Устойчивость функционирования объектов экономики в чрезвычайных ситуациях. Практикум

Интенсивность испарения разлившейся жидкости W, кг/(м2∙с), определяется по справочным или экспериментальным данным. Например, согласно СП 12.13130.2009 [4] при обосновании взрывопожарной опасности наружных установок для ненагретых ЛВЖ используется формула

где Рнас – давление насыщенного пара, кПа.

Давление насыщенного пара Рнас, кПа, определяется по формуле

где Lкип – скрытая теплота парообразования ЛВЖ (синонимом скрытой теплоты парообразования является скрытая теплота испарения, равная при температуре кипения скрытой теплоте кипения), кДж/кг; Ткип – температура кипения, К;

Тос – температура окружающей среды, К;

R – универсальная газовая постоянная, R = 8,310 кДж/(К·кмоль), или по уравнению Антуана:

где Pнас – давление насыщенного пара, мм рт. ст. (1 мм рт. ст. = = 133,32 Па);

tос – температура окружающей среды, °С;

A, B , C – коэффициенты уравнения Антуана, определяются по справочным данным; значения коэффициентов в уравнении Антуана для некоторых веществ представлены в табл. 2.2.

Массу паров mп, кг, поступивших в открытое пространство за время полного испарения жидкости, можно определить по формуле

где mпΙ – масса пара в первичном облаке, кг;

mпΙΙ – масса пара во вторичном облаке, кг, принимаемая равной массе жидкости, поступившей в окружающее пространство в случае

21

ее перегрева mпΙΙ.пер , кг, или массе жидкости, испарившейся с по-

Поступающие в окружающее пространство пары массой mп, кг, образуют взрывоопасное облако, горизонтальные размеры которого ограничены линией, соответствующей нижнему концентрационному пределу распространения пламени CНКПР, кг/м3. При этом радиус облака паров ненагретых ЛВЖ RНКПР, м, определяется по формуле

где mп – масса паров ЛВЖ, поступивших в открытое пространство за время полного испарения, но не более 3600 с, кг; Рнас – давление насыщенного пара, кПа;

CНКПР – нижний концентрационный предел распространения пламени, кг/м3; ρп – плотность паров жидкости при расчетных значениях темпера-

туры и атмосферного давления, кг/м3.

Характеристики взрываемости некоторых паров ЛВЖ представлены в табл. 2.3.

Примечание. Qv,п – энергия взрыва паров ЛВЖ, кДж/кг; CНКПР/CВКПР – нижний/верхний концентрационные пределы распространения пламени, % об.

(кг/м3); Cстх – стехиометрическая концентрация паров ЛВЖ в смеси, % об.

22

Плотность паров жидкости ρп, кг/м3, определяется по формуле

где V0 – молярный объем, V0 = 22,4 м3/кмоль;

tр – расчетная температура, °С, принимаемая равной максимально возможной температуре воздуха в соответствующей климатической зоне или максимально возможной температуре воздуха по технологическому регламенту с учетом возможного повышения температуры в аварийной ситуации; при отсутствии данных допускается принимать tр = 61 °С.

Внутренние границы ПГВ облака определяются внешними габаритными размерами аппаратов, резервуаров, установок и т.п. Во всех случаях RНКПР принимается не менее 0,3 м.

При расчете избыточного давления во фронте ударной волны при взрыве ПГВ облака принимают, что внутри облака имеется зона детонационного взрыва радиусом R0, м:

1

R0 =10 mп k 3 , (2.10)M Cстх

где k – коэффициент, зависящий от способа хранения горючего вещества (для аварийного разлива ЛВЖ принимается k = 0,06);

Cстх – стехиометрическая концентрация паров ЛВЖ в смеси, % об. (см. табл. 2.3).

В пределах зоны детонационного взрыва Рф = 1750 кПа. Избыточное давление Pф, кПа, во фронте ударной волны, образу-

ющейся при взрыве ПГВ облака, определяется по формуле

23

где Qv,п, Qv,ТНТ – соответственно энергия взрыва паров ЛВЖ и тротила (тринитротолуола), кДж/кг, значение Qv,ТНТ приведено в табл. 1.5 (см. практическое занятие 1), а значения энергии взрыва некоторых паров – в табл. 2.3;

Z – коэффициент участия горючих паров в горении, который допускается принимать Z = 0,1.

Задача 2.1

На машиностроительном заводе произошел взрыв парогазовоздушного облака в результате разгерметизации автоцистерны с заданным веществом. Место взрыва обозначено на рис. 2.1 (точка I – для вариантов исходных данных 1, 9, 10, 12, 13, 21, 22, 24, 25; точка II – для вариантов 2, 7, 14, 19; точка III – для вариантов 5, 8, 17, 20; точка IV – для вариантов 3, 4, 15, 16; точка V – для вариантов 6, 11, 18, 23).

Всоответствии с индивидуальным вариантом задания (см. табл. 1)

идополнительными исходными данными (табл. 2.4) определить следующие показатели

1.Массу паров ЛВЖ, поступивших в открытое пространство за время полного испарения mп, кг.

2.Радиусы взрывоопасного облака для паров ЛВЖ и зоны детонационного взрыва. Нанести их на генеральный план предприятия

(см. рис. 2.1).

3.Степень разрушения заданного цеха.

4.Степень поражения населения и персонала на территории и в заданном цехе.

5.Степень устойчивости заданного цеха (вероятность наступления различных разрушений здания и технологического оборудования внутри).

Таблица 2.4

25

Примечание. N – численность наибольшей рабочей смены (НРС), чел.; Р – плотность населения (персонала), чел/км2.

Алгоритм расчета

1. Определить массу паров ЛВЖ, поступивших в открытое пространство за время полного испарения mп, кг.

1.1. Приняв, что автоцистерна заполнена ЛВЖ на 80 %, 20 % объема занимают пары ЛВЖ (α = 0,2), Р1 = 101,3·103 Па (атмосферное давление), а температура жидкости в автоцистерне Тж, К, равна температуре окружающей среды Тос, К, определив по табл. 2.1 молярную массу жидкости М, кг/кмоль, по формуле (2.1) рассчитать массу паров

ЛВЖ в первичном облаке mпΙ , кг.

1.2. В случае если разлившаяся жидкость имеет температуру Тж, К, выше, чем температура кипения Ткип, К, массу пара во вторичном облаке mпΙΙ , кг, определить по формуле (2.2). При этом значения удель-

26

ной теплоты кипения Lкип, Дж/кг, при температуре перегрева Тж, К, и температуре кипения жидкости Tкип, К, принять по табл. 2.1.

1.3. В случае если разлившаяся жидкость имеет температуру Тж < Ткип, массу пара во вторичном облаке mпΙΙ , кг, определить по

формуле (2.3) (за время испарения принять время, в течение которого должны быть приняты меры по устранению аварии, tисп = 3600 с). Для этого по формуле (2.4) рассчитать интенсивность испарения разлившейся ЛВЖ W, кг/(м2∙с), определив предварительно давление насыщенного пара ЛВЖ при температуре окружающей среды Рнас, кПа, по формуле (2.5) или (2.6). Значения удельной теплоты кипения Lкип, Дж/кг, при температуре перегрева Тж, К, и температуре кипения жидкости Tкип, К, принять по табл. 2.1, значения констант уравнения Антуана – по табл. 2.2.

1.4. Массу паров ЛВЖ, поступивших в открытое пространство за время полного испарения mп, кг, найти по формуле (2.7).

2. Установить радиусы взрывоопасного облака для паров ЛВЖ и зоны детонационного взрыва. Нанести их на генеральный план предприятия (см. рис. 2.1).

2.1. Установить расстояние от эпицентра взрыва до заданного цеха R, м. Для этого на генеральном плане машиностроительного завода (см. рис. 2.1) найти расстояние от центра места взрыва (на рис. 2.1 место взрыва обозначено в соответствии с вариантом исходных данных точками I, II, III, IV и V соответственно) до центра заданного цеха.

2.2. Приняв tр = 61 °С, по формуле (2.9) определить плотность паров ЛВЖ.

2.3. Определив по табл. 2.3 нижний концентрационный предел распространения пламени CНКПР, кг/м3, по формуле (2.8) рассчитать радиус взрывоопасного облака RНКПР, м, для паров ЛВЖ.

2.4. По табл. 2.3 найти стехиометрическую концентрацию паров ЛВЖ в смеси Cстх, % об., и по формуле (2.10) установить радиус зоны детонационного взрыва R0, м.

2.5. Нанести на генеральный план предприятия (см. рис. 2.1) зону взрывоопасного облака и зону детонационного взрыва для паров ЛВЖ (в пределах которой избыточное давление на фронте ударной волны Рф = 1750 кПа).

3. Определить степень разрушения заданного цеха.

3.1. Определить приведенную массу паров ЛВЖ mпр, кг, участвующих во взрыве, по формуле (2.12).

27

3.2. По формуле (2.11) найти избыточное давление во фронте удар-

ной волны Рф, кПа, на границе облака (на расстоянии RНКПР, м) и за пределами зоны детонационного взрыва (на расстоянии R, м, от эпи-

центра взрыва до заданного цеха).

3.3.Степень разрушения заданного цеха определить по табл. 1.2 (см. практическое занятие 1).

4.Установить степень поражения населения и персонала на территории и в заданном цехе (аналогично практическому занятию 1).

4.1.Определить потери населения и персонала вне зданий по формулам (1.6) – (1.8), округлив результат математически до целого числа (при расчете санитарных потерь принять Nсан = 4·Nбезв).

4.2.Рассчитать общие, санитарные и безвозвратные потери с учетом степени разрушения цеха по формулам (1.9) – (1.11), используя данные табл. 1.4.

5.Установить степень устойчивости заданного цеха.

5.1.Рассчитать приведенные показатели устойчивости цеха и технологического оборудования внутри него по формулам (1.14) и (1.15), используя данные табл. 1.6. Значения давления, вызывающего сильные разрушения зданий и технологического оборудования, определять по табл. 1.2, выбирая среднее значение из диапазона (конвейер, краны и станки легкие приравнять к станочному оборудованию, а станки тяжелые, прессы гидравлические, котлы и машины тяжелые –

ккузнечно-прессовому оборудованию).

5.2.По рис. 1.2 установить вероятности разрушений основных производственных фондов.

6.Сделать вывод.

28

Практическое занятие 3

ОЦЕНКА ПРОТИВОРАДИАЦИОННОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ОБЪЕКТА ЭКОНОМИКИ

Цель работы

Ознакомление с терминами и понятиями радиационной безопасности объекта экономики и методикой расчета противорадиационной устойчивости объекта экономики. В соответствии с индивидуальным заданием и вариантом исходных данных определить противорадиационную устойчивость объекта экономики.

Общие сведения

Среди поражающих факторов ядерного взрыва (аварии на радиационно опасном объекте) особое место занимают проникающая радиация и радиоактивное заражение.

Степень тяжести радиационного поражения зависит главным образом от поглощенной дозы DT,R, Гр. 1 Гр соответствует 1 Дж энергии ионизирующего излучения любого вида, поглощенного облучаемым веществом массой 1 кг. Внесистемной единицей являются рады, причем 1 Гр = 1 Дж/кг = 100 рад.

Если организм подвергся воздействию различных видов излучения, применяют понятие эквивалентной дозы HT,R, Зв, под которой понимают сумму произведений поглощенной дозы в органе или ткани T на соответствующий взвешивающий коэффициент WR для данного вида излучения R:

где WR – взвешивающий коэффициент для излучения R, учитывающий относительную эффективность различных видов излучения в индуцировании биологических эффектов; для α-частицы, осколков деления, тяжелых ядер WR = 20, для нейтронов WR = 5…20 (в зависимости от их энергии), для протонов с энергией более 2 МэВ, кроме протонов отдачи, WR = 5, для фотонов любых энергий, электронов и мюонов любых энергий WR = 1;

D T,R – средняя поглощенная доза в органе или ткани T определенного вида излучения R, Гр.

Мерой риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов является эффективная

29

доза E, Зв, представляющая собой сумму произведений эквивалентной дозы HТ в органах или тканях на соответствующие взвешивающие коэффициенты WT:

где WТ – взвешивающий коэффициент для ткани T (табл. 3.1), учитывающий различную чувствительность к ионизирующему излучению разных органов и тканей; для организма в целом принимает-

ся WТ = 1;

HТ – эквивалентная доза в ткани T, Зв.

_________

* «Остальное» включает надпочечники, головной мозг, экстраторокальный отдел органов дыхания, тонкий кишечник, почки, мышечную ткань, поджелудочную железу, селезенку, вилочковую железу и матку.

При нормальных условиях эксплуатации источников ионизирующего излучения основные пределы доз установлены в СанПиН 2.6.1.2523−09 «Нормы радиационной безопасности (НРБ99/09)» [5], выдержка из которых приведена в табл. 3.2.

_________

* ПДД для персонала группы Б равны 1/4 значений для персонала группы А.

При радиационной аварии степень поражения зависит от экспозиционной дозы излучения X, Кл/кг, времени экспозиции, площади пораженных участков тела, общего состояния тела человека.

30