Степень поражения людей

Пркатическая работа №7.

Защита в чрезвычайных ситуациях

 

Расчет зоны ЧС при взрывах газовоздушных,
топливовоздушных смесей

 

Характерными особенностями взрывов газовоздушных, топливовоздушных смесей (рис. 3) являются:

– возникновение разных типов взрывов: детонационного, дефлаграционного или комбинированного. Комбинированный взрыв наиболее распространен;

– образование при взрывах пяти зон поражения: бризантной (детонационной), действия продуктов взрыва (огненного шара), действия ударной волны, теплового поражения и токсического задымления (табл. 4.4);

– зависимость      мощности       взрыва от параметров среды, в которой происходит взрыв (температура, скорость ветра, плотность застройки, рельеф местности);

Для реализации комбинированного или детонационного взрыва для ГВС и 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.

Взрыв газовоздушной смеси

 

Рис. 4.2. Схема взрыва ГВС, ТВС:
1 – фронт детонационной волны; 2 – огненный шар; 3 – облако дыма

Таблица 4.4

Степень поражения людей

ΔРФ, кПа	Степень поражения
100	Смертельные (безвозвратные)
60–100	Тяжелые поражения (контузии)
40 – 60	Средние поражения (кровотечения, вывихи, сотрясения мозга)
10 – 40	Легкие поражения (ушибы, потеря слуха)
<10	Безопасное

 

Расчет радиусов зон поражения (R) и избыточного давления во фронте ударной волны (ΔР_Ф)при взрыве производится по следующим формулам.

Радиус зоны бризантного действия взрыва, м:

                               (4.10)

где М – масса ГВС, ТВС в смеси (резервуаре), кг.

Давление в пределах этой зоны ΔР_Ф =1750 кПа. За М принимается 50% вместимости резервуара при одиночном хранении и 90% – при групповом.

Радиус зоны действия продуктов взрыва (радиус огненного шара объемного взрыва), м:

R_ош=1,7·R₁                                 (4.11)

Избыточное давление в зоне разлета продуктов взрыва (на границе огненного шара), кПа:

                       (4.12)

Для остальных зон (зоны полного, сильного, среднего и слабого разрушений) их радиусы (рис. 4), м, рассчитываются по следующей формуле:

                      (4.13)

 

где ΔР_Ф – избыточное давление в каждой из этих зон, кПа (для зоны полных разрушений ΔР_Ф =50 кПа, сильных – 30 кПа, средних – 20 кПа, слабых – 10 кПа).

Слабые разрушения – повреждения или разрушения крыш и оконных и дверных проемов. Ущерб – 10–15% от стоимости зданий (табл. 4.5).

Средние разрушения – разрушение крыш, окон, перегородок, чердачных перекрытий, верхних этажей. Ущерб – 10–15%.

Сильные разрушения – разрушения несущих конструкций и перекрытий. Ущерб – 50%. Ремонт нецелесообразен.

Полное разрушение – обрушение зданий.             

Таблица 4.5

Степень разрушения объектов (зданий, сооружений, транспорта) в зависимости от избыточного давления (ΔР_Ф, кПа)

 

Элементы ИТК	Степень разрушения
	Сильная	средняя	Слабая
I	2	3	4
Цех с легким металлическим каркасом	50 – 30	20 – 30	20–10
Кирпичные   (более трех этажей) здания	30 – 20	20 – 12	12 – 8
Цистерны ж/д	90 – 60	60 – 40	40 – 20
Грузовая машина	50	50 – 40	40 – 20
ЛЭП	120 – 80	70 – 50	40 – 20
Трубопроводы наземные	130	50	20
Трубопроводы     на эстакаде	50 – 40	40 – 30	30 – 20
Резервуары ГСМ: – наземные; – подземные	100 – 50 200–100	50 – 30 100 – 50	30–10 50 – 30
ТЭС	25 – 20	20–15	15 – 10
Водонапорная башня	60 – 40	40 – 20	20 – 10
Деревянные дома	30 – 20	20–10	10

 

Интенсивность теплового излучения взрыва ГВС, ТВС на расстоянии R, кДж/м²·с:

                                       J = Q₀·F·T,                                   (4.14)

 

где Q₀ – удельная теплота пожара, кДж/м²·с;

   Т – прозрачность воздуха для теплового излучения, равная

Т = 1–0,058ln R ₃;                               (4.15)

    F – угловой коэффициент, характеризующий взаимное расположение источника и объекта:                                 

   ,                                       (4.16)

Продолжительность существования огненного шара t_св, с, определяем о формуле

               t _св =(0,45 ÷0,85)·                          (4.17)

где М – масса ГВС (ТВС), кг.

Тепловой импульс U, кДж/м², находим по формуле:

                                          U = J · t _св,                                (4.18)

 

где t _св – продолжительность существования огненного шара, с, определяем по формуле 4.17.

Примечание: U рассчитывается для зоны полных, сильных, средних, слабых разрушений.

Таблица 4.6

Значения тепловых импульсов, приводящих кпоражению людей и воспламенению материалов, кДж/м²

 

 

 

 

 

Степень ожога	U, приводящий к поражению	Материал	Ut, приводящий к воспламенению
Легкая	80–100	Доски     темные, резина	230 – 400
Средняя	100 – 400	Стружка, бумага	330 – 500
Тяжелая	400 – 600	Брезент	420 – 500
Смертельная	>600	Дерево сухое	500 – 670
		Кроны деревьев	500 – 750
		Кровля (рубероид)	580 – 810
		Древесно­стружечная плита	160 – 200

 

Пример 4.3. Рассчитаем масштабы зон ЧС при взрыве емкостей с легковоспламеняющимися жидкостями. Расчет проведем для резервуарного парка оборотного бензохранилища, которое используется для снабжения бензином маслоэкстракционного цеха. На складе установлены:

– 4 резервуара для приёма и хранения бензина, объёмом 25 м³ каждый;

Физико-химические свойства бензина: ЛВЖ, ρ = 790 кг/м³; t_всп=33 °С, удельная теплота пожара Q₀=1700 – 2200 кДж/м²·с. Рассчитаем зоны поражения при взрыве емкостей с экстракционным бензином:

М = (4·790·25)·0,9=71,100 т.

При взрыве образуется пять зон поражения: бризантная (детонационная), действия продуктов взрыва (огненного шара), действия ударной волны, теплового поражения и токсического задымления.

1. Зона бризантного действия (I зона);

Радиус зоны бризантного действия взрыва R₁, м (формула 4.10):

                         м,                    

2. Зона огненного шара (II зона):

Радиус зоны действия продуктов взрыва – радиус огненного шара объе­много взрыва R_ош (формула 4.11):

                                  R_ош=1,7·R₁=1,7·72,5=123,25 м,                           

3. Зона действия ударной волны (III зона):

Радиусы зон полных (ΔР_ф = 50 кПа), сильных (ΔР_ф = 30 кПа), средних (ΔР_ф = 20 кПа), слабых (ΔР_ф=10 кПа) разрушений находим по формуле 4.13:

Радиус зоны полных разрушений:

 м

Радиус зоны сильных разрушений:

  м

Радиус зоны средних разрушений:

  м

Радиус зоны слабых разрушений:

 м

Интенсивность теплового излучения взрыва ГВС, ТВС на расстоянии R₃ рассчитываем по зависимости 4.14.

Для этого определяем по формуле 4.15 тепловую прозрачность воздуха для каждой зоны поражения:

Т _П = 1–0,058ln306,7 = 0,66;

Т _С = 1–0,058ln413,1= 0,65;

Т _СР = 1–0,058ln528,7 = 0,63;

Т _СЛ = 1–0,058ln818,3= 0,61;

Угловой коэффициент, характеризующий взаимное расположение источника и объекта F определяем по формуле 4.16.

Интенсивность теплового излучения взрыва ГВС, ТВС на расстоянии R ₃:

J _П = 1200·0,128·0,66 = 101,4 кДж/м²·с

J _С = 1200·0,078·0,65 = 60,84 кДж/м²·с

J _СР = 1200·0,05·0,63 = 37,8 кДж/м²·с

J_{С Л} = 1200·0,022·0,61 = 16,1 кДж/м²·с

Продолжительность существования огненного шара t_св, с, определяем о формуле 4.17:

t _св = 0,65· =26,9 с

Тепловой импульс U, кДж/м², находим по формуле 4.18:

U _П = 101,4·26,9 = 2727,66

U _С = 60,84·26,9 = 1636,6

U _СР = 37,8·26,9 = 1016,82

U _СЛ = 16,1·26,9 = 433,09

Выбираем основные мероприятия по защите:

– заглубление, обваловка емкостей с газами, топливом;

– установка противопожарных стен, перегородок и т.д.;

– расположение складов за пределами зон ЧС (ΔР_ф < 10 кПа,
U < 100 кДж/м²);

– соблюдение правил пожаро- и взрывобезопасности.

Варианты заданий для самостоятельного решения приведены в таблице 4.7.

Таблица 4.7

Варианты заданий

№ вар	Вид ЛВЖ	Плотность ЛВЖ, кг/м3	Удельная теплота пожара Q0, кДж/м2·с	Объем резервуара, м3	Число резервуаров
1	Бензин	710	1780	15+n	n+2
2	Керосин	790	1520
3	Ацетон	792	1200
4	Мазут	900	1300
5	Метиловый спирт	787	840
6	Бензин	710	1780	25+n	n
7	Керосин	790	1520
8	Ацетон	792	1200
9	Мазут	900	1300
10	Метиловый спирт	787	840
11	Бензин	710	1780	30+n	n-7
12	Керосин	790	1520
13	Ацетон	792	1200
14	Мазут	900	1300
15	Метиловый спирт	787	840
16	Бензин	710	1780	35+n	n-10
17	Керосин	790	1520
18	Ацетон	792	1200
19	Мазут	900	1300
20	Метиловый спирт	787	840
21	Бензин	710	1780	40+n	n-17
22	Керосин	790	1520
23	Ацетон	792	1200
24	Мазут	900	1300
25	Метиловый спирт	787	840
26	Бензин	710	1780	45+n	n-21
27	Керосин	790	1520
28	Ацетон	792	1200
29	Мазут	900	1300
30	Метиловый спирт	787	840