Лекция «Прогнозирование и оценка обстановки в интересах подготовки к защите и по защите населения, материальных и культурных ценностей, а также территории от опасностей, возникающих при ведении военных действий или в условиях чс»


Взрыв газовоздушных смесей в открытом пространстве



бет4/4
Дата23.07.2016
өлшемі376.5 Kb.
#217478
түріЛекция
1   2   3   4

Взрыв газовоздушных смесей в открытом пространстве
Для оперативных расчетов принимается, что в пределах облака ГВС действует детонационная волна, избыточное давление во фронте которой принимается постоянным и приблизительно равным 1700 кПа. Эта зона ограничена радиусом r0. Для углеводородных газов r0 определяется по формуле:

, м (2.7)
Значение коэффициента k принимают в зависимости от способа хранения продукта:

k = 1 - для резервуаров с газообразным веществом;

k = 0,6 - для газов, сжиженных под давлением;

k = 0,1 - для газов, сжиженных охлаждением (хранящихся в изотермических емкостях);

k = 0,05 - при аварийном разливе легковоспламеняющихся жидкостей.
Зона действия воздушной ударной волны (ВУВ) начинается сразу за внешней границей облака ГВС. Давление во фронте ударной волны Рф зависит от расстояния до центра взрыва и определяется по табл.2.3, исходя из соотношения

Рф = f (r / r0), (2.8)

где r - расстояние от центра взрыва до рассматриваемой точки.


Таблица 2.3

r/r0

0-1

1,01

1,04

1,08

1,2

1,4

1,8

2,7

3

4

5

6

8

12

20

Рф,

кПа

1700

1232

814

568

400

300

200

100

80

50

40

30

20

10

5


Взрывы газопаровоздушных смесей
При взрыве газопаровоздушных смесей (ГВС) зону детонационной волны, ограниченную радиусом r0, можно определить по формуле:

r0= , м, (2.9)



где 1/ 24 - коэффициент, м/кДж1/3;

Э - энергия взрыва смеси, определяемая из выражения:
Э =, кДж (2.10)
где Vгпвс - объем смеси, равный
Vгпвс = 100 Vг / С, (2.11)
где Vг - объем газа в помещении;

С - стехиометрическая концентрация горючего по объему в % (табл. 2.4);

- плотность смеси стехиометрического состава, кг/м3 (табл. 2.4);

Qстх - энергия взрывчатого превращения единицы массы смеси стехиометрического состава, кДж/кг (табл. 2.4).


В нормативной литературе по взрывозащите зданий взрывобезопасности производств существуют специальные методики по определению массы и объема газа, распространяющегося в помещении при аварийной ситуации. Эти методики предусматривают тщательное изучение технологического процесса. Для оперативного прогнозирования последствий взрыва в производственных помещениях расчеты целесообразно проводить для случая, при котором будут максимальные разрушения, то есть когда свободный объем помещения, где расположены емкости с газом, будет полностью заполнен взрывоопасной смесью стехиометрического состава.

Далее принимается, что за пределами зоны детонационной волны с давлением 17 кгс/см2, действует воздушная ударная волна, давление во фронте которой определяется с использованием данных табл. 2.4.

Таблица 2.4

Характеристики газопаровоздушных смесей

Вещество, ха- Характеристики смеси

рак теризующее mk rстх, Qстх, С,

смесь кг/кмоль кг/м3 МДж/кг об. %


Газовоздушные смеси
Аммиак 15 1,180 2,370 19,72

Ацетилен 26 1,278 3,387 7,75

Бутан 58 1,328 2,776 3,13

Бутилен 56 1,329 2,892 3,38

Винилхлорид 63 1,400 2,483 7,75

Водород 2 0,933 3,425 29,59

Дивинил 54 1,330 2,962 3,68

Метан 16 1,232 2,763 9,45

Окись углерода 28 1,280 2,930 29,59

Пропан 44 1,315 2,801 4,03

Пропилен 42 3,314 2,922 4,46

Этан 30 1,250 2,797 5,66

Этилен 28 1,285 3,010 6,54
Паровоздушные смеси
Ацетон 58 1,210 3,112 4,99

Бензин авиационный 94 1,350 2,973 2,10

Бензол 78 1,350 2,937 2,84

Гексан 86 1,340 2,797 2,16

Дихлорэтан 99 1,49 2,164 6,54

Диэтиловый эфир 74 1,360 2,840 3,38

Ксилол 106 1,355 2,830 1,96

Метанол 32 1,300 2,843 12,30

Пентан 72 1,340 2,797 2,56

Толуол 92 1,350 2,843 2,23

Циклогексан 84 1,340 2,797 2,28

Этанол 46 1,340 2,804 6,54


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 воспламенение 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, что процесс развивается в детонационном режиме.

Зону детонационной волны, ограниченную радиусом r0, можно определить по формуле (2.9), в которой энергия взрыва определяется из выражения

Э = m, кДж, (2.11)

где Q - удельная теплота сгорания вещества, образовавшего пыль, кДж/кг (табл.2.5);

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 пылевоздушную смесь стехиометрической концентрации
m = , кг, (2.12)
где V0 - свободный объем помещения, (V0=0,8 Vп ), м3;

С - стехиометрическая концентрация пыли, г / м3,

С (2.13)

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


Значение для различных веществ находится в пределах:

неорганических веществ (сера, фосфор) = 2 - 30 г/м3;

пластмасс = 20 - 100 г/м3;

пестицидов и красителей = 30 - 300 г/м3;

шерсти = 100 - 200 г/м3.
Значения характеристик некоторых аэрозолей приведены в табл. 2.5.

Таблица 2.5



Показатели взрывных явлений пыли
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

Фталиевый 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


Давление во фронте воздушной ударной волны определяется с использованием данных табл. 2.3.
Взрыв 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 DРф.

Приведенный радиус зоны взрыва R может быть определен по формуле


, м/кг1/3, (2.14)
где r - расстояние до центра взрыва ВВ, м;

- коэффициент, учитывающий характер подстилающей поверхности, принимаемый равным:

для металла - 1;

для бетона – 0,95;

для грунта и дерева – 0,60,8;

Q - масса ВВ, кг.

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

Таблица 2.6

Значения коэффициента Кэфф
Вид ВВ Тротил Тритонал Гексоген ТЭН Аммонал Порох ТНРС Тетрил
Кэфф 1 1,53 1,3 1,39 0,99 0,66 0,39 1,15
В зависимости от величины приведенного радиуса избыточное давление может быть определено по одной из следующих формул
, кПа, при (2.15)

, кПа, при (2.16)
Прогнозирование обстановки при авариях со взрывом на пожаровзрывоопасных объектах
Обстановку в зоне принято оценивать показателями, которые могут быть разделены на две группы:

показатели, непосредственно характеризующие инженерную обстановку;

показатели, определяющие объем аварийно-спасательных работ и жизнеобеспечения населения.
Для прогнозирования обстановки на пожаровзрывоопасных объектах рекомендуется на план объекта нанести зоны с радиусами, соответственно равными DРф = 100; 50; 30; 20; 10 кПа.

При оперативном прогнозировании можно выделить четыре зоны разрушений:

полных разрушений кПа);

сильных разрушений (кПа);

средних разрушений (кПа);

слабых разрушений (кПа).



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-энеретических сетях (КЭС);

протяженность заваленных проездов.

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. 6.4).

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

В таблице 2.7 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 2.7

Характеристика степеней разрушения зданий
Степени

разрушения Характеристика разрушения


Слабые Частичное разрушение внутренних перегородок, кров-

ли, дверных и оконных коробок, легких построек и др.

Основные несущие конструкции сохраняются.

Для полного восстановления требуется капитальный

ремонт.
Средние Разрушение меньшей части несущих конструкций.

Большая часть несущих конструкций сохраняется и

лишь частично деформируется. Может сохраняться

часть ограждающих конструкций (стен), однако при

этом второстепенные и несущие конструкции могут

быть частично разрушены.

Здание выводится из строя, но может быть

восстановлено.


Сильные Разрушение большей части несущих конструкций.

При этом могут сохраняться наиболее прочные

элементы здания, каркасы, ядра жесткости, час-

тично стены и перекрытия нижних этажей. При

сильном разрушении образуется завал.

Восстановление возможно с использованием со-

хранившихся частей и конструктивных элементов.

В большинстве случаев восстановление нецелесо-

образно.
Полные Полное обрушение здания, от которого могут со-

храниться только поврежденные (или неповреж-

денные) подвалы и незначительная часть прочных

элементов. При полном разрушении образуется

завал.

Здание восстановлению не подлежит.


Таблица 2.8

Степени разрушения зданий от избыточного давления при взрывах горючих смесей
Типы зданий Степени разрушения

и избыточные давления, кПа


слабые средние сильные полные
Кирпичные и каменные:

малоэтажные 8 - 20 20 – 35 35 - 50 50 - 70

многоэтажные 8 - 15 15 - 30 30 - 45 45 - 60

Железобетонные крупно-

панельные:

малоэтажные 10 - 30 30 – 45 45 - 70 70 - 90

многоэтажные 8 - 25 25 - 40 40 - 60 60 - 80

Железобетонные моно-

литные:

многоэтажные 25 - 50 50 – 115 115 - 180 180 - 250



повышенной этажности 25 - 45 45 - 105 105 - 170 170 - 215

Железобетонные крупно-

панельные с железобетон-

ным и металлическим

каркасом и крановым

оборудованием грузоподъ-

емностью, в тоннах:

до 50 5 - 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 крановым

оборудованием грузо-

подъемностью до 20 тонн 10 - 30 30 – 50 50 - 65 65 - 105

Складские помещения

с металлическим карка-

сом и стенами из листо-

вого металла 5 - 10 10 – 20 20 - 35 35 - 45


Объем завала полностью разрушенного здания определяют по формуле
, м3, (2.17)
где A, B, H - длина, ширина и высота здания, м;

- объем завала на 100 м3 строительного объема здания, принимаемый:

для промышленных зданий - = 20 м3;

для жилых зданий - = 40 м3.
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 расчета один участок на здание, получившее сильное разрушение.

Количество аварий на КЭС принимают равным числу разрушенных вводов коммуникаций 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;

18 м - районных;

10 - 12 м - проездов и переулков.

Для определения численности пострадавших в завалах, образованных при взрывах, принимается, что:

в полностью разрушенных зданиях выходит из строя 100 % находящихся в них людей, при этом полагают, что все пострадавшие находятся в завалах;

в сильно разрушенных зданиях выходит из строя до 60 % находящихся в них людей, при этом считают, что 50 % из числа вышедших из строя может оказаться в завале, остальные поражаются обломками, стеклами и давлением в волне;

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


Общее число вышедших из строя людей, размещенных на открытой местности, можно определить из выражения
, (6.20)
где d - доля людей, которые в момент взрыва могут оказаться в опасной зоне вне зданий (при отсутствии данных величина d может быть принята равной 0,05;

- плотность людей, чел/км2;

Fi - площадь территории объекта, где воздействует воздушная ударная волна с давлением Рф,i;

Рi - вероятность выхода из строя персонала, находящегося в i - ой зоне воздействия ударной волны взрыва (табл. 2.9).

Таблица 2.9


Рф , кПа < 13 13 - 35 35 - 65 65 - 120 120 - 400 400

Рi 0 0,05 0,13 0,35 0,75 1


Площадь Fi вычисляется путем поочередного вычитания из площади зоны поражения с давлением площади зоны поражения с давлением .
Общие потери людей на объекте будут суммироваться из чисел пострадавших в зданиях и вне зданий
Nоб = Nоб.зд. + Nоб.откр. (6.21)

Безвозвратные потери людей на объекте составят
Nб = 0,6Nоб, (6.22)
а санитарные потери
Nс = Nоб – Nб. (6.23)
Число пострадавших, оказавшихся в завалах, определяется из выражения
Nзав = Nпол.р. + 0,3Nсил.р. (6.24)
Радиусы зон теплового поражения людей, в случае горения смеси по дефлаграционному режиму, могут быть определены с использованием зависимостей, приведенных В.Маршаллом:

получение ожогов III степени


Rп = 80 Q0,42 , м, (6.25)
получение ожогов II степени
Rп = 150 Q0,42, м, (6.26)
где Q - масса газа в смеси, т.
Радиационная и химическая обстановка в районе аварии оценивается по соответствующим известным методикам. При этом учитывается, что незащищенные емкости со СДЯВ могут разрушаться от воздушной ударной волны при давлениях Р ф = 70 . . . 75 кПа.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Знание и использование на практике оперативных методик оценки обстановки в зонах ЧС и очагах поражения позволит сократить гибель и увечья людей при возникновении различных ЧС, позволит заблаговременно спланировать использование людей и техники, что повысить эффективность использования сил и средств при ликвидации последствий различных ЧС.

Предложенные рекомендации находят широкое применение при разработке планов ГО и планов действий на различных объектах экономики РФ.

Достарыңызбен бөлісу:
1   2   3   4




©dereksiz.org 2024
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет