5.6 Оценка устойчивости объекта к воздействию взрыва газовоздушной смеси

Взрыв газовоздушной смеси (ГВС) является поражающим фактором различных ЧС, а также относится к вторичным поражающим факторам ядерного взрыва.

Разрушение и повреждение сооружений технологических установок, емкостей и трубопроводов приводит к истечению газообразных или сжиженных углеводородных продуктов, которые, смешиваясь с воздухом, образуют газовоздушную смесь. Наиболее взрыво- и пожароопасные смеси с воздухом углеводородных газов: метана, пропана, бутана, этилена, пропилена, бутилена и др. Взрыв или возгорание этих газов наступает при определенном содержании этих газов в воздухе. Например, взрыв пропана возможен при содержании в 1м³ воздуха 21л газа, а возгорание – в 1м³ воздуха 95л газа.

При взрыве газовоздушной смеси образуется очаг взрыва с ударной волной, вызывающей разрушения зданий, сооружений и оборудования аналогично тому, как это происходит от ударной волны ядерного взрыва. Для определения избыточного давления на определенном расстоянии от центра взрыва необходимо знать количество взрывоопасной смеси.

В очаге взрыва газовоздушной смеси принято выделять 3 круговые зоны (рис. 5.8).

Рисунок 5.8 – Зоны очага взрыва газовоздушной смеси:

I – зона детонационной волны; II – зона действия продуктов взрыва; III – зона воздушной ударной волны; r₁, r₂, r₃ – радиусы внешних границ соответствующих зон

Зона детонационной волны (зона I) находится в пределах облака взрыва. Радиус этой зоны приближенно определяется по формуле

, м, (5.17)

где Q – количество сжиженного углеводородного газа, т.

В пределах зоны I действует избыточное давление, которое может приниматься постоянным, P_I = 1700 кПа.

Зона действия продуктов взрыва (зона II) – охватывает всю площадь разлета продуктов газовоздушной смеси в результате ее детонации. Радиус этой зоны r_II = 1,7r_I, м.

Избыточное давление в пределах зоны II, P_II, изменяется от 1350 до 300 кПа и определяется

+50, (5.18)

где R – расстояние от центра взрыва до рассматриваемой точки, м.

Зона действия воздушной ударной волны (зона III) формируется фронтом ударной волны, распространяющимся по поверхности земли.

И

I

r₁

r₂

збыточное давление в зоне III – P_III может быть определено по графику или расчетным путем.

Д

III

II

ля определения избыточного давления в зоне III предварительно определяется относительная величина  :



I

r₁

= 0,24r_III/r_I, (5.19)

где r_I – радиус зоны I;

r_III – радиус зоны III или расстояние R от центра взрыва до рассматриваемой точки.

При   2 имеем

, (5.20)

при  > 2 имеем

. (5.21)

5.7 Оценка воздействия электромагнитного импульса на устойчивость объекта

Электромагнитный импульс (ЭМИ) способен вызвать мощные импульсы токов и напряжений в проводах и кабелях воздушных и подземных линий связи, сигнализации, управления, электропередачи, антенных радиостанций и т.д., которые приводят к сгоранию чувствительных элементов (электронных, электрических), серьезным нарушениям в цифровых и контрольных устройствах. В качестве показателя устойчивости элементов системы к воздействию ЭМИ можно принять коэффициент безопасности К_б, определяемый отношением предельно допустимого наведенного тока I_д или напряжения (U_д) к наведенному, т.е. созданному ЭМИ в данных условиях I_э (U_э). Коэффициент безопасности есть логарифмическая величина, измеряемая в децибелах, дБ:

К_б = 20lgU_д/U_э. (5.22)

Устойчивость системы (оборудования) в целом определяется минимальным значением коэффициента безопасности входящих в его состав элементов. Это значение коэффициента безопасности является пределом устойчивости системы к воздействию ЭМИ.

При оценке воздействия ЭМИ на токопроводящие элементы необходимо учитывать, что ЭМИ имеют горизонтальную и вертикальную составляющие напряженностей электрического поля, и поэтому должны определяться значениями напряжений как на вертикальных, так и горизонтальных участках составляющих его линий. Следует также учитывать, что основную опасность представляет вертикальная составляющая напряженности электрического поля, которая превосходит горизонтальную в сотни раз. Максимальные значения напряженностей электрических полей (В/м), возникающих при наземных взрывах, можно определить по формулам:

для вертикальной составляющей

; (5.23)

для горизонтальной составляющей

. (5.24)

При воздушных взрывах на напряженность электрических полей в определенной степени влияет изменение асимметрии, вызванной влиянием поверхности земли. Приближенные значения коэффициента асимметрии относительно наземного взрыва как функцию высоты можно определить по графику (рис. 5.9).

Максимальные значения напряженностей электрических полей (В/м), возникающих при воздушных взрывах, можно определить по формулам:

для вертикальной составляющей

; (5.25)

для горизонтальной составляющей

, (5.26)

где R – расстояние от центра взрыва, км; q – мощность взрыва, кт;

К_а – коэффициент асимметрии, определяется по графику (см. рис. 5.9) в зависимости от высоты взрыва.

Напряжения, наводимые в линиях, токопроводящих элементах электрорадиосистем, можно с достаточной для практических целей точностью определить по формулам (5.27, 5.28).

В вертикальных участках линий и токопроводящих элементах:

, (5.27)

в горизонтальных:

, (5.28)

где Е_в (Е_г) – вертикальная (горизонтальная) составляющая напряженности электрического поля, в/м;

l – длина проводника (токопроводящего элемента), м;

 – коэффициент экранирования линии (элемента).

Рисунок 5.9 – Приближенное изменение коэффициента асимметрии относительно

наземного взрыва как функции высоты

Результаты оценки устойчивости системы (объекта) к воздействию ЭМИ записывают в таблицу (см. табл.5.10).

Таблица 5.10 – Результаты оценки устойчивости объекта к воздействию ЭМИ наземного ядерного взрыва

Элементы	Допустимые напряжения наводок UД, В	Напряженноcти электрических полей, В/м		Наводимые напряжения в токопроводящих элементах,В		Результаты воздействия
		Ев	Ег	Uв	Uг