3. Безопасность в чрезвычайных ситуациях

В этом разделе необходимо спрогнозировать возможные чрезвычайные ситуации на проектируемом (реконструируемом объекте).

Для Тюменской области характерны чрезвычайные ситуации природного характера:

• паводковые наводнения;

• лесные и торфяные пожары;

• ураганы;

• сильные морозы (ниже -40С);

• метели и снежные заносы

и техногенного характера:

• пожары;

• взрывы паровоздушных смесей;

• отключение электроэнергии, другие аварии;

• разливы сильнодействующих ядовитых веществ;

• террористические акты.

3.1. Виды чс характерных для района работ

По статистическим материалам или другими методами определяют наиболее вероятные внутренние и внешние чрезвычайные ситуации (ЧС).

К внутренним ЧС относят:

- пожары по разным причинам;

- взрывы паровоздушных смесей;

- разливы сильнодействующих ядовитых веществ (СДЯВ);

- отключения электроэнергии, воды, тепла.

Внешние ЧС происходят на автомобильных и железных дорогах, соседних предприятиях. Учитывают те внешние ЧС, в зону действия которых попадает предприятие. Это могут быть разливы бензина, пропана, нефти с последующим взрывом и пожаром. При разливах СДЯВ (аммиак, хлор и т.п.) предприятие может попасть в зону заражения.

3.2. Определение поражающих факторов вероятных чрезвычайных ситуаций и их воздействия на элементы объекта

3.2.1. Определение вероятных параметров ударной волны при взрыве горючих веществ.

При разрушении резервуара, объем вытекшей жидкости принимается равным 80 % от общего объема резервуара.

Рассчитать аварийные выбросы опасных веществ для различного оборудования можно по соответствующим формулам, приведенным в «Пособии по оценке опасности, связанной с возможными авариями при производстве, хранении, использовании и транспортировке больших количеств пожароопасных, взрывоопасных и токсичных веществ, 1992 года»

Примерные результаты расчетов аварийных выходов для емкостных объектов и трубопроводов приведены в табл. 3.1

Таблица 3.1 - Результаты расчетов аварийных выходов опасных веществ

Наименование оборудования	Агрегат-ное состояние	Количество выброшенного вещества из повреждения
		«Гильотинный разрыв»		«Трещина»		«Свищ»
		м3	т	м3	т	м3	т
1	2	3	4	5	6	7	8
Площадка УПСВ ДНС
Сепаратор нефтегазовый (СВ-1/1,2; СВ-2/1,2)	жидкость	100	86	50	43	30	26
	газ	100	0,096	50	0,048	30	0,03
Сепараторы газовые (СГ-1-1,2)	газ	100	0,096	50	0,048	30	0,03
Сепараторы буферные (С-2.1; С-2.2)	жидкость	50	43	25	21,5	15	13
	газ	50	0,048	25	0,0225	15	0,0144
Факельная установка (стволы)	газ	20,3	0,02	10,15	0,0097	6,09	0,006
Печь (П3; П4)	газ	5,6	0,0054	2,8	0,003	1,7	0,002
РВС-5000	жидкость	4850	4171	2425	2086	1455	1251
РВС-1000	жидкость	850	731	425	366	255	219,3
Дренажная емкость (Е8)	жидкость	12,5	10,8	6,25	5,4	3,8	3,3
Дренажные емкости (Е2; Е3; Е4; Е5; Е6)	жидкость	40	34	20	17,2	12	10,3
Погружные насосы (Н4-Н9)	жидкость	80	67	40	34	24	20,6
Блок дозирования реагентов	жидкость	4	3,4	2	1,7	1,2	1,03
Склад химреагентов (бочки)	жидкость	0,2	0,19	0,1	0,095	0,06	0,057
Технологические трубопроводы
Нефтепровод Ø530×10	жидкость	319,4	275	91,4	79	45,4	39
Газопровод Ø530×8	газ	2815	2,7	734	0,7	367	0,4

Студенты, рассматривающие аварии с выбросом взрывоопасных веществ, берут за исходные данные количество выброшенного вещества при гильотинном разрыве и производят расчеты в соответствии с п.3.2.2 или п.3.2.3 методического указания. Студенты, рассматривающие аварийные ситуации с выбросом аварийно химически опасных веществ (АХОВ), производят расчеты в соответствии с пунктом 3.2.4.

3.2.2. При взрыве (рис.3.1.) выделяют зону детонационной волны с радиусом R₁ и зону ударной волны. Определяются также:

- радиус зоны смертельного поражения людей (R_спл);

- радиус безопасного удаления R_бу, где избыточное давление Р _ф= 5 (кПа).

Различают три зоны действия взрыва.

Зона 1 - действие детонационной волны . Для нее характерно интенсивное дробящее действие, в результате которого конструкции разрушаются на отдельные фрагменты, разлетающиеся с большими скоростями от центра взрыва.

Зона 2 - действие воздушной ударной волны. Эта зона включает три подзоны: 2а - сильных разрушений, 2б - средних разрушений, 2в - слабых разрушений. На внешней границе зоны 2 ударная волна вырождается в звуковую, слышимую на значительных расстояниях.

Рис.3.1. Зоны действия взрыва паро- и газовоздушной смеси

1. Зона детонационной волны; 2. Зона воздушной ударной волны; R_спл - радиус зоны смертельного поражения людей; R_бу - радиус безопасного удаления (Р _ф= 5 (кПа)); r₁ и r₂ - расстояния от центра взрыва до элемента предприятия в зоне ударной волны.

Давление во фронте ударной волны Р_ф2 в зоне ударной волны определяют по табл. 3.2.

Таблица 3.2 - Давление во фронте ударной волны

Рф1,	Значение Рф2 на расстояниях от центра взрыва в долях от (r2/R1)
кПа	1	1.05	1.1	1.2	1.4	1.6	2.0	3.0	4.0	6.0	8.0	10	12	15	20	30
900	900	486	279	207	162	99	86	45	26	14	9	7	5	4.5	2.7	1.8

Избыточное давление в зоне детонационной волны Р_ф1= 900 кПа.

Радиус зоны детонационной волны определяется по уравнению:

R₁= (м) (3.1)

где Q – объем топливновоздушной смеси, м³

Радиус зоны смертельного поражения людей определяется по формуле

R_спл = (м). (3.2)

Далее по табл. 3.3 определяют степень разрушения элементов объекта.

Таблица 3.3 - Вероятные разрушения зданий, сооружений, коммуникаций и оборудования в зависимости от избыточного давления Р_ф, кПа

Наименование элементов предприятия	Степень разрушения при избыточном давлениирф, кПа
	сильное	среднее	слабое
1	2	3	4
Здания
1. Промышленное с металлическим или железобетонным каркасом	102-68	68-34	34-17
2. Многоэтажное административное с металлическим или железобетонным каркасом	85-68	68-51	51-34
3. Кирпичное многоэтажное (3 этажа и более)	51-34	51-17	17-14
4. Кирпичное одно- и двухэтажные	60-43	43-26	26-14
5. Деревянное	34-20	20-14	14-10
6. Остекление промышленных и жилых зданий	5-3	3-2	2-1
7. Остекление из армированного стекла	9-4	4-3	3-2
Оборудование
1. Станочное	119-102	102-34	34-9
2. Крановое оборудование	119-85	85-51	51-34
3. Токарно-карусельные, токарно-расточные станки	119-85	85-51	51-17
4. Контролно-измерительная аппаратура	-	34-17	17-8

Продолжение таблицы 3.3

Линии электропередач
1. Воздушные линии высокого напряжения	204-140		119-85		68-34
2. Воздушные низковольтные	272-170		170-102		102-34
3. Кабель подземный	2550-1700		1700-1360		до 360
4. Кабель наземный	170-119		85-51		51-17
5. Галлерея энергетических коммуникаций на металлических (железобетонных) эстакадах	60-34		34-26		26-17
Линии связи
1. Стационарные воздушные	204-140		119-85		68-34
Трубопроводы
1. Коммунальные подземные водо-, газо-, канализационные сети		2720-1700		1700-1020		1020-680
2. Трубопроводы на эстакаде		85-68		68-51		51-34
3. Трубопроводы наземные		221-68		68-51		51-34
Резервуары
1. Наземные для ГСМ		68-51		51-34		34-26
2. Частично заглубленные		170-85		85-51		51-17
3. Подземные резервуары		340-170		170-85		85-51
4. Газгольдеры		68-51		51-34		34-26
Сооружения
1.Здания трансформаторных подстанций из кирпича или блоков		102-68		68-34		34-17
2. Водонапорная башня		102-68		68-34		34-17
Защитные сооружения и прочее
1.Убежища, расположенные отдельно,расчитанные на: Рф 2-3.5 кгс/см2		1275		1275-1020		1020-680
1.0 кгс/см2		340		340-255		1020-680
2. Подвальные, рассчитанные на: Рф 1.0 кгс/см2		255		255-170		170-119
0.5 кгс/см2		170		170-68		68-51
3. Подвалы (без усиления несущих конструкций)		170		136-85		85-51
4. Дерево-земляные противорадиационные укрытия, рассчитанные на 0.3 кгс/см2		136		136-85		85-51
5. Грузовые автомобили		119-94		94-51		51-34
6. Автобусы		94-77		77-34		34-26
7. Гусеничные тракторы, экскаваторы		170-136		136-68		68-51
Блоки программных устройств		51-34		34-26		26-14
Компьютеры, телефонно-телеграфная аппаратура		51-34		34-17		17-8

3.2.3 Расчет избыточного давления взрыва для горючих газов, паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей в закрытых помещениях

Расчет производится по нижеприведенной методике НПБ 105-95.

Если расчетное давление превышает Рmax, то берется Рmax. Свободный объем помещения допускается принимать равным 80 % геометрического объема помещения, если нет более точных данных.

Избыточное давление взрыва P для индивидуальных горючих веществ, состоящих из атомов C,H,O,N,CI,Br,F, определяют по формуле:

P= (P_max - P₀) (3.3)

где P_max - максимальное давление взрыва стехиометрической газовоздушной или паровоздушной смеси в замкнутом объеме, определяемое экспериментально или по справочным данным (при отсутствии данных допускается принимать p_max = 900 кПа);

P₀ - начальное давление, кПа (допускается принимать P₀=101 кПа);

m - масса горючего газа (ГГ) или паров легковоспламеняющихся (ЛВЖ) и горючих жидкостей (ГЖ), вышедших в результате расчетной аварии в помещение, кг;вычисляется для ГГ по приведенной ниже формуле (3.6);

z - коэффициент участия горючего во взрыве, который может быть рассчитан исходя из характера распределения газов и паров в объеме помещения согласно приложению; допускается принимать значения z, приведенные ниже;

Таблица 3.4 - Коэффициент z

ЛВЖ, нагретая выше т-ры вспышки	0,3
Горючие газы	0,5
Легковоспламеняющиеся и горючие жидкости, нагретые ниже температуры вспышки:
если возможно образование аэрозоля	0,3
если образование аэрозоля невозможно	0

V_св- свободный объем помещения, м³;

_г,п - плотность пара или газа, кгм^-3;

К_н - коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения; допускается принимать К_н = 3;

С_ст - стехиометрическая концентрация ГГ или паров ЛВЖ и ГЖ,%(об.), вычисляемая по формуле:

С = (3.4)

Здесь (= n_c + (n_н - n_x)/4 - n₀/2 - стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания (n_c,n_н,n₀,n_x - число атомов C,H,O и галлоидов в молекуле горючего).

Если в воздухе помещений содержатся горючие газы, а также пары легковоспламеняющихся или горючих жидкостей, то при определении значения массы m, входящей в формулу (1), допускается учитывать работу аварийной вентиляции при условии, что она обеспечена резервными вентиляторами, автоматическим пуском при превышении предельно допустимой взрывобезопасной концентрации и электроснабжением по первой категории надежности (ПУЭ), а устройства для удаления воздуха из помещения расположены в непосредственной близости от места возможной расчетной аварии.

При этом массу m горючих газов или паров легковоспламеняющихся или горючих жидкостей, нагретых до температуры вспышки и выше, поступивших в объем помещения, необходимо разделить на коэффициент К.

К = АТ + 1, (3.5)

где А - кратность воздухообмена, создаваемого аварийной вентиляцией, с^-1;

Т - продолжительность поступления горючих газов и паров легковоспламеняющихся или горючих жидкостей в объем помещения.

Масса m (кг) поступившего в помещение при расчетной аварии газа определяют по формуле:

m = (Vа +V_т)_г, (3.6)

где Vа,V_т - объем газа, вышедшего соответственно из аппарата и из трубопроводов, м³.

При этом

Vа = 0.01 ₁V, (3.7)

где ₁ - давление в аппарате,кПа;V - объем аппарата, м³

V_т = V_1т + V_2т, (3.8)

где V_1т,V_2т - объем газа, вышедшего из трубопровода соответственно до его отключения и после отключения, м³.

V_1т = qT, (3.9)

где q - расход газа, определяемый в зависимости отдавления в трубопроводе, его диаметра, температуры газовой cреды и т.д., м³с^-1;

Т - время, с.

V_2т = 0.01p₂ (r²₁L₁ + r²₂L₂ + . . + r²_nL_n), (3.10)

где p₂ - максимальное давление в трубопроводе по технологическому регламенту,кПа;

r - внутренний радиус трубопроводов,м;

L - длина трубопроводов от аварийного аппарата до задвижек, м.

3.2.4 Определение глубины распространения аварийно химически опасных веществ (АХОВ) при разливе их с поражающей концентрацией.

Распространение АХОВ при неблагоприятных метеоусловиях можно описать рис. 3.2.

Рисунок 3.2. Распространение АХОВ

При расчете зон при заблаговременном прогнозе принимают температуру воздуха равной 20 °С, состояние атмосферы – инверсия, скорость ветра – 1 м/с, направление ветра на предприятие; принимают что разрушается одна наибольшая емкость или выливается наибольшая масса возможного количество АХОВ из трубопровода, системы.

При разливе в поддон (обвалование) толщина слоя АХОВ принимается равной высоте поддона за вычетом 0,2 м. При свободном разливе толщина слоя АХОВ принимается равной 0,05 м.

При разливе АХОВ образуется первичное облако пара (мгновенное испарение) и вторичное облако пара (испарение слоя жид­кости).

Определяют эквивалентное количество вещества Q_Э1 по первич­ному облаку (по отношению к хлору) по формуле:

(3.11)

где – коэффициент, зависящий от условия хранения АХОВ (см. таблицу 3.6);

– коэффициент, равный отношению пороговой токсодозы хлора к пороговой токсодозе рассматриваемого АХОВ (см. таблицу 3.6);

–коэффициент, учитывающий степень вертикальной устойчивости атмосферы: 1 – для инверсии, 0,23 – для изометрии и 0,8 – для конвенции;

– коэффициент, учитывающий влияние температуры воздуха (см. таблицу 3.6): для сжатых газов ;

– количество разлившегося (выброшенного) АХОВ, т.

Эквивалентное количество АХОВ во вторичном облаке (т) определяется по формуле

(3.12)

где – плотность жидкой фазы АХОВ, т/м³ (см. таблицу 3.6);

– толщина слоя разлившегося жидкого АХОВ, м;

– коэффициент, зависящий от физико–химических свойств АХОВ (см. таблицу 3.6);

– коэффициент, учитывающий скорость ветра (см. таблицу 3.5);

– коэффициент, учитывающий время, прошедшее с начала аварии (ч), равный

(3.13)

Здесь – время, прошедшее после аварии, ч; – время испарения АХОВ, ч, определяемое по формуле

(3.14)

Коэффициенты определяем по таблице 3.6, – по таблице 3.5.

Таблица 3.5 – Значение коэффициента в зависимости от скорости ветра

Скорость ветра, м/с	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	15
	1	1,33	1,67	2,0	2,34	2,67	3,0	3,34	3,67	4,0	5,68

Таблица 3.6 – Характеристика АХОВ и вспомогательные коэффициенты для определения глубин зон заражения

Наименова ние АХОВ	Плотность АХОВ т/м		Ткип, º С	Dпор, мг. мин/л				при различных температурах воздуха, º С
	газ	жидкость						-40	-20	0	+20	+40
Акролеин	-	0,839	52,7	0,2	0	0,013	3,0	0,1	0,2	0,4	1,0	2,2
Аммиак	0,0008	0,681	-33,42	15,0	0,18	0,025	0,04	0/0,9	0,3/1,0	0,6/0,1	1,0/1,0	1,4/1,0
Ацетонитрил	-	0,786	81,6	21,6	0	0,004	0,028	0,02	0,1	0,3	1,0	2,6
Диметиламин	0,002	0,680	6,9	1,2	0,06	0,041	0,5	0/0,1	0/0,3	0/0,8	1,0/1,0	2,5/1,0
Метиламин	0,0014	0,699	-6,5	1,2	0,13	0,034	0,5	0/0,3	0/0,7	0,5/1,0	1,0/1,0	2,5/1,0
Метилакрилат	-	0,953	80,2	6,0	0	0,005	0,1	0,1	0,2	0,4	1,0	3,1
Сероводород	0,0015	0,964	-60,35	16,1	0,27	0,042	0,036	0,3/1,0	0,5/1,0	0,8/1,0	1,0/1,0	1,2/1,0
Триметиламин	-	0,671	2,9	6,0	0,07	0,047	0,1	0/0,1	0/0,4	0/0,9	1,0/1,0	2,2/1,0
Формальдегид	-	0,815	-19,0	0,6	0,19	0,034	1,0	0/0,4	0/1,0	0,5/1,0	1,0/1,0	1,5/1,0
Фосген	0,0035	1,432	8,2	0,6	0,05	0,061	1,0	0/0,1	0/0,3	0/0,7	1,0/1,0	2,7/1,0
Фтор	0,0017	1,512	-188,2	0,95	0,95	0,038	3,0	0,7/1,0	0,8/1,0	0,9/1,0	1,0/1,0	1,1/1,0
Хлор	0,0032	1,558	34,1	0,6	0,18	0,052	1,0	0/0,9	0,3/1,0	0,6/1,0	1,0/1,0	1,4/1,0
Хлорпикрин	-	1,658	112,3	0,02	0	0,002	30,0	0,03	0,1	0,3	1,0	2,9
Хлорциан	0,0021	1,220	12,6	0,75	0,04	0,048	0,8	0/0	0/0	0/0,6	1,0/1,0	3,9/1,0
этиленимин	-	8,838	55,0	4,8	0	0,125	0,125	0,05	0,1	0,4	1,0	2,2

Примечания:

1. Плотности газообразных АХОВ (графа 2) приведены для атмосферного давления: при давлении в емкости, отличном от атмосферного, плотности определяются путем умножения данных графы 2 на значение давления в атмосферах

(1 атм = 760 мм. рт. ст. = 0,1 МПа)

2. Значение в числителе приведены для первичного, в знаменателе – для вторичного облака.

Глубина поражения первичным Г₁ (км) и вторичным Г₂ (км) облаками определяются по таблице 3.7 в зависимости от скорости ветра w_в (м/с) и эквивалентного количества опасного химического вещества (ОХВ) Q_э (т).

Таблица 3.7 – Глубины зон возможного заражения АХОВ, км

Скорость ветра, м/с	Эквивалентные количества АХОВ, км
	0,01	0,05	0,1	0,5	1	3	5	10	20	30	50	70	100	300
1	0,38	0,85	1,25	3,16	4,75	9,18	12,53	19,20	29,56	38,13	52,67	65,23	89,91	165

Полная глубина зоны заражения определяется как

(3.15)

Предельно возможное значение глубины переноса воздушных масс (км) равно

(3.16)

где – время полного испарения или ликвидации источника химического заражения, ч;

– скорость переноса переднего фронта зараженного воздуха при заданной скорости ветра и степени вертикальной устойчивости атмосферы, км/ч ( =5 км/ч).

За истинную глубину зоны заражения принимается величина

Для оценки распределения людей по степеням поражения приближенно можно принять, что структура пораженного населения соответствует следующим данным:

• смертельные поражения – 10 %;

• поражения тяжелой и средней степени тяжести – 15 %;

• легкие поражения – 20 %;

• пороговые поражения – 55 %;

Для оценки глубины зон с разной степенью поражения можно принять, что

• глубина зоны, где могут наблюдаться смертельные поражения, составляет ;

• глубина зоны, где могут быть поражения не ниже средней степени тяжести, составляет ;

• глубина зоны, где могут быть поражения не ниже легкой степени, составляет ;