2.2. Визначення характеристик вражаючих факторів вибухів.

Внаслідок дії сейсмічної хвилі були пошкоджені будівлі, зруйновані ємності з пальними речовинами й створилися умови для виникнення вибухів та пожеж на постраждалій від землетрусу території.

Вибух – це процес фізичних і хімічних перетворювань речовин, що швидко протікає й супроводжується звільненням значної кількості енергії в обмеженому об’ємі, внаслідок чого в навколишньому просторі виникає та розповсюджується ударна хвиля (УХ).

УХ вибуху – зона стисненого повітря, що поширюється з надзвуковою швидкістю від центру вибуху, викликаючи ураження людей, руйнування споруд, техніки й ін. Характер цих руйнувань залежить від багатьох чинників: від типу, розмірів об’єкту, будівельного матеріалу, інтенсивності УХ тощо. Непрямий вплив УХ полягає в ураженні людей предметами, що захоплюються нею.

Найважливіша кількісна характеристика УХ – надлишковий тиск фронту УХ, ΔР_ф, кПа – різниця між максимальним тиском у фронті УХ й нормальним атмосферним тиском.

Найчастіше відбуваються вибухи газо- та паливо-повітряних сумішей (ГПС, ППС).

Характерними рисами вибухів ГПС, ППС є:

• виникнення різних типів вибухів: детонаційного, дефлаграційного чи комбінованого (найбільш розповсюджений);

• утворення п'яти зон ураження: детонаційної, розсіювання продуктів вибуху, дії УХ, теплового ураження та токсичного задимлення;

• залежність потужності вибуху від параметрів середовища, в якому відбувається вибух (температура, швидкість вітру, щільність забудови, рельєф місцевості).

Вихідні дані для розрахунку включають:

• тип ГПС (ППС), що зберігаються у ємностях;

• маса ГПС (ППС), М, кг;

• тип вибуху;

• відстань між ємністю з ГПС (ППС) та досліджуваним об’єктом, R, м;

• висота приміщення цеху, Н, м;

• довжина приміщення цеху, L, м;

• ширина приміщення цеху, B, м;

• температура повітря у приміщенні об’єкту, t_п , °С;

• ступінь вертикальної стійкості повітря (СВСП);

• маса токсичних продуктів горіння, М_т.п.,кг;

• швидкість середнього вітру, v, м/с .

В залежності від умов розміщення ємності вибух може відбуватися у відкритому просторі та в приміщеннях.

2.2.1. Прогнозування можливих руйнувань та уражень під час вибуху ГПС (ППС) у відкритому просторі.

В осередку вибуху відокремлюють три концентричні зони – детонації, розсіювання продуктів вибуху, повітряної ударної хвилі.

1. Для прогнозування можливих руйнувань та уражень визначити радіуси цих зон та визначити в якій зоні знаходиться ОЕ.

Радіус зони детонації R₁ визначається за залежністю:

, [м],

де M – маса пальної речовини, т.

Радіус зони розсіювання продуктів вибуху R₂:

,[м].

Радіус зони дії УХ R₃:

,[м].

2. Визначити величину надмірного тиску на досліджуваний об’єкт.

В межах зони детонації, надмірний тиск приймається постійним і дорівнює _кПа.

_{В зоні розсіювання продуктів вибуху визначається за формулою:}

_{, [кПа],}

_{де R – відстань від центру вибуху до досліджуваного об’єкту, м.}

_{У зоні дії повітряної УХ, надмірний тиск розраховується за приведеними нижче формулами.}

_{Для цього попередньо визначається відносна величина:}

_{якщо 2, то}

_{, [кПа],}

_{якщо >2,то}

_{, [кПа].}

_{3. За знайденою величиною надмірного тиску зробити висновки стосовно ступеня уражень незахищених людей та можливих руйнувань об’єктів за таблицями 2.1 та 2.2, додатку 2.}

2.2.2. Визначення параметрів ударної хвилі при вибуху ГПС та ППС у приміщенні.

Оскільки межі приміщення не дають можливості розширюватися продуктам горіння, надмірний тиск вибуху для пальних речовин, що складаються з атомів С, Н, N, Cl, Br, I, F визначається за формулою:

, _[кПа],

де Р_maх – максимальний тиск вибуху стехіометричної ГПС (ППС) у замкнутому об’ємі, визначається за довідником. Якщо дані відсутні, то приймають Р_maх = 900 кПа; Р₀ – початковий тиск у приміщенні, кПа (приймають Р₀ = 101кПа); М – маса ГПС (ППС), що потрапила у приміщення в наслідок аварії, т; z − коефіцієнт участі пальної речовини у вибуху в приміщенні, дорівнює: 0,5 − для пальних газів, промислового пилу; 0,3 − для легко займистої речовини (ЛЗР) і пальних рідин, нагрітих до температури спалаху і вище та при температурі нижче температури спалаху при утворенні аерозолю; V_во − вільний об’єм приміщення, м³, що складає 80% від загального об’єму;  − коефіцієнт негерметичності приміщення та неадіабатичності процесу горіння, прийняти рівним 3; _п(г) − щільність пари (газу) при Р₀, кг/м³, визначається залежністю:

де t_п − температура повітря в приміщенні, °С; М_р – молярна маса речовини, г/моль (табл. 2.3 дод.2); С_стх − стехиометрична концентрація газів чи пари, визначається за формулою:

,

де − стехиометричний коефіцієнт кисню в рівнянні реакції горіння, дорівнює:

де п_с , п_н , п_о, n_г – кількість атомів С, Н, О та галогенів у молекулі пального.

Примітка. Стехиометричною сумішшю називають суміш у якій кількість повітря забезпечує повне згорання пального.

_{За знайденою величиною надмірного тиску зробити висновки стосовно ступеня уражень незахищених людей та можливих руйнувань об’єктів за таблицями 2.1 та 2.2, додатку 2.} Якщо у приміщенні стався вибух з ΔР_max > 30кПа, то воно, як правило, руйнується повністю.

2.2.3. Розрахунок параметрів зон теплового впливу при вибухах ГПС (ППС)

1. Визначити радіус вогняної кулі R_вк при загоранні хмари ГПС за залежністю:

, [м],

_{де М – маса ГПС (ППС), кг.}

_{2. Визначити час свічення вогняної кулі, tвк:}

, [с].

3. Визначити інтенсивність теплового випромінювання І:

, [кДж/м²с],

де R – відстань між ємністю з ГПС (ППС) та об’єктом (людиною).

4. Визначити тепловий імпульс U вогняної кулі:

, [кДж/м²].

5. Визначити вражаючу дію вогняної кулі на людей за табл. 2.4 та на матеріали за та 2.5 додаток 2 відповідно.

6. Визначити безпечний радіус дії теплового випромінювання на людину:

,

де І^* - безпечна інтенсивність теплового випромінювання для людини (табл. 2.4 дод.2), кДж/м²с.

2.2.4. Розрахунок параметрів зони теплового впливу, що може утворитися під час при пожежі.

За рахунок теплового впливу відбувається займання об’єкту й розвиток пожежі.

Розміри зони теплового впливу під час пожежі розраховують за співвідношенням, яке визначає безпечну відстань R_без, м, при заданому рівні інтенсивності теплового випромінювання для людини:

,

де  − коефіцієнт, що характеризує геометрію осередку горіння:  = 0,02 − якщо джерело горіння плоске (розлив на поверхні землі чи води);  = 0,08 − якщо джерело горіння об'ємне (будинок, резервуар); q₀ − питома теплота пожежі, кДж/м²с (табл. 2.3 дод. 2); I^* − безпечна інтенсивність теплового випромінювання для людини, кДж/м² (табл. 2.4 дод. 2); R* − приведений розмір осередку горіння (пожежі):

• для будівель (L - довжина найбільшої стіни, h - висота будівлі), м;

• для резервуарів з ЛЗР R* = D_рез; для резервуарів з пальними рідинами (газами) R* = 0,8 D_рез, (D_рез - діаметр резервуара), м;

• при розливі пальної рідини: , де d - діаметр розливання, м; V − об’єм рідини, м³.

2.2.5. Розрахунок характеристик зони токсичного задимлення, що утворюється під час пожеж

Зона задимлення при пожежі має форму трапеції (рис. 1)

Рис. 1. Зони вражаючого впливу на людину під час пожежі:

1 – об’єкт, на якому сталася пожежа; 2 − зона теплового впливу; 3 − зона задимлення; В − ширина зони горіння (дорівнює ширині об’єкту), м, Г – глибина зони задимлення, м , Ш – ширина зони задимлення, м.

Послідовність оцінки є наступною:

1. Визначити глибину небезпечної за токсичною дією частини зони задимлення Г, м, за співвідношенням:

де К₁ − коефіцієнт шорсткості поверхні (відкрита поверхня − 1; степова рослинність, сільгоспугіддя − 2; чагарник, окремі дерева − 2,5; міська забудова, ліс − 3,3); М_т.п. − маса токсичних продуктів горіння, кг; К₂ − коефіцієнт ступеня вертикальної стійкості повітря (інверсія − 1; ізотермія − 1,5; конвекція − 2), w − швидкість переносу переднього фронту диму (табл. 2.6 дод.2), км/год; D – порогова токсична доза, мг^.хв/л (табл. 2.7. дод.2), прийняти для оксиду вуглецю.

2. Визначити ширину зони задимлення Ш за формулою:

,

де В – бічне розсіювання. При стійкому вітрі (V_в ≥ 1м/с) В = 0,1 Г, при нестійкому вітрі (V_в  1м/с), В = 0,4 Г.