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.

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.

Розрахунок зон дії уражаючих факторів вибухів проводять з розрахунку тротилового еквіваленту вибуху парогазового середовища [13].

Тротиловий еквівалент вибуху парогазового середовища (W_T), який визначається за умовами адекватності характеру і ступеня руйнування при вибухах парових хмар і концентрованих ВР, розраховується за формулою:

,

де: W_T - тротиловий еквівалент, кг; 0,9 - частка енергії вибуху тринітротолуолу (ТНТ), що витрачається на формування ударної хвилі; 0,4 - частка енергії вибуху парогазового середовища, що витрачається безпосередньо на формування ударної хвилі; q' - питома теплота згорання парогазового середовища, кДж/кг (знаходимо за довідковими даними або з додатку 11); q_T - питома енергія вибуху ТНТ, кДж/кг. Для розрахунку тротилових еквівалентів приймається теплота детонації тротилу, що дорівнює 4520 кДж/кг. z - частка приведеної маси пари, що бере участь у вибуху, m – приведена маса ПГС, кг (з розрахунку енергетичного потенціалу).

Для неорганізованих парових хмар в незамкнутому просторі з великою масою горючих речовин, частка участі речовини у вибуху z може прийматися рівною 0,1.

Зоною руйнування вважається площа з межами, що визначаються радіусами R, центром якої є певний технологічний блок або найбільш вірогідне місце розгерметизації технологічної системи. Межі кожної зони характеризуються значеннями надлишкового тиску по фронту ударної хвилі і, відповідно, безрозмірним коефіцієнтом К. Класифікація зон руйнування приводиться в таблиці.

Класифікація зон руйнування

Клас зони руйнування	К	, кПа
1	3,8	≥ 100
2	5,6	70
3	9,6	28
4	28,0	14
5	56,0	≤ 2,0

Під час виконання інженерних розрахунків радіуси зон руйнування визначаються виразом:

R = K∙R₀,

де: при m < 5000 кг

або при m >5000 кг

Наприклад, при аварії з трубопроводів вийшло 652 кг аміаку. Знайдемо величину тротилового еквіваленту вибуху ПГС:

W_t=0.4/0.9· q'/q_T · z•m'= 0,4/0,9∙18584,8 /4520∙0,1∙652=119,15 кг

Радіус зони руйнування (м) в загальному вигляді визначається виразом:

де: К - безрозмірний коефіцієнт, що характеризує дію вибуху на об'єкт (табл.).

Для даного конкретного прикладу:

м

Тоді:

• радіус зони повного руйнування будівель і смертельної небезпеки для людей:

R₁ = K₁∙R₀ = 3,8∙1,646= 6,255 м – радіус зони з надлишковим тиском в передбачуваному епіцентрі вибуху ΔР≥100 кПа;

• радіус зони сильних руйнувань будівельних конструкцій, обвалення цегляних стін і смертельної небезпеки для людей:

R₂ = K₂∙R₀ = 5,6∙1,646= 9,220 м – радіус зони, за межами якої надлишковий тиск на фронті передбачуваної ударної хвилі 100 кПа<ΔP<70 кПа;

• радіус зони середніх руйнувань будівельних конструкцій і смертельної небезпеки для людей на відкритій місцевості:

R₃ = K₃∙R₀ = 9,6∙1,646= 15,80 м - радіус зони, за межами якої надлишковий тиск на фронті передбачуваної ударної хвилі 70 кПа<ΔP<28 кПа;

• радіус зони слабких руйнувань (руйнування віконних пройомів, легко скидних крівель) і тяжкого травмування людей на відкритій місцевості:

R₄ = K₄∙R₀ = 28∙1,646= 46,10 м - радіус зони, за межами якої надлишковий тиск на фронті передбачуваної ударної хвилі 28 кПа<ΔP<14 кПа;

• радіус зони часткового руйнування засклення, безпечної для людей на відкритій місцевості:

R₅ = K₅∙R₀ = 56∙1,646= 92,96 м - радіус зони, за межами якої надлишковий тиск на фронті передбачуваної ударної хвилі 14 кПа<ΔP<2 кПа.

Розраховані зони руйнування від вибуху наносимо на схему підприємства та визначаємо об’єкти, які потрапляють в кожну з них.

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.

З табл. Д2 в додатку визначається характеристика руйнувань. Визначаємо ступінь руйнування інженерно-технічного комплексу і його елементів (згідно Додатку 11). Тут відображається характер руйнувань будинків, споруд і обладнання, а також ступінь ураження людей, викликаних дією надлишкового тиску під час вибуху газоповітряної суміші.

Повні руйнування означають, що в будовах і спорудах повністю зруйновані всі основні несучі конструкції і перекриття, відновлення елементів неможливе.

Середні руйнування трубопроводів означають розрив і деформацію труб в окремих місцях, ушкодження стиків. При відновленні виконується капітальний ремонт із заміною ушкоджених елементів.

Висновки: Зразок - Згідно ситуаційного плану в зону дії уражаючих 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 Можливий збиток від руйнування та пошкодження основних фондів, знищення майна та продукції в разі вибуху може становити вартість обладнання та збитки в результаті зупинки виробничого процесу на час ліквідації аварії.

3.5. Прогнозування масштабів зараження – це визначення глибини і площі можливого і фактичного зараження території НХР, часу підходу зараженого повітря і небезпеки ураження людей. Розрахунки передбачається проводити для приземного шару повітря до висоти 10 м над поверхнею землі.

Для прогнозування необхідні такі дані:

• загальна кількість небезпечних хімічних речовин на об’єкті;

• метеоумови;

• швидкість вітру у приземному шарі – 1 м/с, температура повітря – 20 ⁰С, ступінь вертикальної стійкості повітря (при інверсії напрямок вітру не враховується, тому що поширення хмари зараженого повітря приймається у полі 360 ⁰);

• ємності при аваріях руйнуються повністю;

• під час аварій на газо- і продуктопроводах величина викидання хімічної речовини приймається за таку, що дорівнює її максимальній кількості, яка знаходиться у трубопроводі між автоматичними відсікачами;

• середня щільність населення у цій місцевості;

• захищеність населення, продуктів харчування.

Зона можливого хімічного зараження – це площа кола з радіусом, який дорівнює глибині поширення хмари зараженого повітря з уражаючою токсодозою.

Розміри зон хімічного зараження залежать від кількості НХР, яка вилилася (або викинута) в навколишнє середовище, умов зберігання, рельєфу місцевості та метеорологічних умов.

Розміри зони характеризуються глибиною поширення і шириною. Глибину поширення (Г) хмари зараженого повітря з уражаючими концентраціями НХР залежно від характеру місцевості, кількості хімічної речовини, стану вертикальних шарів атмосфери, умов зберігання резервуарів і швидкості вітру можна визначити за табличними даними (додаток 6, табл. 1).

Ширина (Ш) зони прогнозованого хімічного зараження залежить від ступеня вертикальної стійкості шарів повітря і визначається:

• при інверсії – Ш = 0,3 ∙ Г^0,6;

• при ізотермії – Ш = 0,3 ∙ Г^0,75;

• при конвекції – Ш = 0,3 ∙ Г^0,95.

Довгострокове (оперативне) прогнозування здійснюється заздалегідь для визначення можливих масштабів забруднення, сил і засобів, які залучатимуться для ліквідації наслідків аварії, складення планів роботи та інших довгострокових (довідкових) матеріалів.

Для довгострокового (оперативного) прогнозування використовуються такі дані:

• кількість НХР в одиничній максимальній технологічній ємності. У цьому разі приймається розлив НХР "у піддон" або "вільно" залежно від умов зберігання НХР;

• метеорологічні дані: швидкість вітру в приземному шарі – 1 м/с, температура повітря 20 ⁰С, ступінь вертикальної стійкості повітря - інверсія, напрямок вітру не враховується, а розповсюдження хмари забрудненого повітря приймається у колі 360 град.;

• середня щільність населення для цієї місцевості;

• площа зони можливого хімічного забруднення (ЗМХЗ) S_ЗМХЗ = 3,14·Г²;

• площа прогнозованої зони хімічного забруднення (ПЗХЗ) S_ПЗХЗ = 0,11·Г²;

• ступінь заповнення ємності (ємностей) приймається 70% від паспортного об'єму ємності;

• ємності з НХР при аваріях руйнуються повністю;

• при аваріях на продуктопроводах (аміакопроводах тощо) кількість НХР, що може бути викинута, приймається за її кількість між відсікачами (для продуктопроводів об'єм НХР приймається 300 – 500 т);

• заходи щодо захисту населення детальніше плануються на глибину зони можливого хімічного забруднення, яка утворюється протягом перших 4 годин після початку аварії.

Аварійне прогнозування здійснюється під час виникнення аварії за даними розвідки для визначення можливих наслідків аварії і порядку дій в зоні можливого забруднення.

Для аварійного прогнозування використовуються такі дані:

• загальна кількість НХР на момент аварії в ємності (трубопроводі), на якій виникла аварія;

• характер розливу НХР на підстильній поверхні ("вільно" або "у піддон");

• висота обвалування (піддону);

• реальні метеорологічні умови: температура повітря (⁰С), швидкість (м/с) і напрямок вітру у приземному шарі, ступінь вертикальної стійкості повітря (інверсія, конвекція, ізотермія) (додаток 5);

• середня щільність населення для місцевості, над якою розповсюджується хмара НХР;

• площа зони можливого хімічного забруднення;

• площа прогнозованої зони хімічного забруднення;

• прогнозування здійснюється на термін не більше ніж 4 години, після чого прогноз має бути уточнений.

Час підходу хмари НХР до заданого об'єкта залежить від швидкості перенесення хмари повітряним потоком і визначається за формулою:

t = X/V, год.,

де X - відстань від джерела забруднення до заданого об'єкта, км; V - швидкість переносу переднього фронту забрудненого повітря в залежності від швидкості вітру, км/год. (додаток 6, табл. 2).

ЛІТЕРАТУРА

1. Кодекс цивільного захисту України.

2. Закон України «Про об'єкти підвищеної небезпеки» 18.01.2001 р.

3. Нормативи порогових мас небезпечних речовин для ідентифікації об'єктів підвищеної небезпеки. Затверджено Постановою Кабінету Міністрів України від 11.07.02. №956.

4. Порядок ідентифікації та обліку об'єктів підвищеної небезпеки. Затверджено Постановою Кабінету Міністрів України від 11.07.02. №956.

5. Державний класифікатор надзвичайних ситуацій ДК -2010.

6. Наказ МНС України N 98 від 23.02.2006 “Методика ідентифікації потенційно небезпечних об'єктів”.

7. Постанова Кабінету Міністрів України від 24 березня 2004 р. № 368 "Про затвердження Порядку класифікації надзвичайних ситуацій техногенного та природного характеру за їх рівнями''.

8. Наказ МНС України від 12.12. 2012 року № 1400 „Про затвердження Класифікаційних ознак надзвичайних ситуацій”.

9. Наказ Міністерства України з питань надзвичайних ситуацій та у справах захисту населення від наслідків Чорнобильської катастрофи від 18.12.2000 №338 «Про затвердження Положення про паспортизацію потенційно небезпечних об'єктів».

10. Рекомендації щодо ідентифікації об'єктів підвищеної небезпеки. - К.: Основа, 2004.- 36 с.

11. Ризики небезпечних об’єктів та методика їх оцінки./ Павлюк Ю.Е., Сибірний А.В., Бабаджанова О.Ф./ Навч.посібник. -ЛДУ БЖД, 2007.- 62 с.

12. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения: Справ. изд.: В 2-х кн./А.Н. Баратов, А.Я. Корольченко, Г.Н. Кравчук и др.-М.: “Химия”, 1990. Кн. 1-496 с. Кн. 2 - 384 с.

13. НАОП 1.3.00-1.01-88. Загальні правила вибухобезпеки для вибухопожеженебезпечних хімічних, нафтохімічних і нафтопереробних виробництв.

14. Наказ МНС України МНС від 15.08.2007 р. № 557 Правила техногенної безпеки у сфері цивільного захисту на підприємствах, в організаціях, установах та на небезпечних територіях.

15. ГОСТ 12.1.004-91. Пожарная безопасность. Общие требования.

16. ГОСТ 12.1.044-89. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения.

17. ГОСТ 12.1.007-76 Вредные вещества. Классификация и общие требования.

18. Сумісний наказ МНС, Міністерства аграрної політики України, Міністерства економіки України, Міністерства екології та природних ресурсів України від 27.03.2001 р. № 73/82/64/122 «Про затвердження Методики прогнозування наслідків впливу (викиду) небезпечних хімічних речовин при аваріях на промислових об’єктах і транспорті».

19. Збірник основних нормативних документів з питань роботи Державної інспекції цивільного захисту та техногенної безпеки. - Львів, 2006.- 719 с.

20. Збірник нормативно-правових актів з питань надзвичайних ситуацій та техногенної безпеки. Частина 1-3.- Львів, 2007.