Металл. Расчет размеров взрывоопасных зон избыточного давления взрыва Радиусы зон поражения при воздействии избыточного давления
Расчет
радиусов зоны детонации r0 при взрыве участков газопроводов
Исходные данные :
d = 1,42 м; Рг = 7,5 МПа; t = 400С; W = 1 м/с; m=0,8.
Расчет:
1..gif" width="167" height="42"> = 254 м3/кг.
3. М = = 148,1 кг/с.
4. r0 = 12,5 = 152 м.
Отсюда зона детонации будет равна: 2r0= 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 = 4r0 =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, | Радиус зоны, м для газопроводов |
|||
Радиус зоны детонации r0 | |||||
Разрушение зданий: |
|||||
Полное разрушение зданий | |||||
50 %-ное разрушение зданий | |||||
Средние повреждения зданий | |||||
Умеренные повреждения зданий | |||||
Поражения людей: |
|||||
Крайне тяжелые | |||||
Тяжелые травмы | |||||
Средние травмы | |||||
Легкие травмы | |||||
Пороговые поражения | |||||
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
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).
Исходные данные:
Частота реализации сценария год -1: 1*10-5
Наименование вещества: природный газ
Масса вещества, кг: 12
Тип (класс) взрывоопасного вещества: 4 класс .
Класс окружающего пространства: 3 класс .
Режим взрывного превращения облака: 5 режим.
Рассматриваемые сценарии:
Взрыв ТВС.
Результаты расчета.
Таблица 23 - Радиусы зон поражения при воздействии избыточного давления | ||
Степень поражения | Избыточное давление, | Радиус зоны, м |
Разрушение зданий: |
||
Полное разрушение зданий | ||
50 %-ное разрушение зданий | ||
Средние повреждения зданий | ||
Умеренные повреждения зданий | ||
Малые повреждения (разбита часть остекления | ||
Поражения людей: |
||
Крайне тяжелые | ||
Тяжелые травмы | ||
Средние травмы | ||
Легкие травмы | ||
Пороговые поражения | ||
Расчёты погибших, пострадавших и ущерб при ЧС на объектах и сетях газового хозяйства:
Расчёт количества погибших и пострадавших:
Для определения возможного числа пострадавших при поражении людей опасными поражающими факторами возможных аварийных ситуаций зоны воздействия опасных факторов сопоставляются с объектами воздействия и количеством людей, которые могут находиться в данных зонах.
Число летальных исходов поражения определяется исходя из значений условной вероятности поражения человека опасными факторами аварии. Условные вероятности поражения человека опасными факторами аварии определяются на основании значений пробит-функции, рассчитываемых по ГОСТ Р 12.3.047-98. Кроме того, согласно Методическим рекомендациям МЧС России от 01.01.2001 № . для расчёта количества погибших и пострадавших использована таблица 24 «Приближённая оценка плотности населения с, чел./га»:
Таблица 24 - Приближённая оценка плотности населения с, чел./га (чел/м2):
Описание территории | |
Район фермерских хозяйств, хутора | 5/0,0005 |
Усадьбы | 10/0,001 |
Деревни, зона индивидуальной застройки |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Федеральное агентство железнодорожного транспорта
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Иркутский государственный университет путей сообщения
Красноярский институт железнодорожного транспорта
Контрольная работа
Дисциплина: Транспортная безопасность
Расчет размеров взрывоопасных зон избыточного давления взрыва ТВС при авариях с СУГ
Выполнил:
студент заочной формы
Титов Е.Н.
Красноярск 2015 г.
аварийный разгерметизация взрыв пожарный
Определить радиус взрывоопасной зоны при аварийной разгерметизации стандартной цистерны емкостью 54 м 3 с сжиженным пропаном при получении пробоины площадью S 0 = 34 см 2 и при мгновенной разгерметизации цистерны (проливе всего количества СУГ).
1. Масса газа в облаке ТВС при длительном истечении СУГ из цистерны определяется по формуле (3.6):
М р = 36 · 520 · 0,0034 · 1/2 = 2630 кг.
2. Радиус загазованности при S 0 = 34 см 2 определяется по формуле (3.1).
Х нкпр = 14,6 · (2630/1,78 · 2) 0,33 = 132,7 м
Аналогичный результат можно получить без расчета по таблицам, где при S 0 = 38 см 2 расход газа равен G = 3 кг · с -1 . При таком расходе газа и скорости ветра 0,5 м/с глубина зоны загазованности составит 100 м. По упрощенной формуле для оперативных расчетов (3.3) получается приближенный результат:
Х нкпр = 92 · 2,63 0, 33 = 127 м.
3. При мгновенной разгерметизации цистерны и степени заполнения цистерны е = 0,9, согласно п. 3.1.3 масса паров (М р) в облаке для низкокипящих СУГ определяется по формуле (3.4):
М = 0,9 · 54 · 0,52 = 25 т;
М р = 0,62 · М = 0,62 · 25 = 15,5 т.
Радиус взрывоопасной зоны по формуле (3.3) составит:
Х нкпр = 92 · М р 0,33 = 92 · 15,5 0,33 = 230 м.
По формуле (3.1) получается более точный результат:
Х нкпр = 14,6 · (15500/1,78 · 2) 0,33 = 238 м
Для оперативных расчетов результат, полученный по формуле (3.3) практически не отличается от результата расчета по формуле (3.1) и может быть принят за основу при расчетной температуре воздуха t р, 28 0 C.
В условиях низких температур воздуха плотность паров СУГ растет, а радиус загазованной зоны уменьшается незначительно. Так, например, при t р = -40 0 C с п, = 2,3 кг · м -3 радиус взрывоопасной зоны Х нкпр = 220 м. Поэтому приведенные выше упрощенные формулы можно использовать для практических расчетов.
Определить радиус зон поражения и величину избыточного давления во фронте ударной волны при взрыве облака ТВС при аварии цистерны с пропаном.
1. Определяются границы зон поражения при истечении СУГ из пробоины.
Масса газа в облаке ТВС принимается по п. 1.1 Примера 1:
М р = 2630 кг = 2,63т.
Границы зон поражения людей:
тяжелые поражения - R 1 = 32 · 2,63 1/3 = 44м,
порог поражения - R 2 = 360 · 2,63 1/3 = 496 м.
Границы повреждения зданий:
полные разрушения - R 1 = 32 · 2,63 1/3 = 44 м,
сильные разрушения - R 2 = 45 · 2,63 1/3 = 62 м,
средние разрушения - R 3 = 64 · 2,63 1/3 = 88 м,
умеренные разрушения - R 4 = 120 · 2,66 1/3 = 166 м,
малые повреждения - R 5 = 360 · 2,66 1/3 = 496 м.
2. Определяются относительные величины расстояний Х р и величины избыточного давления ДP на расстояниях примера.
Относительная величина расстояния определяется по формуле (3.8):
Х р = R 1 / (0,42 · М р) 1/3 = R 1 / (0,42 · 2,63) 1/3 = R 1 /1,0.
для людей: R 1 = 44 м, ДP = 100 кПа;
R 2 = 496 м, ДP = 3 кПа;
для зданий: R 1 = 44 м, Х р = 44 м, ДP = 100 кПа;
R 2 =62 м, Х р = 62 м, ДP = 55 кПа;
R 3 = 88 м, Х р = 88 м, ДP = 30 кПа;
R 4 = 166 м, Х р = 166 м, ДP = 15 кПа;
R 5 = 496 м, Х р = 496 м, ДP = 3 кПа.
Полученные результаты совпадают с данными с небольшими отклонениями.
3. При мгновенной разгерметизации цистерны масса газа в облаке ТВС составляет М р = 15,5 т. Границы зон поражения с соответственно изменятся, а величины избыточного давления ДP останутся без изменения. Ниже приводятся результаты расчетов по изложенной выше методике для людей. Границы зон поражения:
тяжелые поражения - R 1 = 32 · 15,5 1/3 = 80 м,
порог поражения - R 2 = 360 · 15,5 1/3 = 900 м.
Относительная величина расстояния определяется по формуле (3.8)%.
Х р = R 1 / (0,44 · 15,5) 1/3 = R 1 /1,8.
Значения величин Х р и ДP составят:
R 1 = 80 м, Х р = 80/1,8= 44; ДP = 100 кПа;
R 2 = 900 м, Х р = 900/1,8= 500; ДP = 3 кПа.
Определить ожидаемую плотность теплового излучения на расстоянии r = 33 м от пожара пролива ЛВЖ.
Исходные данные:
В результате разгерметизации трубопровода произошла утечка и загорание бензина на площади 34 м 2 . Скорость ветра незначительна.
Для расчета диаметра и радиуса пламени используется формула (3.25):
d n = (4 · S p /р) 0,5 =(4 · 33/3,14) 0,5 = 3,4 м; r п = 10 м.
Определяется средне поверхностная плотность теплового излучения факела пламени: Е = 130 кВт/м 2 . По формуле (3.27) определяется коэффициент облученности ц между факелом пламени и элементарной площадкой на поверхности облучаемого объекта:
По формуле (3.26) определяется величина плотности теплового излучения q на расстоянии 21 м от пожара: q = Е · ц = 130 · 0,033 = 4,3 кВт · м -2 . Данное значение плотности теплового излучения не вызывает воспламенение горючих материалов.
Определить ожидаемую плотность теплового излучения на расстоянии r = 80 м от огненного шара и оценить опасность излучения. Исходные данные:
В результате столкновения двух цистерн с СУГ произошел пожар пролива вещества.
От теплового воздействия пожара пролива произошел взрыв второй цистерны с нагрузкой 24 т СУГ с образованием огненного шара.
По формулам (3.28) - (3.30) определяются масса огненного шара, его радиус и время существования:
М ош = 0,6 · М = 0,6 · 24 = 14,4 т;
t ош = 4,5 · М ош 1/3 =4,5*2,4= 10,8 с.
По формуле (3.27) определяется ц коэффициент облученности между факелом пламени и элементарной площадкой на поверхности облучаемого объекта при r п = R ош = 70м и r = 80м:
По Приложению 5 определяется средне поверхностная плотность теплового излучения факела пламени Е = 200 кВт/м 2 . По формуле (3.26) определяется величина плотности теплового излучения q на заданном расстоянии: q = Е · ц = 200 · 0,206 = 41,2кВт · м -2 . Данное значение плотности теплового излучения при времени облучения 10,8 с не вызывает воспламенение горючих материалов. Вероятность поражения людей тепловым потоком зависит от индекса дозы теплового излучения (I), который определяется из соотношения (3.31):
I = t ом · (1000 · q) 4/3 = 10,8· (1000 · 41,2) 4/3 = 1,62 · 10 7 .
Доля пораженных тепловым излучением определяем составляет около 50%, получивших ожоги II степени, и 15%, получивших смертельное поражение.
Провести оценку пожарной обстановки при аварии с ЛВЖ и СУГ на сортировочной станции.
Исходные данные:
При проведении маневренных работ произошло столкновение цистерны с ЛВЖ (керосин) и цистерны, содержащей СУГ (пропан). Цистерны стандартные объемом соответственно 61,2 и 54 м 3 , загрузка ЛВЖ 42 т, загрузка СУГ 24 т, степень заполнения 0,85.
В результате столкновения цистерна с ЛВЖ получила пробоину площадью 37см 2 , из которой начал вытекать керосин. Через 60,5 мин. Пролитый керосин воспламенился.
В результате теплового воздействия происходит взрыв цистерны с СУГ с образованием огненного шара.
1) Производится оценка времени и площади разлива ЛВЖ.
Определяем время истечения ЛВЖ. В данном случае при площади пробоины 37 см 2 время полного истечения. Расход керосина из пробоины и средняя скорость определяются по формулам (3.20) и (3.21):
2,22 м · с -1 ,
G = 60 · 2,22 · 800 · 0,0037 = 405 кг · мин -1 .
На 68-ой минуте согласно п. 3.2.6 по формуле (b 1) площадь разлива составит:
S p (ф) = (0,00625 · G) · ф = (0,00625 · 405) · 60,5 = 159 м 2 .
Длина и ширина фронта пожара пролива определяются исходя из условия прямоугольной формы его распространения (п.6.1.4):
где S п - площадь пожара, м 2 ;
а - длина фронта пожара, м;
b - ширина фронта пожара, м.
Ширина фронта пожара при S п = S р = 159 м 2 составляет:
b = (S п /3,5) 1/2 = (159/3,5) 1/2 =5,7 м.
Длина фронта пожара:
а = 3,5 · b = 3,5*5,7=20м.
2) Производится расчет возможного количества вагонов, попавших в зону пожара, в соответствии с п.6.4.
Общее количество вагонов в очаге пожара:
N = S п · К р / S в = 159 · 0,75/80 =2 шт.
количество N к вагонов на крайних железнодорожных путях по длине фронта пожара:
N к = а/(I в + 1) = 20/(12 + 1) = 2 шт.;
количество N ш вагонов на крайних железнодорожных путях по ширине фронта пожара:
N к = b/r жд = 5,7/2 = 3 шт.
Таким образом, в зоне пожара могут находиться 3 цистерны (вагона).
3) Производится расчет зоны опасного воздействия теплового излучения пожара пролива, т.е. зоны возможного распространения пожара при q кр > 12,5 кВт/м 2 .
Масса пролитого керосина согласно п.3.2.6 по формуле (а) составит:
М (ф) = G · ф = 405 · 60,5 = 24,5 т.
В этом случае плотность теплового излучения на расстоянии 50 м составит 12,5 кВт · м -2 . Таким образом, граница опасной зоны (зоны возможного распространения пожара) расположена на расстоянии 50 м от границы пролива. На рис. П. 16.1 показана зона, т.е. при нахождении в зоне возможного распространения пожара горючих материалов произойдет их воспламенение.
4) Через 15-25 мин после начала теплового воздействия пожара пролива на цистерну с СУГ произойдет взрыв этой цистерны с образованием огненного шара. По формулам (3.28) - (3.30) определяются масса огненного шара, его радиус и время существования:
М ош = 0,6 · М = 0,6 · 24= 14,4 т;
R ош = 29 · М ош 1/3 = 29 · 2,4 = 70 м;
t ош = 4,5 · М ош 1/3 = 4,5*2,4=10,8 с.
Полагается, что в зоне радиусом 70 м (радиус огненного шара) все горючие материалы воспламеняются. По формуле (3.27) определяется ц коэффициент облученности ц и величина плотности теплового излучения q (кВт/м 2) на различных расстояниях от огненного шара. Т.к. при величине теплового излучения более 85 кВт/м 2 происходит воспламенение через 3-5 с, полагается, что при времени облучения 11 с (времени существования огненного шара) воспламенение произойдет при q кр = 60 кВт/м 2 . Такой величине плотности соответствует расстояние от поверхности огненного шара - 50 м. Таким образом, зона возможного распространения пожара от воздействия огненного шара составляет 120 м (70 м + 50 м) от цистерны с СУГ (места аварии).
Зоны возможного распространения пожара при аварии с проливом
ЛВЖ и образованием огненного шара (масштаб 1:1000):
1 - пожар пролива ЛВЖ;
2 - зона возможного распространения пожара пролива;
3 - фрагмент зоны возможного распространения пожара от теплового воздействия огненного шара.
Список используемой литературы
1. Методические указания «Определение зон воздействия опасных факторов аварий и пожаров на объектах железнодорожного транспорта» П.Л. Девлишен, В.П. Аксютин, Г.Г. Нестеренко, Г.М. Гроздов, И.Р. Хасанов, Е.А. Москвилин, В.С. Рыжиков. - М, 1997. - 56 с.
2. Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств. - М.: Металлургия. 1988. - 126 с.
5. Инструкция по организации аварийно-восстановительных работ на железных дорогах Российской Федерации. ЦРБ-353. М.: МПС РФ, 1996. - 32 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Определение радиуса взрывоопасной зоны при аварийной разгерметизации стандартной цистерны со сжиженным пропаном. Расчет величины избыточного давления во фронте ударной волны при взрыве облака топливно-воздушных смесей при аварии цистерны с пропаном.
контрольная работа , добавлен 19.05.2015
Определение избыточного давления при взрыве газовоздушной смеси; избыточного давления во фронте ударной волны; категории взрывоопасности. Оценка степени поражения людей; устойчивости энергоблока ГРЭС к воздействию ЭМИ. Уровень радиации и доза облучения.
контрольная работа , добавлен 14.02.2012
Методика оценки химической обстановки, глубина распространения облака, зараженного АОХВ, на открытой местности. Определение размеров зон наводнений при разрушении гидротехнических сооружений. Значение давления ударной волны при взрыве газовоздушной смеси.
методичка , добавлен 30.06.2015
Поражающие факторы наземного ядерного взрыва и их воздействие на человека. Расчет поражающего действия ударной воздушной волны. Оценка химической обстановки на объекте экономики при разрушении емкости со СДЯВ. Оказание помощи при отравлении аммиаком.
контрольная работа , добавлен 25.05.2013
Давление срабатывания предохранительного клапана в резервуаре. Температура кипения гексана при постоянном давлении. Основные параметры волны давления. Удельная теплоемкость жидкой фазы. Удельная теплота испарения при нормальной температуре кипения.
задача , добавлен 12.06.2015
Определение избыточного давления, ожидаемого в районе при взрыве емкости. Тяжесть поражения людей при взрыве газовоздушной смеси. Зона детонационной волны. Энергия взрыва баллона. Скоростной напор воздуха. Коэффициент пересчета уровня радиации.
контрольная работа , добавлен 14.02.2012
Определение дозы излучения, которую получают рабочие на экскаваторах. Допустимая продолжительность спасательных и других неотложных работ. Определение размеров и площади зоны химического заражения. Радиус действия детонационной волны и продуктов взрыва.
контрольная работа , добавлен 15.06.2013
Методика расчёта степени воздействия ударной волны на объекты и человека при детонационном взрыве газо-паровоздушного облака. Степень теплового воздействия при диффузионном горении горючей жидкости после ее аварийного разлива, при горении огненного шара.
курсовая работа , добавлен 16.11.2010
Оценка устойчивости работы объекта экономики в условиях заражения атмосферы химически опасным веществом. Расчет ударной волны ядерного взрыва. Оценка устойчивости объектов к воздействию ударной волны, возникающей при взрывах газовоздушных смесей.
контрольная работа , добавлен 29.12.2014
Кратковременное высвобождение внутренней энергии, создающее избыточное давление. Особенности физического взрыва и его энергетический потенциал. Тротиловый эквивалент. Определение категории помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности.
7.3. РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК ВЗРЫВА
Основным поражающим действием взрывчатых веществ является ударная волна. Поэтому для определения поражающего действия взрывчатого вещества необходимо рассчитать избыточное давление взрыва
, (7.15)
где р – давление на фронте ударной волны;
р 0 – давление невозмущенного воздуха – атмосферное давление (101кПа).
Величина D р зависит от типа взрывчатого вещества, массы взорванного заряда, расстояния от центра взрыва и характера подстилающей поверхности.
Расчет величины избыточного давления D р проводится в два этапа. На первом этапе находится приведенный радиус зоны взрыва по формуле
,
(7.16)
где R – расстояние от центра взрыва, м;
М – масса заряда, кг;
К – коэффициент, учитывающий характер подстилающей поверхности;
Т Э – тротиловый эквивалент взрывчатого вещества.
В табл. 7.6 приведены значения коэффициента К для разных типов подстилающих материалов.
Таблица 7.6
Значения коэффициента К для разных материалов
|
Материал подстилающей поверхности |
Коэффициент К |
|
Металл |
1.00 |
|
Бетон |
0.95 |
|
Дерево |
0.80 |
|
Грунт |
0.60 |
Тротиловый эквивалент, как было показано выше, – это отношение массы взрывчатого вещества к массе тротила, создающей одинаковое поражающей действие. При Т Э < 1 взрывчатое вещество обладает более сильным разрушающим действием, чем тротил (на один килограмм взрывчатого вещества); при Т Э = 1 взрывчатое вещество имеет такую же разрушающую силу, как и тротил; при Т Э > 1 взрывчатое вещество будет производить меньшее разрушающее воздействие, чем тротил. В табл. 7.3 были приведены значения тротилового эквивалента для промышленных взрывчатых веществ. В табл. 7.7 приведены значения тротилового эквивалента для некоторых боевых взрывчатых веществ.
Таблица 7.7
Значение тротилового эквивалента
для боевых взрывчатых веществ
|
Взрывчатое вещество |
Т Э |
|
Порох |
0.66 |
|
Аммонал |
0.99 |
|
Тротил |
1.00 |
|
Тетрил |
1.15 |
|
Гексоген |
1.30 |
|
ТЭН |
1.39 |
|
Тритонал |
1.53 |
На втором этапе по рассчитанному значению приведенного радиуса (7.16) рассчитывается величина избыточного давления D р . При этом зависимости от величины используются разные формулы. Для значений 6.2 расчет избыточного давления взрыва проводится по формуле:
,
кПа. (7.17)
Для значений > 6.2 расчетная формула для избыточного давления взрыва имеет вид:
,
кПа. (7.18)
Используя рассчитанные значения избыточного давления взрыва , можно провести оценку степени разрушения, производимого взрывом. При оценке поражающего действия взрывчатого вещества выделяют четыре зоны разрушения объектов, характеристики которых приведены в табл. 7.8.
Таблица 7.8
Зоны разрушения объектов
при разных значениях избыточного давления взрыва
|
Зона разрушения |
D р , кПа |
|
Полное разрушение |
Более 50 |
|
Сильные разрушения |
30 ÷ 50 |
|
Средние разрушения |
20 ÷ 30 |
|
Слабые разрушения |
10 ÷ 20 |
Для оценки степени разрушения зданий и сооружений при конкретном взрыве можно использовать табл. 7.9, в которой представлены предельные значения избыточного давления взрыва D р , вызывающие различные степени разрушения.
Таблица 7.9
Значения предельного избыточного давления,
вызывающие различные разрушения зданий и сооружений
|
D р , кПа |
Разрушение |
D р , кПа |
Разрушение |
D р , кПа |
Разрушение |
|
0.5÷3.0 |
Частичное разрушение остекления |
Разрушение перегородок, оконных рам |
Разрушение кирпичных и блочных стен |
||
|
3÷7 |
Полное разрушение остекления |
Разрушение перекрытий |
Разрушение железобетонных конструкций |
Рассмотрим порядок расчета избыточного давления взрыва на следующем примере.
Требуется определить поражающее действие при взрыве заряда тротила массой 100 кг на расстоянии от здания R = 2 м на открытом грунте.
Вначале определим избыточное давление взрыва D р при взрыве тротила по формуле (7.16). Коэффициент К для открытого грунта находим по табл. 7.6. Он составляет 0.60. Тротиловый эквивалент для тротила Т Э = 1 (табл. 7.7).
ПРИКАЗ от 11 марта 2013 года N 96 Об утверждении Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств
Приложение N 3
к Федеральным нормам и правилам
в области промышленной безопасности
"Общие правила взрывобезопасности для
взрывопожароопасных химических,
нефтехимических и нефтеперерабатывающих
производств", утверждённым приказом
Федеральной службы по экологическому,
технологическому и атомному надзору
Расчет участвующей во взрыве массы вещества и радиусов зон разрушений
В целях обоснования безопасного размещения установок, зданий, сооружений на территории взрывопожароопасного производственного объекта в общем случае следует проанализировать риск взрыва топливно-воздушных смесей (далее - ТВС), образующихся при аварийном выбросе опасных (горючих, воспламеняющихся) веществ. Риск взрыва является мерой опасности, характеризующая возможность и тяжесть последствий взрыва. Оценка риска взрыва является частью анализа риска аварии.
Расчет зон поражения, разрушения (последствий взрыва) необходимо применять при выборе технических мероприятий по защите объектов и персонала от ударно-волнового воздействия взрыва парогазовых сред, а также твердых и жидких химически нестабильных соединений (перекисные соединения, ацетилениды, нитросоединения различных классов, продукты осмоления, трихлористый азот), способных взрываться.
Расчеты размеров зон поражения следует проводить по одной из двух методик:
1) методика оценки зон поражения, основанная на "тротиловом эквиваленте" взрыва ТВС;
2) методика, учитывающая тип взрывного превращения (детонация/дефлаграция) при воспламенении ТВС.
1. Методика расчета "тротилового эквивалента" дает ориентировочные значения участвующей во взрыве массы вещества без учета дрейфа облака ТВС. В данной методике приняты следующие условия и допущения.
1.1. В расчетах принимаются общие приведенные массы парогазовых сред m и соответствующие им энергетические потенциалы E, полученные при определении категории взрывоопасности технологических блоков согласно приложению N 2 к настоящим Правилам.
Для конкретных реальных условий значения m и E могут определяться другими методами с учетом эффекта диспергирования горючей жидкости в атмосфере под воздействием внутренней и внешней энергий, характера раскрытия технологической системы, скорости истечения горючего продукта в атмосферу и других возможных факторов.
Масса твердых и жидких химически нестабильных соединений Wx определяется по их содержанию в технологической системе, блоке, аппарате.
1.2. Масса парогазовых веществ, участвующих во взрыве, определяется произведением
где z- доля приведенной массы парогазовых веществ, участвующих во взрыве.
В общем случае для неорганизованных парогазовых облаков в незамкнутом пространстве с большой массой горючих веществ доля участия во взрыве может приниматься равной 0,1. В отдельных обоснованных случаях доля участия веществ во взрыве может быть снижена, но не менее чем до 0,02.
Для производственных помещений (зданий) и других замкнутых объемов значения z могут приниматься в соответствии с таблицей N 1.
Таблица N 1
Значение z для замкнутых объемов (помещений)
1.3. Источники воспламенения могут быть постоянные (печи, факелы, невзрывозащищенная электроаппаратура) или случайные (временные огневые работы, транспортные средства), которые могут привести к взрыву парогазового облака при его распространении.
1.4. Для оценки уровня воздействия взрыва может применяться тротиловый эквивалент. Тротиловый эквивалент взрыва парогазовой среды WT (кг), определяемый по условиям адекватности характера и степени разрушения при взрывах парогазовых облаков, а также твердых и жидких химически нестабильных соединений рассчитывается по формулам:
1.4.1. Для парогазовых сред
где 0,4 - доля энергии взрыва парогазовой среды, затрачиваемая непосредственно на формирование ударной волны;
0,9 - доля энергии взрыва тринитротолуола (ТНТ), затрачиваемая непосредственно на формирование ударной волны;
q" - удельная теплота сгорания парогазовой среды, кДж/кг;
qk - удельная энергия взрыва ТНТ, кДж/кг.
1.4.2. Для твердых и жидких химически нестабильных соединений
где Wk - масса твердых и жидких химически нестабильных соединений;
q k- удельная энергия взрыва твердых и жидких химически нестабильных соединений.
1.5. Зоной разрушения считается площадь с границами, определяемыми радиусами R , центром которой является рассматриваемый технологический блок или наиболее вероятное место разгерметизации технологической системы. Границы каждой зоны характеризуются значениями избыточных давлений по фронту ударной волны ΔP и соответственно безразмерным коэффициентом K .
Классификация зон разрушения приводится в таблице N 2.
Таблица N 2
Классификация зон разрушения
1.5.1. Радиус зоны разрушения (м) в общем виде определяется выражением:
где K - безразмерный коэффициент, характеризующий воздействие взрыва на объект.
При массе паров m более 5000 кг радиус зоны разрушения может определяться выражением:
1.5.2. Для выполнения практических инженерных расчетов радиусы зон разрушения могут определяться выражением
где при m < 5000 кг
или при m > 5000 кг
2. Методика, учитывающая тип взрывного превращения (детонация/дефлаграция) при воспламенении ТВС.
2.1. Для более точных расчетов зон разрушения и оценки риска взрыва рекомендуется использовать следующие соотношения.
Масса вещества, способного участвовать во взрыве, определяется путем интегрирования концентрации выброшенного при аварии горючего вещества по пространству, ограниченному поверхностями Σ вкпр и ∑ нкпр по формуле:
где х, у, z - пространственные переменные, ΣВКПР и Σ НКПР - поверхности в пространстве достижения соответственно верхнего и нижнего концентрационных пределов, c (x, y, z, t0) - распределение концентрации в момент времени t0, кг/м3; t0- момент времени воспламенения или момент времени, когда во взрывоопасных пределах находится максимальное количество топлива, с.
Рассчитываются основные параметры воздушных ударных волн (избыточное давление ΔP и импульс волны давления I) в зависимости от расстояния до центра облака (в том числе с учетом возможного дрейфа облака ТВС).
Для вычисления параметров воздушной ударной волны на заданном расстоянии R от центра облака при детонации облака ТВС предварительно рассчитывается соответствующее безразмерное расстояние по соотношению:
где E - эффективный энергозапас ТВС, Дж (E = m·q, где q - теплота сгорания топлива в облаке).
В случае детонации облака газовой ТВС расчет производится по следующим формулам:
Зависимости (13) и (14) справедливы для значений Rx больших величины Rk=0,25. В случае если Rxk , величина Px полагается равной 18, а величина Ix=0,16.
В случае дефлаграционного взрывного превращения облака ТВС к параметрам, влияющим на величины избыточного давления и импульса положительной фазы, добавляются скорость видимого фронта пламени Vr и степень расширения продуктов сгорания σ. Для газовых смесей принимается σ=7, для гетерогенных - σ=4. Для расчета параметров ударной волны при дефлаграции гетерогенных облаков величина эффективного энергозапаса смеси домножается на коэффициент (σ-1)/σ. Величина Vr определяется исходя из взрывоопасных свойств горючего вещества и загроможденности окружающего пространства, влияющего на турбулизацию фронта пламени.
Безразмерные давление P x1 и импульс фазы сжатия I x1 определяются по соотношениям:
Последние два выражения справедливы для значений Rx, больших величины Rкр= 0,34, в противном случае вместо Rx в соотношения (15) и (16) подставляется величина R кр.
Далее вычисляются величины Px2 и Ix2 , которые соответствуют режиму детонации и для случая детонации газовой смеси рассчитываются по соотношениям (11), (12), а для детонации гетерогенной смеси - по соотношениям (13), (14). Окончательные значения Px и Ix выбираются из условий:
Px= min (Px1 , Px2) : Ix =min (Ix1, Ix2) (17)
После определения безразмерных величин давления и импульса фазы сжатия вычисляются соответствующие им размерные величины:
I=Ix (P0)2/3E1/3/C0 (19)
2.2. Для расчета условной вероятности разрушения объектов и поражения людей ударными волнами используется пробит-функция, значение которой определяется следующим образом:
а) вероятность повреждений стен промышленных зданий, при которых возможно восстановление зданий без их сноса, может оцениваться по соотношению:
Δ P- избыточное давление, Па;
I - импульс, кг·м/с;
б) вероятность разрушений промышленных зданий, при которых здания подлежат сносу, оценивается по соотношению.
Pr2=5-0,22 .lnV2 (21)
При взрывах ТВС внутри резервуаров и другого оборудования, содержащего газ под давлением, в общем случае следует учитывать опасность разлета осколков и последующее развитие аварии, сопровождаемое "эффектом домино" с распространением аварии на соседнее оборудование, если оно содержит опасные вещества.
в) вероятность длительной потери управляемости у людей (состояние нокдауна), попавших в зону действия ударной волны при взрыве облака ТВС, может быть оценена по величине пробит-функции:
Pr3= 5-5.74·InV3 (22)
Вероятность отброса людей волной давления оценивается по величине пробит-функции:
При использовании пробит-функции в качестве зон 100-процентного поражения принимаются зоны поражения, где значение пробит-функции достигают величины, соответствующей вероятности 90 процентов. В качестве зон безопасных с точки зрения воздействия поражающих факторов принимается зоны поражения, где значение пробит-функции достигают величины, соответствующей вероятности 1 проценту.
2.3. Вероятность гибели людей, находящихся в зданиях.
Для расчета условной вероятности гибели людей, находящихся в зданиях, используются данные о гибели людей при разрушении зданий при взрывах и землетрясениях. Исходя из типа зданий и избыточного давления ударной волной, оценивается степень разрушения производственных и административных зданий. Данные приведены в таблице N 3. Условная вероятность травмирования и гибели людей определяется по таблице N 4.
Данные уточняются при их обосновании с указанием источника информации.
Таблица N 3
Данные о степени разрушения производственных, административных зданий и сооружений, имеющих разную устойчивость
Таблица N 4
Зависимость условной вероятности поражения человека с разной степенью тяжести от степени разрушения здания
Величина индивидуального риска для i-го человека или риска разрушения i-го здания Ri (год -1) определяется по формуле (25).
где (Pi) принимается равной величине потенциального риска в j-ой области территории, год-1 (определяется методами количественной оценки риска) при расчете индивидуального риска, или принимается равной прогнозируемой частоте реализации в j-ой области территории нагрузок (давление, импульс), способных привести к разрушению i-го здания при расчете риска разрушения зданий;
(Pi) - принимается равной вероятности присутствия человека в j-ой области территории при расчете индивидуального риска, или принимаются равной 1 в случае, если i-e здание располагается в j-ой области территории и нулю, в противном случае, при расчете риска разрушения зданий;
Год-1 - число областей, на которые условно можно разбить территорию объекта, при условии, что величина потенциального риска на всей площади каждой из таких областей можно считать одинаковой.
Электронный текст документа
подготовлен и сверен по:
Бюллетень нормативных актов федеральных
органов исполнительной власти,
При взрыве ГВС образуется зона ЧС с ударной волной, вызывающей разрушения зданий, оборудования и т. п. аналогично тому, как это происходит от УВ ядерного взрыва. В данной же методике зону ЧС при взрыве ГВС делят на 3 зоны: зона детонации (детонационной волны); зона действия (распространения) ударной волны; зона воздушной УВ.
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 смеси ГВС, хранящейся в емкости, т.
17,5 – эмпирический коэффициент, который позволяет учесть различные условия возникновения взрыва.
В пределах зоны I действует избыточное давление (Δ Рф ), которое принимается постоянным Δ Рф1 = 1700 кПа .
Зона действия УВ взрыва (зона II ) – охватывает всю площадь разлета ГВС в результате ее детонации. Радиус этой зоны:
Избыточное давление в пределах зоны II изменяется от 1350 кПа до 300 кПа и находится по формуле
Δ Рф2= ,
где r – расстояние от центра взрыва до рассматриваемой точки, м.
Рис.1. Зоны чрезвычайной ситуации при взрыве газо-воздушной смеси. r 1 r r
В зоне действия воздушной УВ (зона III ) – формируется фронт УВ, распространяющийся по поверхности земли. Радиус зоны r3>r2, и r3 - это расстояние от центра взрыва до точки, в которой требуется определить избыточное давление воздушной УВ (ΔРф3): r3=r. Избыточное давление в зоне III в зависимости от расстояния до центра взрыва рассчитывается по формуле
Δ Рф3= , при ψ 2 ,
Δ Рф3= , при ψ 2
где ψ =0,24 r 3/ r 1 = (0,24r)/(17,5) – относительная величина.
Степени разрушений элементов объекта при различных избыточных давлениях ударной волны приведены в таблице 4 .
Расстояния от центра взрыва до внешних границ зон разрушения рассчитываются по формуле:
где ψ – определенный коэффициент, который принимаем 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 рассчитываем по формуле:
S = π R ²
1.3. Методика расчета параметров зоны чс (разрушений) при взрыве гвс в замкнутых объемах.
Горючие смеси газов (паров) с воздухом (окислителем) образуются в ограниченных объемах технологической аппаратуры, в помещениях промышленных и жилых зданий, вследствие утечки газа по различным причинам и воспламеняются от внешних источников зажигания. Горение ГВС в замкнутых объемах от точечного источника зажигания происходит послойно с дозвуковой скоростью распространения пламени (дефлограционное горение) при повышении давления и температуры во всем объеме. К концу полного выгорания смеси среднее значение температуры в помещении достигает значений в 1,5-2 раза больших, чем при аналогичных взрывах в открытом пространстве.
Избыточное давление взрыва гвс в помещениях можно определить по формуле
Δ Рф = (Мг Q г P 0 Z )/(V св ρ В СВ Т0 К1) = (ρ г Q г P 0 Z )/(ρ В СВ Т0 К1) ,
где Мг = V св ρ г – масса горючего газа, поступившего в помещение в результате аварии, кг;
Q г - удельная теплота сгорания ГВС, Дж/кг;
P 0 – начальное давление в помещении, кПа; его принимают в расчетах P0 = 101 кПа;
Z – доля участия продуктов во взрыве, принимается в расчетах Z = = 0,5 ;
V св – свободный объем помещения, м3; допускается принимать 80% от полного объема помещения, т. е. Vсв = 0,8 Vп;
V п – полный объем помещения, м3;
ρ В – плотность воздуха до взрыва, кг/м3 при начальной температуре Т0, 0К. Рекомендуется принимать в расчетах ρВ = 1,225 кг/м3;
СВ - удельная теплоемкость воздуха, Дж/(кг·0К); принимают СВ = = 1,01·103 Дж/(кг·0К);
К1 – коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения, допускается принимать К1 = 2 или К1 = 3;
Т0 – начальная температура воздуха в помещении, 0К (окислителя).
