Прогнозирование последствий взрыва ПГВ смесей

Практическое занятие № 14

Характерными особенностями взрывов облаков газо-паровоздушных смесей являются:

- возникновение взрывов разного типа (детонационного, дефлаграционного или комбинированного);

- образование 5 зон поражения (детонационной, огненного шара, действия ударной волны, теплового поражения и токсического воздействия) (рис. 1);

- воспламенение газо-паровоздушной смеси имеет место при наличии источника зажигания и когда концентрация топлива в смеси находится в пределах между нижним (НКПР) и верхним (ВКПР) пределами распространения пламени.

Дефраграция - это взрывное горения с дозвуковой скоростью распространения фронта пламени (u_ф <330 м/с).

Детонация - процесс взрывного горения, имеющий место при наложении фронта ударной волны на фронт горения, который перемещается со скоростью u_ф = 3…5 км/с.

При взрыве ПГШВ смеси образуется 5 зон

Рис. 1. Зоны поражения при взрыве облака газо-паровоздушной смеси

1. Радиус зоны детонационного взрыва, в пределах которой давление на фронте ударной волны постоянно и равно кПа, можно определить по формуле

, м, (1)

где - «тротиловый эквивалент» взрывоопасного газа (пара), определяемый по формуле

, кг (2)

где G_v,газ – масса горючего газа, кг;

Q_v,тнт = 4520 кДж/кг – энергия взрыва тринитротолуола (тротила);

Q_v,газ – энергия взрыва газа, кДж/кг (табл. 1);

- коэффициент, зависящий от способа хранения горючего вещества (1 - для газа; 0,6 - для сжиженного газа под давлением; 0,1 - для сжиженного газа при пониженной температуре (изотермическое хранение); 0,06 - аварийный разлив легко воспламеняющейся жидкости (ЛВЖ)

При расчете тротилового эквивалента за массу газа принимается 50% вместимости

резервуара при одиночном хранении и 90% - при групповом.

2. Радиус зоны взрывного горения («огненного шара») равен

, м (3)

3. Как видно из рис. 1 избыточное давление на фронте ударной волны в пределах огненного шара падает от кПа на границе зоны детонационного взрыва до величины, определяемой по формуле.

+ 50, кПа (4)

4. Избыточное давление на границе действия зоны ударной волны (R ₃ >R ₂ = 1,7 R ₁ )

,кПа (5)

Зная величину избыточного давления на фронте ударной волны на расстоянии R ₃

от центра облака газо-паро-воздушной смеси, по табл. 2 и 3 можно определить степень поражения человека и разрушения зданий и сооружений.

Таблица 2. Степень поражения людей

Р ф, кПа	Степень поражения
<10 10 …40 40 …60 60 … 100 100…150	Безопасное Легкие поражения (ушибы, потеря слуха) Средние поражения (кровотечения, вывихи, сотрясение мозга) Тяжелые поражения (контузии) Смертельное (безвозвратные потери) поражение 50% пострадавших Смертельное (безвозвратные потери) поражение 100% пострадавших

Таблица 3. Степень поражения зданий и сооружений.

Примечание:

Слабые разрушения - повреждение или разрушение крыш, оконных и дверных проемов. Ущерб – 10 – 15% от стоимости здания.

Средние разрушения – разрушения крыш, окон, перегородок, чердачных перекрытий, верхних этажей. Ущерб – 30 – 40%.

Сильные разрушения – разрушение несущих конструкций и перекрытий. Ущерб – 50%. Ремонт нецелесообразен.

Полное разрушение – обрушение зданий.

5. Плотность потока теплового излучения «огненного шара», падающего на объект, находящийся на расстоянии R, определяется по формуле

, кВт/м² (6)

где q_соб = 450 кВт/м² – плотность теплового потока собственного излучения огненного шара;

- доля теплового потока огненного шара, падающая на объект,

(угловой коэффициент);

= 1 – 0,058 ln R – коэффициент пропускания атмосферы (прозрачность воздуха);

6.Продолжительность существования огненного шара

, с (7)

7. Тепловой импульс, позволяющий определить степень поражения людей и возможность воспламенения материалов (табл. 4)

, кДж/м² (8)

Таблица 4. Значения теплового импульса, приводящие к поражению людей и воспламенению материалов

Варианты расчетных заданий приведены в табл. 5.

Таблица 5.Варианты расчета зоны ЧС при взрыве облака ПГВ смеси

Задача. Оценить последствия взрыва одиночного резервуара, содержащего 10 т водорода (вариант 16) Определить:

- размеры зон детонационного взрыва (R₁) и огненного шара (R₂);

- степень поражения людей и зданий ударной волной на расстоянии R = R₂ + 75, м;

- степень поражения людей и вероятность воспламенения материалов на расстоянии R = R₂ + 75, м.

Р е ш е н и е.

1. По формуле (2) найдем «тротиловый эквивалент» водорода, заимствуя из табл. 1 значение энергии взрыва водорода Q_v,газ = 120000 кДж/кг и учитывая, что для одиночного резервуара G_v,газ = 0,5* 10000 = 5000 кг и для водорода 1,0

= 1,0 132747,36 кг

2.Определит радиус зоны детонационного взрыва (формула (1))

м.

3. Радиус огненного шара найдем по формуле (3)

R ₂ = 1,7*88,92 = 151,164 м

4. Избыточное давление на фронте ударной волны на границе огненного шара равно (формула (4))

314,6 кПа

5. Избыточное давление на фронте ударной волны на расстоянии R = R ₂ + 300 = 151,164 + 300 = 451,164 м определим по формуле (5)

кПа

Согласно данным, приведенным в табл. 2 и 3, при избыточном давлении на фронте ударной волны = 37,0 кПа люди могут получить легкие (ушибы, потеря слуха) и средние (кровотечения, вывихи, сотрясение мозга) поражения.

Жилые здания будут полностью. Разрушены, промышленные здания получат средние повреждения.

Не исключено средние разрушения трубопроводов на эстакаде, полное разрушение газгольдеров и емкостей для ГСМ и химических веществ.

6. Найдем угловой коэффициент излучения огненного шара на объект

и коэффициент пропускания атмосферы

Теперь по формуле (6) находим плотность падающего на объект потока излучения огненного шара

q _о.ш. = 450 * 0, 65 * 0,0957 = 27,99 кВт/м²

7. Продолжительность существования огненного шара равна (формула (7))

t _о.ш. = 0,65 c.

8. Тепловой импульс огненного шара равен (формула (8))

I = 27,99 * 33,05 = 924,23 кДж/м²

При такой величине теплового импульса люди на расстоянии 451,186 м от центра газо-воздушного облака (300 м от поверхности огненного шара) получат смертельное поражение и все материалы, приведенные в табл. 4, воспламеняться.

Литература.

1.Мастрюков Б.С. Безопасность в чрезвычайных ситуациях. – М.: Издательский центр «Академия», 2003. – 336 с.

2. Корсаков Г.А. Расчет зон чрезвычайных ситуаций.- Снт-Пб., ЛТА, 1997. – 112 с

Поиск по сайту: