2.3. Прогнозування стійкості роботи об'єкта в умовах надзвичайної ситуації.

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 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 термін.

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.

Визначення максимально можливого значення надлишкового тиску в районі об'єкта

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 пожежонебезпечні суміші - газоповітряні суміші (ГПС). Найбільш вибухо- і пожежонебезпечними є суміші з повітрям вуглеводневих газів: метану (СН₄), пропану (С₃Н₈), бутану (С₄Н₁₀). Під час згоряння ГПС утворюється осередок вибуху з ударною хвилею, яка викликає руйнування будівель, споруд, обладнання, інших елементів інженерно-технічного комплексу об'єктів.

Розрахунок надлишкового тиску вибуху в разі аварії на об’єкті

Вихідні дані:

1. Відстань до місця скупчення людей 175 м

2. Маса пропану 12,0 т

Визначення максимально можливого значення надлишкового тиску в районі об'єкта

Енергію вибуху парогазових середовищ визначають за теплотою зго-рання горючих речовин в суміші з повітрям (окислювачем). Важливою харак-теристикою енергії вибуху є сумарне енерговиділення. В офіційній норма-тивнотехнічній документації цей показник називається енергетичним потенціалом і входить у всі параметри, що характеризують масштаби та наслідки вибуху.

Для кожного конкретного підприємства для запобігання аварійності необхідний аналіз енергетичного потенціалу і рівня небезпеки.

Утворення вибухонебезпечних сумішей газів і пари з повітрям відбувається, як правило, за порівняно короткий час і вибухи цих сумішей ма-ють велику руйнівну силу. Сила такого вибуху визначається умовно розрахованою енергією, приведеною до тротилового еквівалента. Сумарний енергетичний потенціал підприємства оцінюється по загальній кількості небезпечних речовин, що знаходяться в одноразовому обігу.

Загальний енергетичний потенціал вибухонебезпеки технологічного об’єкта, стадії, блоку «Е» характеризується сумою енергій адіабатичного розширення парогазової фази (ПГФ), повного згорання пари, що утворюється з рідини при аварійній розгерметизації ємностей і апаратів. В скороченому виді Е визначається:

Е= G∙q=12000∙46349,2=556190400 кДж

де Е – сума енергій згорання ПГФ, яка знаходиться в аварійному блоці (апараті). кДж; (G =12000 маса газу чи пари рідини в апараті, qi =46349,2 питома теплота згорання пропану, кДж/кг – додаток 9);

За значеннями загальних енергетичних потенціалів вибухонебезпеки ви-значаються величини інших показників, які характеризують рівень вибухонебезпеки технологічних блоків:

- загальна маса горючих парів (газів) вибухонебезпечної парогазової хмари (m), приведена до єдиної питомої енергії згорання, яка дорівнює 46000 кДж/кг:

- m=E / 4.6∙10⁴=556190400/46000=12091,09кг;

- відносний енергетичний потенціал вибухонебезпеки (Qв) технологічного блоку, який знаходиться за формулою:

- Qв = ³√Е / 16,534=³√ 556190400/ 16,534=49,74

За значеннями відносних енергетичних потенціалів (Qв) і приведеної маси парогазового середовища (m) здійснюється класифікація (категорування) технологічних блоків (стадій) [додаток 7, табл.2].

m=12091,09кг > 5000 кг;

Qв=49.74 > 37

Отже, категорія вибухонебезпеки І.

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 прогнозу-вання 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 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, ΔРlim.

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

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

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

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

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.

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, ΔРlim, кожного із виявле-них основних елементів об'єкта і об'єкта загалом (за найбільш вразливим еле-ментом);

- 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, ΔРmax на території об'єкта;

- характеристика об'єкта та його основних елементів.

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

Розрахунок зон дії уражаючих факторів вибухів проводять з розрахунку тротилового еквіваленту вибуху парогазового середовища

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

W_T=0.4/0.9• q/q_T • z•m= 0,4/0,9∙46349,2 /4520∙0,1∙12091,09=5510,44 кг

,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_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).

питома теплота згорання пропану q= 46349,2кДж/кг

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

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

R₁ = K₁∙R₀ = 3,8∙17.66= 67.1м – радіус зони з надлишковим тиском в передбачуваному епіцентрі вибуху, К - безрозмірний коефіцієнт, що характеризує дію вибуху на об'єкт (табл.). ΔР≥100 кПа;

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

R₂ = K₂∙R₀ = 5,6∙17.66= 98.9 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∙17.66=169.5 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∙17.66= 494.5 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∙17.66= 988.9м - 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.