Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

1865

.pdf
Скачиваний:
4
Добавлен:
07.01.2021
Размер:
2.01 Mб
Скачать

ОЦЕНКА ПОСЛЕДСТВИЙ АВАРИЙНЫХ ВЗРЫВОВ ТОПЛИВНО-ВОЗДУШНЫХ СМЕСЕЙ

Методические указания выполнения практической работы №1 по дисциплине «Безопасность в чрезвычайных ситуациях»

Омск 2013

1

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия» (СибАДИ)

Кафедра Техносферная безопасность

ОЦЕНКА ПОСЛЕДСТВИЙ АВАРИЙНЫХ

ВЗРЫВОВ ТОПЛИВНО-ВОЗДУШНЫХ

СМЕСЕЙ

Составитель Е.А.Бедрина

Омск

СибАДИ

2013

2

УДК 355.58 (076)

ББК 68.518я73

Оценка последствий аварийных взрывов топливно-воздушных смесей:

методические указания к выполнению практической работы №1 по дисциплине «Безопасность в чрезвычайных ситуациях»/Сост.:Е.А.Бедрина.- Омск: СибАДИ, 2013.-31 с.

Представлен материал, позволяющий оценить последствия аварийных взрывов топливно-воздушных смесей; данный материал может быть использован при выполнении выпускных квалификационных работ по направлению подготовки 280700 «Техносферная безопасность», а также в практической деятельности при разработке безопасных технических систем.

Библиогр.: 12 назв.

Составитель Е.А.Бедрина, 2013

3

Практическая работа № 1

Цель работы: изучить общие положения методики оценки последствий аварийных взрывов топливно-воздушных смесей, приобрести первоначальные навыки в решении данных задач.

1. Общие положения

Взрыв – процесс скоротечного высвобождения потенциальной энергии, связанный с внезапным изменением состояния вещества и сопровождающийся скачком давления или ударной волной.

Основные поражающие факторы взрыва:

-воздушная ударная волна, представляющая собой область сильно сжатого воздуха, распространяющегося во все стороны от центра взрыва со сверхзвуковой скоростью;

-осколочные поля, создаваемые летящими обломками строительных конструкций, оборудования, взрывных устройств, боеприпасов.

Вторичными поражающими факторами взрывов могут быть воздействие осколков стекол и обломков разрушенных зданий и сооружений, пожары, заражение атмосферы и местности, затопление, а также последующие разрушения (обрушения) зданий и сооружений и т.д. На рис.1 представлены зоны действия взрыва.

Рис.1. Зоны действия взрыва: Зона 1 – зона действия детонационной волны; Зона 2 – зона действия продуктов взрыва; Зона 3 (а, б, в) – зона действия

воздушной ударной волны: 3а – сильных разрушений, 3б – средних разрушений, 3в – слабых разрушений

Действие взрыва на здания, сооружения, оборудование

Наибольшим разрушениям от взрывов подвергаются здания и сооружения больших размеров с лёгкими несущими конструкциями,

4

значительно возвышающиеся над поверхностью земли. Подземные и заглубленные в грунт сооружения с жёсткими конструкциями обладают значительной сопротивляемостью разрушению. Разрушения подразделяются на полные, сильные, средние и слабые (табл.1).

 

Таблица 1

 

Характеристика степеней разрушения зданий

 

 

Степени

Характеристика разрушения

разрушения

 

Полные

Характеризуются разрушением и обрушением от 50 до 100%

разрушения

объема зданий. В зданиях и сооружениях обрушены перекрытия и

 

разрушены все основные несущие конструкции. Восстановление

 

невозможно. Оборудование, средства механизации и другая

 

техника восстановлению не подлежат. В коммунальных и

 

энергетических сетях имеются разрывы кабелей, разрушения

 

участков трубопроводов, опор воздушных линий электропередач и

 

т.п.

Сильные

Характеризуются разрушением от 30 до 50% объема зданий. В

разрушения

зданиях и сооружениях имеются значительные деформации

 

несущих конструкций, разрушена большая часть перекрытий и

 

стен. Восстановление возможно, но нецелесообразно, так как

 

практически сводится к новому строительству с использованием

 

некоторых сохранившихся конструкций. Оборудование и

 

механизмы большей частью разрушены и деформированы.

 

В коммунальных и энергетических сетях имеются разрывы и

 

деформации на отдельных участках подземных сетей, деформации

 

воздушных линий электропередачи и связи, разрывы

 

технологических трубопроводов.

Средние

Характеризуются разрушением и обрушением до 30% объема

разрушения

зданий. В зданиях и сооружениях разрушены главным образом не

 

несущие, а второстепенные конструкции (легкие стены,

 

перегородки, крыши, окна, двери). Возможны трещины в наружных

 

стенах и вывалы в отдельных местах. Перекрытия и подвалы не

 

разрушены, часть сооружений пригодна к эксплуатации. В

 

коммунальных и энергетических сетях значительны разрушения и

 

деформации элементов, которые можно устранить капитальным

 

ремонтом.

Слабые

Характеризуются разрушением второстепенных элементов здания

разрушения

(внутренние перегородки, заполнения дверных и оконных

 

проемов). Здание после небольшого ремонта может быть

 

использовано. Оборудование имеет значительные деформации. В

 

коммунальных и энергетических сетях имеются незначительные

 

разрушения и поломки конструктивных элементов.

Количество зданий, получивших полные, сильные, средние и слабые разрушения определяют путем сопоставления давлений, ха-

5

рактеризующих прочность зданий, и давлений, характеризующих воздействие взрыва.

В таблице 2 приведены интервалы давлений, вызывающих ту или иную степень разрушения жилых, общественных и производственных зданий при взрывах взрывчатых веществ и горючих смесей.

Таблица 2

Степени разрушения зданий от избыточного давления при взрывах горючих смесей

 

Степени разрушения и избыточные

Типы зданий

 

давления, кПа

 

 

 

 

 

слабые

средние

сильные

полные

 

 

 

 

 

 

Кирпичные и каменные: малоэтажные

8-20

20-35

35 - 50

50-70

многоэтажные

8-15

15-30

30-45

45-60

 

 

 

 

 

Железобетонные крупнопанельные:

10-30

30-45 25-

45 - 70

70-90

малоэтажные многоэтажные

8-25

40

40-60

60-80

 

 

 

 

 

Железобетонные монолитные:

25-50

50115

115-180

180-250

многоэтажные повышенной этажности

25-45

45105

105-170

170-215

 

 

 

 

 

Железобетонные крупнопанельные с

 

 

 

 

железобетонным и металлическим каркасом

5-30

30-45

45-70

75-120

и крановым оборудованием грузоподъ-

15-45

45-60

60-90

90-135

емностью, в тоннах: до 50 от 50 до 100

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Здания со стенами типа «Сэндвич» и кра-

10-30

30-50

50-65

65 - 105

новым оборудованием грузоподъемностью

 

 

 

 

до 20 тонн

 

 

 

 

Складские помещения с металлическим

5-10

10-20

20-35

35-45

каркасом и стенами из листового металла

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Действие взрыва на человека

Воздушная ударная волна и осколочные поля наносят человеку различные по тяжести травмы, в том числе и смертельные (табл.3).

В зонах 1 и 2 действия взрыва (рис.1) происходит полное поражение людей: разрыв на части, обугливание под действием расширяющихся продуктов взрыва, имеющих очень высокую температуру. В зоне 3 поражение людей вызывается воздействием ударной волны. Основной причиной появления у людей травм служит мгновенное повышение давления воздуха, что воспринимается человеком как резкий удар. При этом возможны повреждения внутренних органов, разрыв кровеносных сосудов, барабанных перепонок, сотрясение мозга, переломы и травмы. Кроме того, ударная

6

волна может отбросить человека на значительное расстояние и причинить ему при ударе о землю (или препятствие) различные повреждения. Наиболее тяжёлые повреждения получают люди, находящиеся в положении стоя и вне укрытий. Кроме самой ударной волны человеку могут быть нанесены травмы летящими осколками.

Таблица 3

Характеристика поражений людей при взрывах

Вид

Характеристика поражения

поражения

 

Лёгкое

Лёгкая контузия, временная потеря слуха, ушибы и вывихи

конечностей

 

Среднее

Травмы мозга с потерей сознания, повреждение органов слуха,

кровотечение из носа и ушей, сильные переломы и вывихи

 

конечностей

Тяжёлое

Сильная контузия всего организма, повреждение внутренних

органов и мозга, множественные переломы конечностей.

 

Возможны смертельные исходы

Крайне

Травмы, обычно приводящие к смертельному исходу

тяжёлое

Поражение людей, находящихся в момент взрыва в зданиях и сооружениях, зависит от степени их разрушения. Так, например, при полном разрушении здания обычно погибают все находящиеся в нем люди. При сильных и средних разрушениях может выжить примерно половина людей, а остальные получают травмы различной тяжести, так как многие могут оказаться под обломками конструкций, а также в помещениях с заваленными и разрушенными путями эвакуации.

При слабых разрушениях зданий гибель людей маловероятна. Однако некоторые из них могут получить травмы различной тяжести.

Причинами взрывов наиболее часто является нарушение правил безопасной эксплуатации оборудования, утечки газов через неплотности в соединениях, перегрев аппаратов, чрезмерное повышение давления, отсутствие надлежащего контроля за технологическим процессом, разрыв или поломка деталей оборудования и др.

Источником инициирования взрыва являются:

открытое пламя, горящие и раскаленные тела; электрические разряды;

- тепловые проявления химических реакций и механических воздействий;

искры от удара и трения:

7

ударные волны; - электромагнитные и другие излучения.

Особенно велика вероятность взрыва газопаровоздушной смеси на объектах нефтехимической и химической промышленности, где хранятся и используются значительные объемы горючих газов и легковоспламеняющихся жидкостей. В России доля таких аварий значительна (более 90%).

Результаты оценки последствий аварийных взрывов топливновоздушных смесей (ТВС) используются при определении масштабов последствий аварийных взрывов ТВС; а также при разработке и экспертизе деклараций безопасности опасных производственных объектов.

При количественной оценке параметров воздушной ударной волны при взрывах ТВС предполагается частичная разгерметизация или полное разрушение оборудования, содержащего горючее вещество в газообразной или жидкой фазе, выброс этого вещества в окружающую среду, образование облака ТВС, инициирование ТВС, взрывное превращение (горение или детонация) в облаке ТВС.

Методика оценки последствий аварийных взрывов топливновоздушных смесей позволяет определять вероятные степени поражения людей и степени повреждений зданий от взрывной нагрузки при авариях со взрывами ТВС. Предполагается, что в образовании облака ТВС участвует горючее вещество одного вида, в противном случае (для смеси нескольких горючих веществ) характеристики ТВС, используемые при расчетах параметров ударных волн, определяются отдельно.

Методика оценки последствий аварийных взрывов ТВС РД 03- 409-01 позволяет определять:

1)основные параметры взрыва ТВС;

2)эффективный энергозапас ТВС;

3)ожидаемый режим взрывного превращения;

атакже:

-рассчитать максимальное избыточное давление и импульс фазы сжатия воздушных ударных волн;

-определить дополнительные характеристики взрыва ТВС;

-профиль ударной волны;

-параметры падающей волны при детонации облака газовой

смеси;

-параметры отраженной ударной волны;

-параметры волны при произвольном режиме сгорания;

-оценить поражающее воздействие ударной волны;

8

-оценить вероятность повреждения промышленных зданий от взрыва облака ТВС;

-оценить вероятность поражения людей при взрыве ТВС;

-графически представить результаты расчета;

-отобразить результаты расчетов на картографической основе.

2. Определение основных параметров взрыва топливновоздушной смеси

Исходные данные для расчета параметров ударных волн при взрыве облака ТВС (приведены в табл.1):

1) характеристики горючего вещества, содержащегося в облаке

ТВС;

2)агрегатное состояние ТВС (газовая или гетерогенная);

3)средняя концентрация горючего вещества в смеси;

4)стехиометрическая концентрация горючего газа с воздухом;

5)масса горючего вещества, содержащегося в облаке;

6)удельная теплота сгорания горючего вещества;

7)информация об окружающем пространстве.

Таблица 1

Исходные данные для оценки последствий аварийных взрывов ТВС

Вари

Вид

Расстояние

Вещество

Кол-

Концентрация

Объем

ант

окружающего

от места

 

во, т

вещества в

облака,

пространства

аварии, м

 

 

воздухе

тыс. м3

 

 

 

 

 

 

 

1

Открытая

150

Пропан

10

140 г/м3

60

 

местность

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

Открытая

100

Природный

10

150 г/м3

70

 

местность

 

газ (сжиж)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

Открытая

300

Аммиак

30

100 мг/м3

60

 

местность

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

Открытая

100

Бензин

27

150 мг/м3

60

 

местность

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

Загроможд.

100

Бензол

10

50 мг/м3

50

 

 

 

 

 

 

 

9

Загроможд.

150

Метиламин

35

30 мг/м3

45

 

 

 

 

 

 

 

10

Открытая

200

Бутан

15

400 мг/м3

70

 

местность

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9

 

 

 

Основными структурными элементами алгоритмов расчетов

параметров ударных волн при взрыве облака ТВС являются:

-определение массы горючего вещества, содержащегося в облаке;

-определение эффективного энергозапаса ТВС;

-определение ожидаемого режима взрывного превращения ТВС;

-расчет максимального избыточного давления и импульса фазы сжатия воздушных ударных волн для различных режимов;

-определение дополнительных характеристик взрывной нагрузки;

-оценка поражающего воздействия взрыва ТВС.

2.1.Определение эффективного энергозапаса ТВС

Эффективный энергозапас горючей смеси определяется по соотношению

Е Мгqг при Сг Сст , (1)

где Мг - масса горючего вещества, содержащегося в облаке ТВС, кг; qг - удельная теплота сгорания газа, Дж/кг; Сг - концентрация горючего вещества в облаке ТВС, кг/м3; Сст - стехиометрическая концентрация вещества в смеси с воздухом, кг/м3 или

Е МгqгСст / Сг при Сг Сст ,

на поверхности земли, величина эффективного энергозапаса удваивается. Для оценки объема газового облака ТВС можно воспользоваться соотношением:

V Мг /Сст .

Стехиометрический концентрация (концентрация, при которой смесь горючего вещества с воздухом наиболее взрывоопасна) рассчитывается по формуле:

Сст

100

, где

nc

nн nx

 

n0

1 4,84

4

2 ,

где β - стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания; nс, nн, nо, nх число атомов С, Н, О и галоидов в молекуле горючего

(табл. 2).

В случае если определение концентрации горючего вещества в смеси затруднено, в качестве величины Сг в соотношении (1) принимается концентрация, соответствующая нижнему концентрацион ному пределу воспламенения Снкпр горючего газа (табл.2).

10

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]