Промышленная безопасность

8.10. ОГНЕННЫЙ ШТОРМ

При изучении феномена "огненного шторма" возникает вопрос: могут ли приводить к такому явлению крупные аварии с пожаром на химическом или нефтеперерабатывающем предприятии? По-видимому, точного ответа на этот вопрос нет. Однако нельзя исключить то, что огненный шторм может возникнуть только в случае крупных разлитии, причем при условии низких значений начальной скорости ветра у поверхности земли.

8.10.2. ОГНЕННЫЙ ШТОРМ В ПЕРИОД

ВТОРОЙ МИРОВОЙ ВОЙНЫ

Известно, что в ходе второй мировой войны в ряде воздушных налетов на Германию и в одном - на Японию масштаб причиненных потерь был при том же количестве сброшенных бомб значительно больше, чем в любом из воздушных налетов на Великобританию или в большинстве налетов на Германию. В этих воздушных налетах пожары происходили в невиданных прежде масштабах, и общепринято считать, что они сопровождались направленными к центру ветрами ураганной силы. Последнее обстоятельство породило немецкое выражение "feuerstorm", или "огненный шторм", обычно применяющееся сейчас.

В указанных воздушных налетах применялись вещества фугасного и зажигательного действия приблизительно в пропорции 50/50. Налет на Гамбург 17-28 июля 1943г. описывается в книге [Middlebrook,1984]. В этом налете в пределах всего города было сброшено около 1 тыс. т фугасных бомб и столько же зажигательных бомб. Область огненного шторма, куда упало 80% от всего числа сброшенных бомб, охватила территорию площадью (по различным оценкам) 10-22 км2. В итоге было убито около 40 тыс. чел. и охвачено огнем 16 тыс. многоквартирных домов.

Подобные огненные штормы были отмечены, хотя и в меньших масштабах, в Дармштадте и Касселе, а также при налетах на некоторые другие города. Исключительно разрушительным был налет на Дрезден 13 февраля 1945 г. Хроника этого налета отмечена в книгах [Irving,1980; McKee.1982]. Имеется краткое описание огненного шторма в Токио, происшедшего 9 марта 1945 г. [Daniels,1982]. В этой работе утверждается, что зажигательные бомбы общей массой около 1600 т инициировали пожар, который привел к гибели более чем 80 тыс.чел. и полностью выжег около 40 км2 территории города. Огненный шторм последовал после ядерного удара на Хиросиму в августе 1945 г.; начальная стадия огненного шторма отмечалась также в Нагасаки [Glasstone,1980].
8.10.3. АНАЛИЗ ОГНЕННЫХ ШТОРМОВ

Литературы по огненным штормам достаточно много, правда, некоторые работы выпущены ограниченным тиражом. По-видимому, делать их обзор здесь не уместно. В недавней статье, опубликованной по этому вопросу [Carrier,1985], проведен подробный математический анализ явления и сделан обзор некоторых

литературных источников. В статье указаны характеристики огненного шторма;

некоторые из них отмечены и в работе [Glasstone,1980].

В статье [Carrier, 1985] показано сходство, имеющееся между огненными штормами и определенными метеорологическими явлениями. Огненный шторм здесь описывается как "тепловой циклон" или "мезоциклон". Авторы считают его вихрем, создающим ветровую нагрузку (скорость ветра 20 - 50 м/с, или 70-180 км/ч) и образующим конвективную колонку, возможно, высотой в 10 км. Такие штормы возникают в сильно насыщенной топливом городской среде от многочисленных небольших пожаров, которые сливаются в один пожар. Для полного развития огненному шторму может потребоваться полчаса; через 2 ч достигается пик, а через 6 - 9 ч огненный шторм закончится. В типичном случае территория площадью 12 км2 будет сожжена дотла. В работе представляются вычисления для случая огненного шторма в Гамбурге. Предполагалось, что площадь, занятая штормом, равна приблизительно 12 км2, а скорость выгорания выбиралась исходя из того, что около 160 кг/м2 горючего вещества полностью сгорает в течение 6 ч. Теплота сгорания вещества была задана равной 1,86 ∙ 107 Дж/кг. Средний выброс тепла, таким образом, составлял 137 кВт/м2. Температура на поверхности земли достигала 1000 К. Авторы утверждают, что для поддержания огненного шторма требуется минимальная площадь порядка 1,25 км2. Парадоксально, что отсутствие начального ветра, по-видимому, способствует образованию огненного шторма.

Когда речь идет о распространении пожара, некоторые авторы видят в огненном шторме качественно другой механизм развития крупного пожара. Огненный шторм ограничивает распространение пожара, тогда как в других обстоятельствах пожар распространяется в направлении ветра.

Рассмотренные выше параметры огненного шторма наводят на мысль, что такое событие в условиях мирного времени маловероятно даже для предприятий с промышленными площадками большой площади. Но нельзя не учитывать вероятность многочисленных и одновременных зажиганий, что, например, может произойти при взрыве парового облака. Такие взрывы рассматриваются в гл. 9; подобный взрыв предшествовал крупному пожару в Фликсборо. Однако слияние небольших пожаров, по-видимому, маловероятно, если они происходят на территории площадки, которая спланирована согласно стандарту, имеющемуся в Великобритании, но применяемому не во всех частях мира.

Будет поучительно кратко исследовать крупный пожар, имевший место в ходе аварии 1 июня 1974 г. в Фликсборо (Великобритания) (подробное описание аварии приводится в гл. 9). Согласно [Flixborough,1975], на площадке находилось около 1650 т летучей жидкости, а также неопределенное количество горючего капролактама. Пожар произошел на площадке, имеющей, как было установлено, размеры приблизительно 200 ∙ 300 м (см. схематический план в гл. 9), т. е. площадью около 60 тыс. м2. Если считать, что все количество летучей жидкости было сосредоточено на этой площади, и сделать допущение, что на ней находилось еще и 1000 т капролактама, то в итоге получится, например, около 2650 т горючего вещества. Поделив это количество на площадь, получим 27,5 кг/м2, что составляет лишь около пятой части минимальной нагрузки, предполагаемой в работе [Carrier,1985]. Пожар занимал площадь, в 20 раз меньшую, чем было установлено в [Carrier, 1985] в качестве минимальной. Таким образом, оба критерия возникновения огненного шторма не выполняются. И действительно, в ходе аварии такого огненного шторма не отмечено.

Вероятно, также будет полезно изучить возможность появления огненных штормов в Великобритании при современных условиях и при окружении предприятия жилой застройкой. Сегодняшняя плотность заселения составляет около 4000 чел/км2. Семья состоит в среднем из трех человек, что дает 1333 семьи на 1 км2. Мы получили оценку средней массы горючих материалов на семью от перевозчиков мебели и строителей. По этой оценке на семью приходится 3 т мебели, а поскольку на постройку среднего дома расходуется 5 т древесины, в целом на семью приходится 8 т горючих материалов. С учетом для нежилых зданий, таких, как магазины, школы, церкви, автозаправочные станции и т. д., количество воспламеняющихся веществ, приходящееся на семью, будет составлять приблизительно 10 т. Умножая это число на 1333, получаем 13,33 кг/м2, что составляет около половины массы, необходимой для возникновения огненного шторма. По-видимому, жители городов, подобных Гамбургу, скорее всего, не были более обеспеченными в отношении мебели или жилья по сравнению с жителями современной Великобритании (различие заключается в том, что в Гамбурге были запасы твердого топлива, но они составляли лишь доли тонны на человека). Из сказанного следует, что жилая застройка в немецких городах была намного более тесной, чем в современной Великобритании. В [АСМНД984] делается вывод о том, что на территории жилой застройки огненный шторм возможен только в качестве следствия очень крупного разлития жидкого кислорода.

Авария, в которой был отмечен огненный шторм, произошла в Катаре в 1978 г. Подробности аварии отсутствуют из-за продолжающегося судебного процесса, но в сообщениях высказывается предположение, что после мгновенного испарения диаметр разлития жидкого пропана достигал 500 м.