Виявлення та оцінка інженерної обстановки при зруйнуванні пожежа та вибухонебезпечних об'єктів

Пожежа та вибухонебезпечними є об'єкти, на яких виробляються, зберігаються, транспортуються вибухонебезпечні матеріали та речовини, що за певних умов здатні до спалаху або вибуху.

За ступенем вибухової, вибухо-пожежної і пожежної небезпеки всі об'єкти поділяють на шість категорій: А, Б, В, Г, Д і Е. Особливо небезпечними вважаються такі, яким присвоєні категорії А, Б і В.

До категорії А належать нафтопереробні заводи, хімічні підприємства, трубопроводи та склади нафтопродуктів.

Категорія Б обіймає цехи виробництва і засоби транспортування вугільного пилу, пилу деревини, цукрової пудри, борошна.

Пожежа і вибухонебезпечні об'єкти категорії В − це деревообробні, столярні та лісопильні виробництва.

Виникнення пожеж залежить від ступеня вогнестійкості будівель і споруд, яка поділяється на п'ять груп.

Ступінь вогнестійкості будівель і споруд визначається мінімальними межами вогнестійкості будівельних конструкцій і займистістю матеріалів, з яких вони виготовлені, а також часом незаймистості.

Всі будівельні матеріали, а отже, і конструкції з них діляться на три групи: такі, що не згоряють, важко спалимі і такі, що згоряють.

Такі, що не згоряють − це матеріали, які під впливом вогню або високої температури не спалахують, не тліють і не обвуглюються.

Таблиця 3.2.11

Ступінь вогнестійкості будівель і споруд, години

Ступінь вогнестійкості	Частини будівель і споруд
	Несучі сходових кліток	Сходові майданчики і марші	Несучі конструкції перекриттів	Елементи перекриттів
I	З год, не згоряє	1 год, не згоряє	1 год, не згоряє	0,5 год, не згоряє
II	2,5 год, не згоряє	1 год, не згоряє	0,25 год, не згоряє	0,25 год, не згоряє
III	2 год, не згоряє	1 год, не згоряє	0,25 год, не згоряє	згоряє
IV	0,5 год, важко спалимі	0,25 год., важко спалимі	0,25 год, важко спалимі	згоряє
V	Такі, що згоряють

Важко спалимі − матеріали, що під впливом вогню або високої температури важко спалахують, тліють або обвуглюються і продовжують горіти за наявності джерела вогню.

Такі, що згоряють − це матеріали, які під впливом вогню або високої температури спалахують або тліють і продовжують горіти і тліти після видалення джерела вогню.

Пожежі на великих промислових підприємствах і в населених пунктах поділяються на окремі, масові та вогняний шторм. Окремі пожежі мають місце при горінні поодинокої будівлі або споруди. Масові пожежі − це сукупність окремих пожеж, що охопили більше 25% будинків або споруд. Масові пожежі за певних умов можуть перейти у вогняний шторм, коли під впливом потужного вітру або за інших причин вогонь швидко передається від об’єкту до об’єкту.

Пожежа і вибухонебезпечні явища характеризуються такими чинниками:

• повітряною ударною хвилею, що виникає при різного роду вибухах газоповітряних сумішей, ємностей з перегрітою рідиною і резервуарів під тиском;

• тепловим випромінюванням полум’я і уламками конструкцій, що розлітаються;

• дією токсичних речовин, які застосовувалися в технологічному процесі або утворилися в ході горіння або інших аварійних ситуацій.

Плануючі заходи щодо боротьби з аваріями, треба враховувати, що в своєму розвитку вони проходять п'ять характерних фаз:

перша − накопичення відхилень від нормального процесу;

друга − ініціація аварії;

третя − розвиток аварії, під час якої проявляється негативна дія шкідливих, небезпечних та уражаючих факторів на людей, природне середовище і об'єкти народного господарства;

четверта − проведення рятувальних і інших невідкладних робіт, локалізація і ліквідація аварії;

п'ята − відновлення життєдіяльності після ліквідації аварії.

В різних галузях промисловості України експлуатуються більше 1200 пожежа і вибухонебезпечних об'єктів. За даними МНС України найбільша кількість людей страждає унаслідок пожеж і вибухів в шахтах, в будівлях і будинках житлового та соціально-побутового призначення.

Вибух – це процес звільнення великої кількості енергії в обмеженому обсязі за короткий проміжок часу. За видом вибухової речовини (ВР) розрізняють вибухи конденсованої ВР (тротилу, гексогену, гептилу, пороху і т. п.), вибухи газоповітряних сумішей і вибухи аерозолів − пило-порохоповітряних сумішей.

На вибухонебезпечному об’єкті можливі такі види вибухів:

• неконтрольоване різке вивільнення енергії за короткий проміжок часу і в обмеженому просторі (вибухові процеси);

• утворення хмар паливо-повітряних сумішей або інших хімічних газоподібних і порохоподібних речовин, їх швидкі вибухові перетворення (об'ємний вибух);

• вибухи трубопроводів, ємностей, що знаходяться під великим тиском або з перегрітою рідиною, перш за все резервуарів із краплинним вуглеводневим газом.

В результаті вибуху утворюються такі фактори ураження: детонаційна та повітряна ударні хвилі, потік продуктів вибуху, осколкові поля, що утворюються в наслідок руйнування об'єктів. Основними параметрами факторів ураження вибуху є : для детонаційної та повітряної ударної хвиль – надмірний тиск у їх фронті (ΔР_ф), швидкісний натиск повітря (ΔР_шнп) і час їх дії; осколкового поля – кількість осколків на одиницю площі, їх кінетична енергія і радіус розльоту. За одиницю вимірювання ΔР_ф в системі SІ прийнятий Паскаль (Па), позасистемна одиниця – кгс/см² : 1 Па = 1 Н/м² = 0,102 кгс/см²; 1 кгс/см²= 98,1 кПа ≈ 100 кПа.

Досвід ліквідації наслідків аварій в нашій країні і за кордоном, пов’язаних з вибухом, свідчить про те, що найскладніша обстановка утворюється в зонах вибуху газо- і порохоповітряних сумішей, парових хмар нафтопродуктів, мастил і інших небезпечних речовин. При виникненні таких аварій можливі два варіанти розвитку події: детонаційний вибух і дефлаграційне (або вибухове) горіння.

В зоні детонаційного вибуху швидкість поширення полум'я значно перевищує швидкість звуку. При цьому ΔР_ф в детонаційній хвилі досягає 1000−2000 кПа, а температура продуктів вибуху становить 1500−3000 ⁰C. В таких умовах можливе повне зруйнування будівель і споруд, загибель людей, виникнення суцільних пожеж. Повітряна ударна хвиля, що формується в зоні детонації, може поширюватися на десятки, сотні і навіть тисячі метрів від центру вибуху.

При дефлаграційному (або вибуховому) горінні швидкість розповсюдження полум'я не перевищує 100−200 м/с, а тиск – 20−100 кПа. При такому горінні утворюється небезпечна пожежна обстановка.

З метою отримання даних щодо розмірів зони надзвичайної ситуації, перед проведенням інженерної розвідки здійснюється її прогнозування з використанням методик, розроблених для таких умов:

вибуху конденсованих вибухових речовин (тротилу, гексогену, димного пороху, піроксиліну і ін.);

вибуху газо- і пароповітряних сумішей вуглеводних речовин;

вибуху порохоповітряних сумішей і аерозолів.

Оскільки для вибухонебезпечних об’єктів найбільш характерні викиди газо- і пароповітряних сумішей вуглеводних речовин з утворенням умов детонаційних вибухів, то й розглянемо методики виявлення та оцінки параметрів зон зруйнувань саме для цих випадків.

Більшість з відомих на даний час методик визначають параметри факторів ураження, що утворюються при вибуховому перетворенні газо і пароповітряної суміші вуглеводних речовин, спираючись на принципи подібності Хопкинсона і підпорядкованість закону “кубічного кореня”. В практиці широко застосовуються дві з них.

Перша − передбачає поділ осередку ураження (вибуху) на дві зони: зону детонації і зону поширення (дії) ударної хвилі.

Радіус зони детонації (дії детонаційної хвилі) R₁ визначають за допомогою емпіричної формули:

, 3.2.1

де k – коефіцієнт, що характеризує обсяг газу або пари речовини, переведений у вибухонебезпечну суміш. Його значення коливається від 0,4 до 0,6;

Q– кількість речовини, що викинута у довкілля, т;

18,5 – емпіричний коефіцієнт, який дозволяє врахувати різні умови виникнення вибуху (характеристики газо і пароповітряної суміші вуглеводних речовин, стан атмосфери, геометрію хмари, потужність джерела запалювання, місце його ініціювання і ін.).

За межами зони детонації надмірний тиск ударної хвилі (ΔР_ф) швидко знижується до атмосферного і тоді вибух сприймається як потужний звуковий імпульс. Для розрахунків ΔР_ф використовуються узагальнені дані зміни надмірного тиску, виходячи з відстані, вираженої в частках від радіусу зони детонації (R₂/R₁) і максимального тиску (P_max) в ній (табл. 2.2.12, 2.2.13).

Зону поширення (дії) ударної хвилі розбивають на п’ять (n) складових з радіусами смертельних уражень та суцільних зруйнувань (R₁₀₀) і надмірним тиском на зовнішній межі ΔР_ф1 = 100 кПа; сильних зруйнувань (R₅₀) відповідно з ΔР_ф2 = 50 кПа; середніх зруйнувань з ΔР_ф3 = 20 кПа (R₂₀), слабких зруйнувань з ΔР_ф4 = 10 кПа і безпечну зону з ΔР_ф5 = 6−7 кПа (R₆₋₇). За міжнародними нормами безпечна для людини ударна хвиля є така, що має ΔР_ф = 7 кПа.

Таблиця 2.2.12