Расчет зоны ЧС при взрыве газовоздушных, топливовоздушных смесей в открытом пространстве

Самыми распространенными ЧС являются взрывы и сопровождающие их пожары при работе с газо-, топливо-, пыле-воздушными смесями (ГВС, ТВС, ЛВС).

Взрыв- чрезвычайно быстрое выделение энергии в ограниченном объеме, связанное с внезапным изменением состояния вещества и сопровождающееся образованием большого количества сжатых газов, способных производить механическую работу.

ТВС представляют собой смесь топлива с воздухом в определенных пропорциях. Большая вероятность ЧС связанных с взрывами и пожарами характерна для следующих предприятий:

• -химической, нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной промышленности;
• -газо- и нефтепроводы;
• -все виды транспорта;
• -пищевой промышленности;
• -топливозаправочные станции;
• -производящие и использующие лакокрасочные материалы;
• -использующие газо- и нефте продукты в качестве сырья для энергоносителей.

Характерными особенностями таких взрывов являются:

• -возникновение трех типов взрывов: (детонационный -процесс взрывчатого превращения вещества со сверхзвуковой скоростью; дефлаграционный - взрывчатое горение с дозвуковой скорость; комбинированный);
• -мощность взрыва зависит от параметров среды (температуры окружающего воздуха, скорости ветра, плотности застройки, рельефа меткости);
• -детонационный или комбинированный взрыв ГВС и ТВС могут произойти при условии концентрации продукта в воздухе превышающего нижний концентрационный предел (НКП), а взрыв ЛВС при условии превышения верхнего концентрационного предела (ВКП);
• -при взрывах образуются зоны поражения: бризантная (детонационная), огненного шара (зона действия продуктов горения), ударной волны, теплового поражения и токсического задымления.

Поражающее действие взрыва оценивается по следующим параметрам:

-избыточное давление по зонам взрыва (ДРф, кПа);

-тепловой импульс (U_T, кДж/м²), т.с. то количество теплоты, которое выделяется в результате взрыва вещества в единицу площади.

Оценка последствий взрыва ТВС, ГВС в режиме детонации

В результате взрыва ТВС или ГВС образуются зоны: бризантного действия, огненного шара, ударной волны, теплового поражения. Каждая из зон характеризуется радиусом, величинами избыточного давления и теплового излучения.

1. Зона бризантного действия.

Радиус зоны бризантного действия определяется по формуле:

/?, = 1,75 ? у[сГм,

(5.1)

где М - масса ГВС (ТВС) в резервуаре, кг; а - коэффициент зависящий от условий хранения вещества (а=0,5 -при одиночном хранении, а=0,9 при групповом хранении).

Избыточное давление в зоне принимается:

ДРф1=1750 кПа.

2. Зона огненного шара.

Радиус зоны огненного шара:

(5.2)

Избыточное давление в зоне рассчитывается:

ДР_ф2=1300(К1/К₂)³+50.

• (5.3)
• 3. Зона действия ударной волны.

Радиус зоны ударной волны определяется из условия:

R₃ > 1,7 /?!.

(5.4)

Избыточное давление в зоне:

• 233
• ( 1 + 0,41(—)³ )-1
• (5.5)
• 4. Зона теплового поражения.

Определяем интенсивность теплового излучения взрыва ГВ С (ТВС), кДж/ м²с:

(5.6)

где Qo -удельная теплота пожара, кДж/ м²с (табл.5.1); F -угловой коэффициент, характеризующий взаимное расположение источника взрыва и объекта экономики:

Г- ^Ri^R>

• (5.7)
• (5.8)

Т-прозрачность воздуха:

Т = 1—0,0581л .

5. Определение продолжительности существования огненного шара, с:

t_CB = 0,45 0,85Ж (5.9)

6. Определение теплового импульса, кДж/ м²:

y_t = /-t_CB. (5.10)

Теплотехнические характеристики веществ

Таблица 5.1

7. Определение безвозвратных потерь людей от воздействия ударной волны, чел:

N = 3 • Р • М°'⁶⁶⁶. (5.1 1)

где Р -плотность населения в данной местности, тыс. чел/км^[1]; М- масса ГВС (ТВС), т.

8. Определение поражающего действия ударной волны и теплового импульса путем сравнения вычисленных значений ДРф и U_t с табличными (табл. 5.2 - 5.4)

Таблица 5.2

Степень поражения людей в зависимости от избыточного ___________давления и теплового импульса___________

Таблица 5.3

Степень разрушения объектов (здании, сооружений, транспорта) в зависимости от избыточного давления___________

9. Определение радиуса зоны безопасного нахождения людей (т.е. зоны в которой величина избыточного давления <10 кПа), м:

^без

(5.12)

Таблица 5.4

Значение тепловых импульсов, соответствующих воспламенени ю матер и ало в

Пример. Произвести расчет зоны ЧС на территории цементного завода при взрыве ТВС. На территории завода хранится бензин, (одиночное хранение) массой 115,2 т (удельная теплота пожара бензина Qo =1800 кДж/ м². Определить радиусы и характеристики зон поражения при взрыве (избыточное давление в зоне огненного шара, время свечения, значения теплового импульса в зоне ударной волны). Оценить поражающее действие ударной волны на людей и объектов, если цех с легким металлическим каркасом находится на расстоянии 400 м от хранилища ТВС. Плотность населения в данной местности, 3 тыс. чел/км². Определить мероприятия по защите объекта.

Решение.

1. Зона бризантного действия.

Радиус зоны бризантного действия определяется по формуле, м:

/?! = 1,75 • VO,5 • 115000 = 67,53,

где М-масса ТВС (ТВС) в резервуаре, кг; а - коэффициент зависящий от условий хранения вещества (а=0,5 -при одиночном хранении). Избыточное давление в зоне принимается:

ДРф1=1750 кПа.

2. Зона огненного шара.

Радиус зоны огненного шара, м:

Я₂ = 1,7-67,53 =114,8.

Избыточное давление в зоне рассчитывается, кПа:

ДР_ф2= 1300(67,53/114,8)450=314,28.

3. Зона действия ударной волны.

Радиус зоны ударной волны определяется из условия:

R₃ > 1.7 Я1 •

Избыточное давление в зоне, кПа:

• 233
• - = 28,14.
• 1

ДРфЗ — z , у

• (yi + 0,41(400|67,53)³)
• 4. Зона теплового поражения.

Определяем интенсивность теплового излучения взрыва ГВС (ТВС), кДж/ м²с:

/ = Qo ' F • Т,

где Qo -удельная теплота пожара, кДж/ м²с; F -угловой коэффициент, характеризующий взаимное расположение источника взрыва и объекта экономики:

• 114,8² -400
• ---= 0,07.
• 114,8² +400² )³

Т-прозрачность воздуха:

Т = 1 - 0,058/п400 = 0,635.

Тогда интенсивность теплового излучения кДж/' м²с:

• 1 = 1800-0,07-0,635 = 80,01.
• 5. Определение продолжительности существования огненного шара, с:

t„ = 0,85^115000 = 41,33.

6. Определение теплового импульса, кДж/ м²:

U_t = 80,01-41,33 = 3306,8.

7. Определение безвозвратных потерь людей от воздействия ударной волны, чел:

N = 3-3-115^0,666 = 212,16.

где Р -плотность населения в данной местности, 3 тыс. чел/км²; М-масса ГВС (ТВС), т.

8. Определение радиуса зоны безопасного нахождения людей (т.е. зоны в которой величина избыточного давления <10 кПа), м:

з

/?без ⁼ 67,53

• 2
• (²³³/ю + 1) -¹ _{= 695}
• 0,41

Выводы: В результате взрыва цех получил средние разрушения (см. табл. 5.3). По величине теплового импульса 3306,8 кДж/ м² можно предположить, что люди находящиеся на открытой местности могут получить смертельные ожоги. Безопасное расстояние для людей составит 695 м.

Варианты заданий

Произвести расчет зоны ЧС на территории завода при взрыве ТВС. На территории завода хранится. Определить радиусы и характеристики зон поражения при взрыве (избыточное давление в зоне огненного шара, время свечения, значения теплового импульса в зоне ударной волны). Оценить поражающее действие ударной волны на людей и объектов, если цех (четные варианты-с легким металлическим каркасом, нечетные варианты - кирпичное здание). Определить мероприятия по защите объекта. Данные для расчета по вариантам представлены в табл.5.5.

Таблица 5.5

Данные для расчета по вариантам

Окончание табл. 5.5

• [1] (°,/.у) - 0,41