Методика розрахунку вражаючих факторів вибухів

Характерними рисами вибухів ГПС, ППС є:

· виникнення різних типів вибухів: детонаційного, дефлаграційного чи комбінованого (найбільш розповсюджений);

· утворення п'яти зон ураження: детонаційної (бризантної), дії продуктів вибуху (вогненної кулі), дії ударної хвилі, теплового ураження та токсичного задимлення;

· залежність потужності вибуху від параметрів середовища, у якому відбувається вибух (температура, швидкість вітру, щільність забудови, рельєф місцевості);

· для реалізації комбінованого чи детонаційного вибуху для ГПС і ППС обов'язковою умовою є створення концентрації продукту горіння в повітрі в межах нижньої та верхньої концентраційної межі (НКМ, ВКМ).

Детонація - процес вибухового перетворення речовини з надзвуковою швидкістю.

Дефлаграція - вибухове горіння з дозвуковою швидкістю.

Зона горіння - частина простору, у якій утворюється полум'я чи вогненна куля з продуктів горіння.

Зона дії ударної хвилі – територія в межах якої можливі руйнування, пошкодження будівель та споруд, а також завдання шкоди людині через надмірний тиск ударної хвилі.

Зона теплового ураження - частина простору, що примикає до зони горіння, у якому відбувається загоряння чи зміна стану матеріалів і конструкцій та вражаюча дія на незахищених людей.

Зона токсичного задимлення – частина простору, що включає наведені вище зони.

2.2.1. Визначення параметрів ударної хвилі у відкритому просторі.

Радіус зони детонаційної дії R₁ дорівнює:

R₁ =17,5× , [м],

де М -маса ГПС, ППС у резервуарі, т. Надмірний тиск у фронті ударної хвилі в межах зони DР_Ф = 1700кПа.

Радіус зони дії продуктів вибуху R₂:

R₂ = 1,7×R₁,

Надмірний тиск у зоні розльоту продуктів вибуху (R₁ < R_у≤ R₂) визначається за формулою:

DР_Ф @ + 50,

де, R_у – відстань між ємністю з ГПС (ППС) та розглядуваним об’єктом (цехом).

Радіус дії ударної хвилі визначається за залежністю:

R₃ =

Надмірний тиск у зоні дії повітряної ударної хвилі (R₂ < R_у ≤ R₃) обчислюється за формулою:

DР_Ф =

Висновок зробити на підставі табл. 1 - щодо ураження незахищених людей ударною хвилею, табл. 2 - ступеня руйнувань ОЕ.

2.2.2. Визначення параметрів ударної хвилі в зоні НС у приміщенні.

У приміщеннях вибухонебезпечних об'єктів (цехах деревообробки, лакофарбових, складах палива, котелень, елеваторах) можливі вибухи і вибухове дефлаграційне горіння, у всьому об’ємі, оскільки межі приміщення не дають можливості розширюватися продуктам горіння.

Надмірний тиск вибуху для індивідуальних пальних речовин, що складаються з атомів С, H, N, CI, Br, І, F визначається за формулою:

DР_max = ,

де Р_maх - максимальний тиск вибуху стехіометричної ГПС, ППС у замкнутому об’ємі, визначається за довідником. Якщо дані відсутні, то приймають Р_maх = 900 кПа; Р₀ - початковий тиск у приміщенні, кПа (приймають Р₀ = 101 кПа); М- маса ГПС, що потрапила у приміщення в наслідок аварії, т; z - коефіцієнт участі пальної речовини у вибуху в приміщенні, дорівнює: 0,5 - для пальних газів, промислового пилу; 0,3 - для легко займистої речовини (ЛЗР) і пальних рідин, нагрітих до температури спалаху і вище та при температурі нижче температури спалаху при утворенні аерозолю; V_во - вільний об’єм приміщення, м³; r _п(г) - щільність пари (газу) при Р₀, кг/м³, визначається залежністю:

r _{п(г) =}

де М_р - молярна маса речовини, г/моль (табл. 3); t_п - температура повітря в приміщенні, °С; j - коефіцієнт негерметичності приміщення і не адіабатичності процесу горіння, дорівнює 3; С_стх - стехиометрична концентрація газів чи пари, визначається за формулою:

С_стх = ,

де - стехиометричний коефіцієнт кисню в рівнянні реакції горіння, дорівнює:

= п_с +

(п_с, п_н, п₀, n_Г – кількість атомів С, Н, О та галогенів у молекулі пального).

Примітка. Стехиометричною сумішшю називають оптимальний склад речовин, у якому кількість компонентів відповідає формулі хімічної реакції горіння.

Радіус розкиду ГПС, ППС у приміщенні R₀, м, розраховується за співвідношенням:

R₀ = ,

де V_з – загальний об’єм приміщення, м³.

Примітка. 1) Вибух у приміщенні можливий тільки за значення фактичної густини речовини в повітрі більше небезпечної густини;

2) Якщо у приміщенні стався вибух з ΔР _max >30кПа, то воно, як правило, руйнується (частково або повністю);

3) Вільний об’єм приміщення складає 80% від загального об’єму.

Висновок зробити на підставі табл. 1 - щодо ураження незахищених людей ударною хвилею, приміток та табл. 2 – щодо ступеня руйнувань приміщення ОЕ.

2.2.3. Розрахунок параметрів зон теплового впливу при вибухах ГПС (ППС)

При загорянні хмари ГПС утворюється вогняна куля з радіусом R _вк із часом свічення t _вк та інтенсивністю теплового випромінювання I, кДж/м²с, які визначаються за формулами:

, [м],

, [с],

, [кДж/м²с],

де М -маса ГПС, ППС у резервуарі, кг,

R_об – відстань між ємністю та об’єктом (цехом).

Перетворюючи останню формулу можна визначити безпечний радіус дії вогняної кулі:

,

де І^* - безпечна інтенсивність теплового випромінювання, критерій ураження людини (табл. 4), кДж/м²с

Тепловий імпульс U, кДж/м², знаходять за формулою:

U = I×t_вк.

Вражаючу дію теплового випромінювання визначають шляхом порівняння обчислених значень І та U за табл. 4 та табл.5.

2.2.4. Розрахунок параметрів зони теплового впливу, що може утворитися під час при пожежі.

Розміри зони теплового впливу розраховують за співвідношенням, яке визначає безпечну відстань R_без, м, при заданому рівні інтенсивності теплового випромінювання для людини:

R_без = ;

де c - коефіцієнт, що характеризує геометрію осередку горіння: c = 0,02 - якщо джерело горіння плоске (розлив на поверхні землі чи води нафти, бензину, іншої легкозаймистої речовини (ЛЗР) тощо); c = 0,08 - якщо джерело горіння об'ємне (палаючий будинок, резервуар); q₀ - питома теплота пожежі, кДж/м²×с (табл. 6); I^* - задана інтенсивність теплового випромінювання, кДж/м²×с - критерій ураження людини (табл. 4); R* - приведений розмір осередку горіння (пожежі):

- для палаючих будівель R* = (L - довжина стіни, h - висота будівлі), м;

- для штабелів пиленого лісу R* = (h_ш - висота штабеля), м;

- при горінні нафтопродуктів у резервуарах, ЛЗР R* = D_рез; пальні рідини R * = 0,8 D_рез, (D_рез - діаметр резервуара), м;

- при розливі пальної рідини R* = d, d- діаметр розливання (вільне розтікання), м:

R* = d = ,

де V - об’єм рідини, м³; - при виливанні в піддон R* = L_і - довжина піддону, м.

2.2.5. Розрахунок характеристик зони задимлення, що утворюється під час пожеж

Зона задимлення є небезпечною для людини, якщо вміст оксиду вуглецю складає понад 0,2%, вуглекислого газу понад 6%, кисню менше 17%. При наявності в зоні горіння НХР, пластмас, фанери можуть виділятися токсичні продукти: фенол, формальдегід, хлористий водень, ціаністий водень, оксиди азоту та інші речовини.

Зона задимлення при пожежі має форму трапеції (рис. 1)

Рис. 1. Зони вражаючого впливу на людину під час пожежі:

1 - палаюча споруда; 2- зона теплового впливу; 3- зона задимлення; В - ширина зони горіння, м, Г – глибина зони задимлення, м, Ш – ширина зони задимлення, м.

Ширину зони задимлення Ш визначають за формулою:

Ш = В+ 2DВ,

де DВ = 0,1Г - при стійкому вітрі (відхилення менш ±6°); DВ = 0,4Г- під час дії нестійкого вітру (відхилення більш 6°).

В розрахунках приймаємо DВ – для стійкого вітру.

Глибину небезпечної за токсичною дією частини зони задимлення Г, м, визначають за співвідношенням

Г =

де М_т.п. - маса токсичних продуктів горіння, кг; D - токсична доза, мгхв/л (табл. 8); v_nер - швидкість переносу диму (табл.7), м/с; К₁ - коефіцієнт шорсткості поверхні: відкрита поверхня - 1; степова рослинність, сільгоспугіддя - 2; чагарник, окремі дерева - 2,5; міська забудова, ліс - 3,3; К₂ - коефіцієнт ступеня вертикальної стійкості повітря (інверсія - 1; ізотермія - 1,5; конвекція - 2).

Завдання: На підставі вихідних даних оцінити наслідки впливу землетрусу на споруду та людей, які знаходяться в ній в такому порядку. Визначити:

а) магнітуду землетрусу;

б) реальну інтенсивність землетрусу в районі розташування будинку;

в) час початку першої та другої фази землетрусу;

г) імовірність та ступінь руйнування споруди;

д) ймовірність, види та кількість втрат людей.

Вибух

Завдання: На підставі вихідних даних оцінити наслідки впливу вражаючих факторів вибуху на споруди та людей, які знаходяться в осередку дії вибуху, в такому порядку. Визначити:

1) параметри ударної хвилі у відкритому просторі або в приміщенні (див. вихідні дані).За вибухом у відкритому просторі:

а) визначити радіуси зон дії вибуху;

б) порівнюючи їх розміри з відстанню до споруди цеху (R_ц), визначити в яку зону попадає цех;

в) визначити величину надмірного тиску в місці розташування цеху (∆Р), в залежності від зони, в якій він знаходиться;

г) зробити висновок щодо ураження незахищених людей ударною хвилею (табл.1) та ступеня руйнувань споруд ОЕ (табл. 2).

За вибуху в приміщенні цеху:

а) визначити величину надмірного тиску в приміщенні цеху (∆ Р_max);

б) визначити радіус розкиду ППС в приміщенні;

в) зробити висновок щодо ураження незахищених людей ударною хвилею (табл. 1) та ступінь руйнування цеху за приміткою та табл. 2.

2) параметри зон теплового впливу при вибусі:

а) визначити радіус дії вогняної кулі (R_вк);

б) час свічення вогняної кулі (t_вк);

в) інтенсивність теплового випромінювання в місці розташування споруди цеху (І);

г) безпечний радіус дії вогняної кулі (R_без);

д) тепловий імпульс (И);

е) зробити висновок щодо вражаючої дії теплового випромінювання шляхом порівняння обчислених значень S та И з табл. 4 та тал.5.

3) при виникненні займання матеріалів провести розрахунок параметрів зон теплового впливу, що може утворитися під час пожежі (R_без) та зони задимлення при горінні споруди цеху (Г, Ш).

Поиск по сайту: