Задача 3

Рассчитать в соответствии с СП 12.13130.2009 категорию помещения (размеры по табл. 2),в котором хранятсявзрывоопасные материалы.

Указания к решению задачи

В соответствии с СП 12.13130.2009, помещения и здания по взрывопожарной и пожарной опасности подразделяются на категории А, Б, В1-В4, Г, Д. Отнесение к той или иной категории определяется температурой вспышки и величиной избыточного давления взрыва при аварийном выбросе взрывоопасных веществ (см. табл.А.1приложения А). Избыточное давление взрыва p для индивидуальных горючих веществ, состоящих из атомов C, H, O, N, Cl, Br, I, F, определяют по формуле:

,(22)

где P_max– максимальное давление взрыва стехиометрической газовоздушной или паровоздушной смеси в замкнутом объеме (допускается принимать P_max = 900 кПа);

Р_о – начальное давление, кПа (допускается приниматьР_о = 101 кПа);

m_пр– приведенная масса горючего газа (ГГ) или паров легковоспламеняющихся (ЛВЖ) и горючих жидкостей (ГЖ), вышедших в результате расчетной аварии в помещение, кг;

Q_сг – удельная теплота сгорания газа или пара, Дж/кг;

Q₀ – константа, равная 4,52∙10⁶ Дж/кг;

m– масса горючих газов и (или) паров, поступивших в результате ава-

рии в окружающее пространство (см. табл. 1), кг.

z – коэффициент участия горючего во взрыве (допускается принимать z= 0,5 для горючих газов; z= 0,3 для ЛВЖ);

V_св – свободный объем помещения, м³ (размеры см. задачу 1, табл. 2);

  _г,п – плотность газа (пара) при температуре t_р, кг/м³.

(23)

где М – молярная масса, кг/кмоль (см. табл.А.1 Приложения А);

v₀– мольный объем, равный 22,413 м³/кмоль;

t_р– расчетная температура, С, следует принять t_р = t_у(см. задачу 1);

С_ст – стехиометрическая концентрация горючих газов или паров

ЛВЖ и ГЖ, % (об.), вычисляемая по формуле:

(24)

где = n_c+ (n_h– n_x)/4 + n_o/2 — стехиометрический коэффициент;

n_c, n_h, n_o, n_x— число атомов C, H, О и галоидов в молекуле горючего;

К_н – коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и не-

адиабатичность процесса горения (принимать К_н равным 3).

Принять в соответствии с СП 12.13130.2009 категорию помещения склада хранения горючих материалов по пожарной и взрывной опасности.

Литература: [1, 2, 7, 20, 21].

Задача 4

Рассчитать ожидаемые материальные и людские потери от прямого попадания молнии в незащищенный открытый склад хранения n резервуаров сжиженных углеводородных продуктов. Каждый резервуар содержит M_р = 60 т продукта (табл. 4).

Ближайший цех машиностроительного предприятия с числом работающих N, чел. (см. задачу 1, табл. 2), находится на расстоянии R, м, от склада.

Таблица 4

Исходные данные

Показатели	№ варианта (последняя цифра номера зачетки студента)
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Тип продукта	см. задачу 1, табл. 2; свойства – табл. А.1 приложения А
Число резервуаров n	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Расстояние от склада до цеха R, м	50	60	70	80	90	100	110	120	130	140

Указания к решению задачи

1. Предполагая, что вся масса горючих веществ переходит в газообразное состояние, определяют массу т_г,п = M_р*∙n,т, горючих газов и (или) паров, вышедших в атмосферу из технологических аппаратов:

т_пр = 1000∙ т_г,п∙z. (27)

где z – коэффициент участия во взрыве горючего вещества, который до-

пускается принимать z = 0,1

2. Избыточное давление P, кПа, развиваемое при сгорании газопаровоздушных смесей, рассчитывают по формуле:

(28)

где р₀ – атмосферное давление, кПа (для расчетов допускается прини- мать р₀ = 101 кПа);

R – расстояние от центра газопаровоздушного облака, км;

Q₀– удельная теплота сгорания тринитротолуола,Q₀ = 4520 кДж/кг.

3. Импульс волны давления i, Па∙с, рассчитывают по формуле

(29)

4. Зная избыточное давление, оценить степень разрушения зданий и сооружений (табл. 5).

5. Зная избыточное давление и импульс давления, определить тяжесть поражения людей при взрыве газовоздушной смеси (табл. 6).

6. Во избежание взрывов резервуаров сжиженных углеводородных продуктов рассчитать молниезащиту склада.

Таблица 5

Степень разрушения зданий и сооружений

Здания и сооружения	Избыточное давление ударной волны p, кПа
	200-100	100-50	50-30	30-20	20-10
Производственные, жилые антисейсмической конструкции	б	в	г	Д
Промышленные с металлическим или ж/б каркасом; малоэтажные каменные		а	б	В	В, г
Многоэтажные жилые дома			а	б, в	г, д
Подземные резервуары	а, б	в	г	Д
Частично заглубленные резервуары		а, б	в	Г	Д
Наземные трубопроводы	а, б	б, в	в, г	Г	Д
Грузовые автомобили		а	б	в, г	г, д

Примечание: а – полные разрушения; б – сильные разрушения; в – средние разрушения; г – слабые разрушения; д – повреждения

Таблица 6

Степень поражения людских ресурсов

Избыточное давление P, кПа	Импульс давления i, Па∙с	Степень поражения
20–40		Легкие: легкая контузия, временная потеря слуха, ушибы, вывихи
40–60		Средние: травмы мозга с потерей сознания, повреждение органов слуха, кровотечения из носа и ушей, переломы и вывихи конечностей
65,9	100	Пороговые значения
60–100		Тяжелые: повреждения внутренних органов, травмы мозга с длительной потерей сознания, тяжелые формы переломов конечностей
100-240	100-440	Возможен летальный (смертельный) исход
243	440	50%-ное выживание

а) ожидаемое число поражений молнией в год зданий или сооружений:

n_г = (L + 6∙H) ∙ (B + 6∙H) ∙s∙10^–6 , (31)

где L, B, H— соответственно длина, ширина и высота здания или со-

оружения, м;

s — среднегодовое для данной местности число ударов молнии, при-

ходящееся на 1 км² земной поверхности, которое зависит от интен-

сивности грозовой деятельности (СО-153-34.21.122–2003), для Сара-

товской области рекомендуется принять s = 3;

б) размеры склада принять равными: высота навеса H = 10 м, длина и ширина принимаются исходя из того, что размер площади, которую занимает каждый резервуар с учетом безопасных расстояний между ними, L_р = 20 м, B_р = 10 м. Поэтому, зная расположение N_р резервуаров (рекомендуется изобразить на схеме) и число рядов по длине N_L и ширине N_B, имеем:

L = 20∙N_LиB = 10∙N_B ; (32)

в) тип и надежность молниезащиты обосновать самостоятельно исходя из характеристик горючих веществ;

г) для выбранной надежности молниезащиты Р_3, типа молниеприемника (одиночный или двойной стержневой, тросовый, сетчатый) и высоты молниеотвода h расчет производится по следующим зависимостям (табл. 7, рис. 1):

– габариты зоны защиты здания склада определяются двумя параметрами: высотой конуса h₀,<h, м,и радиусом кону­са на уровне земли r₀, м;

– для зоны защиты требуемой надежности Р₃ радиус горизонтального сечения r_x на высоте h_xопределяется по формуле:

– для зоны защиты типа А (степень надежности  99,5 %)

h₀ = 0,8∙h; r₀ = (1,1 – 0,002∙h) ∙h;

r_x = (1,1 – 0,002∙h) ∙ (h – h_x/0,85);

– для зоны защиты типа Б (степень надежности  95 %)

h₀ = 0,92∙h; r₀ = 1,5∙h; r_x = 1,5∙ (h – h_x/0,92) ,

где h — требуемая высота молниеприемника, м;

3. Изобразить схематически зону защиты здания (рис. 1).

Таблица 7

Расчет зоны защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой

Надежность защиты Р3	Высота молние­отвода h, м	Высота конуса h0, м	Радиус конуса r0, м
0,9	От 0 до 100	0.85h	1.2h
	от 100 до 150	0.85h	[1,2-10-3(h-100)] h
0,99	от 0 до 30	0.8h	0.8 h
	от 30 до 100	0.8h	[0.8-1.43*10-3(h -30)] h
	от 100 до 150	[0.8-10-3(h-100)]h	0.7h
0,999	от 0 до 30	0.7h	0.6h
	от 30 до 100	[0.7-7.14*10-3(h-30)]h	[0.6-1.43*10-3(h-30)]h
	от 100 до 150	[0.65-10-3(h-100)]h	[0.5-2*10-3(h-100)]h

r₀, r_x — соответственно радиусы зоны защиты на уровне земли и высо-

ты здания или сооружения, м;

h₀ — высота от земли до вершины конуса защиты (h₀ < h), м;

h_x — высота от земли защищаемого здания или сооружения, м.

Рис. 1. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода

– если r_x< В/2, то либо увеличивают высоту молниеотвода, либо принимают двойной стержневой молниеотвод, либо принимают тросовый молниеотвод до тех пор, пока условие не будет выполнено; при этом габариты зоны защиты здания склада определяют по аналогичным формулам (табл. 8, рис. 2);

д) изобразить на схеме принятую зону защиты склада.

Л и т е р а т у р а: [1, 18, 19, 21, 27, 30].

Таблица 8

Расчет зоны защиты одиночного тросового молниеотвода

Надежность защиты Р3	Высота молние­отвода h, м	Высота конуса h0, м	Радиус конуса r0, м
0,9	от 0 до 150	0.87h	1.5h
0,99	от 0 до 30	0.8h	0.95h
	от 30 до 100	0.8h	[0.95-7.14*10-4(h-30)]h
	от 100 до 150	0.8h	[0.9-10-3(h-100)]h
0,999	от 0 до 30	0.75h	0.7h
	от 30 до 100	[0.75-4.28*10-4(h-30)]h	[0,7-1,43*10-3(h-30)]h
	от 100 до 150	[0,72-10-3(h-100)]h	[0,6-10-3(h-100)]h

Рис. 2. Зона защиты одиночного тросового молниеотвода

L— расстояние между точками подвеса тросов

ЛИТЕРАТУРА

По разделу «Безопасность (охрана) труда»

1. Безопасность жизнедеятельности: учебник для вузов/С.В.Белов, А.В.Ильницкая, А.Ф.Козьяков и др.; под общ. ред. С.В.Белова. 4-е изд., испр. и доп. – М.: Высшая школа, 2004. – 582 с.: ил.

2. Безопасность жизнедеятельности. Безопасность технологических процессов и производств (Охрана труда): учебное пособие для студентов вузов /П.П.Кукин, В.Л.Лапин, Н.Л.Пономарев и др. – 2-е изд., испр. и доп. – М.: Высшая школа, 2002.– 319 с.: ил.

7. Средства защиты в машиностроении: Расчет и проектирование: справочник /под ред.С.В.Белова.– М.: Машиностроение, 1989.– 368 с.: ил.

8. ПБ 10-115-96. Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением.– М.: Госгортехнадзор России, 1996.

9. ПБ-03-108-96. Правила устройства и безопасной эксплуатации технологических трубопроводов.– М.: Госгортехнадзор России, 1995.

10. ПОТ Р М-004-97. Межотраслевые правила по охране труда при использовании химических веществ.– М: Министерство труда РФ, 1997.

11. Правила устройства электроустановок (ПУЭ) / Минэнерго России. 7-е изд., перераб. и доп.– М.: Энергоатомиздат, 2005. – 568 с.: ил. 

12. ГОСТ 12.2.003–91. ССБТ. Оборудование производственное. Общие требования безопасности.– М.: Изд-во стандартов, 1991. – 11 с. 

13. ГОСТ 12.1.005–88. ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны.– М.: Изд-во стандартов, 1989. – 46 с.

14. ГОСТ 12.1.003–83^*. ССБТ. Шум. Общие требования.– М.: Изд-во стандартов, 1989. – 13 с.

15. ГОСТ 12.1.012–90. ССБТ. Вибрационная безопасность. Общие требования.– М.: Изд–во стандартов, 1990. – 47 с. 

16. СНиП 41-01-2003 Отопление, вентиляция и кондиционирование. – М.: Минстрой России, 2003. – 58 с.

17. СНиП 23–05–95*. Естественное и искусственное освещение. Нормы проектирования. – М.: Минстрой России, 2003. – 29 с.

По разделу «Безопасность в ЧС»

18. ГОСТ 12.1.004–91. ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования. – М.: Изд–во стандартов, 1992. – 80 с.

19. ГОСТ Р 12.3.047-98. ССБТ. Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля. – М.: Изд–во стандартов, 1998. – 90 с.

20. Нормы государственной противопожарной службы МВД России. Определение категорий помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности. СП 12.13130.2009. – М.: ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2009. – 32 с.: ил. 

21. ПБ 09-540-2003. Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств. – М.: Госгортехнадзор России, 2003.

22. Атаманюк В.Г., Ширшов Л.Г., Акимов Н.И. Гражданская оборона: учебник для вузов/под ред. Д.И.Михайлова. – М.:Высшая школа, 1986. – 357 с.: ил.

23. Егоров П.Т., Шляхов И.А., Алабин Н.И. Гражданская оборона: учебник для вузов. – М.:Высшая школа, 1977. – 412 с.: ил.

24. Михно Е.П. Ликвидация последствий аварий и стихийных бедствий. – М.: Атомиздат, 1979. – 288 с.: ил.

25. Методическая разработка «Пути и способы повышения устойчивости работы объектов народного хозяйства в военное время». – Иркутск, 1977. – 38 с.: ил.

26. Сборник справочных данных по гражданской обороне. – Саратов, СПИ, 1974. – 23 с.: ил.

27. СО-153-34.21.122-2003. Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций.– М.: Издательство МЭИ, 2004. – 57 с.

28. Защита от ОМП/под ред. В.В.Мясникова. – М.: Воениздат, 1984. – 96 с.: ил.

29. Защита объектов народного хозяйства от оружия массового поражения: справочник./ Г.П.Демиденко, Е.П.Кузьменко, П.П.Орлов и др. – Киев: «Вiща школа», 1989. – 155 с.: ил.

30. СНиП 2.01.51-90. Инженерно–технические мероприятия ГО. – М.: Стройиздат, 1990. – 32 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Таблица А.1

Свойства некоторых вредных и пожароопасных веществ

Вещество	Химическая формула	Температура вспышки, ˚С	Температура самовоспламенения, ˚С	Характеристика вещества	Теплота сгорания HТ кДж.кг-1	ПДК, мг/м3
Ацетон	С3Н6О	-18	+535	ЛВЖ	31360	200
Бензол	C6H6	-11	+560	ЛВЖ	40576	50
Н-Бутилацетат	C6H12O2	+29	+330	ЛВЖ	28280	200
1,2-Дихлор-этан	C2H4Cl2	+9	+413	ЛВЖ	10873	10
П-Ксилол	С8Н10	+26	+528	ЛВЖ	41207	50
Пиридин	C5H5N	+20	+530	ЛВЖ	35676	5
Сероуглерод	CS2	-43	+102	ЛВЖ	14020	1
Стирол	С8Н8	+30	+490	ЛВЖ	43888	5
Толуол	С7Н8	+7	+535	ЛВЖ	40936	50
Хлорбензол	C6H5CI	+29	+637	ЛВЖ	27315	50