Общая характеристика задач оценки

Для принятия решений по защите от воздействия воздушной ударной волны (ВУВ) взрыва на здания, сооружения, технику или на людей, а также для выработки мер взрывобезопасности необходимы данные, характеризующие взрывы, которые могут происходить во время военных действий, в производственной сфере и в быту. Наиболее достоверные сведения о взрыве можно получить путем проведения эксперимента. Однако, такой подход не всегда применим. Поэтому наиболее распространены расчетные методы, позволяющие определять значения параметров, характеризующих взрывы. В ходе расчетов используются следующие показатели:

вид и количество взрывчатого вещества (ВВ);

условия взрыва;

расстояние от места взрыва до места оценки его последствий;

параметры ударной волны;

степень повреждения (разрушения) зданий, сооружений, техники или степень поражения людей.

Для проведения расчетов разработано и представлено в технической литературе значительное количество функциональных зависимостей, которые связывают между собой эти показатели. Конкретный вид расчетных соотношений, выражающих эти функциональные зависимости, определяется условиями взрыва, к которым относятся: тип ВВ (конденсированное ВВ, газовоздушные смеси, пылевоздушные смеси и др.), место взрыва (воздушный, наземный или заглубленный взрыв), наличие преград, отражающих ударную волну и другие условия.

Разные авторы предлагают разные виды функциональных зависимостей для определения одних и тех же показателей, позволяющие получить либо большую точность, либо простоту, либо какие-нибудь другие преимущества при проведении расчетов. Поэтому при выборе того или иного соотношения для проведения расчетов следует особое внимание обращать на систему ограничений, определяющих возможность его использования.

Вся совокупность задач по проведению расчетов может быть разделена на две группы: задачи прогнозирования последствий взрыва по заданному количеству ВВ и задачи определения количества ВВ по заданным последствиям взрыва.

Задачи прогнозирования соответствуют ситуации, когда взрыва еще не было, т.е. требуется рассчитать показатели, характеризующие будущий взрыв. В таких задачах в качестве исходных данных обычно используются сведения о количестве ВВ и об условиях взрыва. При этом в результате расчетов должны быть получены значения параметров ударной волны (или других поражающих факторов) на заданном расстоянии от места взрыва (прямая задача), или определено расстояние от места взрыва, на котором параметры ударной волны будут иметь заданное значение (обратная задача).

Задачи определения исходных характеристик ВВ по результатам взрыва обычно приходится решать при расследовании и анализе причин аварийных взрывов. В этих задачах известны условия взрыва, место взрыва и степень разрушений по мере удаления от его эпицентра. В результате решения должно быть определено количество взорвавшегося вещества. Для расчетов в этих задачах используются те же функциональные зависимости между степенью повреждения, количеством ВВ и расстоянием от места взрыва, что и при решении задач прогнозирования.

Настоящий курс лекций не предусматривает подробного рассмотрения всего многообразия вариантов проведения расчетов для различных условий взрыва и поражающих факторов. Далее будут рассматриваться только приближенные методы проведения расчетов, связанные с наиболее распространенными типами взрывов конденсированных ВВ и ГВС в открытом, не замкнутом пространстве. Из числа поражающих факторов взрыва будет рассматриваться только воздушная ударная волна.

Расчетные соотношения, используемые при решении задач.

Тротиловый эквивалент массы ВВ.

Количество взрывчатого вещества или его массу М BB при проведении расчетов выражают через тротиловый эквивалент М Т. Тротиловый эквивалент представляет собой массу тротила, при взрыве которой выделяется столько же энергии, сколько выделится при взрыве заданного количества конкретного ВВ. Значение тротилового эквивалента определяется по соотношению:

(1)

\[М_{Т}=kM_{ВВ}\]

где:
M BB — масса взрывчатого вещества;

k — коэффициент приведения взрывчатого вещества к тротилу1 (см. Таблицу 1).

Таблица 1. Значения коэффициента k приведения взрывчатого вещества к тротилу

Выражение (1) составлено для взрыва, при котором ударная волна распространяется во все стороны от точки взрыва беспрепятственно, т.е. в виде сферы. Очень часто на практике взрыв происходит на некоторой поверхности, например, на земле. При этом ударная волна распространяется в воздухе в виде полусферы.

Для взрывов на абсолютно твердой поверхности вся выделившаяся при взрыве энергия распространяется в пределах полусферы и, следовательно, значение массы взрывающегося вещества как бы удваивается (в определенных случаях можно говорить о сложении прямой и отраженной волны).

Для взрыва на не абсолютно твердой поверхности, например, на грунте, часть энергии расходуется на образование воронки. Учет этого расхода выполняется с помощью коэффициента ƞ, значения которого приведены в Таблице 2. Чем меньше подстилающая поверхность позволяет затрачивать энергию на образование воронки, тем ближе значение коэффициента ƞ к 1. Другой предельный случай соответствует ситуации, когда подстилающая поверхность беспрепятственно пропускает энергию взрыва, например, при взрыве в воздухе. В этом случае значение коэффициента равно 0.5.

С учетом изложенного значение MT в общем случае определяется по формуле:

(2)

\[М_{Т}=2ƞkM_{ВВ}\]

Выражение (2) для взрыва в воздухе, то есть при ƞ = 0.5, принимает вид (1).

Таблица 2. Значения коэффициента ƞ, учитывающего характер подстилающей поверхности

Закон подобия при взрывах

Расчеты параметров ударной волны основываются на использовании соотношения, связывающего параметры взрывов разной мощности. Таким соотношением является закон подобия кубического корня . Согласно этому закону значения параметров ударной волны для взрыва некоторой мощности можно пересчитать для взрывов других мощностей, пользуясь выражениями закона подобия:

(3)

\ \[τ_{2}=τ_{1}\sqrt{\frac{M_{T2}}{M_{T1}}}\]

где: R 2 ,R 1 — расстояния от центров двух взрывов до некоторых точек 1 и 2, в которых параметры ударной волны этих взрывов равны между собой;

M T2 , M T1 — массы зарядов (точнее: эквиваленты масс, приведенные к некоторому эталону, в нашем случае к тротилу);

τ 2 , τ 1 — время с момента взрыва до прихода ударной волны в эти точки.

Выражение (3) можно представить в виде:

(4)

\[\frac{R_{2}}{\sqrt{{M_{T2}}}}=\frac{R_{1}}{\sqrt{{M_{T1}}}}=\frac{R}{\sqrt{{M_{T}}}}=\overline{R}\]

Величина R называется приведенным радиусом взрыва и широко используется в различных расчетных соотношениях для определения параметров ударной волны взрыва.

Оценка параметров ударной волны при взрыве конденсированных ВВ

Избыточное давление ΔP для свободно распространяющейся сферической воздушной ударной волны убывает по мере удаления от места взрыва. Поэтому расчет его значений обычно проводится на основании соотношений, в которых давление является функцией двух аргументов — массы ВВ и расстояния от места взрыва.

Сложность разработки и последующего использования таких аналитических выражений определяется следующим обстоятельством. Скорость спада значения ΔP по мере удаления от места взрыва изменяется за счет влияния на ударную волну среды, в которой она распространяется. Чем больше расстояние от места взрыва, тем сильнее искажается характер изменения давления во фронте ударной волны. Для двух ударных волн, которые при одинаковых условиях распространения в некоторый момент времени имели одно и тоже значение ΔP, в последующие моменты значения ΔP будут отличаться, если предыстория распространения этих волн была разной. Следовательно, расчетные соотношения для определения значений ΔP в эти последующие моменты также должны быть разными.

По изложенным причинам в технической литературе представлен достаточно широкий спектр расчетных соотношений для определения значений ΔP, каждое из которых имеет свою сферу применения и назначение. Например, для воздушного взрыва, для наземного взрыва, для малых расстояний от места взрыва, для значительных расстояний от места взрыва, для относительно небольших зарядов ВВ, для крупных зарядов ВВ и т.д.

При дальнейшем изложении в материалах курса будет использоваться одно базовое соотношение:

(5)

\[ΔP_{Ф}=\frac{84}{\overline{R}}+\frac{270}{{\overline{R}^{2}}}+\frac{700}{{\overline{R}^{3}}},(кПа),\]

где R определяется из (2), (4).

Это соотношение известно в технической литературе под названием «формула М. А. Садовского » и широко используется при проведении практических расчетов как для наземных, так и для воздушных взрывов.

При необходимости решать обратную задачу, т.е. определять расстояние от места взрыва по заданному значению ΔP Ф, можно либо решать уравнение третьей степени (5) относительно R , либо воспользоваться соотношением:

(6)

\[\overline{R}=\sqrt{^{2}-1}\]

Формула (6) дает хорошее совпадение с результатами точного решения уравнения (5). Для значений R в интервале от 2 до 12 ошибка не превышает 10 %. При этом расхождение тем больше, чем больше ΔP Ф.

Удельный импульс I определяется по соотношению

(7)

где ΔP(t) — функция, характеризующая изменение избыточного давления во фронте ударной волны за период времени от 0 до τ + .

Кроме приведенных соотношений в технической литературе имеются соотношения для расчета значений и других параметров ударной волны: максимального давления разряжения, длительности фазы разряжения, скорости распространения ударной волны, давления скоростного напора, температуры во фронте ударной волны и др., однако в данном курсе эти соотношения не рассматриваются.

Пример 1

Прямая постановка задачи

Определить избыточное давление, которое будет испытывать прибор, установленный на расстоянии 10 м от места взрыва 1кг гексогена во взрывном устройстве, размещенном на грунте.

2. Определение R :

\[\overline{R}=\frac{R}{\sqrt{M_{T}}}=\frac{10}{\sqrt{1,56}}=8,62\]

3. Определение ΔP Ф:

\[ΔP_{Ф}=\frac{84}{\overline{R}}+\frac{270}{{\overline{R}^{2}}}+\frac{700}{{\overline{R}^{3}}}=\frac{84}{8,62}+\frac{270}{{8,62^{2}}}+\frac{700}{{8,62^{3}}}=14,5 кПа\]

Обратная постановка задачи

Определить максимальное расстояние, на котором допускается установить прибор, выдерживающий давление 14,5 кПа, от места взрыва 1 кг гексогена во взрывном устройстве, размещенном на грунте.

1. Определение R :

\[\overline{R}=\sqrt{^{2}-1}=\sqrt{^{2}-1}=8,37\]

2. Определение тротилового эквивалента:

\[М_{Т}=2ƞkM_{ВВ}=2\cdot0,6\cdot1,3\cdot1=1,56 кг\]

3. Определение R:

Оценка параметров ударной волны при взрыве газовоздушных смесей

Параметры ударной волны на расстояниях R < r o

При взрывах газовоздушных смесей параметры внутри газового облака могут изменяться в очень широких пределах в зависимости от условий взрыва, концентрации горючей компоненты и характера взрывного горения, которые при прогнозировании взрывов, особенно на открытом воздухе, учесть практически невозможно. Поэтому обычно расчеты проводят для худшего случая, при котором разрушительные последствия взрыва наибольшие.

Таким наихудшим случаем является детонационное горение смеси стехиометрического состава. Скорость распространения процесса детонационного горения внутри облака очень велика и превышает скорость звука. Давление внутри облака за время взрыва вообще говоря не постоянно. Однако для проведения приближенной оценки параметров взрыва можно условно принять, что облако имеет форму полусферы с центром на поверхности земли, взрыв ГВС происходит мгновенно и давление в процессе взрыва одинаково и постоянно во всех точках, находящихся внутри облака.

Для большинства углеродоводородосодержащих газовых смесей стехиометрического состава можно принять, что давление внутри газового облака составляет 1700 кПа. Для проведения более точных расчетов в технической литературе приводятся расчетные соотношения, позволяющие рассчитать скорость детонационного горения, время полной детонации облака, давление в детонационной волне и др.

Параметры ударной волны на расстояниях R > r o

Формулы для определения значений параметров ударной волны на расстояниях, превышающих радиус полусферы газового облака в окружающем воздухе, получены путем аппроксимации численного решения задачи о детонации пропановоздушной смеси, выполненной Б. Е. Гельфандом. Решение получено интегрированием системы нестационарных уравнений газовой динамики в сферических координатах в переменных Лагранжа и позволяет получать результаты удовлетворительно согласующиеся с экспериментальными данными для горючих смесей различных углеводородов с воздухом.

Максимальное избыточное давление во фронте ударной волны (кПа):

(8)

\[ΔP_{Ф}=P_{0}\cdot \overline{P};\]

(9)

\[\lg\overline{P}=0,65-2,18\lg\overline{R}+0,52(\lg\overline{R})^{2};\] \[\overline{R}=\frac{R}{\sqrt{M_{T}}},\]

где: MТ — тротиловый эквивалент наземного взрыва полусферического облака ГВС (кг);

P 0 — атмосферное давление, равное 100 кПа.

Удельный импульс (Па ⋅ с):

(10)

(11)

Тротиловый эквивалент (кг) определяется из соотношения (2), в котором k=Q/QТ и ƞ=1, т.е. в предположении, что энергия взрыва полусферического облака полностью отражена поверхностью, над которой это облако образовалось. С учетом изложенного:

(12)

где: M В — масса вещества, взрывающегося в составе облака ГВС (кг);

Q — теплота, выделяющаяся при сгорании данного вещества (кДж/кг);

QТ — теплота взрыва тротила (4520 кДж/кг).

Q представляет собой табличную величину (таблица 3), которая показывает количество энергии, выделяющейся при взрыве (сгорании) единицы массы данного вещества.

Значение M В определяется соотношением

(13)

где: M Хр — масса вещества, находившегося в хранилище до аварии (до взрыва);

δ — коэффициент, зависящий от способа хранения вещества, показывающий долю вещества, переходящую при аварии в газ:

δ=1 — для газов при атмосферном давлении,

δ=0,5 — для сжиженных газов, хранящихся под давлением,

δ=0,1 — для сжиженных газов, хранящихся изотермически,

δ=0,02–0,07 — для растекшихся ЛВЖ;

Объем газового облака V 0 и размер полусферы газового облака r 0 зависят от количества исходного вещества, находившегося в хранилище до аварии, и способа его хранения. Определение этих параметров может быть выполнено по формулам:

(14)

\ \

где: V a — объем киломоля идеального газа (постоянная Авогадро: V a =22,4 м³/кмоль);

μ — молярная масса хранящегося вещества (кг/кмоль);

C стх — стехиометрическая объемная концентрация (в абсолютных долях).

Приближенно для наиболее часто используемых углеводородов можно пользоваться при расчетах формулой:

где: M Хр — количество вещества, находившегося в хранилище до аварии (взрыва) в т;

0.6 — коэффициент, учитывающий способ хранения.

Значения параметров, характеризующих некоторые вещества, приведены в таблице 3.

Таблица 3. Значения параметров, характеризующих некоторые вещества и их смеси с воздухом

Пример 2

Определить с помощью расчета по формулам избыточное давление и удельный импульс во фронте ВУВ на расстоянии 100 м от емкости, в которой находится 10 т. пропана, хранящегося в жидком виде под давлением, при ее разгерметизации и взрыве образовавшейся ГВС.

1. Определение массы пропана в составе ГВС

2. Определение тротилового эквивалента

3. Определение приведенного радиуса взрыва

4. Определение избыточного давления во фронте ударной волны

\[\lg\overline{P}=0,65-2,18\lg\overline{R}+0,52(\lg\overline{R})^{2}=0,65-2,18\cdot\lg2,14+0,52\cdot(\lg2,14)^{2}=-0,0135,\]

\[\overline{P}=10^{0,0135}=0,97,\]

следовательно

\[ΔP_{Ф}=P_{0}\cdot \overline{P}=100\cdot0,97=97 кПа\]

5. Определение значения удельного импульса ударной волны

\[\overline{I}=10^{1,84}=69,2,\] \

Приближенная оценка параметров взрывной волны за пределами облака может быть проведена по таблице 4, в которой представлены значения избыточного давления ΔP Ф и эффективного времени действия фазы сжатия θ, заранее рассчитанные для различных значений R/r 0 . Значения параметров, указанных в таблице, получены исходя из давления внутри газового облака 1700 кПа.

Таблица 4. Значения максимального избыточного давления и эффективного времени действия ударной волны при взрыве ГВС

R/r 0	0–1	1.01	1.04	1.08	1.13	1.2	1.4	1.8
ΔP Ф, кПа	1700	1232	814	568	500	400	300	200
10 3 θ/r 0 , с/м	0.37	0.53	0.74	0.97	1.00	1.07	1.10	1.25

R/r0	2.7	3	4	5	6	8	12	15	40
ΔP Ф, кПа	100	80	50	40	30	20	10	7.8	2.5
10 3 θ/r 0 , с/м	1.7	1.78	2.18	2.30	2.59	3.02	3.53	3.76	4.39

Пример 3

Определить приближенным методом, по таблице избыточное давление во фронте ВУВ на расстоянии 100 м от емкости, в которой находится 55 т пропана, хранящегося в жидком виде под давлением, при ее разгерметизации и взрыве образовавшейся ГВС.

1. Определение r 0

2. Определение R/r 0 = 100/31 = 3,2

3. По таблице 4 находим, что ΔP Ф = 80 кПа (с учетом интерполяции 74 кПа).

Оценка степени повреждения зданий в условиях городской застройки

При взрывах в условиях городской застройки характер распространения ударной волны существенно изменяется из-за ее многократного отражения и экранирования стенами зданий. По этим же причинам обычно используемые для расчета значений ΔP формулы, в том числе и рассмотренные выше, неприменимы.

Для оценки степени повреждения или разрушения зданий в городе широко используется формула, полученная в Великобритании по результатам анализа последствий бомбардировок во время второй мировой войны:

(15)

где: R — расстояние от места взрыва в метрах;

M T — тротиловый эквивалент заряда в килограммах;

K — коэффициент, соответствующий различным степеням разрушения:

К<5.6 — полное разрушение зданий;

К=5.6–9.6 — сильные разрушения здания (здание подлежит сносу);

К=9.6–28 — средние разрушения (возможно восстановление здания);

К=28–56 — разрушение внутренних перегородок, дверных и оконных проемов;

К=56 — разрушение 90% остекления.

Пример 4

Определить для условий городской застройки расстояние, начиная с которого здания получат сильные разрушения при взрыве боеприпаса, начиненного 500 кг гексогена.

1. Определение тротилового эквивалента:

\[М_{Т}=kM_{ВВ}=1,3\cdot500=650 кг\]

2. Определение искомого расстояния:

Оценка степени повреждения отдельно стоящих зданий

Под воздействием ударной волны здания и сооружения ведут себя как упругие колебательные системы. Расчетная оценка такого воздействия требует решения достаточно сложных динамических задач, связанных с описанием поведения упругих конструктивных элементов зданий и сооружений под воздействием ударных нагрузок, определяемых изменяющимися во времени и пространстве параметрами ударной волны. Возникающие в конструктивных элементах нагрузки зависят от параметров волны, характеристик объекта, его размеров и ориентации относительно фронта волны.

Наиболее точную оценку последствий воздействия ударной волны на конкретный объект позволяет получить эксперимент, проводимый на его макете с соблюдением правил подобия. Однако применение экспериментальных методов оценки далеко не всегда возможно.

Накопленный опыт исследования объектов, подвергавшихся воздействию взрывов, и результатов экспериментов с макетами выявил ряд закономерностей, позволяющих упрощенными методами оценивать возможные ожидаемые последствия воздействия взрывов на здания и сооружения. Ниже будут рассмотрены два метода: по допустимому давлению при взрыве и по диаграмме разрушения объекта.

По допустимому давлению при взрыве

Избыточные давления, при которых наступают различные степени разрушений одного из возможных типов зданий, приведены в Таблице 5. При использовании таблицы следует иметь ввиду, что она соответствует ударной волне ядерного взрыва, т.е. учитывает воздействие на объект только избыточного давления и не учитывает поражающее действие импульса. Для других видов взрывов, например для взрывов конденсированных ВВ или ГВС, значения давлений, приведенных в таблице, должны быть увеличены в 1.5 раза и более в зависимости от мощности взрыва и после этого сопоставлены со значениями избыточного давления. рассчитанными по формуле (5). При использовании таблицы следует иметь ввиду, что результат оценки будет приблизительным, поскольку не учитывается действие импульса.

Таблица 5. Действие ΔP Ф на объекты и людей

Объект воздействия	Степень воздействия	ΔP Ф
Кирпичное здание производственного типа	Полное разрушение	> 70 кПа
	Сильные разрушения	33–70 кПа
	Средние разрушения	25–33 кПа
	Слабые разрушения	12–25 кПа
Остекление	Разрушение на 90 %	5 — 10 кПа
	на 50 %	2 — 5 кПа
	на 5 %	1 — 2 кПа
Люди	Крайне тяжелое поражение	> 100 кПа
	Тяжелое поражение	60–100 кПа
	Среднее поражение	40–60 кПа
	Легкие поражения	20–40 кПа

В таблице в качестве примера приведены данные только для одного типа здания. В справочной литературе имеются аналогичные сведения для большого числа различных зданий и сооружений. В таблице также приведены данные, позволяющие оценить степень поражения людей действием давления ударной волны.

Пример 5

Определить по таблице степень разрушения кирпичного здания при взрыве на расстоянии 10м от него на грунте заряда гексогена массой 10 кг.

1. Определение тротилового эквивалента:

2. Определение R

3. Определение ΔP Ф:

4. Увеличивая табличные значения давлний или уменьшая рассчитанное значение ΔP Ф в 1.5 раза по таблице 5 определяем, что здание получит средние разрушения.

По диаграмме разрушений

Более точная оценка может быть получена на основе использования диаграмм, в которых результат воздействия ударной волны зависит от давления и импульса. Каждому конкретному объекту соответствует своя диаграмма степени разрушений, типичная форма которой приведена на рисунке 1.

Как следует из диаграммы, лишь небольшая зона А характеризуется зависимостью степени разрушений как от давления, так и от импульса. Остальная часть плоскости соответствует прямым ΔP=const (зона В), где влияние импульса мало, и прямым I=const (зона С), где не ощущается влияния давления.

Недостаток такого подхода к оценке степени разрушения зданий состоит в том, что составление диаграммы для конкретного объекта представляет собой достаточно сложную задачу.

Пример 6

Определить по диаграмме степень разрушения кирпичного здания, если на расстоянии 10 м от него произойдет взрыв 10 кг гексогена на грунте.

1. Определение тротилового эквивалента:

\[М_{Т}=2ƞkM_{ВВ}=2\cdot0,6\cdot1,3\cdot10=1,56 кг\]

2. Определение R

\[\overline{R}=\frac{R}{\sqrt{M_{T}}}=\frac{10}{\sqrt{15,6}}=4\]

3. Определение ΔP Ф:

\[ΔP_{Ф}=\frac{84}{\overline{R}}+\frac{270}{{\overline{R}^{2}}}+\frac{700}{{\overline{R}^{3}}}=\frac{84}{4}+\frac{270}{{4^{2}}}+\frac{700}{{4^{3}}}=48,8 кПа\]

4. Определение значения удельного импульса:

5. По диаграмме разрушений кирпичных зданий определяем, что здание получит средние разрушения.

Рисунок 1. Диаграмма разрушения кирпичных зданий.

Определение безопасных расстояний при взрывах

Безопасными расстояниями для людей при взрывах считаются такие расстояния, при которых человек не получает травм. При прямом воздействии воздушной ударной волны на человека границей опасной зоны является расстояние от центра взрыва до условной линии (радиус окружности), где давление фронта ударной волны ΔP Ф не превышает 10 кПа.

В Российской Федерации установлены единые правила определения безопасных расстояний обязательные к соблюдению всеми организациями, выполняющими взрывные работы. За основу проведения расчета минимально возможного безопасного расстояния в этих правилах принята формула:

(16)

где: R > R без — безопасное расстояние в метрах;

M T — тротиловый эквивалент взрывчатого вещества в килограммах;

К — коэффициент, зависящий от условий взрыва.

Значения коэффициента К при размещении людей без укрытий устанавливаются в диапазоне от 30 до 45 для разных типов взрывов. В исключительных случаях, когда требуется максимально возможное приближение персонала к месту взрыва, R без может быть определено при коэффициенте 15, а например при укрытии людей в блиндажах К составляет 9,3.

Единые правила определения безопасных расстояний предусматривают правила расчета этих расстояний не только для человека, но и для зданий (сооружений), и для различных видов взрывов.

Пример 7

Определить безопасное расстояние для размещения людей в блиндаже при взрыве 50 кг аммонала.

1. Определение тротилового эквивалента:

\[М_{Т}=ƞkM_{ВВ}=0,99\cdot50=49,5 кг\]

2. Определение безопасного расстояния:

Материалы факультета военного обучения (МГТУ им. H. Э. Баумана)

Пример №1

Взрыв шарового газгольдера сжатого воздуха объемом V = 600 м3 произошел вследствие превышения регламентированного давления. Аппарат рассчитан для работы под давлением Р = 0,8 МПа. Взрыв произошел при давлении Р = 2,3 МПа. Плотность газа при нормальном давлении с = 1,22 кг/м3, показатель адиабаты г = 1,4. Оценить последствия взрыва сжатого воздуха в шаровом газгольдере (определить радиусы зон различной степени поражения УВВ зданий, сооружений и человека) и определить вероятность поражения человека на расстоянии R = 50 м.

Определяется перепад давлений, преобразовав формулу (3):

ДР = 2,3 - 0,1 = 2,2 МПа

Рассчитывается плотность газа по уравнению (5):

с = 1,22 · (2,3/0,1)1/1,4 = 11,46 кг/м3

Полная масса газа:

С = 11,46 · 600 = 6873 кг

Q = 2,2 / = 0,48 МДж/кг

Тротиловый эквивалент взрыва составит:

qтнт = 0,48 · 6873 / 4,24 = 778 кг

Эквивалент по ударной волне:

qу.в. = 0,6 · 778 = 467 кг

q = 2 · 467 = 934 кг

Результаты расчета приведены ниже (таблица 4).

Таблица 4 - Радиусы зон воздействия УВВ

ДРфр, кПа

Для определения вероятности поражения человека на заданном расстоянии по формулам (12,13) рассчитываются избыточное давление во фронте волны и удельный импульс для расстояния 50 м:

50/(9341/3) = 5,12

ДРфр = 0,084/5,12 + 0,27/5,122 + 0,7/5,123 = 31,9 кПа.

I = 0,4 · 9342/3/50 = 0,76 кПа·с

Условная вероятность поражения избыточным давлением человека, находящегося на 50 м от эпицентра аварии, определяется с помощью пробит функции Pr, которая рассчитывается по формуле (14):

V = (17500/(31,9·103))8,4 + (290/(0,79·103))9,3 = 0,0065

Pr = 5 - 0,26 · ln(0,0065) = 6,31

С помощью таблицы 3 определяется вероятность. Человек, находящийся на расстоянии 50 м, может получить травмы различной степени тяжести с вероятностью 91%.

Пример №2

Взрыв шарового газгольдера диоксида углерода объемом V = 500 м3 (радиус сферы 4,95 м) произошел вследствие превышения регламентированного давления. Аппарат изготовлен из стали 09Г2С толщиной стенки 16 мм и рассчитан для работы под давлением Р = 0,8 МПа. Временное сопротивление разрушения материала ув = 470 МПа. Плотность газа при нормальном давлении с = 1,98 кг/м3, показатель адиабаты г = 1,3. Оценить последствия взрыва сжатого диоксида углерода в шаровом газгольдере (определить радиусы зон различной степени поражения УВВ зданий, сооружений и человека) и определить вероятность поражения человека на расстоянии R = 120 м.

Разрушающее давление определяется по формуле (2):

ДP = 2 · 0,016 · 470/4,95 = 3 МПа

Определяется давление парогазовой смеси в емкости по формуле (3):

Р = 3 + 0,1 = 3,1 МПа

Рассчитывается плотность газа по уравнению (5) при давлении Р:

с = 1,98 · (3,1/0,1)1/1,3 = 28,05кг/м3

Полная масса газа:

С = 28,05 · 550 = 14026 кг

По формуле (7) рассчитывается удельная энергия газа:

Q = 3 / = 0,36 МДж/кг

Тротиловый эквивалент взрыва газа составит:

qтнт = 0,36 · 14026 / 4,24 = 1194 кг

Эквивалент по ударной волне:

qу.в. = 0,6 · 1194 = 717 кг

Применительно к наземному взрыву принимается значение:

q = 2 · 717 = 1433 кг

Методом подбора величины расстояния от эпицентра взрыва по формулам (12,13) определяются радиусы зон различной степени поражения УВВ зданий, сооружений и человека, указанные в таблице 2.

Результаты расчета приведены ниже (таблица 5).

Таблица 5 - Радиусы зон воздействия УВВ

ДРфр, кПа

120/(14333) = 10,64

ДРфр = 0,084/10,64 + 0,27/10,642 + 0,7/10,643 = 10,9 кПа.

I = 0,4 · 14332/3/120 = 0,42 кПа·с

Условная вероятность поражения избыточным давлением человека, находящегося на 120 м от эпицентра аварии, определяется с помощью пробит функции Pr, которая рассчитывается по формуле (14):

V = (17500/(10,9*103))8,4 + (290/(0,42*103))9,3 = 0,029

Pr = 5 - 0,26 * ln(0,029) = 5,92

С помощью таблицы 3 определяется вероятность. Человек, находящийся на расстоянии 120 м, может получить травмы различной степени тяжести с вероятностью 82%.

В соответствии с для оценки риска чрезвычайной ситуации при разработке подраздела проектной документации выбираются только те техногенные чрезвычайные ситуации, зоны действия поражающих факторов которых выходят за границы проектной застройки объектов и (при наличии) примыкающей к ней санитарно-защитной зоны.

Согласно определение (расчет) границ и характеристик зон воздействия поражающих факторов аварий, которые могут привести к техногенной чрезвычайной ситуации как на объектах, так и за их пределами, а также определение вероятности поражения в определенной точке селитебной территории в результате реализации сценария развития чрезвычайной ситуации должно производиться по методикам, утвержденным, согласованным или рекомендованным федеральными органами исполнительной власти. Рекомендованные методики для определения границ и характеристик зон воздействия поражающих факторов аварии приведены в приложении Т (таблица 3).

На основании для выявления пожароопасных ситуаций осуществляется деление технологического оборудования (технологических систем) при их наличии на объектах на участки. Указанное деление выполняется исходя из возможности раздельной герметизации этих участков при возникновении аварии. Рассматриваются пожароопасные ситуации как на основном, так и вспомогательном технологическом оборудовании. Кроме этого учитывается также возможность возникновения пожара в зданиях, сооружениях и строениях различного назначения, расположенных на территории объектов.

В перечне пожароопасных ситуаций применительно к каждому участку, технологической установке, зданиям объектов выделяются группы пожароопасных ситуаций, которым соответствуют одинаковые модели процессов возникновения и развития.

Определение массы, участвующей в аварии, проводится в соответствии с 3].

В приложениях к подразделу «ПМ ГОЧС» рекомендуется приводить копии документов, подтверждающих применение того или иного программного обеспечения, применяемого для расчетов границ и характеристик зон воздействия поражающих факторов аварий, в том числе:

свидетельство о государственной регистрации программы для электронно-вычислительных машин с указанием номера и даты, а также органа, выдавшего свидетельство;
реквизиты программы, приведенные на основании договора на право пользования программным обеспечением.

Прогнозирование масштабов зон заражения АХОВ выполняется на основании с учетом требований .

Результаты расчетов вероятных зон действия поражающих факторов аварий, которые могут привести к чрезвычайной ситуации техногенного как на объектах, так и за их пределами рекомендуется приводить в табличной форме с указанием следующих параметров:

для пожара пролива:

площадь пролива опасного вещества;
удельная массовая скорость выгорания опасного вещества;
уровни поражения тепловым излучением:

- безопасно для человека в брезентовой одежде (4,2 кВт/м 2);
- без негативных последствий для человека в течение длительного времени (1,4 кВт/м 2);

для огненного шара:

диаметр огненного шара;

время существования «огненного шара»;
зона ожога третьей степени (320 кДж/м 2);
зона ожога второй степени (220 кДж/м 2);
зона ожога первой степени (120 кДж/м 2);

для взрыва:

радиус зоны действия поражающих факторов при полных разрушениях (избыточное давление – 100 кПа);
радиус зоны действия поражающих факторов при сильных разрушениях (избыточное давление – 53 кПа);
радиус зоны действия поражающих факторов при средних разрушениях (избыточное давление – 28 кПа);
радиус зоны действия поражающих факторов при слабых разрушениях (избыточное давление – 12 кПа);
нижний порог повреждений человека волной давления (избыточное давление – 5 кПа).

для заражения АХОВ:

тип АХОВ;
масса АХОВ;
полная глубина зоны химического заражения;
площадь зоны возможного химического заражения.

В соответствии с приложением № 5 при оценке последствий воздействия опасных факторов аварий на объектах и для оценки степени возможного поражения людей и разрушения зданий, сооружений по вычисленным параметрам поражающих факторов могут использоваться как детерминированные (учитывающие только величину поражающих факторов), так и вероятностные критерии (по пробит-функции, характеризующей вероятность возникновения последствий определенного масштаба в зависимости от уровня воздействия).

Детерминированные критерии устанавливают значения поражающего фактора, при которых наблюдается тот или иной уровень поражения (разрушения).

Детерминированные критерии присваивают определенной величине негативного воздействия поражающего фактора конкретную степень поражения людей, разрушения зданий, инженерно-технических сооружений.

Детерминированные критерии поражения тепловым излучением

При оценке воздействия теплового излучения основным критерием поражения является интенсивность теплового излучения. Значения предельно допустимой интенсивности теплового излучения приведены в таблице 1. Для определения числа пострадавших рекомендуется принимать значение интенсивности теплового излучения, превышающее 7,0 кВт/м 2 .

Таблица 1 – Значения предельно допустимой интенсивности теплового излучения

Степень поражения	Интенсивность теплового излучения, кВт/м 2
Без негативных последствий в течение длительного времени	1,4
Безопасно для человека в брезентовой одежде	4,2
Непереносимая боль через 20–30 с Ожог первой степени через 15–20 с Ожог второй степени через 30–40 с Воспламенение хлопка-волокна через 15 мин	7,0
Непереносимая боль через 3–5 с Ожог первой степени через 6–8 с Ожог второй степени через 12–16 с	10,5
Воспламенение древесины с шероховатой поверхностью (влажность 12 %) при длительности облучения 15 мин	12,9
Воспламенение древесины, окрашенной масляной краской по строганной поверхности; воспламенение фанеры	17,0

Воздействие открытого пламени и тепловой радиации от пожара на технологическое оборудование, наружные установки оценивается по значению поглощенной дозы тепловой радиации:

D пор – пороговое значение дозы поглощенной тепловой радиации, кВтс/м 2 , ниже которого оборудование получает только слабые повреждения (k повр = 0,1);
D гиб – значение дозы поглощенной тепловой радиации, кВтс/м 2 , выше которого оборудование считается полностью разрушенным (k повр = 1,0).

Значения D пор и D гиб для оборудования разных классов чувствительности к воздействию тепловой радиации приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Значения D пор и D гиб для оборудования разных классов чувствительности
к воздействию тепловой радиации

Класс чувствительности оборудования	Тип оборудования	D пор , кВт·с/м 2	D гиб , кВт·с/м 2
I (высокочувствительное)	Расположенное вне укрытий сложное технологическое оборудование	3300	10000
II (среднечувствительное)	Оборудование в блок-контейнерах или индивидуальных укрытиях. Незащищенные крановые узлы, средства электрохимической защиты, контрольные пункты телемеханики, опоры линий электропередачи и другое незащищенное технологическое оборудование с фланцевыми соединениями с чувствительными к нагреву материалами-уплотнителями	8300	25000
III (слабочувствительное)	Наземные трубопроводы, крановые узлы в защитном укрытии	35000	45000

Подземное технологическое оборудование принимается нечувствительным к термическому воздействию и при любой аварии считается неповрежденным (k повр = 0).

Для поражения человека тепловым излучением используется значение величины пробит-функции.

При использовании пробит-функции в качестве зон стопроцентного поражения принимаются зоны поражения, где значение пробит-функции достигает величины, соответствующей вероятности, равной 90 %. В качестве зон, безопасных с точки зрения воздействия поражающих факторов, принимаются зоны поражения, где значения пробит-функции достигают величины, соответствующей вероятности, равной 1 %.

Условная вероятность поражения человека, попавшего в зону непосредственного воздействия пламени пожара, пролива или факела, принимается равной 1.
Для пожара-вспышки следует принимать, что условная вероятность поражения человека, попавшего в зону воздействия высокотемпературными продуктами сгорания газопаровоздушного облака, равна 1. За пределами этой зоны условная вероятность поражения человека принимается равной 0.
При расчете вероятности поражения человека тепловым излучением рекомендуется учитывать возможность укрытия (например, в здании или за ним).
Детерминированные критерии поражения воздушной ударной волной.
Величина избыточного давления на фронте падающей воздушной ударной волны значением 5 кПа принимается безопасной для человека. Воздействие на человека воздушной ударной волны с избыточным давлением на фронте более 120 кПа рекомендуется принимать в качестве смертельного поражения. Для определения числа пострадавших рекомендуется принимать значение избыточного давления, превышающее 70 кПа.

Критерии разрушения типовых промышленных зданий от избыточного давления приведены в таблице 3.

Таблица 3 – Критерии разрушения типовых промышленных зданий от избыточного давления

Степени разрушения различных административных, производственных зданий и сооружений от воздействия избыточного давления воздушной ударной волны приведены в таблице 4.

Таблица 4 – Степени разрушения различных административных, производственных зданий и сооружений от воздействия избыточного давления воздушной ударной волны

Тип зданий, сооружений	Разрушение при избыточном давлении на фронте ударной волны, кПа
Тип зданий, сооружений	Слабое	Среднее	Сильное	Полное
Промышленные здания с тяжелым металлическим или железобетонным каркасом	20–30	30–40	40–50	>50
Промышленные здания с легким каркасом и бескаркасной конструкции	10–20	25–35	35–45	>45
Складские кирпичные здания	10–20	20–30	30–40	>40
Одноэтажные складские помещения с металлическим каркасом и стеновым заполнением из листового металла	5–7	7–10	10–15	>15
Бетонные и железобетонные здания и антисейсмические конструкции	25–35	80–120	150–200	>200
Здания железобетонные монолитные повышенной этажности	25–45	45–105	105–170	170–215
Котельные, регуляторные станции в кирпичных зданиях	10–15	15–25	25–35	35–45
Деревянные дома	6–8	8–12	12–20	>20
Подземные сети, трубопроводы	400–600	600–1000	1000–1500	1500
Трубопроводы наземные	20	50	130	-
Кабельные подземные линии	до 800	-	-	1500
Цистерны для перевозки нефтепродуктов	30	50	70	80
Резервуары и емкости стальные наземные	35	55	80	90
Подземные резервуары	40	75	150	200

Условная вероятность травмирования и гибели людей, находящихся в зданиях, в зависимости от степени разрушения зданий от воздействия воздушной ударной волны определяется по таблице 5.

Таблица 5 – Условная вероятность травмирования и гибели людей, находящихся в зданиях, в зависимости от степени разрушения зданий от воздействия воздушной ударной волны

Для расчета условной вероятности разрушения объектов и поражения людей ударными волнами используют пробит-функции.

При использовании пробит-функций в качестве зон 100 %-ного поражения принимаются зоны поражения, где значение пробит-функции достигает величины, соответствующей вероятности в 90 %. В качестве зон, безопасных с точки зрения воздействия поражающих факторов, принимаются зоны поражения, где значения пробит-функции достигают величин, соответствующих вероятности в 1 %.

Критерии токсического поражения

Границы зон токсического поражения опасным веществом рассчитываются по смертельной и пороговой токсодозам при ингаляционном воздействии на организм человека либо по пробит-функциям.
Сравнением с пороговыми и смертельными токсодозами определяются расстояния, соответствующие смертельному поражению и пороговому воздействию.
Для оценки вероятности смертельного поражения человека используется пробит-функция.

При расчете воздействия токсических веществ на человека рекомендуется учитывать возможность укрытия, например в здании, а также применения средств индивидуальной защиты (противогазов).

Перечень нормативных документов

Методика определения расчетных величин пожарного риска на производственных объектах, утвержденная приказом МЧС России от 10.07.2009 № 404.
Руководство по безопасности «Методические основы по проведению анализа опасностей и оценки риска аварий на опасных производственных объектах», утвержденное приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 11.04.2016 № 144.
Руководство по безопасности «Методика моделирования распространения аварийных выбросов опасных веществ», утвержденное приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 20.04.2015 № 158.
ГОСТ Р 22.2.02−2015 «Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Менеджмент риска чрезвычайной ситуации. Оценка риска чрезвычайной ситуации при разработке проектной документации объектов капитального строительства».
СП 165.1325800.2014 «СНиП 2.01.51-90.Инженерно-технические мероприятия по гражданской обороне».
РД 52.04.253-90 «Методика прогнозирования масштабов заражения сильнодействующими и ядовитыми веществами при авариях (разрушениях) на химически опасных объектах и на транспорте».

ПРИКАЗ от 11 марта 2013 года N 96 Об утверждении Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств

Приложение N 3

к Федеральным нормам и правилам

в области промышленной безопасности

"Общие правила взрывобезопасности для

взрывопожароопасных химических,

нефтехимических и нефтеперерабатывающих

производств", утверждённым приказом

Федеральной службы по экологическому,

технологическому и атомному надзору

Расчет участвующей во взрыве массы вещества и радиусов зон разрушений

В целях обоснования безопасного размещения установок, зданий, сооружений на территории взрывопожароопасного производственного объекта в общем случае следует проанализировать риск взрыва топливно-воздушных смесей (далее - ТВС), образующихся при аварийном выбросе опасных (горючих, воспламеняющихся) веществ. Риск взрыва является мерой опасности, характеризующая возможность и тяжесть последствий взрыва. Оценка риска взрыва является частью анализа риска аварии.

Расчет зон поражения, разрушения (последствий взрыва) необходимо применять при выборе технических мероприятий по защите объектов и персонала от ударно-волнового воздействия взрыва парогазовых сред, а также твердых и жидких химически нестабильных соединений (перекисные соединения, ацетилениды, нитросоединения различных классов, продукты осмоления, трихлористый азот), способных взрываться.

Расчеты размеров зон поражения следует проводить по одной из двух методик:

1) методика оценки зон поражения, основанная на "тротиловом эквиваленте" взрыва ТВС;

2) методика, учитывающая тип взрывного превращения (детонация/дефлаграция) при воспламенении ТВС.

1. Методика расчета "тротилового эквивалента" дает ориентировочные значения участвующей во взрыве массы вещества без учета дрейфа облака ТВС. В данной методике приняты следующие условия и допущения.

1.1. В расчетах принимаются общие приведенные массы парогазовых сред m и соответствующие им энергетические потенциалы E, полученные при определении категории взрывоопасности технологических блоков согласно приложению N 2 к настоящим Правилам.

Для конкретных реальных условий значения m и E могут определяться другими методами с учетом эффекта диспергирования горючей жидкости в атмосфере под воздействием внутренней и внешней энергий, характера раскрытия технологической системы, скорости истечения горючего продукта в атмосферу и других возможных факторов.

Масса твердых и жидких химически нестабильных соединений Wx определяется по их содержанию в технологической системе, блоке, аппарате.

1.2. Масса парогазовых веществ, участвующих во взрыве, определяется произведением

где z- доля приведенной массы парогазовых веществ, участвующих во взрыве.

В общем случае для неорганизованных парогазовых облаков в незамкнутом пространстве с большой массой горючих веществ доля участия во взрыве может приниматься равной 0,1. В отдельных обоснованных случаях доля участия веществ во взрыве может быть снижена, но не менее чем до 0,02.

Для производственных помещений (зданий) и других замкнутых объемов значения z могут приниматься в соответствии с таблицей N 1.

Таблица N 1

Значение z для замкнутых объемов (помещений)

1.3. Источники воспламенения могут быть постоянные (печи, факелы, невзрывозащищенная электроаппаратура) или случайные (временные огневые работы, транспортные средства), которые могут привести к взрыву парогазового облака при его распространении.

1.4. Для оценки уровня воздействия взрыва может применяться тротиловый эквивалент. Тротиловый эквивалент взрыва парогазовой среды WT (кг), определяемый по условиям адекватности характера и степени разрушения при взрывах парогазовых облаков, а также твердых и жидких химически нестабильных соединений рассчитывается по формулам:

1.4.1. Для парогазовых сред

где 0,4 - доля энергии взрыва парогазовой среды, затрачиваемая непосредственно на формирование ударной волны;

0,9 - доля энергии взрыва тринитротолуола (ТНТ), затрачиваемая непосредственно на формирование ударной волны;

q" - удельная теплота сгорания парогазовой среды, кДж/кг;

qk - удельная энергия взрыва ТНТ, кДж/кг.

1.4.2. Для твердых и жидких химически нестабильных соединений

где Wk - масса твердых и жидких химически нестабильных соединений;

q k- удельная энергия взрыва твердых и жидких химически нестабильных соединений.

1.5. Зоной разрушения считается площадь с границами, определяемыми радиусами R , центром которой является рассматриваемый технологический блок или наиболее вероятное место разгерметизации технологической системы. Границы каждой зоны характеризуются значениями избыточных давлений по фронту ударной волны ΔP и соответственно безразмерным коэффициентом K .

Классификация зон разрушения приводится в таблице N 2.

Таблица N 2

Классификация зон разрушения

1.5.1. Радиус зоны разрушения (м) в общем виде определяется выражением:

где K - безразмерный коэффициент, характеризующий воздействие взрыва на объект.

При массе паров m более 5000 кг радиус зоны разрушения может определяться выражением:

1.5.2. Для выполнения практических инженерных расчетов радиусы зон разрушения могут определяться выражением

где при m < 5000 кг

или при m > 5000 кг

2. Методика, учитывающая тип взрывного превращения (детонация/дефлаграция) при воспламенении ТВС.

2.1. Для более точных расчетов зон разрушения и оценки риска взрыва рекомендуется использовать следующие соотношения.

Масса вещества, способного участвовать во взрыве, определяется путем интегрирования концентрации выброшенного при аварии горючего вещества по пространству, ограниченному поверхностями Σ вкпр и ∑ нкпр по формуле:

где х, у, z - пространственные переменные, ΣВКПР и Σ НКПР - поверхности в пространстве достижения соответственно верхнего и нижнего концентрационных пределов, c (x, y, z, t0) - распределение концентрации в момент времени t0, кг/м3; t0- момент времени воспламенения или момент времени, когда во взрывоопасных пределах находится максимальное количество топлива, с.

Рассчитываются основные параметры воздушных ударных волн (избыточное давление ΔP и импульс волны давления I) в зависимости от расстояния до центра облака (в том числе с учетом возможного дрейфа облака ТВС).

Для вычисления параметров воздушной ударной волны на заданном расстоянии R от центра облака при детонации облака ТВС предварительно рассчитывается соответствующее безразмерное расстояние по соотношению:

где E - эффективный энергозапас ТВС, Дж (E = m·q, где q - теплота сгорания топлива в облаке).

В случае детонации облака газовой ТВС расчет производится по следующим формулам:

Зависимости (13) и (14) справедливы для значений Rx больших величины Rk=0,25. В случае если Rxk , величина Px полагается равной 18, а величина Ix=0,16.

В случае дефлаграционного взрывного превращения облака ТВС к параметрам, влияющим на величины избыточного давления и импульса положительной фазы, добавляются скорость видимого фронта пламени Vr и степень расширения продуктов сгорания σ. Для газовых смесей принимается σ=7, для гетерогенных - σ=4. Для расчета параметров ударной волны при дефлаграции гетерогенных облаков величина эффективного энергозапаса смеси домножается на коэффициент (σ-1)/σ. Величина Vr определяется исходя из взрывоопасных свойств горючего вещества и загроможденности окружающего пространства, влияющего на турбулизацию фронта пламени.

Безразмерные давление P x1 и импульс фазы сжатия I x1 определяются по соотношениям:

Px1=((0,83/Rx-0,14/R2x);

Ix1=(V2/C0)2((σ-1/σ)(1-0,4(σ-1)V2/σC0)x(0,06/Rx+0,01/R2x-0,0025/R3x).

Последние два выражения справедливы для значений Rx, больших величины Rкр= 0,34, в противном случае вместо Rx в соотношения (15) и (16) подставляется величина R кр.

Далее вычисляются величины Px2 и Ix2 , которые соответствуют режиму детонации и для случая детонации газовой смеси рассчитываются по соотношениям (11), (12), а для детонации гетерогенной смеси - по соотношениям (13), (14). Окончательные значения Px и Ix выбираются из условий:

Px= min (Px1 , Px2) : Ix =min (Ix1, Ix2) (17)

После определения безразмерных величин давления и импульса фазы сжатия вычисляются соответствующие им размерные величины:

I=Ix (P0)2/3E1/3/C0 (19)

2.2. Для расчета условной вероятности разрушения объектов и поражения людей ударными волнами используется пробит-функция, значение которой определяется следующим образом:

а) вероятность повреждений стен промышленных зданий, при которых возможно восстановление зданий без их сноса, может оцениваться по соотношению:

Δ P- избыточное давление, Па;

I - импульс, кг·м/с;

б) вероятность разрушений промышленных зданий, при которых здания подлежат сносу, оценивается по соотношению.

Pr2=5-0,22 .lnV2 (21)

При взрывах ТВС внутри резервуаров и другого оборудования, содержащего газ под давлением, в общем случае следует учитывать опасность разлета осколков и последующее развитие аварии, сопровождаемое "эффектом домино" с распространением аварии на соседнее оборудование, если оно содержит опасные вещества.

в) вероятность длительной потери управляемости у людей (состояние нокдауна), попавших в зону действия ударной волны при взрыве облака ТВС, может быть оценена по величине пробит-функции:

Pr3= 5-5.74·InV3 (22)

Вероятность отброса людей волной давления оценивается по величине пробит-функции:

При использовании пробит-функции в качестве зон 100-процентного поражения принимаются зоны поражения, где значение пробит-функции достигают величины, соответствующей вероятности 90 процентов. В качестве зон безопасных с точки зрения воздействия поражающих факторов принимается зоны поражения, где значение пробит-функции достигают величины, соответствующей вероятности 1 проценту.

2.3. Вероятность гибели людей, находящихся в зданиях.

Для расчета условной вероятности гибели людей, находящихся в зданиях, используются данные о гибели людей при разрушении зданий при взрывах и землетрясениях. Исходя из типа зданий и избыточного давления ударной волной, оценивается степень разрушения производственных и административных зданий. Данные приведены в таблице N 3. Условная вероятность травмирования и гибели людей определяется по таблице N 4.

Данные уточняются при их обосновании с указанием источника информации.

Таблица N 3

Данные о степени разрушения производственных, административных зданий и сооружений, имеющих разную устойчивость

Тип зданий, сооружений

Разрушение при избыточном давлении на фронте ударной волны, кПа

Промышленные здания с легким каркасом и бескаркасной конструкцией

Складские кирпичные здания

Одноэтажные складские помещения с металлическим каркасом и стеновым заполнением из листового металла

Бетонные и железобетонные здания и антисейсмические конструкции

Здания железобетонные монолитные повышенной этажности

Котельные, регуляторные станции в кирпичных зданиях

Деревянные дома

Подземные сети, трубопроводы

Трубопроводы наземные

Кабельные подземные линии

Цистерны для перевозки нефтепродуктов

Резервуары и емкости стальные наземные

Поземные резервуары

Таблица N 4

Зависимость условной вероятности поражения человека с разной степенью тяжести от степени разрушения здания

Величина индивидуального риска для i-го человека или риска разрушения i-го здания Ri (год -1) определяется по формуле (25).

где (Pi) принимается равной величине потенциального риска в j-ой области территории, год-1 (определяется методами количественной оценки риска) при расчете индивидуального риска, или принимается равной прогнозируемой частоте реализации в j-ой области территории нагрузок (давление, импульс), способных привести к разрушению i-го здания при расчете риска разрушения зданий;

(Pi) - принимается равной вероятности присутствия человека в j-ой области территории при расчете индивидуального риска, или принимаются равной 1 в случае, если i-e здание располагается в j-ой области территории и нулю, в противном случае, при расчете риска разрушения зданий;

Год-1 - число областей, на которые условно можно разбить территорию объекта, при условии, что величина потенциального риска на всей площади каждой из таких областей можно считать одинаковой.

Электронный текст документа

подготовлен и сверен по:

Бюллетень нормативных актов федеральных

органов исполнительной власти,

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ, НАУКИ, молодежи

И спорта УКРАИНЫ

ОДЕССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ МОРСКОЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Охрана и безопасность на море»

гражданская защита

и оценка последствий в чрезвычайных ситуациях

Методические указания

для проведения самостоятельной работы студентов по дисциплине «гражданская защита»

Лабораторная работа № 5.

Тема: “Оценка инженерной обстановки чрезвычайных ситуаций ”

Одесса 2012

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

Тема: “Оценка инженерной обстановки чрезвычайных ситуаций”

Учебная цель :освоение методики оценки инженерной обстановки ЧС на взрыво- и пожароопасных объектах

Материальное обеспечение: Методические указания«Гражданская защита и оценка последствий чрезвычайных ситуаций. Часть 1. »; Демиденко Г.П., и др. Справочник. «Защита объектов ОНХ от ОМП ». К.,1986; таблицы.

План проведения занятия:

Вопросы, подлежащие изучению	Время, мин
1. Определение понятий и анализ исходных данных.	Самост. работа
2. Методика расчета параметров зоны разрушений при взрыве ГВС в открытой атмосфере.	Самост. работа
3. Расчет параметров зоны разрушений при взрыве ГВС в открытой атмосфере (пример).
4. Решение задач по оценке инженерной обстановки в зонах чрезвычайных ситуаций.

Отчетность: Выполнить задания 3-4. Законспектировать в тетрадь все вопросы плана занятия. Произвести расчеты представленных задач по оценке инженерной обстановки в ЧС на взрыво- и пожароопасных объектах и сделать соответствующие выводы.

Задания 1-2 выносится на самостоятельную работу (срок выполнения не более одной недели).

Оценка инженерной обстановки чрезвычайных ситуаций на взрыво- и пожароопасных объектах

Общие сведения

Инженерная обстановка - это совокупность последствий стихийных бедствий, аварий (катастроф), а также первичных и вторичных поражающих факторов современных средств поражения, в результате которых имеет место разрушение зданий, сооружений, оборудования, коммунально-энергетических объектов, средств связи и транспорта, мостов, плотин, аэродромов и т. д., что существенно влияет на устойчивость работы объектов экономики и жизнедеятельность населения. Особую опасность с точки зрения частоты возникновения, возможных потерь и полученных убытков представляют собой взрывы, которые могут привести к человеческим жертвам, разрушению производственных сооружений, нарушению производственной деятельности важных объектов на долгое время.

Взрыв – это процесс быстрого освобождения большого количества энергии в ограниченном объеме за короткий промежуток времени. При этом в окружающей среде образуется и распространяется взрывная волна. Взрыв несет опасность поражения людей и обладает разрушительной способностью. Взрывы могут быть направленными или объёмными .

По виду взрывчатого вещества (ВВ) различают взрывы конденсированных ВВ (тротил, гексоген, порох и т. п.), взрывы газопаровоздушных смесей (ГПВС) и аэрозолей (пылевоздушных смесей).

Основными поражающими факторами взрыва являются: воздушная ударная волна (УВ) и осколочные поля, создаваемые летящими обломками разного рода объектов техногенного образования, строительных деталей и т. д.

Основными параметрами поражающих факторов взрыва являются:

– воздушной ударной волны – избыточное давление во фронте (ΔР ф ), скоростной напор воздуха (ΔР ск ) и время действия избыточного давления во фронте (tΔР ф );

– осколочного поля – количество осколков, их кинетическая энергия и радиус разлета.

Однако на практике в качестве определяющего параметра воздушной ударной волны принимают избыточное давление во фронте волны. За единицу измерения ΔР ф в системе СИ принят Паскаль (Па ), внесистемная единица – кгс/см². Соотношения: 1 Па = 1 Н/м² = 0,102 кгс/см²; 1 кгс/см² = 98,1 кПа ≈ 100 кПа.

На промышленных предприятиях наиболее взрывоопасными являются образующиеся в нормальных или аварийных условиях газо-паровоздушные смеси (ГПВС) и пылевоздушные смеси (ПВС). Из ГПВС наиболее опасны взрывы смесей углеводородных газов с воздухом, а так же паров легковоспламеняющихся горючих жидкостей. Взрывы ПВС происходят на мукомольном производстве, на зерновых элеваторах, при обращении с красителями, при производстве пищевых продуктов, лекарственных препаратов, на текстильном производстве. В результате действия поражающих факторов взрыва происходит разрушение или повреждение зданий, сооружений, технологического оборудования, транспортных средств, элементов объекта экономики (ОЭ), гибель людей.

Особенностями безопасной работы ОЭ в мирное время в условиях взрывов являются различные условия оценки безопасности существующих взрывоопасных конструкций на территории ОЭ.

Такими условиями являются:

1) оценка безопасности ОЭ при уже встроенных взрывоопасных конструкциях;

2) оценка безопасности ОЭ при установке новых взрывоопасных конструкций;

3) оценка безопасности проектирующихся предприятий с взрывоопасными конструкциями.

Наиболее частыми случаями в условиях Украины является оценка безопасности при уже встроенных взрывоопасных конструкциях.

При втором и третьем случае, возникает необходимость минимаксных решений, т. е. обеспечение минимума финансовых затрат при максимуме безопасности работы .

Максимум безопасности может обеспечиваться заглублением взрывоопасных конструкций, увеличением расстояния до зданий и сооружений предприятия и другими мероприятиями, связанными с контролем, сигнализацией, охраной и т. д.

Оценка инженерной обстановки объекта включает:

Определение масштабов и степени разрушения элементов объекта в целом, степени разрушений зданий, объектов и др., в том числе защитных сооружений для укрытия рабочих и служащих, размеры зон завалов, объема инженерных работ, возможности объектовых и приданных формирований по проведению аварийно-спасательных и неотложных работ (АСиНР).
Анализ их влияния на устойчивость работы отдельных элементов и объекта в целом, а также жизнедеятельность населения.
Выводы об устойчивости отдельных элементов и объекта в целом к действию поражающих факторов и рекомендаций по ее повышению, предложения по осуществлению аварийно-спасательных и неотложных работ.

Исходными данными для оценки инженерной обстановки являются :

– сведения о наиболее вероятных стихийных бедствиях, авариях (катастрофах), противнике, его намерениях и возможностях по применению оружия массового поражения (ОМП) и других современных средств поражения;

– характеристики первичных и вторичных поражающих факторов средств поражения;

– характеристики защитных сооружений для укрытия рабочих и служащих;

– инженерно-технический комплекс организации и его элементов.

После оценки инженерной обстановки и выводов из нее подготавливают предложения по инженерному обеспечению АСиНР. В предложениях по инженерному обеспечению указываются:

– объекты города, района, на которых необходимо сосредоточить основные усилия инженерных сил и средств;

– основные инженерные мероприятия по обеспечению ввода сил гражданской защиты (ГЗ) в очаги поражения;

– мероприятия по организации неотложных работ на коммунально-энергетических сетях;

– организация инженерного обеспечения спасательных работ на объектах и в жилой зоне;

– общие объемы инженерных работ, потребность в силах и средствах для их выполнения;

– порядок использования имеющихся в наличии формирований инженерной техники.

Объем и сроки проведения АСиНР (аварийно-спасательных и неотложных работ) зависят от степени разрушения зданий, сооружений и объектов экономики. При определении степени разрушения учитывается характер разрушения, ущерб и возможность дальнейшего использования и восстановления.

Приняты следующие степени разрушений: полное, сильное, среднее и слабое, Каждой степени разрушения отвечает свое значение ущерба, объема АСиНР, а также объемы и сроки проведения восстановительных работ.

R 50 - ∆P ф ≥ 50 кПа – зона полных разрушений - разрушение всех элементов зданий, включая подвальные помещения, люди получают тяжелые переломы, разрывы внутренних органов, возможен летальный исход. Убытки составляют более 70 % стоимости основных производственных фондов. Здания и сооружения восстановлению не подлежат.

R 30 - ∆P ф = 30…50 кПа – зона сильных разрушений – разрушение частей стен и перекрытий верхних этажей, трещины в стенах, деформация перекрытий нижних этажей, при этом люди могут получить сильные вывихи, переломы, ушибы головы. Убытки составляют 30 – 70 % стоимости основных производственных фондов, возможно ограниченное использование мощностей, которые сохранились. Восстановление возможно путем капитального ремонта.

R 20 - ∆P ф = 20…30 кПа – зона средних разрушений – разрушение второстепенных элементов зданий и сооружений (кровель, перегородок, оконных и дверных рам), возможное появление трещин в стенах. Перекрытия, как правило, не рухнувшие, подвальные помещения сохранились, поражение людей – в основном обломками конструкций. Убытки составляют 10 – 30 % стоимости основных производственных фондов. Промышленное оборудование, техника, транспортные средства восстанавливаются в порядке среднего ремонта, а здания и сооружения – после текущего или капитального ремонта.

R 10 - ∆P ф = 10…20 кПа – зона слабых разрушений – разрушение оконных и дверных заполнений, перегородок, подвалы и нижние этажи сохранились и пригодны к временному использованию после текущего ремонта зданий, сооружений, оборудования и коммуникаций. Убытки составляют до 10 % стоимости основных производственных фондов (зданий, сооружений). Восстановление возможно путем текущего ремонта.

Для взрывоопасных ОЭ наиболее характерны аварии с выбросом газо-паровоздушных смесей (ГПВС) углеводородных веществ с образованием детонационных взрывов. Ниже дается методика оценки зон разрушений для аварии с выбросом газо-паровоздушных смесей.

Методика расчета параметров зоны ЧС (разрушений) при взрыве ГПВС в открытой атмосфере

При взрыве ГПВС образуется зона ЧС с ударной волной (УВ), вызывающей разрушения зданий, оборудования и т. п. аналогично тому, как это происходит от УВ ядерного взрыва. В данной же методике зону ЧС при взрыве ГПВС делят на 3 зоны: зона детонации (детонационной волны); зона действия (распространения) ударной волны; зона воздушной УВ (Рис. 24).

Рис. 24. Зоны чрезвычайной ситуации при взрыве газо-паровоздушной смеси.

r 1 – радиус зоны детонационной волны (зона I); r 2 – радиус зоны действия УВ взрыва (зона II); r 3 – радиус зоны действия воздушной УВ (зона III).

Зона детонационной волны (зона I ) находится в пределах облака взрыва. Радиус этой зоны r 1 ,м приближенно может быть определен по формуле

Q - количество взрывоопасной ГПВС, хранящейся в емкости, т.

17,5 – эмпирический коэффициент, который позволяет учесть различные условия возникновения взрыва.

В пределах зоны I действует избыточное давление (ΔР ф ), которое принимается постоянным ΔР ф1 = 1700 кПа.

Зона действия УВ взрыва (зона II ) – охватывает всю площадь разлета ГПВС в результате ее детонации. Радиус этой зоны:

r 2 = 1,7 r 1

Избыточное давление в пределах зоны II изменяется от 1350 кПа до 300 кПа и находится по формуле:

ΔР ф2 = 1300(r 1 /r ) + 50 , где

r – расстояние от центра взрыва до рассматриваемой точки, м.

В зоне действия воздушной УВ (зона III ) – формируется фронт УВ, распространяющийся по поверхности земли. Радиус зоны r 3 >r 2 , и r 3 - это расстояние от центра взрыва до точки, в которой требуется определить избыточное давление воздушной УВ (ΔР ф3): r 3 =r . Избыточное давление в зоне III в зависимости от расстояния до центра взрыва рассчитывается по формуле: