3.2. Послідовність і методика прогнозування та оцінювання наслідків від вибухів

Прогнозування та оцінювання обстановки під час вибухів здійснюється вирішенням таких задач:

Задача 1. Визначення параметрів ОУ та можливого попадання об’єкта в ОУ.

Слід визначити:

Радіус ОУ R_ос і радіуси зон руйнувань за величиною надмірного тиску ∆P_ф на зовнішній межі: слабких­ – 10 кПа (R_сл = R_ос), середніх R_ср – 20 кПа, сильних R_сил – 30 кПа, повних R_пов – 50 кПа (рис. 1.1):

–

Пд.

Пн.

у разі вибуху вуглеводневого продукту (пропану, бутану та ін.) – за допомогою графіків (рис. 1.2);

Рис. 1.1. Характеристика осередку ураження при ядерному вибуху:

1– місто;2– об’єкт господарювання;I– зона слабких руйнувань;II– середніх;III– сильних;IV– повних;ЦВ– центр вибуху;ПТ– точка прицілювання (центр міста);r_відх – радіус максимального відхиленняЦВвід точки прицілювання

– у разі вибуху вибухової речовини(ВР) (тротилу, тетрилу, гексогену та ін.) – за графіками (рис. 1.3);

Рис. 1.2. Графік для визначення радіусів зон руйнування залежно від маси вуглеводневого продукту

– у разі ядерного вибуху – за дод. 1.1.

Можливе попадання об’єкта в ОУ визначають за умов R₀ ≤ R_ос.

Рис. 1.3. Графіки залежності надмірного тиску від кількості тротилу і відстані до центру вибуху

Задача 2. Визначення надмірного тиску УХ ∆P_ф, що очікується на об’єкті.

Величина надмірного тиску УХ визначає можливі наслідки вибуху і залежить від типу і кількості вибухової речовини (Q), відстані до ЦВ (R₀), виду вибуху (у разі вибуху ядерного боєзапасу).

Методика розв’язання задачі:

1) Вибух газоповітряної суміші вуглеводневих продуктів (пропану, бутану та ін.).

Величина надмірного тиску залежить від того, в яку фізичну зону вибуху потрапить об’єкт. Таких зон утворюється три:

Зона Ι – детонаційної хвилі (існує в районі ЦВ, у межах хмари речовини вибуху) – має радіус, м:

де Q – кількість вуглеводневого продукту, т.

У межах цієї зони надмірний тиск ∆P_ф = 1700 кПа.

Зона ІІ – дії продуктів вибуху (охоплює територію, якою розлетілись продукти газоповітряної суміші внаслідок її детонації) – має радіус

r_II = 1,7 r_I.

Надмірний тиск у межах цієї зони розраховують за формулою, кПа,

∆P_ф = 1300(r_I/R₀)³ + 50,

де R₀ – відстань від ЦВ до об’єкта в межах зони ІІ, м.

Зона ІІІ – дії повітряної УХ – надмірний тиск у межах цієї зони визначають за формулою, кПа,

.

2) Вибух ВР (тротилу, тетрилу, гексогену та ін.).

Надмірний тиск на відстані R₀ від ЦВ визначають за формулами:

а) у разі вибуху тротилу, кПа,

(1)

б) у разі вибуху інших вибухових речовин в формулу (1) підставляють значення маси продукту Q з урахуванням коефіцієнта поправки K_вр відповідно до типу ВР, тобто

Q = Q_вр K_вр,

де Q_вр – кількість відповідної ВР, т; K_вр = 0,97 для пікринової кислоти, K_вр = 1,08 – для тетрилу, K_вр = 1,28 – для гексогену.

3) Ядерний вибух.

Надмірний тиск ∆P_ф визначають за дод. 1 після розрахунку відстані до найближчого можливого ЦВ (R_min) за такими вихідними даними:

– потужністю вибуху ядерного боєприпасу q, кт;

– видом вибуху (наземний чи повітряний);

– відстанню від об’єкта до точки прицілювання (ТП) (центр міста) R_г, км;

– максимальним ймовірним відхиленням ЦВ від ТП r_відх, км (рис. 1.1).

Тоді R_min = R_г – r_відх.

Задача 3. Визначення ступеня руйнувань елементів об’єкта та очікуваних збитків.

1) Визначають ступінь руйнувань елементів за дод. 1.2, враховуючи тиск ∆P_ф, що очікується на об’єкті.

2) Визначають очікувані збитки (відсоток ушкоджених, зруйнованих конструкцій, елементів, обладнання) за табл. 1.1, залежно від можливого ступеня руйнування даного елемента за очікуваного ∆P_ф.

Таблиця 1.1. Збитки залежно від ступеня руйнувань елементів об’єкта (цеху)

Ступінь руйнувань	Слабкі	Середні	Сильні	Повні
Збитки, зруйновані елементи обладнання, %	10–30	30–50	50–90	90–100

Задача 4. Визначення можливих втрат виробничого персоналу.

1) Визначають ступінь ураження людей на відкритій місцевості залежно від надмірного тиску ∆P_ф: слабкі травми за 10–20 кПа; середні – 40–60 кПа; важкі – 60–100 кПа; надто важкі – більше 100 кПа.

2) Можливі ураження людей, що перебувають у будівлях, визначають залежно від ступеня руйнування будівлі, виходячи з того, що:

– у разі повних руйнувань будівель усі люди гинуть;

– у разі сильних і середніх руйнувань може вижити 50 % людей, більшість з яких буде уражена прямою дією УХ і додатково непрямою дією – уламками зруйнованих будівель та споруд, а також може опиниться під завалами;

– у разі слабких руйнувань будівель загибель людей малоймовірна, але частина з них може отримати травми різного ступеня від непрямої дії УХ.

Задача 5. Визначення можливого характеру пожеж на об’єкті.

1) Визначають ступінь вогнестійкості будівель і споруд (І, ІІ, ІІІ, ІV чи V) за ознаками, наведеними в дод. 1.4.

2) Визначають категорію виробництва за пожежною небезпекою (А, Б, В, Г чи Д) за ознаками, наведеними в дод. 1.5.

3) Визначають щільність забудови об’єкта, міста: , деS_п – площа під будівлями; S_т – площа території об’єкта, м².

4) Визначають характер пожеж на об’єкті залежно від можливого ступеня руйнувань за дод. 1.6.

Результати прогнозування наслідків аварії заносять у підсумкову табл. 1.2, аналізують та підводять підсумки (прикл. 3.3).

Таблиця 1.2. Результати прогнозування та оцінювання наслідків аварії

В якій зоні руйнувань об’єкт. Надмірний тиск	Елементи цеху	Ступінь руйнування	Очікувані збитки, %	Характер пожеж	Ступінь ураження виробничого персоналу
Зона середніх руйнувань, ΔPф = 23 кПа	Будівля	середні	30–50	Окремі пожежі з переходом у суцільні через 1–2 год	Легкі травми. Ті, що в будівлі цеху – до 50 % – отримають пошкодження уламками скла і конструкцій
	Верстати	слабкі	10–30
	Трубопроводи	слабкі	10–30
	Кабельні мережі	слабкі	10–30
	Контрольно-вимірювальна апаратура	сильні	50–90

У підсумках доцільно відповісти на такі запитання:

1. В яку зону руйнування може потрапити об’єкт і який надмірний тиск УХ очікується?

2. Які очікуються руйнування елементів цеху?

3. Зробіть висновок, чи стійкий об’єкт (цех) до дії УХ. (Нестійкий, якщо хоча б один елемент отримає сильні або повні руйнування. За слабких і середніх руйнувань об’єкт стійкий, оскільки виробництво відновлюється силами об’єкта за короткий термін у разі наявності запасу матеріалів, приладів та аварійних бригад).

4. Яка пожежна обстановка може скластися в районі розташування цеху?

5. Які можливі ураження виробничого персоналу?

6. Рекомендації, спрямовані на зменшення впливу вибуху на об’єкт (цех).

3.3. Приклад. Провести прогнозування та оцінювання можливих наслідків під час аварії з вибухом, які можуть відбутися у механічному цеху об’єкта господарювання

Вихідні дані:

– відстань від цеху до місця аварії (вибуху) R₀ = 1км;

– тип вибухової речовини – пропан;

– маса вибухової речовини Q = 500 т;

– характеристики елементів цеху:

– будівля цеху: виробнича, одноповерхова, цегляна;

– межа вогнестійкості несучих стін – 1 год, перекриттів – 0,25 год;

– обладнання: верстати середньої важкості, контрольно-вимірювальна апаратура в цеху, трубопроводи на естакадах, кабельні мережі наземні;

– категорія виробництва з пожежної небезпеки – Д;

– щільність забудови об’єкта Щ = 20 %.

Розв’язання задач

Задача 1. Визначення параметрів ОУ і можливого попадання цеху в зону ураження (ЗУ).

1) Параметри визначаємо за графіками (рис. 1.2), виходячи з того, що тип вибухової речовини – пропан.

Радіус ОУ R_ос і радіус зони слабких руйнувань R_сл (на зовнішній межі якої ΔP_ф = 10 кПа) за вибуху продукту масою Q = 500 т становить R_ос = R_сл = 1600 м.

Радіус зони середніх руйнувань R_ср = 1070 м, якщо ΔP_ф = 20 кПа; сильних R_сил = 850 м, якщо ΔP_ф = 30 кПа; повних R_п = 650 м, якщо ΔP_ф = 50 кПа.

2) Порівнюємо відстань від цеху до місця аварії R₀ = 1 км і радіус ОУ R_ос = 1600 м.

Оскільки R₀ < R_ос, цех може опинитися в осередку ураження ударної хвилі вибуху в зоні слабких або середніх руйнувань.

Задача 2. Визначення величини надмірного тиску УХ, очікуваного в районі цеху (ΔP_ф).

1) Визначаємо радіус зони детонаційної хвилі (зони I):

2) Визначаємо радіус зони дії продуктів вибуху (зони II):

Порівнюючи відстань від цеху до місця аварії (R₀ = 1000 м) з радіусом зони I (138,8 м) і зони II (235,9 м), робимо висновок, що об’єкт опиниться за межами цих зон, тобто в зоні повітряної УХ (зона III).

3) Визначаємо надмірний тиск УХ у зоні III на відстані R₀ = 1000 м за формулою:

Висновок. У місці розташування цеху очікується максимальний надмірний тиск 23 кПа. Цех може опинитися в зоні середніх руйнувань.

Задача 3. Визначення ступеня руйнувань елементів цеху та очікуваних збитків.

1) Визначаємо можливий ступінь руйнувань кожного елемента цеху за величиною ΔP_ф = 23 кПа (дод. 1.2).

2) Очікувані збитки визначаємо за табл. 1.1, виходячи із ступеня руйнувань елементів. Результати заносимо в підсумкову табл. 1.2.

Задача 4. Визначення можливих утрат виробничого персоналу.

За ΔP_ф = 23 кПа люди отримають травми:

а) на відкритій місцевості – легкого ступеня (легка контузія організму, часткова втрата слуху);

б) у будинку цеху за середнього ступеня руйнування – до 50 % людей отримають додатково ураження уламками зруйнованих елементів будівлі, розбитим склом та іншими предметами.

Задача 5. Визначення можливого характеру пожеж на об’єкті.

За дод. 1.6 визначаємо, що на об’єкті можуть виникнути окремі пожежі з переходом у суцільні через 1–2 год, виходячи з того, що:

– категорія виробництва за пожежною небезпекою – Д (задано);

– очікується надмірний тиск УХ ΔP_ф > 20 кПа;

– щільність забудови Щ = 20 % (задано);

– ступінь вогнестійкості будівель – III (визначено за дод. 1.4 для заданих меж вогнестійкості несучих стін – 1 год, перекриттів – 0,25 год).

Загальні висновки і пропозиції

1. У разі аварії з вибухом механічний цех може опинитися в зоні середніх руйнувань. Сильних руйнувань зазнає контрольно-вимірювальна апаратура, тому цех нестійкий до дії УХ.

2. Для зменшення наслідків упливу вибуху на цех здійснити такі заходи:

– укріпити будівлю цеху установленням додаткових колон, ферм, підкосів;

– верстати надійно закріпити на фундаменті, установити захисні ковпаки або навіси;

– трубопроводи та кабельні мережі прокласти під землею;

– створити 50 %-ний запас контрольно-вимірювальної апаратури і зберігати в безпечному місці;

– установити на вікнах металеві сітки, щоб розбите скло не потрапляло в приміщення цеху;

• порушити питання щодо перенесення вибухонебезпечного об’єкта на більшу відстань або зменшення вибухової речовини до безпечної кількості.

Додаток 1.1
Надмірний тиск ударної хвилі за різних потужностей ядерного боєзапасу і відстаней до центру вибуху
Потужність боєзапасу, кт	Надмірний тиск ΔPф, кПа
	250	200	150	100	90	80	70	60	50	40	30	20	15	10
	Відстань до епіцентру вибуху, км
50	0,47	0,54	0,61	0,8	0,9	1	1,1	1,2	1,3	1,4	2	2,7	3,5	4,5
	0,66	0,75	0,84	1	1,1	1,2	1,25	1,3	1,4	1,5	2	2,6	3,1	4,2
100	0,59	0,68	0,77	1	1,2	1,3	1,4	1,6	1,7	2,1	2,6	3,8	4,4	6,5
	0,83	0,92	1,05	1,2	1,3	1,4	1,5	1,7	1,9	2,2	2,5	3,2	3,9	5,2
200	0,74	0,86	0,97	1,2	1,4	1,5	1,6	1,8	1,9	2,5	2,9	4,4	5,5	7,9
	1,05	1,15	1,35	1,5	1,6	1,7	1,8	2	2,2	2,6	3	3,8	4,9	6,4
300	0,85	0,98	1,1	1,37	1,57	1,67	1,85	2,07	2,27	2,8	3,35	4,95	6,35	9,1
	1,2	1,35	1,5	1,7	1,83	1,93	2,1	2,3	2,55	2,93	3,6	4,4	5,65	7,3
500	1	1,15	1,3	1,7	1,9	2	2,3	2,6	3	3,4	4,2	6	7,55	11,5
	1,45	1,6	1,8	2,1	2,3	2,4	2,6	2,8	3,2	3,6	4,4	5,5	6,7	9
1000	1,3	1,5	1,7	2,2	2,4	2,7	3	3,3	3,6	4,3	5	7,5	9,5	14,3
	1,8	2	2,3	2,9	3	3,4	3,5	3,6	4	4,5	5,4	7	8,4	11,2

Примітка. Для кожного показника потужності боєзапасу верхній рядок – для повітряного вибуху, нижній – для наземного

Додаток 1.2
Ступінь руйнування об’єкта залежно від надмірного тиску ударної хвилі ΔPф, кПа
Елементи об’єкта	Ступінь руйнувань
	Слабкі	Середні	Сильні		Повні
1. Виробничі, адміністративні будівлі та споруди
1. Бетонні та залізобетонні будинки та споруди антисейсмічної конструкції	25–35	80–120	150–200	200
2. Споруди з легким металевим каркасом і безкаркасні конструкції	10–20	20–30	30–50	50–70
3. Споруди зі збірного залізобетону	10–20	20–30	–	30–60
4. Складські цегляні будинки	10–20	20–30	30–40	40–50
5. Адміністративні багатоповерхові будівлі з металевим або залізобетонним каркасом	20–30	30–40	40–50	50–60

Продовження дод. 1.2

6. Цегляні малоповерхові будівлі (один–два поверхи)	8–15		15–25		25–35		35–45
7. Цегляні багатоповерхові будівлі (три поверхи та більше)	8–12		12–20		20–30		30–40
2. Деякі види обладнання
8. Верстати важкі	25–40			40–60		60–70	–
9. Верстати середні	15–25			25–35		35–45	–
10. Верстати легкі	6–15			–		15–25	–
11. Крани та кранове обладнання	20–30			30–50		50–70	70
12. Стрічкові конвеєри в галереї на залізобетонній естакаді	5–6			6–10		10–20	20–40
13. Ковшові конвеєри в галереї на залізобетонній естакаді	8–10			10–20		20–30	30–50
14. Електродвигуни потужністю від 2 до 10 кВт, відкриті	30–50			50–70		–	80–90
15. Трансформатори від 100 до 1000 кВ	20–30			30–50		50–60	60
16. Генератори на 100–300 кВт	30–40			50–60		–	–
17. Відкриті розподільні пристрої	15–25			25–35		–	–
18. Масляні вимикачі	10–20			20–30		–	–
19. Контрольно-вимірювальна апаратура	5–10			10–20		20–30	30
3. Комунально-енергетичні мережі та споруди
20. Газгольдери та наземні резервуари хімічних речовин		15–20		20–30		30–40	40
21. Наземні металеві резервуари та баки		30–40		40–70		70–90	90
22. Кабельні підземні мережі		200–300		300–600		600–1000	1500
23. Кабельні наземні мережі		10–30		30–50		50–60	60
24. Трубопроводи наземні		20		50		130	–
25. Трубопроводи на металевих або залізобетонних естакадах		20–30		30–40		40–50	–

Додаток 1.3