3.1.1.2 Визначення надмірного тиску при вибуху горючої або вибухонебезпечної речовини у відкритому просторі
В осередку вибуху у відкритій атмосфері можна визначити дві зони : зону детонації (детонаційної хвилі) і розповсюдження (дії) ударної хвилі. У зоні детонації тиск має максимальне значення.
Умовний (розрахунковий) радіус зони детонаційної хвилі (rO) визначають за емпіричною формулою:
rO = 18.5 *
,
де QH – кількість речовини (в тонах), яка вилилася або розтеклася з ємності (сховища), що розгерметизована;
К – коефіцієнт , який характеризує об’єм газів або парів речовини, що перейшли в стехіометричну суміш (за даними джерел, він може розрізнятися від 0.4 до 0.6). Емпіричний показник перед коренем дозволяє враховувати різни умови виникнення вибуху.
а) Визначення надлишкового тиску
В межах зони 1 діє надлишковий тиск, якій приблизно можна вважати постійним і рівним 1700кПа. Точніші значення тиску визначають за довідковими даними для кожної речовини, наприклад, за таблицями 3.3 і 3.5. Максимальний тиск в зоні детонації – це найбільший тиск, який виникає при утворенні найбільш пожежо -, вибухонебезпечної суміші газу, пару або пилу з повітрям в замкнутому об’ємі при початковому тиску суміші 101кПа (атмосферному тиску).
За межами зони детонації, в зоні дії повітряної ударної хвилі, формується фронт ударної хвилі, який розповсюджується по поверхні землі. Він різко зніжується до атмосферного через невелику відстань. Літературні джерела дають різні закономірності його зміни з урахуванням відстані до місця вибуху, теж саме і з максимальним значенням тиску в детонаційної хвилі (зоні детонації). Для розрахунку за формулами завчасно розраховується величина:
Y = 0.24* r1 / rО ,
де rО – радіус зони 1, r1 - радіус зони 11 або відстань від центру вибуху до точці, в якої потрібно визначить тиск.
При Y 2 Р11
= 700/ 3 (
-
1)
При Y 2 Р11
= 22/ (Y
)
В таблиці 3.4 приведені зведені дані зміни надмірного тиску, виходячи із відстані, що виражено в частках від радіуса зони детонації (r1 / rO), і максимального тиску в зоні детонації.
Використовуючи наведене вище табличні дані можна розраховувати масштаби зон руйнування з позначеними значеннями надмірного тиску, визначати можливе значення надмірного тиску при наявних відстанях об’єкта від місця аварії (вибуху), а також визначати ступень руйнування різних будинків, споруд, будівель в залежності від величини надмірного тиску та інші завдання.
Таблиця 3.4 - Зміна тиску в зоні розповсюдження ударної хвилі
Максим. тиск в зоні детонації, кПа
|
Значення надмірного тиску, кПа, на відстані від центру вибуху в частках від rO (r1 / rO) |
|||||||||||||||
1 |
1.05 |
1.1 |
1.2 |
1.4 |
1.8 |
2.0 |
3.0 |
4.0 |
6.0 |
8.0 |
10 |
12 |
15 |
20 |
30 |
|
500 |
500 |
270 |
155 |
115 |
90 |
55 |
48 |
25 |
15 |
8 |
5 |
4 |
3 |
2.5 |
1.5 |
1.0 |
900 |
900 |
486 |
279 |
207 |
162 |
99 |
86 |
45 |
26 |
14 |
9 |
7 |
5 |
4.5 |
2.7 |
1.8 |
1000 |
1000 |
540 |
310 |
230 |
180 |
110 |
96 |
50 |
29 |
16 |
10 |
8 |
6 |
5 |
3 |
2 |
1700 |
1700 |
918 |
527 |
391 |
306 |
195 |
163 |
82 |
50 |
28 |
18 |
13 |
10 |
8 |
5 |
3.7 |
2000 |
2000 |
1080 |
620 |
460 |
360 |
220 |
192 |
100 |
58 |
32 |
20 |
16 |
12 |
10 |
6 |
4 |
Таблиця 3.5 – Максимальний тиск і концентраційні межи загоряння окремих речовин
Речовина (газ, суміш) |
Максимальний тиск вибуху, кПа |
Концентраційні межі загоряння |
|
НКМВ, % |
ВКМВ, % |
||
Аміак |
600 |
15 |
28 |
Ацетилен |
1030 |
2.5 |
100 |
Ацетон |
893 |
2 |
13 |
Бензол |
|
1.4 |
7.1 |
Водінь |
739 |
4 |
75 |
Деревинна мука |
770 |
|
|
Окис вуглецю |
|
12.5 |
74 |
Толуол |
|
1.3 |
6.7 |
Полістирол |
720 |
25 |
- |
Поліетилен |
560 |
12 |
- |
Магній |
500 |
12 |
- |
Алюміній |
660 |
25 |
- |
Сірка |
460 |
17 |
- |
Фосфор червоний |
700 |
14 |
- |
Приклад 3.2 На промисловому підприємстві трапилася аварія з розливом вуглеводневою речовини у кількості 128т. Розрахувати розміри зон сильних, середніх і слабких руйнувань.
Примітка: Прийняти, що на межі сильних руйнувань величина надмірного тиску – 50 кПа, середніх – 30 кПа, слабких – 10 кПа.
Рішення: Тип вуглеводневої речовини нам не відомий – беремо значення максимального тиску в цьому випадку – 900 кПа.
Радіус зони детонації, де тиск буде максимальним і рівним 900 кПа:
rO = 18.5 *
= 18.5 *
=
18.5 *4 = 74 м.
2. Розрахуємо радіуси зон слабких, середніх і сильних руйнувань. За таблицею 3.4 найдемо, що при максимальному тиску 900 кПа тиск в 9 Кпа буде при відношенні r1 / rO = 8, в 14 кПа при відношенні r1 / rO = 6, інтерполюванням знаходимо, що тиску 10 кПа відповідає відношення r1 / rO = 7.6. Цей результат отримано через пропорцію: r10/ rO = 6 + [(8 – 6)/ (14 – 9)] * 4 = 7.6. Тут r10 – радіус зони, де тиск дорівнює 10 кПа.
3. Отримаємо радіус зони слабких руйнувань rСЛ = 74 * 7.6 = 562.4 м.
4.Аналогічно розраховували радіуси середніх і сильних руйнувань:
rСЕР = 280 м.; rСИЛ. = 213 м.
Приклад 3.3 Визначить, яких руйнувань зазнає виробничий цех, якщо його відстань від місця вибуху – 350 м. Тип будинку цеха - масивний промисловий будинок з металевим каркасом і крановим обладнанням вантажністю 25 – 50 т. Умови взяти по прикладу 3.2.
Рішення: 1. Як і в прикладі 3.2 радіус зони детонації rO = 18.5 * = 74м.
2. Визначаємо відношення Y = 0.24* r1/ rО =0.24 * 350 /74 = 1.135, воно менш 2, тоді надмірний тиск на відстані 300 м.:
Р11 = 700/ 3 ( - 1) = 41 кПа.
3. При цьому надмірному тиску приміщення цеху зазнає великих руйнувань.
Таблиця 3.6 – Ступені руйнування елементів об’єкта господарської діяльності і комунікацій в залежності від величини надмірного тиску
№ пп
|
Характеристика будинків і споруд |
Руйнування в залежності від величини тиску, кПа |
||||
слабкі |
середні |
великі |
повні |
|||
1 |
Масивні промислові будинки з металевим каркасом і крановим обладнанням вантажністю 25 – 50 т. |
20 - 30 |
30 -40 |
40 - 50 |
50-70 |
|
2 |
Будинки з легким металевим каркасом і б
Продовження таблиці 3.6 |
10 - 20 |
20 - 30 |
30 -50 |
50-70 |
|
3 |
Промислові будинки з металевим каркасом і бетонним заповненням з площею скління 30% |
10-20 |
20-30 |
30-40 |
40-50 |
|
4 |
Промислові будинки з металевим каркасом і суцільним крихким заповненням стін і покрівлі |
10 - 20 |
20 - 30 |
30 - 40 |
40-50 |
|
5 |
Будинки із збірного залізобетону |
10-20 |
20-30 |
- |
30-60 |
|
6 |
Цегляні безкаркасні виробничо – допоміжні будинки з перекриттям із залізобетонних збірних елементів одно - і багатоповерхові |
10 - 20 |
20 - 35 |
35 - 45 |
45-60 |
|
7 |
Те саме з перекриттям з дерев’яних елементів одно - і багатоповерхові |
8-15 |
15-25 |
25-35 |
35 |
|
8 |
Адміністративні багатоповерхові будинки з металевим або залізобетонним каркасом |
20-30 |
30-40 |
40-50 |
50-60 |
|
9 |
Цегляні малоповерхові будинки (1–2 поверхи) |
8 - 15 |
15 - 25 |
25 - 35 |
35-45 |
|
10 |
Цегляні багатоповерхові будинки (3 поверхи і більше) |
8 - 12 |
12 - 20 |
20 - 30 |
30-40 |
|
11 |
Складські цегляні будинки |
10 - 20 |
20 - 30 |
30 - 40 |
40-50 |
|
12 |
Дерев’яні будинки |
6 - 8 |
8 - 12 |
12 - 20 |
20-30 |
|
13 |
Руйнування звичайного скління |
0.5 - 1 |
1 - 2 |
2 - 3 |
- |
|
13 |
Руйнування армованого скління |
1 – 1.5 |
1.5 - 2 |
2 - 5 |
- |
|
Промислові споруди і обладнання |
||||||
1 |
Навантажувальні естакади, зовнішнє облаштування і повітропроводи доменних печей |
40 - 70 |
70 - 80 |
80 - 100 |
|
|
2 |
Технологічні трубопроводи і допоміжні споруди промислових об’єктів |
30 - 40 |
40 - 60 |
60 - 70 |
|
|
3 |
Галереї енергетичних комунікацій на металевих або залізобетонних естакадах |
10 - 15 |
15 – 20 |
20 - 25 |
|
|
4 |
Залізобетоні естакади з прольотом до 20 м. |
100-110 |
110-120 |
120-150 |
|
|
5 |
Преси гідравлічні, верстати токарні важки |
25-40 |
40-60 |
60-70 |
- |
|
6 |
Верстати токарні легкі |
6-12 |
- |
15-25 |
- |
|
7 |
Кранове обладнання |
20-30 |
30-50 |
50-70 |
70 |
|
8 |
Електродвигуни |
20-40 |
40-50 |
50-70 |
- |
|
9 |
Розподільчі устрої трансформаторних підстанцій |
30-40 |
40-60 |
60-80 |
120 |
|
10 |
Відкрито розташовані трансформатори |
10-30 |
30-50 |
50-60 |
60 |
|
11 |
Газгольдери |
15-20 |
20-30 |
30-40 |
40 |
|
12 |
Наземні резервуари ПММ |
30-40 |
40-70 |
70-90 |
90 |
|
13 |
Сховища ПММ напівзаглибленого типу |
40-50 |
50-80 |
80-100 |
100 |
|
14 |
Заглиблені і обваловані резервуари ПММ |
20-50 |
50-100 |
100-200 |
200 |
|
15 |
Наземні резервуари для збереження
нафти і г
Продовження
таблиці
3.6 |
15-20 |
20-30 |
30-40 |
40 |
|
16 |
Водонапірні башти |
10-20 |
20-40 |
40-60 |
60 |
|
Мережі комунального господарювання |
||||||
1 |
Підземні сталеві трубопроводи зварні |
600-1000 |
1000-1500 |
1500-2000 |
2000 |
|
2 |
Сталеві трубопроводи заглиблені на 20 см. |
150-200 |
250-350 |
500 |
- |
|
3 |
Трубопроводи на металевих або залізобетонних естакадах |
20-30 |
30-40 |
40-50 |
- |
|
4 |
Оглядові колодязі і запори на системах комунального господарства |
200-400 |
400-600 |
600-1000 |
1000 |
|
Електричні мережі |
||||||
1 |
Кабельні підземні лінії |
200-300 |
300-600 |
600-1000 |
1500 |
|
2 |
Повітряні лінії високої напруги |
25-30 |
30-50 |
50-70 |
70 |
|
3 |
Повітряні лінії низької напруги на дерев’яних опорах |
20-40 |
40-60 |
60-100 |
100 |
|
4 |
Силові лінії електрифікованих залізних доріг |
30-50 |
50-70 |
70-120 |
120 |
|
Засоби зв’язку |
||||||
1 |
Автомобільні радіостанції |
15-20 |
20-30 |
45-55 |
|
|
2 |
Телефонно – телеграфна апаратура |
10-30 |
30-50 |
50-60 |
60 |
|
3 |
Радіорелейні лінії зв’язку |
30-50 |
50-70 |
70-120 |
120 |
|
4 |
Повітряні лінії зв’язку |
20-40 |
40-60 |
60-100 |
100 |
|
5 |
Наземні кабельні лінії зв’язку |
10-30 |
30-50 |
50-60 |
60 |
|
6 |
Антені устрої |
10-20 |
20-30 |
30-40 |
40 |
|
Мости, греблі, пристані |
||||||
1 |
Металеві мости прольотом до 45 м. |
50-100 |
100-150 |
150-200 |
200-300 |
|
2 |
Металеві мости прольотом до 45 - 100м. |
40-80 |
80-100 |
100-150 |
150-200 |
|
3 |
Металеві мости прольотом більше 100м. |
40-80 |
80-100 |
100-150 |
150-200 |
|
4 |
Залізобетоні мости і шляхопроводи |
50-80 |
110-130 |
130-200 |
|
|
5 |
Греблі |
20-70 |
- |
1000-1500 |
|
|
6 |
Затвори гребель |
- |
70-100 |
1000-1500 |
|
|
7 |
Пірси на дерев’яних палях, плавучі пристані |
|
90 |
|
|
|
8 |
Сухі і плавучі доки |
|
130 |
|
|
|
9 |
Причальні пірси та стінки |
|
175 |
|
|
|
10 |
Пірси, моли, хвильоломи і набережні стінки ряженої конструкції з наповненням каміннями |
|
400 |
|
|
|
Аеродроми, шосейні та залізничні дороги |
||||||
1 |
Наземні споруди аеропортів |
1
Продовження
таблиці 3.6 |
25-35 |
35-45 |
|
|
2 |
ВПП з бетонним покриттям |
300-400 |
400-1500 |
1500-2000 |
|
|
3 |
ВПП з металевим покриттям |
100-150 |
150-400 |
400-700 |
|
|
4 |
Шосейні дорогі з асфальтобетонним покриттям |
120-300 |
300-1000 |
1000-2000 |
2000-400 |
|
5 |
Залізничні дорожні колії |
100-150 |
150-200 |
200-300 |
300-500 |
|
6 |
Залізобетоні труби в насипах доріг |
100-200 |
300-400 |
400-500 |
600 |
|
Засоби транспорту, інженерні машини |
||||||
1 |
Рухомий залізничний склад і енергопоїзди |
30-40 |
40-80 |
80-100 |
100-200 |
|
2 |
Тепловози і електровози |
50-70 |
70-100 |
100-150 |
|
|
3 |
Вантажний автотранспорт |
20-30 |
30-55 |
55-65 |
90-130 |
|
4 |
Легковий автотранспорт і автобуси |
10-20 |
20-30 |
30-50 |
50 |
|
5 |
Тягачі, трактори і бульдозери |
30-40 |
40-80 |
80-100 |
110-130 |
|
6 |
Екскаватори і автогрейдери |
20-30 |
30-50 |
50-60 |
|
|
7 |
Транспортні реактивні літаки |
13-15 |
30-40 |
45-55 |
|
|
8 |
Транспортні судна |
30-60 |
60-80 |
80-100 |
|
|
9 |
Вертольоти і поршневі літаки |
7-8 |
8-10 |
10-13 |
|
|
Захисні споруди і підвальні приміщення |
||||||
1 |
Сховища 11 класу |
300-400 |
400-550 |
550-650 |
650 |
|
2 |
Сховища 111 класу |
200-300 |
300-370 |
370-450 |
450 |
|
3 |
Сховища 1V класу |
100-140 |
140-180 |
180-220 |
220 |
|
4 |
Сховища V класу |
50-70 |
70-90 |
90-110 |
110 |
|
5 |
Протирадіаційні укриття |
30-40 |
40-60 |
60-90 |
90 |
|
6 |
Підвали в одноповерхових будинках |
20-30 |
30-60 |
60-80 |
80 |
|
7 |
Підвали в багатоповерхових будинках |
35-50 |
50-70 |
70-100 |
100 |
|
3.1.2 Визначення можливості і ступеню руйнування при дії швидких потоків повітря – при виникненні ураганів, циклонів, шквалів, смерчів, торнадо та інших небезпечних природних явищ, пов’язаних з переміщенням повітряних мас .