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

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 (Δ Р _ф), скоростной напор воздуха (Δ Р _ск) и время действия избыточного давления во фронте (t Δ Р _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 Δ Р _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:

1. 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).
2. Анализ их влияния на устойчивость работы отдельных элементов и объекта в целом, а также жизнедеятельность населения.
3. 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.

Степени разрушений элементов объекта:

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.

r₁ – радиус зоны детонационной волны (зона I); r₂ – радиус зоны действия УВ взрыва (зона II); r₃ – 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

, где

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 (Δ Р _ф), которое принимается постоянным Δ Р _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:

Δ Р _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 (Δ Р _ф3): r ₃= r. Избыточное давление в зоне III в зависимости от расстояния до центра взрыва рассчитывается по формуле:

Δ Р _ф3= , при Ψ ≤ 2,

или

Δ Р _ф3= , при Ψ ≥ 2,

 

где Ψ = 0,24 r ₃ / r ₁= (0,24 r)/(17,5 ) – относительная величина.

 

Степени разрушений элементов объекта при различных избыточных давлениях ударной волны приведены в таблице 16.

Расстояния (м) от центра взрыва до внешних границ зон разрушения (R_i) рассчитываются по формуле:

,где

r₁ – радиус зоны детонационной волны;

ψ – определенный коэффициент, который принимается равным:

– для зоны слабых разрушений ψ ₁₀ = 2,825;

– для зоны средних разрушений ψ ₂₀ = 1,749;

– для зоны сильных разрушений ψ ₃₀ = 1,317;

– для зоны полных разрушений ψ ₅₀ = 1,015.

Площади зон разрушения и очага поражения рассчитываются по формуле:

S = π R ², где

R – радиус каждой из зон разрушений.