Устойчивость работа промышленных объектов в ЧС
Предполагается, что разрушение здания цеха (офиса) происходит в результате воздействия ударной волны, возникшей в результате аварийного разрушения (взрыва) какого-либо аппарата на заводской площадке. Последствия взрыва определяются величиной давления разрушения инженерного объекта и массой выброса (слива) вредного вещества.
Оценка устойчивости зданий (сооружений) заключается в определении избыточного давления ударной волны ЛРФ, вызывающего различные степени разрушения промышленного или административного здания в зависимости от типа и сейсмостойкости конструкции, вида строительного материала, высоты здания и грузоподъемности кранового оборудования внутри цеха промышленного здания.
Ориентировочно величина ∆РФ определяется по формуле:
где Кзд - коэффициент, учитывающий тип здания; Кр ~ коэффициент, учитывающий степень разрушения; Кк - коэффициент, учитывающий тип конструкции; Км - коэффициент, учитывающий вид строительного материала; Кв - коэффициент, учитывающий высоту здания; Кс - коэффициент, учитывающий сейсмостойкость конструкции; Ккр - коэффициент, учитывающий грузоподъемность кранового оборудования.
|
|
Значения коэффициентов Ki - К7 приведены в приложении 12.3.
Пример 1. Определить избыточные давления ударной волны, при которых здание цеха химического машиностроения получит различные степени разрушения. Исходные данные: тип здания - каркасный; стены -кирпичные; высота -10 м; здание не сейсмостойкое; грузоподъемность мостового крана - 10 т.
Р е ш е н и е: Избыточное давление ударной волны, вызывающее полное разрушение здания, находим по формуле 12.1.
Тогда:
сильное разрушение:
среднее разрушение:
слабое разрушение:
Оценка устойчивости технологического оборудования к воздействию ударной волны.
Промышленное оборудование (в первую очередь, дымовые грубы, ректификационные колонны, опоры пиний электропередач, реакторы и др) рассчитываются на действие скоростного напора воздуха, движущегося за фронтом ударной волны. Давление скоростного напора рассчитывается по формуле [9]:
где ∆РФ - избыточное давление во фронте ударной волны, кПа.
При воздействии скоростного напора на объект возникает смещающая сила, которая может вызывать:
- смещение оборудования относительно основания (фундамента) или его отбрасывание;
- опрокидывание оборудования;
- мгновенное инерционное разрушение элементов оборудования (ударные перегрузки).
Смещение оборудования может привести к слабым, а в ряде случаев и средним разрушениям. Величина скоростного напора, вызывающего смещение оборудования (расчетная схема представлена на рис. 12.1), составляет
|
|
где f- коэффициент трения (см. приложение 12.4); т- масса объекта (оборудования), кг; g - ускорение свободного падения (9,8 м/с2); сх - коэффициент аэродинамического сопротивления объекта (см. приложение 12.5); I - длина объекта, м (наиболее неблагоприятный случай воздействия ударной волны - перпендикулярно наибольшему размеру предмета); л - высота объекта, м; Qв - суммарное усилие болтов крепления, работающих на срез, Н. Величина QB равна
где τср - допустимое напряжение на срез, кг/мм2 (н/м2); σТ - предел текучести стали, кг/мм2 (н/м2), для Ст. 35 ат = 65 кг/мм2 = 6,33x108 н/м2; d6 - диаметр болта, м; п - количество болтов.
|
|
Для незакрепленного оборудования () величина скоростного напора, вызывающего смещение оборудования, составляет
(12.5)
При l = d
(12.6)
Пример 2. Определить предельное значение избыточного давления, не вызывающее смещение абсорбционной колонны относительно бетонного основания. Исходные данные: диаметр колонны d = 4 м; высота h = 60 м; масса кг = 5-105 кг; f = 0,2; сх = 0,46.
Решение: Определяем по формуле 12.6 предельное значение давления скоростного напора, при котором колонна не смещается
По величине ∆РСК- 9 кПа, используя рис. 12.2, находим ∆Рфlim а 52 кПа. Таким образом, при ∆РФ > 52 кПа ударная волна вызывает смещение колонны.
Опрокидывание оборудования приводит к средним и сильным разрушениям. Смещающая сила Рсм действующая на плече z = h/2 будет создавать опрокидывающий момент, а вес (масса) оборудования на плече i12 (d/2) и реакция крепления Qr плече £ (d) - стабилизирующий момент (см. рис. 12.3).
|
|
(12.7)
При
(12.8)
где s - площадь объекта со стороны движения ударной волны, м2.
При b = l = d, где b – наименьший размер (ширина) объекта, м
(12.9)
Суммарное усилие болтов крепления, работающих на разрыв, равно
(12.10)
где σр - допустимое напряжение болта на разрыв, кг/мм2 ( см. приложение 12.6).
По величине скоростного напора ∆РСК, используя рис. 12.2, находят предельное избыточное давление ∆РФlim , при котором оборудование не опрокинется.
Пример 3. Определить предельное значение избыточного давления, не вызывающее опрокидывание абсорбционной колонны. Исходные данные: см. пример 2.
Решение: Определяем по формуле 12.9 предельное значение давления скоростного напора, при котором колонна не опрокинется:
.
По величине ∆РСК = 3 кПа, используя рис. 12.2, находим ∆Рф|lim = 30 кПа. Таким образом, при ДРФ > 30 кПа ударная волна вызывает опрокидывание колонны.
В данном случае для опрокидывания колонны требуется меньшее давление ударной волны, чем для ее смещения, что характерно для высоких элементов объекта (колонная аппаратура и др); для низких, наоборот, требуется меньшее давление для смещения, чем для опрокидывания.
Инерционные разрушения радиоэлектронной и оптический аппаратуры (разрыв соединительных проводов, мест пайки, хрупких деталей и т.п.) возникают от избыточного давления ударной волны и давления скоростного напора. Они приравниваются к сильной степени разрушения.
Предельное значение избыточного давления ударной волны, при котором оборудование не получит инерционных разрушений ∆Рфlim, определяется с помощью рис.12.4. по найденной величине избыточного предельного лобового давления ∆Рлоб:
|
|
(12.11)
где Pлоб - лобовая сила (не приводящая к ударной перегрузке), Н; S площадь воздействия ударной волны, м2; т - масса прибора, кг; адоп - допустимое ускорение при ударе, м/с2 (приводится в техническом паспорте на прибор или берется из приложения 12.7); пдоп – адоп;/q - допустимая ударная перегрузка, не приводящая к инерционным разрушениям.
Пример 4. Определить предельное значение избыточного давления, при котором прибор не получит инерционное разрушение. Исходные данные: длина прибора l = 400 мм, ширина b = 420 мм, высота h - 720 мм, масса кг -- 60 кг, допустимое ускорение при ударе aдоп -100 м/с2.
Решение; Определяем по формуле 12.11 избыточное лобовое давление, которое может выдержать прибор:
По рис. 12.4, зная ∆Рло6, находим предельное избыточное давление ∆Рф,lim =18 кПа. Таким образом, при ∆РФlim| > 18 кПа прибор получит сильное разрушение от инерционных перегрузок, вызываемых ударной волной.
Основные пути повышения инженерной устойчивости промышленных объектов:
- использование оптимальных конструкций и материалов зданий и сооружений;
- надежное закрепление оборудования на фундаменте;
- применение демпфирующих (деформируемых) опор оборудования;
- создание специальных защитных упругих навесов, кожухов, зонтов, сеток и т.п.;
- расположение массивной техники на нижних этажах и вне помещения;
- возможность эксплуатации объекта на различных видах топлива (газ, уголь, мазут и т.п.);
- обваловывание емкостей с вредными веществами, горючими и легковоспламеняющимися жидкостями;
- закрепление оттяжками (тросами) высоких элементов объекта, рассчитанными на воздействие скоростного напора ударной волны.