Прогнозирование последствий аварий на пожаро-взрывоопасном объекте

Приведённое давление во фронте ударной волны:

Следовательно:

Избыточное давление во фронте ударной волны:

;

Согласно справочной таблице приложения 8, для грузовых автомашин:

Следовательно, на расстоянии 75 м от эпицентра взрыва облака ГПВС грузовая автотехника подвергнется очень слабым разрушениям: частичное разрушение остекления. Опрокидывания техники не будет. Текущего (среднего) ремонта практически не требуется.

7) Линии электропередачи: (r = 100-90 м)

Для воздушной линии электропередачи низкого напряжения, согласно справочным данным (приложение), слабые разрушения наблюдаются при величине Рф 20-60 кПа. На расстоянии 90 м избыточное давление во фронте ударной волны составляет 60 кПа (согласно расчётам в пункте 4). Следовательно, при взрыве ГПВС в данной обстановке может произойти обрыв ЛЭП

Зоны разрушений:

В результате бризантного и фугасного воздействия ударной волны условно можно выделить четыре зоны разрушений: зону полных RI (ДРф > 50 кПа), зону сильных RII (ДРф = 30 - 50 кПа), зону средних RIII (ДРф = 22 - 30 кПа) и зону слабых RIV (ДРф = 10 - 22 кПа) разрушений. При значении ДРф < 10 кПа можно выделить зону лёгких разрушений RV (ДРф = 1 - 10 кПа).

Коэффициент разрушений Кi:

Радиусы зон разрушений (по формуле 1.26):

;

;

;

;

.

Радиус облака ГПВС (по формуле 1.27):

где Fпр - площадь пролива жидкости, м2

Из проведённых расчётов видно, что радиусы зон разрушений RI, RII, меньше радиуса облака ГПВС.

1.5 Расчёт вероятности поражения человека ударной волной.

Группа людей (r3 = 50 м):

Приведённый радиус:

Приведённое давление во фронте ударной волны:

Следовательно:

Избыточное давление во фронте ударной волны:

;

Основными поражающими факторами при воздействии ударной волны на человека является избыточное давление во фронте ударной волны ДРф, импульс I и осколочное действие. Величина ДРф обуславливает барическое воздействие на человека (т. е. баротравму), а I - метательное воздействие (т. е. опрокидывание или отброс).

Приведённый импульс во фронте ударной волны (формула 1.28):

Следовательно:

Импульс во фронте ударной волны (формула 1.30):

«Пробит» - функция (формула 1.31):

где:

Следовательно:

Согласно справочной таблице приложения 10, рассчитанное значение «пробит»-функции соответствует вероятности поражения человека Qвп 91,5%.

1.6 Расчёт минимального безопасного расстояния человека от эпицентра взрыва

Минимальное безопасное расстояние для людей, находящихся вне укрытий (по формуле 1.33):

Минимальное безопасное расстояние для людей, находящихся в укрытиях (по формуле 1.34):

2. РАСЧЁТ СТЕПЕНИ ТЕПЛОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОБЪЕКТЫ И ЧЕЛОВЕКА ПРИ ДИФФУЗИОННОМ ГОРЕНИИ ГОРЮЧЕЙ ЖИДКОСТИ В РЕЗУЛЬТАТЕ ЕЁ АВАРИЙНОГО РАЗЛИВА

Участок А

2.1 Расчёт массовой скорости выгорания диэтилового эфира. Линейная скорость выгорания (по формуле 2.1):

Горение горючей жидкости в пределах обвалования можно представить как горение в резервуаре большого размера. Для резервуаров достаточно крупных размеров (d > ?):

где М - молярная масса горючей жидкости, кг/кмоль;

сж - плотность горючей жидкости при температуре окружающей среды, кг/м3;

л - коэффициент теплопроводности жидкости, кал/(м•с•град);

g - ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с2;

Ткип - температура кипения жидкости, К;

ср - теплоёмкость жидкости, кал/(моль•К);

з - динамическая вязкости жидкости, П (Пуаз);

ДНисп - теплота испарения жидкости, кал/моль

Qн - молярная теплота сгорания жидкости, кал/моль.

Учитывая, что 1 кал = 4,1865 Дж, для диэтилового эфира

Значение Qн в кДж/моль рассчитано в разделе 1.3.

Остальные данные берутся из справочных таблиц приложения 1-3.

Следовательно, для диэтилового эфира при t = 10оС:

Массовая скорость выгорания диэтилового эфира (по формуле 2.2):

где сж - плотность жидкости, кг/м3.

2.2 Расчёт плотности теплового потока на различных расстояниях от эпицентра горения

Массовая низшая теплота сгорания диэтилового эфира (по формуле 2.4):

,

где - молярная низшая теплота сгорания диэтилового эфира, рассчитанная в разделе 1.3.

Интенсивность тепловыделения факела пламени (по формуле 2.3):

,

где хm - массовая скорость выгорания диэтилового эфира , кг/(м2?с);

Fпр - площадь поверхности разлива диэтилового эфира , м2.

Интенсивность излучения факела пламени (по формуле 2.5):

Доля тепла, расходуемого на излучение факела пламени бизл, для диэтилового эфира, можно принять равной 0,25:

Условная высота пламени при горении разлива диэтилового эфира:

+6(О2 + 3,76N2) 4СО2 + 5Н2О +63,76N2

Стехиометрическое отношение воздуха к летучим продуктам горения:

По формуле 2.8:

где - коэффициент перед кислородом в уравнении реакции полного горения диэтилового эфира.

- коэффициент перед i-м продуктом горения в уравнении реакции.

Диаметр очага горения

Рассчитан на основе радиуса разлива по формуле 1.27:

Удельная теплоёмкость воздуха:

Плотность воздуха при t = 10оС:

Выражение безразмерного параметра (по формуле 2.7):

где - удельная теплоёмкость воздуха, Дж/(кг?К);

Тв и св - температура и плотность окружающего воздуха, К и кг/м3 соответственно;

- массовая теплота сгорания диэтилового эфира , кДж/кг;

g - ускорение свободного падения (9,81 м/с2);

q - интенсивность тепловыделения факела пламени, кВт;

d - диаметр очага горения, м;

r - стехиометрическое отношение воздуха к летучим продуктам горения.

Условная высота пламени (по формуле 2.6):

Коэффициент пропускания атмосферы для расстояния r = 50 м (по формуле 2.10):

где фатм - коэффициент пропускания атмосферы для теплового излучения;

r - расстояние от группы людей до эпицентра очага горения, м.

Коэффициент облучённости людей факелом пламени

Из рисунка видно, что величина a соответствует радиусу пролива жидкости (rпр= 21,85 м), b - расстояние r от заданного объекта или человека до эпицентра горения (r3 = 50м)

Следовательно:

;

Плотность теплового потока на расстоянии 50м от эпицентра горения (по формуле 2.13):

где - интенсивность излучения факела пламени, кВт (формула 2.5);

2.2 Воздействие теплового излучения на объекты и человека

Согласно таблицам приложения 14-17, критические плотности теплового потока для большинства строительных материалов и конструкций, а также для техники, намного превышают рассчитанную величину для r = 50м. Следовательно, можно сделать вывод, что в данной обстановке помещение склада 1, склада 2, административного здания, водонапорная башня и автотехника находятся на безопасном удалении от очага горения.

Безопасная плотность теплового потока для людей без специальной защиты составляет 1,39 кВт/м2. Следовательно, в данном случае группа людей находится в зоне безопасного теплового воздействия, так как < 1,39 кВт/м2.

Минимальное безопасное расстояние человека от эпицентра очага горения:

1) Приблизительное минимальное безопасное расстояние (по формуле 2.14):

2) Коэффициент облучённости для расстояния :

3) Коэффициент пропускания атмосферы при = 48м;

4) Плотности теплового потока на расстоянии :

5) Минимальное безопасное расстояние (методом линейной интерполяции по формуле 2.15):

Так как согласно исходным данным, люди находятся на расстоянии, большем чем , то для них вероятность теплового поражения человека Qвп 0%..

2.3 Минимальное безопасное расстояние для прибывших подразделений

Для людей в специальной защитной одежде, к которой относится в том числе и боевая одежда спасателей, критическая плотность теплового потока равна 4,2 кВт/м2. Расстояние от эпицентра горения, которому соответствует данная плотность теплового потока, рассчитывается по формулам 2.14 - 2.15 методом последовательных приближений с учётом того, что в формулу 2.14 подставляется 4,2 кВт/м2:

1) Приблизительное минимальное безопасное расстояние (по формуле 2.14):

2) Коэффициент облучённости для расстояния :

3) Коэффициент пропускания атмосферы при = 30м:

4) Плотности теплового потока на расстоянии :

5) Минимальное безопасное расстояние (методом линейной интерполяции по формуле 2.15):

Согласно расчётам в разделе 2.2, при r = 48м = 1,5кВт/м2.

Следовательно:

Доля мгновенно испарившейся перегретой жидкости (по формуле 3.2):

где - стандартная молярная теплоёмкость перегретой жидкости;

Т - температура перегретой жидкости, К;

- температура кипения жидкости, К;

- энтальпия (теплота) испарения жидкости при температуре кипения, Дж/моль (приложение 1).

Масса мгновенно испарившейся перегретой жидкости при аварийном вскрытии ёмкости (по формуле 3.1):

где - масса перегретой жидкости, находящейся в ёмкости, кг;

- доля мгновенно испарившейся перегретой жидкости при температуре перегрева Т.

Эффективный диаметр огненного шара (по формуле 3.3):

Время существования огненного шара (по формуле 3.4):

где - масса мгновенно испарившейся перегретой жидкости, кг.

Площадь поверхности огненного шара (по формуле 3.6):

Массовая скорость выгорания пентана в режиме огненного шара (по формуле 3.5):

Интенсивность теплового излучения огненного шара (по формуле 3.7):

Для пентана доля тепла, расходуемого на излучение, принимается равной 0,3.

где - доля тепла, расходуемого на излучение;

- массовая теплота сгорания метанола, кДж/кг;

- площадь поверхности огненного шара, м2.

2.2 Воздействие теплового излучения на объекты и человека при горении огненного шара

1) Воздействие на группу людей (r1 = 320 м):

Коэффициент пропускания атмосферы при тепловом излучении огненного шара (по формуле 3.8):

где - расстояние от группы людей до точки на поверхности земли непосредственно под центром огненного шара, м;

- эффективный диаметр огненного шара, м;

-высота центра огненного шара, принимаемая равной , м.

Плотность теплового потока на заданном расстоянии r от центра огненного шара (по формуле 3.9):

где - интенсивность теплового излучения огненного шара, кВт;

r - расстояние от группы людей до центра огненного шара, м.

Время наступления непереносимых болевых ощущений (Приложение 13):

Вероятность теплового поражения людей:

Так как, согласно проведённым расчётам, люди находятся в зоне теплового воздействия, в которой плотность теплового потока меньше 4 кВт/м2, то вероятность теплового поражения человека Qвп 0%.

Расстояние, в пределах которого возможно образование ожогов III-й степени открытых участков кожи (по формуле 3.10):

где - масса мгновенно испарившейся перегретой жидкости, т (формула 3.1 - 3.2);

- массовая теплота сгорания жидкости, кДж/кг (формула 2.4).

Расстояние, в пределах которого возможно образование ожогов II-й степени открытых участков кожи (по формуле 3.11):

Расчёт безопасного расстояния для людей

Приблизительное минимальное безопасное расстояние людей:

Так как для человека , то приблизительное минимальное безопасное расстояние можно рассчитать, используя коэффициент пропускания атмосферы , рассчитанный для и равный 0,835:

Коэффициент пропускания атмосферы для расстояния 803 м:

Реальная плотность теплового потока на расстоянии 803м:

Истинное значение :

Согласно ранее проведённым расчётам в разделе 3.2, при r = 320м =3,89Вт/м2. Следовательно, методом линейной интерполяции:

2) Воздействие на открытый склад стеклопластика с деревянным ограждением (r = 160 м):

Коэффициент пропускания атмосферы для расстояния 160м;

Реальная плотность теплового потока на расстоянии 803м:

Для древесины сосновой критическая плотность теплового потока составляет 13,9 кВт/м2; для рулонной кровли 9-кВт/м2 (приложение 16). Согласно данным приложения 15 и 17, произойдёт воспламенение древесины и рулонной кровли при рассчитанной плотности теплового потока.

3) Воздействие на автомобили (r = 200 м):

Коэффициент пропускания атмосферы для расстояния 200м;

Реальная плотность теплового потока на расстоянии 200м;

Согласно справочным данным, для автомашин критическая плотность теплового потока = 12,6 - 12,8 кВт/м2 (приложение 16). На основании сравнения приведённых величин с учётом времени существования огненного шара можно сделать вывод, что на данном удалении от центра огненного шара произойдёт возгорание горючих материалов на автомобилях, они подвергнутся значительной термической деструкции. Также произойдёт взрыв топливных баков.

ВЫВОДЫ

Участок «А»:

1) Расчёты показывают, что радиусы зон полного, сильного и среднего разрушений соизмеримы с радиусом аварийного разлива. В частности, RI<RII<ro;

Однако, известно, что в зоне действия детонационной волны, т. е. в пределах облака ГПВС, наблюдаются полные разрушения, так как избыточное давление во фронте ударной волны в этой зоне достигает 1,7 МПа и более. Следовательно, приближённо можно считать, что RI ? ro, а за пределами границы облака ГПВС реализуется зона слабых разрушений RIV. Дальнейшая эксплуатация объектов и техники возможна после мелкого текущего ремонта.

2) При рассчитанном значении ДРф на данном удалении людей (50 м) от эпицентра аварийного разлива вероятность поражения человека ударной волной составляет 20%. Практика показывает, что при ДРф ? 33.8 кПа основную опасность представляют осколочные поля, а не сама ударная волна. Данную группу людей (5 человек) можно отнести к числу легко пострадавших.

Так как все здания (склад 1, склад 2, административное) находятся в зоне очень слабых значений ДРф, то вероятность поражения всех людей, находящихся в этих зданиях, можно принять равной нулю.

3) Группа людей в количестве 5 человек, находящаяся на удалении 60 м от центра разлива, находятся в зоне относительно опасного теплового воздействия, так как плотность падающего на них теплового потока составляет 2,02 кВт/м2. Однако, согласно расчётам, вероятность поражения их тепловым излучением равна нулю, т. е. люди успевают достичь границы безопасной зоны, равной в данном случае 70 м.

4) Сравнивая два вида воздействия (взрыв и тепловое излучение факела), очевидно, что на удалении группы людей на 60 м от эпицентра взрыва и горения определяющим поражающим фактором является воздушная ударная волна, хотя вероятность поражения человека в результате взрыва невелика.

5) Минимальное безопасное расстояние для прибывших подразделений составляет: 49 м - от центра разлива или 49-22,5 = 26,5 м - от границы очага горения.

6) Число погибших на участке «А»: 0 чел; число пострадавших: 5 чел.

Участок «В»:

1) Вероятность поражения группы людей (30 человек) тепловым излучением огненного шара составляет 1,5%. Следовательно, число вероятно погибших можно рассчитать по формуле:

;

Число пострадавших равно: N - Qв.п. = 30 - 4= 26 чел.

Расчёты показывают, что все пострадавшие получат ожоги II степени, так как находятся вблизи данной зоны (244 м). Их можно отнести к числу легко пострадавших. Зона получения ожогов III степени ограничена 130 метрами от центра огненного шара.

2) Граница безопасного удаления людей без защитной одежды от места аварии составляет 545м.

3) На заданном удалении от места аварии (200 м) произойдёт незначительное обугливание деревянного ограждения открытого склада и хранящегося в нём стеклопластика, так как плотность теплового потока составит более чем 12,5кВт/м2 с периодом экспозиции не более 19 с. Также произойдёт небольшое обугливание горючих материалов на автомобилях (210 м) с малой долей вероятности взрыва топливных баков.

- граница опасного и безопасного теплового воздействия на человека;

- зона безопасного теплового воздействия на человека;

- зона опасного теплового воздействия на человека;

- зона слабых разрушений;

- зона полных разрушений;

- минимальное безопасное расстояние человека от эпицентра взрыва, м;

- минимальное безопасное расстояние для прибывших подразделений, м.

Схема обстановки при аварии на участке «В»

Страницы: 1, 2