Зависимость степени поражения (разрушения) отпробит-фуикции 2 страница

Пример расчета

Взрыв этилено-воздушиой смеси при разгерметизации техно­логического блока внутри производственного помещения.

Исходные данные:

Определить давление ударной волны на расстоянии 30 м от. контура помещения при разрушении его ограждающих конструк­ций.

Расчет:

ВЗРЫВЫ ПЫЛЕВОЗДУШНЫХ СМЕСЕЙ

При нарушении герметичности технологических аппаратов пыль выбрасывается в помещение, где вместе с накопившейся пылью смешивается с воздухом, образуя пылевоздушную смесь (ПВС), способную гореть. Искровой разряд приводит к взрывно­му горению смеси.

В отличие от газовых смесей образование взрывоопасного об­лака пыли в помещении может происходить в процессе самого горения. Взрыву в большинстве случаев предшествуют локаль­ные микровзрывы (хлопки) в оборудовании, резервуарах и вос­пламенения в отдельных участках здания, что вызывает встря­хивание пыли, осевшей на полу, стенах и других строительных конструкциях и оборудовании. Это приводит к образованию взрывоопасных концентраций пыли во всем объеме помещения, взрыв которой вызывает сильные разрушения.

Взрывное горение может происходить по одному из двух режимов - дефлаграционному или детонационному.

При оперативном прогнозировании последствий принимают, то процесс развивается в детонационном режиме.

Зону детонационной волны, ограниченную радиусом r₀, можно определить по формуле (2.71), в которой энергия взрыва опре­деляется из выражения:

Э = m Q, кДж, (2.75)

где: Q - удельная теплота сгорания вещества, образовавшего чыль, кДж/кг (табл.2.20);

m - расчетная масса пыли, кг.

При оперативном прогнозировании расчетная масса пыли определяется из условия, что свободный объем помещения будет полностью заполнен взвешенным дисперсным продуктом, обра­зуя при этом пылевоздушцую смесь стехиометрической концентрации:

(2.76)

где: V₀ - свободный объем помещения, (V₀=0,8 V_n), м;

С - стехиометрическая концентрация пыли, г / м,

(2.77)

где: - нижний концентрационный предел распростране­ния пламени - это минимальное содержание пыли в смеси с воз­духом, при котором возможно возгорание.

Значение <рнкпр для различных веществ находится в пределах:
неорганических веществ (сера, фосфор) = 2-30 г/м;
пластмасс = 20 - 100 г/м:

пестицидов и красителей = 30 - 300 г/м';,

шерсти = 100 - 200 г/*г\

Значения характеристик некоторых аэрозолей приведены в табл. 2.20.

Таблица 2.20

Вещество	, г/м3	Q, МДж/кг
Полистирол	27,5	39,8
Полиэтилен	45.0	47,1
Метилцеллюлоза	30,0	11,8
Полиоксадиазол	18,0	18,0
Пигмент зеленый (краситель)	45.0	42.9
Пигмент бордо на полиэтилене	39,0	42,9
Нафталин	2,5	39.9
Фтадиевьш ангидрид	12.6	21,0
Уротропин	15,0	28,1
Адипиновая кислота	35,0	19.7
Сера	2.3	8.2
Алюминий	58,0	30,13

Показатели взрывных явлений пыли

Давление во фронте воздушной ударной волны определяется использованием данных табл. 2.18.

Пример расчета.

В цехе но переработке полиэтилена при разгерметизации тех­нологического блока возможно поступление пыли в помещение и ее взрыв.

Исходные данные:

Определить давление ударной волны на расстоянии 30 м от контура помещения при разрушении его ограждающих конструк­ций.

Расчет:

2,15.3.ВЗРЫВЫ ПРИ АВАРИЙНОЙ РАЗГЕРМЕТИЗАЦИИ МАГИСТРАЛЬНОГО I АЮПРОВОДА

Рассмотрим модели, используемые для определения параметров прорыва при авариях на газопроводах.

Аварии при разгерметизации газопроводов сопровождаются тощими процессами и событиями: истечением газа до срабатывания отсекающей арматуры (импульсом на закрытие арматуры является снижение давления продукта); закрытием отсекающей арматуры; истечением газа из участка трубопровода, поврежденного арматурой.

В местах повреждения происходит истечение газа под высоким давлением в окружающую среду. На месте разрушения в ней образуется воронка. Метан поднимается в атмосферу (выше воздуха), а другие газы или их смеси оседают в приземном слоое. Смешиваясь с воздухом газы образуют облако взрывной смеси.

При авариях на газопроводе взрывное горение может происходить также по одному из двух режимов - дефлаграционному детонационному. При оперативном прогнозировании принимается, что процесс развивается в детонационном режиме, дальность распространения облака (рис 2.11) взрывоопасной II направлении ветра определяется по эмпирической формуле:

(2.78)

где: М - массовый расход газа, кг/с;

25 - коэффициент пропорциональности, имеющий размер-м "/кг *;.

W - скорость ветра, м/с.

Когда граница зоны детонации, ограниченная радиусом г0, в результате истечения газа за счет нарушения герметичности газопровода, может быть определена по формуле:

(2.79)

Мссовый секундный расход газа М из газопровода для критического режима истечения, когда основные его параметры (скорость истечения) зависят только от параметров разгерметизированного трубопровода, может быть определен по уле:

(2.80)

где: - коэффициент, учитывающий расход газа от состояния потока (для звуковой скорости истечения =0,7);

F - площадь отверстия истечения, принимаемая равной пло­щади сечения трубопровода,

- коэффициент расхода, учитывает форму отверстия (ц = 0,7... 0,9), в расчетах принимается и = 0,8;

Р_г - давление Газа в газопроводе, Па;

V,. - удельный объем транспортируемого газа при парамет­рах в газопроводе (определяется по формуле 2.81):

(2.81)

где: Т - температура транспортируемого газа. К;

R-o - удельная газовая постоянная, определяемая по дан­ным долевого состава газа qK и молярным массам компонентов смеси из соотношения:

(2.82)

где: 8314 - универсальная газовая постоянная, Дж/(кмолыК); тк - молярная масса компонентов, кг/к моль; п - число компонентов.

В зоне действия детонационной волны давление принимается равным 1,7 МПа. Давление во фронте воздушной ударной вол­ны на различном расстоянии от газопровода определяется с ис­пользованием данных табл. 2.18.

При прогнозировании последствий случившейся аварии на га» зопроводе зону детонации и зону действия воздушной ударной волны принимают с учетом направления ветра. При этом счита­ют, что граница зоны детонации распространяется от трубопро­вода по направлению ветра на расстояние 2г0 (рис. 2.11). В слу­чае заблаговременного прогнозирования, зона детонации определяется в виде полос вдоль всего трубопровода шириной 2г0, расположенных с каждой из его сторон. Это связано с тем, что облако взрывоопасной смеси может распространяться в лю­бую сторону от трубопровода в зависимости от направления вет­ра. За пределами зоны детонации, по обе стороны от трубопро­вода находятся зоны действия воздушной ударной волны. На плане местности эти зоны также имеют вид полосовых участков вдоль трубопровода,

Рис. 2.11. Расчетная схема к определению давлений при аварии на газопроводе:

ДРл- давление в зоне детонации; ДРф - давление во фронте воздушной

ударной волны; г0-радиусзоны детонации; г- расстояниеотрасчетного

центра взрыва; 0 - цетр взрыва;

1 - зона детонации; 2 - зона воздушной ударной водны (г>г0))

При разработке разделов плана инженерно-технических мероп­риятий гб и ЧС на картах (схемах) местности вдоль магистраль­ных нефте- и газопроводов наносятся зоны возможных сильных разрушений, границы которых определяются величиной избыточ­ного давления 50 кПа.

При проведении оперативных расчетов следует учитывать, что в зависимости от класса магистрального трубопровода, рабочее давление газа Рг может составлять: для газопроводов высокого давления - 2,5 МПа; среднего давления - от 1,2 до 2,5 МПа; низ­кого давления - до 1,2 МПа. Диаметр газопровода может быть от 150 до 1420 мм.

Температура транспортируемого газа может быть принята в расчетах t=40°C. Состав обычного газа, при отсутствии дан­ных, может быть принят в соотношении: метан (СН4) - 90%; этан (С->Н6) - 4%; пропан (С3Щ - 2%; Н-бутан (С4Н10) - 2%; изопентан -(С"5Н|2)-2%.

Пример расчета радиуса зоны детонации г0

Исходные данные:

Расчет:

2.2.5АВЗРЫВ КОНДЕНСИРОВАННЫХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ

Параметры взрыва конденсированных взрывчатых веществ (ВВ) определяются в зависимости от вида ВВ, эффективной мас­сы, характера подстилающей поверхности и расстояния до цент­ра взрыва. Расчет проводят в два этапа. Вначале определяют приведенный радиус R, для рассматриваемых расстояний, а за­тем избыточное давление

Приведенный радиус зоны взрыва R может быть определен по фор­муле:

где: г - расстояние до центра взрыва ВВ, м;

- коэффициент, учитывающий характер подстилающей поверхности, принимаемый равным;

для металла - 1;

для бетона - 0,95;

для грунта и дерева - 0,6 - 0,8;

Q - масса ВВ, кг.

Кэфф - коэффициент приведения рассматриваемого вида ВВ к тротилу, принимаемый по приведенной ниже таблице.

Значения коэффициента K_эфф

Вид ВВ	Тротил	Тритонол	Гексоген	ТЭН	Аммонол	Порох	ТНРС	Тетрил
Кэфф		1,53	1,3	1,39	0,99	0,66	0,39	1,15

В зависимости от величины приведенного радиуса избыточ­на давление может быть определено по одной из следующих формул:

(2.83) (2.84)

Расчеты можно проводить также, по графику (рис.2.12), построенному с использованием этих формул.

2.2.5.5. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ОБСТАНОВКИ ПРИ АВАРИЯХ СО ВЗРЫВОМ НА ПОЖАРОВЗРЫВООПАСНЫХ ОБЪЕКТАХ

Зоны разрушений при авариях со взрывом на пожароопасных объектах можно определить по рекомендациям п.п. 2.2.5.1 - 2.2.5.4. установку в зоне принято оценивать показателями, которые могут быть разделены на две группы:

- показатели, непосредственно характеризующие инженерную обстановку;

- показатели, определяющие объем аварийно-спасательных работ жизнеобеспечения населения.

Для прогнозирования обстановки на пожаровзрывоопасных объектов (рекомендуется на план объекта нанести зоны с радиусами, соответственно равными = 100; 50; 30; 20; 10 кПа.

При оперативном прогнозировании можно выделить четыре зоны

рушений:

- полных разрушений ( > 50 кПа);

- сильных разрушений (30 < < 50 кПа);

- средних разрушений (20 < < 30 кПа);

- слабых разрушений (10 < < 20 кПа).

Пример: Определить значение на расстоянии г =20 м при взрыве тротила Q= 100 кг.

На пересечении вертикальной линии:20 м с горизонтальной Q=100 кг получим точку В, соответствующую = 0,4 кгс/см²

Рис. 2.12. Изменение значений АР. (кгс/см2) при взрыве в зависимости от массы ВВ Q (т) и расстояния г (м)

ПОКАЗАТЕЛИ ИНЖЕНЕРНОЙ ОБСТАН0ВКИ

К основным показателям инженерной обстановки относят

- количество зданий, получивших полные, сильные средние и слабые разрушения;

- объем завала;

- количество участков, требующих укрепления (обрушения) поврежденных или разрушенных конструкций;

- количество аварий на коммунально-энергетических сетях

- протяженность заваленных проездов.

Кроме основных показателей, при оценке инженерной обстановки могут определяться вспомогательные показатели, к которым
вносятся:

- дальность разлета обломков от контура здания;

- высота завала;

- максимальный вес обломков;

- максимальный размер обломков.

Рассмотрим порядок определения показателей, характеризующих инженерную обстановку. Для чрезвычайных ситуаций, вызванных взрывами, при оперативном прогнозировании обстановки принято рассматривать четыре степени разрушения зданий - сла­бые, средние, сильные и полные (табл. 2.21).

Таблица 2.21

Характеристика степеней разрушения зданий

Степени
разруше­ния	Характеристика разрушения
Слабые	Частичное разрушение внутренних перегородок, кровли, дверных и окон-
	ных коробок, легких построек и лр. Основные несущие конструкции со-
	храняются.
	Для полного восстановления требуется капитальный ремонт.
Средние	Разрушение.меньшей части несущих конструкций. Большая часть несущих
	конструкций сохраняется и лишь частично деформируется. Может сохра-
	няться часть ограждающих конструкций - стен, однако при этом второсте-
	пенные и несущие конструкции могут быть частично разрушены.
	Здание выводится из строя, но может быть восстановлено.
| Сильные	Разрушение большей части несущих конструкций. При этом могут сохра-
	няться наиболее прочные элементы здания, каркасы, ядра жесткости, час-
	тично стены и перекрытия нижних этажей. При сильном разрушении обра-
	зуется завал.
	Восстановление возможно с использованием сохранившихся частей и кон-
	структивных элементов. В большинстве случаев восстановление нецелесо-
	образно.
Полные	Полное обрушение здания, от которого могут сохраниться только повреж-
	денные (или неповрежденные) подвалы и незначительная часть прочных
	элементов. При полном разрушении образуется завал.
	Здание восстановлению не Подлежит.

Количество зданий, получивших полные, сильные, средние и сла­бые разрушения определяют путем сопоставления давлений, ха­рактеризующих прочность зданий, и давлений, характеризующих воздействие взрыва.

В таблице 2.22 приведены интервалы давлений, вызывающих ту или иную степень разрушения жилых, общественных и произ­водственных зданий при взрывах ВВ и горючих смесей. Данные, приведенные в таблице, представляют аппроксимацию законов определенных степеней разрушения зданий в виде ступенчатой функции.

Таблица 2.22

Степени разрушения зданий от избыточного давления при взрывах горючих смесей

	Степени разрушения и избыточные
Типы зданий		давления. кПа
слабые	средние	сильные	полные
Кирпичные и каменные:
малоэтажные	авг.20	20-35	35 - 50	50 - 70
многоэтажные	авг.15	15-30	30-45	45-60
Железобетонные крупнопанельные:
, малоэтажные	окт.30	30-45	45-70	70-90
многоэтажные	авг.25	25 - 40	40 - 60	60-80
Железобетонные монолитные:
многоэтажные	25 - 50	50- 115	115- 180	180-250
новы. ности	25-45	45 - 105	105-170	170-215
Железобетонные крупнопанельные
с железобетонным и металлическим карка-
сом и крановым о. • лнисм грузоподъ-
емностью, в тоннах:
до 50	май.30	30 - 45	45 - 75	75- 120
от 50 до 100	15-45	45-60	60 - 90	90-135
Здания со стенами типа «Сэндвич» и кра-	окт.30	30 - 50	50-65	65- 105
новым оборудованием грузоподъемностью
до 20 тонн
Складские помещения с металлическим	05.окт	окт.20	20-35	35 - 45
каркасом и стенами из листового металла

Взрывы на объектах, содержащих менее 10 тонн горючих га­зов, воздействуют на ограниченной площади.

При этом, в большинстве случаев, здания полностью не раз­рушаются. К таким случаям относятся также взрывы в отдель­ных помещениях больших зданий. Оценку характера разруше­ния зданий в этом случае можно провести в следующей последовательности:

1. Определить расстояние от предполагаемого места взры­ва до основных несущих и ограждающих элементов здания.

2. Вычислить границы зоны r₀ детонационной волны.

3. Определить значение избыточного давления в местах замещения элементов конструкций.

4. Если > | |, то элемент считается вышедшим из строя. Значения | | определяются по таблице 2.23.

Таблица 2.23

| |	Разрушаемые элементы здания
0,5-3.0	Частичное разрушение остекления
3,0 - 7,0	Полное разрушение остекления
	Перегородки, оконные и дверные рамы
	Перекрытия
	Кирпичные и блочные стены
	Металлические колонны
	Железобетонные колонны

Предельные значения давлений | АРф |, вызывающих различные степени разрушении отдельных конструктивных элементов зданий

О степени разрушения здания в целом судят по характеру разрушения отдельных его элементов, используя известные описания степеней разрушения здания или таблицы (приведенные в справочной литературе) по прочности зданий к воздействию воздушной ударной волны ядерного взрыва. В этом случае значения, вызывающие различные степени разрушения зданий, увеличивают в n 1,7 раза.

Объем завала полностью разрушенного здания определяют по формуле:

(2.85)

где: А, В, Н - длина, ширина и высота здания, м;

- объем завала на 100 м строительного объема здания, снимаемый:

для промышленных зданий - = 20 м³;

для жилых зданий - = 40 м

Объем завала здания, получившего сильную степень разрушения, принимают равным половине от объема завала полностью разрушенного здания.

Количество участков, требующих укрепления (обрушения) поврежденных или разрушенных конструкций, принимают из рассчета один участок на здание, получившее сильное разрушение.

Количество аварий на коммунально-энергетических сетях (КЭС) принимают равным числу разрушенных вводов коммуникации в здание (электро-, газо-, тепло- и водоснабжения) Кроме того, проверяется возможность разрушения головных элементов коммуникаций и линий снабжения. Ввод коммуникации считается разрушенным, если здание получило полную или сильную степень разрушения. При отсутствии исходных данных можно принять, что каждое здание имеет четыре ввода коммуникации.

Протяженность заваленных проездов оценивается с учетом ширины улиц и дальности разлета обломков. При отсутствии дан­ных ширина улиц принимается равной:

30 м - для магистральных улиц;

18 м - районных улиц;

10 - 12 м- проездов и переулков.

Дальность разлета обломков разрушенных зданий определя­ется для оценки заваливаемости подъездов. Дальность разлета обломков принимают равным половине высоты здания.

Высота завала вычисляется для выбора способа проведения спа­сательных работ. Расчеты высоты завала проводят по формуле:

где: II - высота здания, м.

Максимальный вес и размер обломков, определяющих грузо­подъемность и вылет стрелы кранов может быть принят в соот­ветствии с табл. 2.24.

Таблица 2.24

Максимальный вес и размеры обломков зданий

Тип здания	Пролет здания, м	Максимальный вес, т	Максимальный размер, м
Производственное одноэтажноелегкого типа			Колонны до 7,2 г
среднего типа			Колонны до 10,8 т
тяжелого типа			Колонны до 18 т
Производственное многоэтажное	6,-9		Колонны до 14,8 т
Жилое		2,5	Колонны до 8 т Плиты - 6

К основным показателям, влияющим на объемы поисково-спасательных работ и жизнеобеспечение населения, относятся:

- общая численность пострадавших людей;

- число пострадавших, оказавшихся в завале;

- число людей, оказавшихся без крова (для жилых районов);

- потребность во временном жилье;

- пожарная обстановка в зоне разрушений;

- радиационная и химическая обстановка в районе аварии. Кратко рассмотрим рекомендации по прогнозированию этих показателей.

При взрывах на объектах люди поражаются непосредственно воздушной ударной волной, осколками остекления и обломками зданий, получивших полные и сильные разрушения, значитель­ная часть людей может оказаться в завалах.

На основании анализа случившихся аварий основным факто­ром, определяющим потери, является степень повреждения зда­ний. Принимается, что:

- в полностью разрушенных зданиях поражают получают 100% находящихся в них людей, при этом полагают, что все постра­давшие находятся в завалах;

- в сильно разрушенных зданиях поражения получают до 60% находящихся в них людей, при этом считают, что 50% из их чис­ла может оказаться в завале, остальные поражаются обломками, стеклами и избыточным давлением в воздушной ударной волне;

- в зданиях, получивших средние разрушения, может постра­дать до 10-15 % находящихся в них людей.

Тогда максимальное количество людей, получивших пораже­ние в зданиях, составит;

(2.86)

где: , , , - количество людей, находящихся в зданиях, получивших соответственно полные, сильные и средние разрушения.