Прогнозирование и оценка последствий аварийных взрывов топливовоздушных смесей

Министерство образования и науки Российской Федерации

Сибирская государственная геодезическая академия

 

 

Кафедра безопасности жизнедеятельности

 

 

 

 

 

 

 

 

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА  № 2

 

ТЕМА 2. Прогнозирование и оценка последствий аварийных взрывов топливовоздушных смесей (ТВС).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Новосибирск

2012

 

СОДЕРЖАНИЕ

1. ВВЕДЕНИЕ ………………………………………………………………….3
2. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ПРАКТИЧЕСКОЙ РАБОТЫ
3. ОПИСАНИЕ ПРАКТИЧЕСКОЙ РАБОТЫ……………….……………….5

     4. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

   4.1 Общие теоретические сведения……………………………………………..6

   4.2 Задание на практическую работу…………………………………………....9

    4.3. Оформление и представление результатов……………………………….13

ПРИЛОЖЕНИЯ…………………………………………………………………….16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Методика оценки последствий аварийных взрывов топливно-воздушных смесей (далее - Методика) позволяет провести приближенную оценку различных параметров воздушных ударных волн и определить вероятные степени поражения людей и повреждений зданий при авариях со взрывами топливно-воздушных смесей.

Методика рекомендуется для использования:

- при определении масштабов  последствий аварийных взрывов  топливно-воздушных смесей;

- при разработке и экспертизе  деклараций безопасности опасных  производственных объектов;

- при прогнозировании вероятности степени поражения людей и степени повреждения зданий от взрывной нагрузки при авариях ТВС;

- при оценке поражающего  действия и последствий аварийных  взрывов топливовоздушных смесей.

В ходе выполнения практической работы особое внимание необходимо уделять вопросам количественной оценки параметров воздушных ударных волн при взрывах топливно-воздушных смесей, образующихся в атмосфере при промышленных авариях. При рассмотрении предполагается частичная разгерметизация или полное разрушение оборудования, содержащего горючее вещество в газообразной или жидкой фазе, выброс этого вещества в окружающую среду, образование облака ТВС, инициирование ТВС, взрывное превращение (горение или детонация) в облаке ТВС.

В ходе выполнения практической работы необходимо получить знания об организационных мероприятиях по  снижению вероятности возникновения ЧС,  путях и способы повышения устойчивости объектов, способы защиты, оповещения, использования защитных сооружений и средств индивидуальной защиты, мероприятия по ликвидации последствий ЧС, методических основах обучения персонал и население действиям в чрезвычайных ситуациях.

Особенностью выполнения практической работы является необходимость использования исходными данными для расчета параметров ударных волн при взрыве облака ТВС:

- характеристики горючего вещества, содержащегося в облаке ТВС;

- агрегатное состояние ТВС (газовая  или гетерогенная);

- средняя концентрация горючего  вещества в смеси С ;

- стехиометрическая концентрация  горючего газа с воздухом С ;

- масса горючего вещества, содержащегося в облаке, М (если эта величина неизвестна, то ее расчет рекомендуется проводить согласно приложению;

- удельная теплота сгорания  горючего вещества q ;

- информация об окружающем пространстве.

   Необходимо теоретическое изучение путей и способов повышения устойчивости функционирования промышленных объектов, определение фактической устойчивости  народнохозяйственных объектов, технических систем, технологических процессов в чрезвычайных ситуациях; прогнозирование зон воздействия различных поражающи факторов. Повышение устойчивости функционирования отдельных видов технических систем и объектов, средства защиты технических систем. Планирование защитных мероприятий и основных способов защиты, оповещения и использования защитных сооружений, применение средств индивидуальной защиты. Критерий принятия решений для эвакуации и отселения людей, определение допустимого времени пребывания людей в зоне поражения.

Теоретические знания о ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций: разработка плана ликвидации последствий ЧС, спасательных и других неотложных работ в очагах поражения, обучение персонала объекта и населения действиям в чрезвычайных ситуациях, психологическая подготовка персонала и населения к ЧС.

 

 

 

2. МЕТОДИЧЕСКИЕ  УКАЗАНИЯ

1. Общая установка.

Для выполнения практической работы рекомендуется использование компьютерного обеспечения: электронных пакетов документов по законодательной и нормативной базе; методические рекомендации по идентификации опасных производств, электронные слайды по оборудованию защитных сооружений.

Указания по технике безопасности.

 В ходе выполнения практической  работы следует соблюдать правила  работы с персональным ЭВМ, электро  и пожарной безопасности и  эргономические основы безопасности  жизнедеятельности.

ТЕМА 2. Практическая работа.

Прогнозирование и оценка последствий аварийных взрывов топливовоздушных смесей (ТВС).

Учебные вопросы:

1. Алгоритм расчета  аварийных взрывов топливовоздушных  смесей.

2. Прогнозирование вероятности  степени поражения людей и степени повреждения зданий от взрывной нагрузки при авариях ТВС.

3.Определение основных  параметров взрывов ТВС.

4. Оценка поражающего  действия и последствий аварийных  взрывов

3 ОПИСАНИЕ.

   Цель работы: Изучение алгоритма расчета аварийных взрывов топливовоздушных смесей и определение действия взрыва на здания, сооружения, оборудование. Особенности повреждений, возникающих в результате  взрыва

Задачи работы:

1. Изучить основные понятия о взрыве и взрывчатых веществах.

     2 . Определить основные параметры действия взрывов.

    2.1. Исследование механизма действия взрыва на здания, сооружения, оборудование.

     2.2. Исследование особенностей повреждения, возникающих в результате  взрыва. Ударная волна. Продукты взрыва.

    3. Провести прогнозирование и оценку обстановки при авариях, связанных со взрывами.

      4. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

 

   4.1 Общие теоретические сведения.

 

 Понятие о взрыве и взрывчатых веществах.

     Взрыв представляет  собой очень быстрое выделение  энергии в результате физических, химических или ядерных изменений вещества.Исходными видами энергии взрыва могут быть физическая, химическая и ядерная. К разновидностям физических взрывов относят: 1) кинетический (метеорит); 2) тепловой (взрыв котла, автоклава); 3) электрический (молния, электрический разряд); 4) упругое сжатие (землетрясение, замерзание воды в резервуаре, разрыв автомобильной шины и проч.).

 Действие взрыва на здания, сооружения, оборудование.

  Наибольшим разрушениям продуктами взрыва и ударной волной подвергаются здания и сооружения больших размеров с легкими несущими конструкциями, значительно возвышающиеся над поверхностью земли. Подземные и заглубленные в грунт сооружения с жесткими конструкциями обладают значительной сопротивляемостью разрушению.

Степень разрушения зданий и сооружений можно представить в следующем виде:

1) полное - обрушены перекрытия  и разрушены все основные несущие  конструкции; восстановление невозможно;

2) сильное - имеются значительные  деформации несущих конструкций; разрушена большая часть перекрытий и стен;

3) среднее - разрушены главным образом не несущие, а второстепенные конструкции (легкие стены, перегородки, крыши, окна, двери); возможны трещины в наружных стенах; перекрытия в подвале не разрушены; в коммунальных и энергетических сетях значительные разрушения и деформации элементов, требующие устранения;

4) слабое - разрушена часть внутренних  перегородок, заполнения дверных  и оконных проемов; оборудование  имеет значительные деформации; в коммунальных и энергетических сетях разрушения и поломки конструктивных элементов незначительны.

 

Особенности повреждений, возникающих в результате взрыва.

 

   Ударная волна (УВ) несёт в себе около 65-70% всей энергии взрыва. Расширяясь, взрывные газы сжимают окружающую среду (воздух), вследствие чего в ней образуется ударная волна. Давление и скорость распространения воздушной волны по мере удаления от центра взрыва постепенно уменьшается, и она вырождается в обычную звуковую волну и повреждающее действие на человека оказывает лишь импульсный шум. Кроме воздуха, УВ может формироваться в воде, грунте и в биологических тканях. Скорость, радиус и интенсивность распространения ударной волны в воде в несколько раз больше, чем в воздухе. В определенной точке пространства, через которую проходит волна, повышенное давление падает ниже нормального уровня на промежуток времени, измеряемый тысячными или сотыми долями секунды. Тем самым УВ формирует свою положительную (зона сжатия) и отрицательную (зона разрежения) фазы. Положительная фаза УВ распространяется эксцентрично, отрицательная - наоборот, концентрично. Любая поверхность, на которую падает энергия УВ, испытывает сначала положительное давление, а затем отрицательное. Передняя граница зоны сжатия носит название фронта УВ, высокое избыточное давление которого и производит контузионную травму. Энергетический потенциал зоны отрицательного давления крайне мал, не более 20-30 кПа (0,2-0,3 атм) при плавном его понижении, в силу чего он не может оказывать патологического воздействия на организм. По мере удаления УВ от источника взрыва интенсивность её быстро убывает за счет поглощения энергии волны разогревающимися газами области, следующей за волновым фронтом. Принято считать, что при "мгновенном" нарастании максимума избыточного давления безусловно поражающим действием обладает ударная волна величиной 100 кПа (0,1 атм) и более. При меньших величинах (до 50-60 кПа) сохраняется вероятность акутравмы. Пороговым давлением, приводящим к повреждениям легочной ткани, является избыточное давление в 200-345 кПа.       Величина избыточного давления, приводящего к смертельным повреждениям, составляет около 1000 кПа (1 атм).

 Пороговые уровни давления  для замкнутых пространств должны  быть снижены в 5 раз. Механизмы поражения человека и животных воздушной УВ складываются из нескольких моментов: 1) прямого или непосредственного воздействия; 2) метательного эффекта; 3) действия звукового раздражения.

      Согласно  закону Хопкинса – Кранца при  взрыве дух зарядов взрывчатого  вещества одной формы, но разного  размера (массы) в одинаковой атмосфере  подобные взрывные волны будут наблюдаться на одинаковом расстоянии

                         R*=R(Pо/m) ,                                                  (1)

     где   R – расстояние от эпицентра взрыва, м;

             Pо – давление начальное в фиксированной точке, кПа;

             M – масса взрывчатого вещества, кг.

       Данная  формула  дает возможность оценивать  различные взрывы, сопоставляя их  со взрывом эталонного вещества, в качестве которого обычно  принимают тротил. Под тротиловым  эквивалентом m тнт, кг, понимают массу такого тротилового заряда, при взрыве которого выделяется столько же энергии, сколько и при взрыве данного заряда массой  m, кг, т.е.

                      m тнт = m Qv / Qv тнт,                                              (2)

        где Qv , Qv тнт – энергия взрыва данного вещества и тротила, кДж/кг.

       Общая  энергия взрыва, к Дж, определяется  как 

                  Е= [(Р1 – Р0 )/(kt -1)]V1   ,                                                              (3)

         где Р1 – начальное давление газа в сосуде, к Па;

               kr -  показатель адиабаты газа (kr=Ср/ Cv);

                V1- объем сосуда, м.

 

 

 

 

 

 

 

 

4.2 Задание на практическую работу.

 

Задание 1. Определить скорости распространения фронта племени.

Задание 2. Рассчитать эффективный энергетический запас топливовоздушной   смеси.

 Задание 3. Рассчитать расстояние  при взрыве.

Задание 4. Рассчитать давление при взрыве.

Задание 5. Расчет аварии, связанный с образованием «огненного шара».

 

Условия выполнения задания.

Задание 1. Определение скорости распространения фронта племени.