20408 (Защита населения и территорий от чрезвычайных ситуаций), страница 3

При заданном значении D это соотношение можно рассматривать как уравнение для определения совокупности точек (X, У), образующих изолинию равных значений токсодозы. При прогнозировании размеров зоны заражения СДЯВ по токсодозе можно использовать методику РД 52.04.253—90, основанную на вышеприведенном уравнении. Порядок расчета приведен в приложении 2.2.

Оценка зон воздействия взрывных процессов. Под взрывом принято понимать широкий круг явлений, связанных с выделением за очень короткий промежуток времени большого количества энергии в ограниченном пространстве. Обычно взрывы связаны с превращениями вещества в результате химической реакции или в результате ядерных превращений. На практике чаще других встречаются следующие типы взрывов: свободный воздушный взрыв, наземный (приземный) взрыв, взрыв внутри помещения (внутренний взрыв), а также взрывы больших газообразных облаков в атмосфере.

К свободным воздушным взрывам относят взрывы, происходящие на значительной высоте от поверхности земли, при этом не происходит усиления ударной волны между центром взрыва и объектом за счет отражения. Избыточное давление на фронте и длительность фазы сжатия зависят от энергии взрыва (массы С заряда ВВ), высоты центра взрыва над поверхностью Земли, условий взрыва и расстояния R от эпицентра.

Для ядерных взрывов величина С представляет тротиловый эквивалент по ударной волне. Если обозначить Сп — полный тротиловый эквивалент, то для свободно распространяющейся в атмосфере ударной волны воздушного взрыва С=0,5Сп, а для наземного и приземного ядерных взрывов С= 2 х 0,5Сп.

Наземные и приземные взрывы. Если взрыв происходит на поверхности Земли, то воздушная ударная волна от взрыва усиливается за счет отражения.

Рис. 8.3. Волнообразование при воздушном взрыве:

Э — эпицентр взрыва; П—фронт падающей волны; О — фронт отраженной волны; Г— фронт головной ударной волны; Т—траектория тройной точки; А — зона регулярного отражения; Б — зона нерегулярного отражения

Параметры ударной волны рассчитывают по формулам воздушного взрыва, однако величину энергии взрыва удваивают; в случае конденсированных ВВ избыточное давление взрыва можно рассчитывать по соотношению:

где Ро — атмосферное дашение, МПа; r—расстояние от центра взрыва; С — мощность заряд;, кг; n — свойства поверхности, на которой происходит взрыв. Значения коэффициента n приведены ниже.

Грунт средней плотности........ 0,6...0,65

Плотные глины и суглинки...... 0,8

Бетон................. 0,85...0,9

Стальные плита............ 0,95...1,0

Более сложные процессы происходят при взрывах в приземных слоях атмосферы. При этих взрывах образуются сферические воздушные ударные волны, распространяющиеся в пространстве в виде области сжатия—разряжения (рис. 8.3). Фронт воздушной ударной волны характеризуется скачком давления, температуры, плотности и скорости частиц воздуха. При достижении сферической ударной волны земной поверхности она отражается от нее, что приводит к формированию отраженной волны. На некотором расстоянии от эпицентра взрыва (проекции центр взрыва на земную поверхность) фронты прямой и отраженной ударных волн сливаются, образуя головную волну, имеющую фронт, нормальный к поверхности Земли и перемещающийся вдоль ее поверхности. Область пространства, где отсутствует наложение и слияние фронтов, называется зоной регулярного отражения, а область пространства, в которой распространяется головная волна,—зоной нерегулярного отражения.

С момента прихода фронта воздушной ударной волны в точку наземной поверхности давление резко повышается до максимального значения Рф, а затем убывает до атмосферного Ро и ниже его. Период повышенного избыточного давления называется фазой сжатия, а период пониженного давлением —фазой разрежения.

Действие воздушной ударной волны на здания и сооружения определяется не только избыточным давлением, но и действием скоростного напора воздушных масс, величину которого можно определить по следующему соотношению:

Pcкф=1 p_Ф н_Ф²= Рф Рф’/[(y-1) Рф’ +2y],

2

для воздуха у =C_P/C_V=l,4, тогда

Рскф= 5 Рф Рф’/ ( Рф’ +7),

2

где Рф’ = Рф/P₀

Для случая нормального отражения от ограждающих и внутренних конструкций избыточное давление (МПа) на фронте отраженной ВУВ

Ротр = 2 Рф + 6 Рф^2.

Рф+0,72

Внутренний взрыв характеризуется тем, что нагрузка воздействует на объект изнутри. Возникающие нагрузки зависят от многих факторов: типа взрывчатого вещества, его массы, полноты заполнения внутреннего объема помещения взрывчатым веществом, его местоположения во внутреннем объеме и т. д. Полное решение задачи определения параметров взрыва является сложной задачей, с ним можно познакомиться в специальной литературе. Ориентировочно оценку возможных последствий взрывов внутри помещения можно производить по величине избыточного давления, возникающего в объеме производственного помещения по НПБ 105—95.

Избыточное давление взрыва для горючих пылей определяют по формуле (8.1), где при отсутствии данных коэффициент Z принимается равным 0,5.

Расчет избыточного давления взрыва для веществ и материалов, способных взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом проводят по формуле (8.1), принимая Z= 1 и в качестве величины Нт энергию, выделяющуюся при взаимодействии 1 кг вещества (с учетом сгорания продуктов взаимодействия до конечных соединений), или экспериментально в натурных испытаниях.

Расчетное избыточное давление взрыва для гибридных взрывоопасных смесей, содержащих газы (пары) и пыли,

Р = Р1 + Р2

где Р1 —давление взрыва, вычисленное для газа (пара); Р2 —давление взрыва, вычисленное для пыли.

Массы m_r горючего газа (массу паров жидкости или массу взвешенной в объеме помещения пыли), поступившего в результате аварии в помещения, определяют согласно НПБ 105—95 «Определение категорий помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности» или исходя из иных объективных экспертных оценок.

Взрыв (горение) газового облака. Причинами взрывов могут быть большие газовые облака, образующиеся при утечках или внезапном разрушении герметичных емкостей, трубопроводов и т. п. Процесс взрыва или горения таких газовых облаков имеет ряд специфических особенностей, что приводит к необходимости рассмотреть эти процессы отдельно. Образующиеся в атмосфере газовые облака чаще всего имеют сигарообразную форму, вытянутую по направлению ветра. Инициаторы горения или взрыва в этих случаях носят чаще всего случайный характер. Причем воспламенение не всегда сопровождается взрывом.

При плохом перемешивании газообразных веществ с атмосферным воздухом взрыва вообще не наблюдается. В этом случае при воспламенении газо- или паровоздушной смеси от места инициирования с дозвуковой скоростью будет распространяться «волна горения». Так как распространение пламени происходит со сравнительно низкой дозвуковой скоростью, в волне горения давление не повышается. В таком процессе имеет место только расширение продуктов горения за счет их нагрева в зоне пламени, и давление успевает выровняться по всему объему. Медленный режим горения облака с наружной поверхности с большим выделением лучистой энергии может привести к образованию множества очагов пожаров на промышленном объекте. При оценке разрушительного действия взрыва газового облака в открытом пространстве необходимо определить избыточное давление (скоростной напор) во фронте пламени. Если пламя распространяется от точечного источника зажигания в неограниченном пространстве, то оно имеет форму, близкую к сфере радиуса г, который непрерывно увеличивается по закону

r= ekut,

где u —нормальная скорость пламени; е —степень расширения газов при сгорании; k—коэффициент искривления фронта пламени; t — текущее значение времени, отсчитываемое от момента зажигания.

В произвольной точке М на расстоянии х от точки воспламенения скорость газа

v_x = v₀ (r³/x³)=ku(e-1) (ekut/x)³,

где v₀ — скорость движения фронта пламени при свободном сгорании; v₀ = (е—1)ku.

Если в точке М расположен какой-либо объект, то на него воздействует скоростной напор

Р=pv²_x/2=(p/2)[ku(e-1) (ekut/x)³]²,

где р — плотность газов при нормальных условиях.

Скоростной напор достигает максимума, когда фронт пламени подходит непосредственно к данному объекту. Для пламени предельных углеводородов скоростной напор в открытом пространстве может достигать 26 кПа.

По избыточному давлению взрыва можно ориентировочно оценить степень разрушения различных видов объектов (см. приложение 3).

Оценка пожароопасных зон. Под пожаром обычно понимают неконтролируемый процесс горения, сопровождающийся уничтожением материальных ценностей и создающий опасность для жизни людей. Пожар может принимать различные формы, однако все они в конечном счете сводятся к химической реакции между горючими веществами и кислородом воздуха (или иным видом окислительных сред), возникающей при наличии инициатора горения или в условиях самовоспламенения.

Образование пламени связано с газообразным состоянием веществ, поэтому горение жидких и твердых веществ предполагает их переход в газообразную фазу. В случае горения жидкостей этот процесс обычно заключается в простом кипении с испарением у поверхности. При горении почти всех твердых материалов образование веществ, способных улетучиваться с поверхности материала, и попадание в область пламени происходит путем химического разложения (пиролиза). Большинство пожаров связано с горением твердых материалов, хотя начальная стадия пожара может быть связана с горением жидких и газообразных горючих веществ, широко используемых в современном промышленном производстве.

При горении принято подразделять два режима: режим, в котором горючее вещество образует однородную смесь с кислородом или воздухом до начала горения (кинетическое пламя), и режим, в котором горючее и окислитель первоначально разделены, а горение протекает в области их перемешивания (диффузионное горение). За редким исключением при обширных пожарах встречается диффузионный режим горения, при котором скорость горения во многом определяется скоростью поступления в зону горения образующихся летучих горючих веществ. В случае горения твердых материалов скорость поступления летучих веществ непосредственно связана с интенсивностью теплообмена в зоне контакта пламени и твердого горючего вещества. Массовая скорость выгорания [г/(м2-с)] зависит от теплового потока, воспринимаемого твердым горючим, и его физико-химических свойств. В общем виде эту зависимость можно представить как:

Mi=(Qпр-Qух)/r,

где Qпр — тепловой поток от зоны горения к твердому горючему, кВт/м; Qух — теплопотери твердого горючего в окружающую среду, кВт/м2; г — теплота, необходимая для образования летучих веществ, кДж/г; для жидкостей представляет собой удельную теплоту парообразования.