% балансової вартості будинків, споруд, комунікацій), подальше їх використання неможливе. Відновлення можливе тільки за умови нового будівництва.

Сильне руйнування – руйнування частини стін і перекриття верхніх поверхів, виникнення тріщин в стінах, деформація перекриття нижніх поверхів, ураження значної частини людей, що знаходилися в них. Збитки складають від 30 % до 70 % вартості основних виробничих фондів (балансової вартості будинків, споруд і комунікацій); можливе обмежене використання потужностей, що збереглися. Відновлення можливе в порядку капітального ремонту.

Середнє руйнування – руйнування, головним чином, другорядних елементів будинків та споруд (покрівлі, перегородок, віконних і дверних заповнень), виникнення тріщин в стінах. Перекриття, як правило, не повалені, підвальні приміщення збереглися, ураження людей – здебільшого уламками конструкцій. Збитки складають від 10 до 30% вартості основних виробничих фондів (балансової вартості будинків, споруд і комунікацій). Промислове обладнання, техніка, засоби транспорту відновлюються в порядку середнього ремонту, а будинки і споруди – після капітального ремонту.

Слабке руйнування – руйнування віконних і дверних заповнень та перегородок. Можливе ураження людей уламками конструкцій. Підвали і нижні поверхи повністю збереглися для тимчасового використання після поточного ремонту будинків, споруд, обладнання і комунікацій. Збитки складають до 10 % вартості виробничих фондів (будинків і споруд). Відновлення можливе в порядку середнього поточного ремонту.

Для об’єктів промислових підприємств слабкі, середні, сильні і повні ступені руйнування визначаються залежно від кількості вибухових речовин або тиску в фронті ударної хвилі від вибуху газоповітряної суміші.

Стан інженерних мереж і комунікацій визначають залежно від ступеня руйнування об’єкта господарської діяльності і довжини комунікацій на квадратний кілометр площі об’єкта.