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
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
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:
ΔР
ф3 = 
, при Ψ
≤ 2 ,
ΔР
ф3 = 
, при Ψ
≥ 2 ,
где Ψ = 0,24r 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:
r 1 – 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.
Характерными особенностями взрывов ТВС являются:
Возникновение разных типов взрывов: детонационного, дефлаграционного или комбинированного;
При взрывах образуется 5 зон поражения: бризантная (детонационная), действия продуктов взрыва (огненного шара), действия ударной волны, теплового поражения и токсического задымления;
Зависимость мощности взрыва от параметров среды, в которой происходит взрыв (температура, скорость ветра, плотность застройки, рельеф местности);
Для реализации комбинированного или детонационного взрыва для ТВС обязательным условием является создание концентрации продукта в воздухе в пределах нижнего и верхнего концентрационного предела.
Дефлаграция – взрывное горение с дозвуковой скоростью.
Детонация – процесс взрывчатого превращения вещества со сверхзвуковой скоростью.
Расчет радиусов зон поражения (R ) и избыточного давления во фронте ударной волны (DР ф) при взрыве производится по следующим формулам:
1. Бризантная зона (зона детонации):
где М – масса ТВС в резервуаре (кг). За М принимается 50 % вместимости резервуара при одиночном хранении и 90 % – при групповом хранении.
Для бризантной зоны DР ф =1750 кПа.
2. Зона продуктов горения (зона огненного шара):
Радиус зоны:
(2)
Избыточное давление во фронте ударной волны рассчитывается:
(3)
Для остальных зон их радиусы рассчитываются по следующей формуле:
. (4)
3. Зона действия ударной волны:
Слабые разрушения – повреждения или разрушения крыш и оконных и дверных проемов. Ущерб – 10…15 % от стоимости зданий.
Средние разрушения – разрушение крыш, окон, перегородок, чердачных перекрытий, верхних этажей. Ущерб – 30…40 %.
Сильные разрушения – разрушения несущих конструкций и перекрытий. Ущерб – 50 %. Ремонт нецелесообразен.
Полное разрушение – обрушение зданий.
Тепловой импульс (кДж/м 2) определяется по формуле:
где I – интенсивность теплового излучения взрыва ТВС на расстоянии R , кДж/м 2 ×с
, (6)
где Q 0 – удельная теплота пожара, кДж/м 2 ×с; F – угловой коэффициент, характеризующий взаимное расположение источника горения и объекта
(7)
Т – прозрачность воздуха
(8)
t св – продолжительность существования огненного шара (с)
(9)
Таблица 15 - Результаты расчета зон поражения (для человека)
| Характеристика зоны поражения | Вероятность поражения человека, Рпор | Глубина зоны, м |
| Зона безопасности | Рпор | >144 |
| Зона возможного слабого поражения | 0,01 | 144 |
| Зона возможного среднего поражения | 0,33 | 66 |
| Зона возможного сильного поражения | 0,5 | 55 |
| Зона безусловного поражения | Рпор>0,99 | 21 |
Таблица 16 - Результаты расчета зон повреждения зданий
Выводы:
,
что при авариях с утечкой ЛВЖ на автомобильном транспорте количество бензина, участвующего в аварии составит от
5 д
о 20 тонн
.
Площадь зоны разлива нефтепродуктов составит от 120 до
540 м
2
. Радиус зон составляет: безопасного удаления - от 58 до
144 м
; сильных разрушений - до
89 м
; полных разрушений - от 8 до
13 м
. Расстояние от границы жилой зоны до места аварии – от 25 до 100 м
. При этом возможное количество погибших может составить от 1 до 10
до
50
человека. Ущерб - до
5 млн. рублей.
в) аварии при перевозке СУГ.
Поражающие факторы:
1. Воздушная ударная волна, образующаяся в результате взрывных превращений топливо-воздушной смеси (ТВС) при разливе топлива в открытом пространстве;
2. Тепловое излучение горящих разлитий.
Исходные данные для расчета последствий ЧС:
1. Предполагается, что во взрыве облака ТВС принимает участие масса СУГ АЦ (15 м 3), заполненного на 80 % .
3. Плотность СУГ - 530 кг/м 3 .
4. Разгерметизация резервуара происходит мгновенно.
Таблица 17 - Результаты расчетов радиусов зон поражения людей
Таблица 18 - Результаты расчетов радиусов зон разрушения зданий
| Избыточное давление, ∆Р (кПа) | Степень разрушения | Радиус зоны разрушения, |
| 100 | Полное разрушение | 49,6 |
| 53 | 50 % разрушение | 70,0 |
| 28 | Среднее разрушение | 100,0 |
| 12 | Умеренное разрушение | 176,4 |
| 3 | Малые повреждения (Разбита часть остекления) | 538,8 |
Выводы: В результате приведенных расчетов видно, что при авариях с утечкой СУГ на транспорте его количество, участвующего в аварии составит от 5 д о 20 тонн . Радиус зон составляет: безопасного удаления - до 540 м ; сильных разрушений - до 70 м ; полных разрушений - до 50 м . Расстояние от границы жилой зоны до места аварии при перевозке автомобильным транспортом – от 25 до 100 м.
При этом возможное количество погибших может составить от 1 до 10 человек, количество пострадавших - до 50 человека. Ущерб - до 5 млн. рублей.
2.2.5. Анализ возможных последствий аварий на газовом хозяйстве
Меловатского сельского поселения
По территории Меловатского сельского поселения проходят газопроводы высокого, среднего и низкого давления диаметром от 100 до 325 мм с давлением Р от 0,0 3 до 55 кгс/см 2 . Кроме того, на расстоянии 5-ти км южнее окраины с. Новомеловатка проходит трасса магистрального газопровода «Средняя Азия – Центр ІІІ», три нитки диаметром 1,22 м и давлением 55 кгс/см 2 (5,5 МПа), производительностью 40 млн. м 3 в сутки, заглубление – 0,8 м. Разрушения, повреждения газопровода могут быть в результате технических дефектов, а также внешних механических воздействий (строительная деятельность, повреждения транспортом, террористические акты, военные действия).
При аварийном повреждении подземного газопровода образуется локальная зона загазованности непосредственно в месте разгерметизации. При этом не создаются условия для самозажигания струи газа. Возгорание возможно лишь в случае попадания в зону утечки источника инициирования зажигания.
При образовании воронки выброса газа и при наличии источника инициирования возгорания (воспламенения) газа в начальный момент времени возникает факельное горение метана. При отсутствии в начальный момент времени источника зажигания будет формироваться газовоздушное облако. При отсутствии ветра газовоздушное облако всплывает вверх и рассеивается. Однако может возникнуть вероятность взрыва при наличии источника воспламенения. Так как метан легче воздуха и газовоздушное облако обладает плавучестью, то при наличии ветра происходит его дрейф и облако может рассеяться.
В качестве поражающих факторов в разделе ИТМ рассматривается:
Воздушная ударная волна, образующаяся в результате взрывных превращений ГВС;
В качестве показателей последствий взрывных явлений и пожара приняты:
1. Степень поражения людей (смертельное поражение, тяжелые, средние, легкие травмы
порог поражения);
2. Степень разрушения окружающей застройки (полное, 50% разрушение, умеренное разрушение, малые повреждения, повреждение остекления);
3. Воздействие тепловых потоков на здания и сооружения оценивается возможностью воспламенения горючих материалов.
Основными Аварийными ситуациями на газовом хозяйстве Меловатского сельского поселения являются:
А-1 - разрушение (разгерметизация) газопровода (ГРП, ШРП);
А-2 - разрушение (разгерметизации) технологического оборудования котельных.
Оценка количества опасного вещества, участвующего в авариях
на объектах газового хозяйства:
Исходные данные:
Длина максимальных участков газопроводов:
Для газопроводов высокого давления (магистрального и внутрипоселковых сетей) – 0,5 км;
Для газопроводов среднего и низкого давления – 0,1 км;
Диаметры газопроводов (внутренние):
Газопроводов высокого давления – 1200 и 325 мм;
Газопроводов среднего и низкого давления (внутриквартальных и внутрипоселковых сетей) – 100 мм (максимальный);
Рабочее максимальное давление в трубопроводе:
Магистрального газопровода – 5,5 МПа;
Газопроводов высокого давления – 0,6 МПа;
Газопроводов среднего давления (внутриквартальных и внутрипоселковых сетей) – 0,3 МПа;
Газопроводов низкого давления (внутриквартальных и внутрипоселковых сетей) – 0,03 МПа;
Максимальный объём перекачки газа:
Магистрального газопровода высокого давления – q = 40 млн. м 3 / сутки (1,67 млн. м З /час (463 м З /с)) – по трём веткам; по одной q = 13,3 млн. м 3 / сутки (0,56 млн. м З /час (154 м З /с))
Газопроводов высокого давления (внутрипоселковых сетей) – q = 1100 м 3 / сутки (0,31 м З /с));
Газопроводов низкого давления (внутриквартальных и внутрипоселковых сетей) – q = 100 м 3 / сутки (0,031 м З /с).
Результаты расчётов:
Для газопроводов высокого давления:
диаметром 1,22 м:
V 1m = q*T = 154*120 = 18520 м З.
V 2m = 0,01π*5500*0,6 2 *500 = 31086 м З.
М = (18520 + 31086)*0,68 = 49606*0,68 = 33732
кг
3373,2 кг
).
диаметром 0,325 м:
V 2m = 0,01π*600*0,16 2 *100 = 48,2 м З.
Масса газа, поступившего в окружающую среду, таким образом, составляет:
М = (37,2 + 48,2)*0,68 = 85,4*0,68 = 58
кг
. Однако, при взрывах ТВС на открытом пространстве в создании поражающих факторов ЧС участвует 10% (5,8 кг
).
Для газопроводов среднего давления:
диаметром 0,1 м:
V 1m = q*T = 0,31*120 = 37,2 м З.
V 2m = 0,01π*300*0,05 2 *100 = 2,36 м З.
Масса газа, поступившего в окружающую среду, таким образом, составляет:
М = (37,2 + 2,36)*0,68 = 39,56*0,68 = 26,9
кг
. Однако, при взрывах ТВС на открытом пространстве в создании поражающих факторов ЧС участвует 10% (2,7 кг
).
Для газопроводов низкого давления:
диаметром 0,1 м:
V 1m = q*T = 0,031*120 = 3,72 м З.
V 2m = 0,01π*30*0,05 2 *100 = 0,28 м З.
Масса газа, поступившего в окружающую среду, таким образом, составляет:
М = (3,72 + 0,28)*0,68 = 4*0,68 = 2,7 кг . Однако, при взрывах ТВС на открытом пространстве в создании поражающих факторов ЧС участвует 10% (0,27 кг ).
Указанным количеством при расчёте зон поражения можно пренебречь. Зоны поражения не выйдут за охранно-защитную зону (2 м влево и вправо от оси газопровода).
при разрушении (разгерметизации) технологического оборудования котельной
Максимальная масса природного газа, участвующего в аварии при разрушении технологического оборудования котельной, в первую очередь зависит от объёма помещений котельных (таблица 19). Всего на территории поселения 2 котельных.
Таблица 19 - Характеристика котельных:
Для того, чтобы произошёл взрыв ТВС, необходимо, чтобы из-за неисправности оборудования утечка газа составила от 5 до 15 %. Следовательно, объём утечки должен составлять:
При 5%: 120 м 3 х 0,05 = 6 м 3 (при плотности газа 0,68 кг· м 3 – 4 кг)
При 15%: 120 м 3 х 0,15 = 18 м 3 (при плотности газа 0,68 кг· м 3 – 12 кг)
Максимальная масса газа, поступившего в помещение котельной, может составить 12 кг.
Количество опасного вещества, участвующего в реализации опасных сценариев ЧС приведено в таблице № 20:
Таблица № 20: - Количество опасного вещества участвующего в авариях:
| № п/п
| Название аварийной ситуации. | Объём природного газа (м 3)
| Количество опасного вещества (кг)
|
| Аварии на объектах газового хозяйства (А-1): |
|||
| 1. | Разрушение (разгерметизация) магистрального газопровода в/д диаметром 1,22 м | 33732 | 33732 кг (33,732 т.)
|
| 2. | Разрушение (разгерметизация) газопровода в/д диаметром 0,325 м | 85,4 | 58 кг (0,058 т.)
|
| 3. | Разрушение (разгерметизация) газопровода с/д диаметром 0,1 м | 40 | 27 кг (0,027 т.)
|
| 4. | Разрушение (разгерметизация) газопровода н/д диаметром 0,1 м | 4 | 2,7 кг (0,0027 т.)
|
| Аварии на объектах котельного хозяйства (А-2): |
|||
| 7 | Разрушение (разгерметизация) технологического оборудования котельной. | Природный газ | 12 |
Расчет вероятных зон действия поражающих факторов
при разрушении (разгерметизации) газопроводов (А-1)
Аварии при разгерметизации газопроводов сопровождаются следующими процессами и событиями: истечением газа до срабатывания отсекающей арматуры (импульсом на закрытие арматуры является снижение давления продукта); закрытие отсекающей арматуры; истечение газа из участка трубопровода, отсеченного арматурой.
В местах повреждения происходит истечение газа под высоким давлением в окружающую среду. На месте разрушения в грунте образуется воронка. Метан поднимается в атмосферу (он легче воздуха), а другие газы или их смеси оседают в приземном слое. Смешиваясь с воздухом газы образуют облако взрывоопасной смеси. Статистика показывает, что примерно 80 % аварий сопровождается пожаром. Искры возникают в результате взаимодействия частиц газа с металлом и твердыми частицами грунта. Обычное горение может трансформироваться во взрыв за счет самоускорения пламени при его распространении по рельефу и в лесу.
При оперативном прогнозировании принимают, что процесс горения при этом развивается в детонационном режиме. Раскрытая схема к определению давлений при аварии на газопроводе приведена на рисунке 1.
Рисунок 1 - Расчетная схема к определению давлений при аварии на газопроводе
Р – давление в зоне детонации; Р ф - давление во фронте воздушной ударной волны; r 0 - радиус зоны детонации; R - расстояние от расчетного центра взрыва; 1 - зона детонации; 2 - зона воздушной ударной волны (R>r 0)
Дальность распространения облака (см. рис1) взрывоопасной смеси в направлении ветра определяется по эмпирической формуле
L = 25
, м, (3.49)
где М - массовый секундный расход газа, кг/с;
25 - коэффициент пропорциональности, имеющий размерность м 3/2 /кг 1/2 ;
W – скорость ветра, м/с.
Тогда граница зоны детонации, ограниченная радиусом r 0 , в результате истечения газа за счет нарушения герметичности газопровода, может быть определена по формуле
r 0 = 12,5, м. (3.50)
Массовый секундный расход газа М из газопровода для критического режима истечения, когда основные его параметры (расход и скорость истечения) зависят только от параметров разгерметизированного трубопровода, может быть определен по формуле
М = 
, кг/с, (3.51)
где - коэффициент, учитывающий расход газа от состояния потока (для звуковой скорости истечения =0,7); F - площадь отверстия истечения, принимаемая равной площади сечения трубопровода, м 2 ; 
- коэффициент расхода, учитывает форму отверстия ( = 0,7- 0,9), в расчетах принимается = 0,8; Р г - давление газа в газопроводе, Па; V г - удельный объем транспортируемого газа при параметрах в газопроводе (определяется по формуле 3.52).
V г = R 0
, м 3 / кг, (3.52)
где Т - температура транспортируемого газа, К;
R 0 - удельная газовая постоянная, определяемая по данным долевого состава газа q к и молярным массам компонентов смеси из соотношения
R 0 = 8314
, Дж / (кгК), (3.53)
где 8314 - универсальная газовая постоянная, Дж / (кмольК);
m к - молярная масса компонентов, кг/кмоль;
n - число компонентов.
В зоне действия детонационной волны давление принимается равным 1,7 МПа. Давление во фронте ВУВ на различном расстоянии от газопровода определяется также с использованием данных таблицы 21.
Таблица 21 - Давление во фронте ударной волны в зависимости от расстояния до шнура взрыва
.
| r/r 0 | 0 - 1 | 1,01 | 1,04 | 1,08 | 1,2 | 1,4 | 1,8 | 2,7 |
| Р ф,кПа | 1700 | 1232 | 814 | 568 | 400 | 300 | 200 | 100 |
| r/r 0 | 3 | 4 | 5 | 6 | 8 | 12 | 20 | - |
| Р ф,кПа | 80 | 50 | 40 | 30 | 20 | 10 | 5 | - |
При прогнозировании последствий случившейся аварии на газопроводе зону детонации и зону действия ВУВ принимают с учетом направления ветра. При этом считают, что граница зоны детонации распространяется от трубопровода по направлению ветра на расстояние 2r 0 . В случае заблаговременного прогнозирования, зона детонации определяется в виде полос вдоль всего трубопровода шириной 2r 0 , расположенных с каждой из его сторон. Это связано с тем, что облако взрывоопасной смеси может распространяться в любую сторону от трубопровода, в зависимости от направления ветра. За пределами зоны детонации по обе стороны от трубопровода находятся зоны действия ВУВ. На плане местности эти зоны также имеют вид полосовых участков вдоль трубопровода.
При разработке разделов проекта ИТМ ГОЧС на планах местности вдоль магистральных нефте- и газопроводов наносятся зоны возможных сильных разрушений, границы которых определяются величиной избыточного давления 50 кПа.
При проведении оперативных расчетов следует учитывать, что в зависимости от класса магистрального трубопровода, рабочее давление газа Р г может составлять: для газопроводов высокого давления - 0,6 – 7.5 МПа; среднего давления - от 0,3 до 0,6 МПа; низкого давления - до 0,3 МПа. Диаметр газопровода может быть от 100 до 1200 мм. Температура транспортируемого газа может быть принята в расчетах t 0 = 40 0 С. Состав обычного газа, при отсутствии данных, может быть принят в соотношении: метан (СН 4) - 90 %; этан (С 2 Н 6) - 4 %; пропан (С 3 Н 8) - 2 %; Н-бутан (С 4 Н 10) - 2 %; изопентан - (С 5 Н 12) - 2 %.
Расчет
радиусов зоны детонации r 0 при взрыве участков газопроводов
Исходные данные
:
d = 1,2 м; Р г = 5,5 МПа; t = 40 0 С; W = 1 м/с; =0,8.
Расчет:
1. R 0 =8314,4
=8314,4(
) = 486 КДж/(кг*К).
2. V г = R 0
= 254 м 3 /кг.
3. М = = 147,15 кг/с.
4. r 0 = 12,5 = 152 м.
Отсюда зона детонации будет равна: 2r 0 = 304 м (с каждой стороны трассы газопровода).
Используя таблицу 21 получаем радиус зоны возможных сильных разрушений, границы которой определяются величиной избыточного давления 50 кПа:
r = 4r 0 =608 м
Аналогичные расчёты выполнены и для других участков газопроводов. Полученные данные сведены в таблицу 22:
| Таблица 22 - Радиусы зон поражения при воздействии избыточного давления |
|||||
| Степень поражения | Избыточное давление, (∆Р кПа) | Радиус зоны, м для газопроводов |
|||
| м/г 1,42 м | в/д 0,325 м | с/д 0,1 м | н/д 0,1 м |
||
| Радиус зоны детонации r 0 | 1700 | 152 | 9,5 | 5 | 2,7 |
| Разрушение зданий: |
|||||
| Полное разрушение зданий | 100 | 410 | 25,7 | 13,5 | 7,3 |
| 50 %-ное разрушение зданий | 53 | 608 | 38 | 20 | 11 |
| Средние повреждения зданий | 28 | 912 | 57 | 30 | 16,2 |
| Умеренные повреждения зданий | 12 | 1520 | 95 | 50 | 27 |
| Малые повреждения (разбита часть остекления | 3 | 3500 | 285 | 150 | 75 |
| Поражения людей: |
|||||
| Крайне тяжелые | 100 | 410 | 25,7 | 13,5 | 7,3 |
| Тяжелые травмы | 60 | 550 | 28,5 | 15 | 9 |
| Средние травмы | 40 | 760 | 47,5 | 25 | 13,5 |
| Легкие травмы | 20 | 1216 | 76 | 40 | 22 |
| Пороговые поражения | 5 | 3040 | 190 | 100 | 54 |
Расчет вероятных зон действия поражающих факторов при разрушении (разгерметизации) технологического оборудования котельных (А-2)
В результате разрушения газопроводов и технологического оборудования с горючими веществами возможен их выброс внутрь здания или на открытую площадку с образованием газопаровоздушной смеси (ГПВС). Серьезную опасность для персонала, и технологического оборудования представляет взрыв образовавшейся ГПВС.
Процесс горения со стремительным высвобождением энергии и образованием при этом избыточного давления (более 5 кПа) называется взрывным горением.
Различают два принципиально разных режима взрывного горения: дефлаграционный и детонационный.
При дефлаграционном горении распространение пламени происходит в слабо возмущенной среде со скоростями значительно ниже скорости звука, давление при этом возрастает незначительно.
При детонационном горении (детонации) распространение пламени происходит со скоростью, близкой к скорости звука или превышающей ее.
Инициирование (зажигание) газовоздушной смеси с образованием очага горения возможно при наличии источника зажигания.
К основным факторам, влияющим на параметры взрыва, относят: массу и тип взрывоопасного вещества, его параметры и условия хранения или использования в технологическом процессе, место возникновения взрыва, объемно-планировочные решения сооружений в месте взрыва.
Взрывы на котельной можно разделить на две группы - в открытом пространстве и производственном помещении.
Аварии со взрывом могут произойти на пожаровзрывоопасных объектах. К пожаровзрывоопасным объектам относятся объекты, на территории или в помещениях которых находятся (обращаются) горючие газы, легковоспламеняющиеся жидкости и горючие пыли в таком количестве, что могут образовывать взрывоопасные горючие смеси, при горении которых избыточное давление в помещении может превысить 5 кПа. В этом случае газо-, паро-, пылевоздушная смесь займет частично или полностью весь объем помещения.
Котельная:
Сценарий С-1
:
(Разгерметизация технологического оборудования, утечка газа, воспламенение на месте выброса, ликвидация горения).
Масса природного газа, который может поступить в котельную – 12 кг.
Природный газ не токсичен. Однако из-за того, что газ не пригоден для дыхания, то он может представлять опасность для персонала внутри помещения котельной. Необходимо соблюдать правила пожарной безопасности, не пользоваться открытым огнём и использовать средства индивидуальной защиты (изолирующий противогаз). При этом от удушья может погибнуть 1 человек из числа персонала котельной.
Сценарий С-2 (Разгерметизация технологического оборудования, утечка газа, воспламенение на месте выброса, горение).
Исходные данные:
Частота реализации сценария год -1: 4*10 -5
Наименование вещества: природный газ
Масса вещества, кг: 12
Рассматриваемые сценарии:
Пожар утечки.
Результаты расчета:
(поражающие факторы пожара не выйдут за пределы котельной)
Сценарий С-3
(Разгерметизация оборудования, утечка газа, воспламенения на месте выброса нет, образование облака ТВС, источник зажигания, взрыв ТВС с ударной волной).
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.
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:
- без негативных последствий для человека в течение длительного времени (1,4 кВт/м 2);
- для 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.
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
|
| 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).
Таблица
2 – Значения D
пор
и D
гиб
для оборудования разных классов чувствительности
к воздействию тепловой радиации
|
Класс
|
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 |
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
|
|||
| 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».
При аварии в резервуарном парке количество газа q(t) или пара берётся: 30% от объёма наибольшего резервуара с бензином, 20% - с нефтью. При аварии на трубопроводе - до 20% вытекшей нефти и до 50% вышедшего газа. При аварии на автотранспорте - 4т бензина. При аварии на железной дороге - 10т бензина, 7т нефти. Величина дрейфа газа воздушного облака принимается равной 300 м в сторону предприятия.
При взрыве пара и газа воздушной смеси выделяют зону детонационной волны с радиусом R1 и зону ударной волны. Определяется также: радиус зоны смертельного поражения людей (R см); радиус безопасного удаления (R бу), где R ф=5 кПа; радиус предельно допустимой взрывобезопасной концентрации пара, газа Кпдвк.
Давление во фронте ударной волны Рф2 в зоне ударной волны определяют по таблице/19/
Избыточное давление в зоне детонационной волны определяется:
Радиус зоны смертельного поражения людей определяется по формуле:
где Q - количество газа, газа в тоннах;
R1 - радиус зоны детонационной волны;
R CM - радиус смертельного поражения людей.
Расчёт взрыва резервуара вертикального стального ёмкостью 5000 м3 с нефтью
Определяем количество газа, выделившегося при взрыве:
Количество нефти в тоннах:
5000?875 = 4375000 кг. = 4375 т.
Тогда количество газа:
0,2 ? 4375 = 875 т.
По формуле определяем радиус зоны детонационной волны:
R1=18,5 ?(875)1/3 = 173,00 м.
По формуле определяем радиус зоны смертельного поражения:
RCM=30 ? (875)1/3 = 280,53м.
Расстояние от центра взрыва до операторной r2= 200 м., то r2/R1=200/173 = 1,16, тогда избыточное давление от центра взрыва до операторной Рф1 = 279 кПа
