Определение перечня и расчет объема аварийно-спасательных и других неотложных работ при взрыве пылевоздушной смеси в промышленном здании

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Определение перечня и расчет объема аварийно-спасательных и других неотложных работ при взрыве пылевоздушной смеси в промышленном здании

Рассихин Д.В.

Введение

Прогресс не стоит на месте, а постоянно движется вперед. И вместе с ним происходит развитие современного мира, который постоянно модернизируется и дополняется всё новыми элементами для человека. Одной из характерных особенностей развития цивилизации являются быстрые темпы развития промышленного производства. Однако, вслед за таким быстрым ростом растет и количество опасностей, относящихся к техногенным угрозам. Таким, как:

· пожары и взрывы на производствах;

· аварии с угрозой выброса и выбросом радиоактивных веществ;

· аварии с угрозой выброса и выбросом АХОВ;

· аварии на транспорте;

· аварии на нефте-, газо- и продуктопроводах.

Актуальность темы не вызывает сомнений, так как промышленные производства - неотъемлемая часть современной инфраструктуры. С каждым годом увеличивается число промышленных предприятий. Мебельный рынок -- одна из стремительно быстро развивающихся отраслей экономики России. По данным Министерства промышленности и энергетики РФ, в мебельной промышленности страны действует 5770 предприятий, в том числе более 500 крупных и средних, на которых работает более 150 тыс. человек.

Годовой объем производства мебели составляет 11,4% от общего годового объема производства лесопромышленной продукции. Среди 50 наиболее развитых стран мира Россия занимает 38-е место по годовому объему мебели, а по потреблению мебели 22-е место в мире.

Опасения, связанные с пожаро- и взрыво- опасностью вполне обоснованы. Наибольшей опасностью обладают технологические аварии на производстве. Особенности возникновения, развития и протекания данных аварий являются: внезапность их возникновения, высокие показатели действия поражающих факторов аварий, комбинированность инициирующих факторов. К негативным факторам относят вероятность воспламенения, пожара, взрыва.

Цель данной работы - провести анализ возможного взрыва ПВС в промышленном здании и рассчитать объем АСДНР.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

· Рассмотреть возможность возникновения взрыва и пожара на мебельном производстве.

· Рассчитать величину избыточного давления воздушной ударной волны при взрыве ПВС.

· Определить степень разрушения производственного цеха.

· Провести расчет сил и средств для проведения АСДНР при ликвидации аварии.

В ВКР «Определение перечня и расчет объема АСДНР при взрыве ПВС в промышленном здании» при решении проблемы защиты населения и территорий от ЧС, с учётом информации, полученной из различных источников (ОК-12) рассмотрены вопросы:

· сохранения и обеспечения жизни и здоровья населения, персонала предприятий и организаций, с учётом знаний по охране труда и безопасности производственных процессов (ОК-1, ОК-7, ОК-15, ПК-10, ПК-11, ПК-12, ПК-14, ПК-15, ПК-16, ПК-19);

· сохранения объектов культуры, науки и производства с определением зон риска (ОК- 2, ПК-11, ПК-12, ПК-14, ПК-15, ПК-17, ПК-19);

· соблюдения прав граждан на безопасную среду обитания с учётом состояния безопасности состояний промышленных, производственных и других объектах экономики (ОК-3, ОПК-3, ПК-9, ПК-11, ПК-12, ПК-14, ПК-15, ПК-18, ПК-19).

Introduction

Progress does not stand still, but constantly moves forward. And together with it, the modern world is developing, which is constantly being modernized and supplemented with new elements for the individual. And one of the characteristic features of the development of civilization is the rapid pace of industrial development. However, in the wake of such rapid growth, more and more threats related to technogenic threats have increased. Such as:

* explosions and fires in production;

* Accidents with the threat of release and release of radioactive substances;

* accidents with the threat of ejection and the release of ACHS;

* transport accidents;

* accidents at the oil, gas and product pipelines.

The relevance of the topic is beyond doubt, since industrial production is an integral part of modern infrastructure. Every year the number of industrial enterprises increases. The furniture market is one of the fastest growing sectors of the Russian economy. According to the Ministry of Industry and Energy of the Russian Federation, the country's furniture industry employs 5,770 enterprises, including more than 500 large and medium-sized enterprises employing more than 150,000 people.

The annual volume of furniture production is 11.4% of the total annual output of timber products. Among the 50 most developed countries in the world, Russia occupies the 38th place in terms of the annual volume of furniture, while the consumption of furniture is the 22nd in the world.

Fears related to fire and explosion hazard are justified. The greatest danger is technological accidents at work. The peculiarities of occurrence, development and course of these accidents are: the suddenness of their occurrence, the high performance of the damaging factors of accidents, the combination of initiating factors. Negative factors include the probability of ignition, fire, and explosion.

The purpose of this work is to analyze the possible explosion of DAM in an industrial building and calculate the volume of EROUW.

To achieve this goal, it is necessary to solve the following tasks:

* Consider the possibility of an explosion and fire on furniture production.

* Calculate the magnitude of the excess pressure of the air shock wave in the explosion of DAM

* Determine the degree of destruction of the production hall.

* Carry out a calculation of the forces and resources for the conduct of the EROUW in the event of the liquidation of the accident.

In the WRC "Determination of the list and calculation of the volume of ASADR in the explosion of PVS in an industrial building", when solving the problem of protecting the population and territories from emergencies, taking into account information obtained from various sources (ОК-12), the following issues were considered:

* preservation and provision of life and health of the population, personnel of enterprises and organizations, taking into account knowledge of occupational safety and safety of production processes (ОК-1, ОК-7, ОК-15, ПК-10, ПК-11, ПК-12, ПК-14, ПК-15, ПК-16, ПК-19);

* Preservation of objects of culture, science and industry with the definition of risk zones (ОК- 2, ПК-11, ПК-12, ПК-14, ПК-15, ПК-17, ПК-19); compliance with the rights of citizens to a safe environment, taking into account the state of security of industrial, manufacturing and other economic objects (ОК-3, ОПК-3, ПК-9, ПК-11, ПК-12, ПК-14, ПК-15, ПК-18, ПК-19).

1. Промышленные здания как объект исследования

загазованность пожар огневой запальник

Промышленные здания предназначены для размещения производства. Делятся по отраслям производства (машиностроение, сельское хозяйство, строительство, лесное хозяйство и т.д.).

Промышленные здания состоят из отдельных зданий, предназначенных для осуществления производственного процесса.

Конструктивные элементы производственного здания:

· колонны;

· конструкция покрытия, состоящая из несущей части (балки и фермы) и ограждающей части (плиты или элементы покрытия);

· вертикальные ограждения (стены, окна, перегородки, двери);

· фонари, обеспечивающие дополнительное естественное освещение и проветривание;

· подкрановые балки, установленные на консоли колонн;

· специальные связи (горизонтальные и вертикальные), обеспечивающие пространственную жесткость здания.

1.1 Классификация промышленных зданий и требования к ним

Промышленные здания можно классифицировать:

· по назначению: производственные (ремонтные, механосборочные), энергетические (трансформаторные подстанции, ТЭЦ), вспомогательные (административные), и здания транспортно-складского хозяйства (склады);

· по этажности: одноэтажные (как правило, используются в тяжелой промышленности); многоэтажные (легкая промышленность); и смешанной эксплуатации;

· по числу пролетов - однопролетные и многопролетные;

· по наличию подъемно-транспортного оборудования - крановые и бескрановые;

· по материалу основных несущих конструкций - бескаркасные, каркасные с ж/б каркасом, с металлическим каркасом, с кирпичными стенами и покрытием из ж/б, металлические или деревянные конструкции;

· по системе отопления: теплые (отапливаемые, не отапливаемые)и холодные;

· по наличию фонарей - фонарные и бесфонарные.

1.2 Требования, предъявляемые к промышленным зданиям

К промышленным зданиям, также как и к гражданским предъявляют технические, технологические, архитектурно-художественные и экономические требования.

Технические -- прочность, устойчивость, долговечность, противопожарная безопасность.

Технологические -- для чего построено, для чего должно применяться. Исходя из требований выбирают материал и оборудование.

Архитектурно-художественные -- эстетичный внешний вид.

Экономические -- затраты на возведение должны быть оптимальны. Выбирают лучший вариант из нескольких.

Народное хозяйство состоит из производственных отраслей, которые объединяются в промышленные предприятия. Промышленные предприятия включают в себя промышленные здания, назначение которых заключается в осуществлении процессов производственно-технологического характера, связанных напрямую или косвенно с изготовлением продукции определённого вида. В независимости от промышленной отрасли здания подразделяют на четыре группы: производственные здания, вспомогательные помещения или здания, помещения транспортно-складского хозяйства, энергетические помещения, а также производственные здания.

Под производственными зданиями понимают строения, которые служат для выпуска полуфабрикатов или готовой продукции. Они делятся на несколько видов в зависимости от производственной отрасли, например: ремонтные, инструментальные, термические, штамповочные, ткацкие, механосборочные, и другие.

Под вспомогательными зданиями понимают медицинские и бытовые пункты, пункты питания, административно-конторские пункты.

Под транспортно-складскими помещениями понимают склады готовой продукции, пожарные депо, гаражи и др.

К энергетическим зданиям и помещениям относят здания котельных, трансформаторные и электрические подстанции, теплоэлектроцентралей (ТЭЦ).

Площади и конструкция промышленных зданий зависит от проходящих в них технологических процессов и назначения строений. Строения подразделяются на четыре класса. Повышенные требования предъявляются к зданиям первого класса, а к постройкам четвёртого класса требования минимальные. Каждый класс зданий предусматривает свои собственные эксплуатационные свойства, а также срок эксплуатации и уровень огнеупорности основных конструктивных элементов постройки. Существуют три степени срока эксплуатации промышленных строений: первая степень предусматривает долговечность не менее 100 лет, вторая ступень -- не менее 50 лет, третья ступень -- не менее 20 лет.

По показателям огнеупорности сооружения делятся на пять степеней. Степень огнеупорности определяется пределом огнестойкости и группой возгораемости основных конструктивных элементов. Для строений утвержден следующий регламент: для построек первого класса -- не ниже второй степени, для строений второго класса - не ниже третьей степени. В отношении зданий третьего и четвёртого классов степень огнеупорности не регламентируется. В классификации промышленных зданий по архитектурно-конструктивным признакам они делятся на многоэтажные, одноэтажные и здания смешанной этажности.

В том случае, если технологический процесс проходит в горизонтальной плоскости и отличается крупногабаритным и тяжёлым оборудованием, массивными изделиями и критическими нагрузками с высокой динамикой целесообразнее будет размещать производство в одноэтажном здании. Одноэтажные строения в зависимости от количества пролётов могут подразделяться на одно- и многопролётные.

Под пролётом понимают объём промышленного строения, который ограничен по периметру перекрытиями и рядами колонн по однопролётной схеме. Под шириной пролёта понимают расстояние между продольными рядами колонн.

2. Анализ и причины аварий зданий и сооружений на производственных объектах

Производственные объекты - объекты промышленного и сельскохозяйственного назначения, в том числе склады, объекты инженерной и транспортной инфраструктуры (автомобильного, железнодорожного, морского, речного, воздушного и трубопроводного транспорта), объекты связи. Опасные производственные объекты это те, ремонт, реконструкцию, ликвидацию, консервацию и переоснащение которых регулирует Федеральный Закон от 21.07.1997 № 116-ФЗ «О промышленной безопасности». В области теплоэнергетики активно ведется не только строительство зданий и сооружений, но и проводится экспертиза промышленной безопасности относительно тех, зданий которые изживают свой нормативный срок или уже его изжили.

Чтобы снизить уровень аварийности проводится подробный анализ причин аварий на производственных объектах. Технический уровень строения определяется качеством проекта здания, используемых материалов, оборудования, строительных и монтажных работ.

Для выявления наиболее опасных моментов на этапе строительства используют данные по обрушениям и повреждениям конструктивных элементов, полученных на основании анализа.

2.1 Особенности конструкций промышленных зданий

Последние исследования показали, что каменные конструкции обрушивались чаще всего потому, что не были выполнены требования правил выполнения узлов опирания несущей конструкции на стены. Во время использования здания дефект усугубляется разупрочнением кладки, которое происходит по причине протечек коммуникаций.

Чаще всего нарушается технология опирания балок на стены без использования распределительных пластин. В некоторых случаях опирание на стены происходит через неармированную подушку. Из-за передачи неравномерной нагрузки она не может воспринять изгибающие моменты, и это приводит к обрушению конструкции.

Вывод из эксплуатации зданий из каменной кладки может происходить из-за пучения грунтов, неравномерного осадка. Именно кирпичные стены больше всего восприимчивы к такого рода осадкам (рис 2.1 - рис. 2.3). Проведенный анализ показал, что в большинстве случаев из-за того, что руководство предприятия не принимало решение о консервации здания, его дальнейшая эксплуатация приводила к последующему разрушению. Атмосферные осадки со временем сделали свое дело, несущая способность стала значительно снижаться, в результате чего происходило обрушение внешней стены и плит перекрытий.

Рис 2.1 - Растяжение по неперевязанному сечению

Рис. 2.2 - Растяжение по перевязанному сечению



Рис. 2.3 - Растяжение при изгибе по перевязанному сечению

Модуль упругости Е0 при кратковременной нагрузке должен приниматься равным: для неармированной кладки

Е0 = aRu; (2.1)

для кладки с продольным армированием

Е0 = aRsku. (2.2)

Модуль упругости при сетчатом армировании принимается такой же, как для неармированной кладки.

Если армирование продольное, то характеристика принимается такой же, как и для неармированной кладки;

Ru - временное сопротивление сжатию, его определяют следующим образом:

Ru = kR, (2.3)

где k - коэффициент, принимаемый по таблице; R - расчетные сопротивления сжатию.

Таблица 2.1 - Коэффициент сжатия кладки

Вид кладки	Коэффициент k
1. Из кирпича и камней всех видов, рваного бута и бутобетона, из крупных блоков, кирпичная вибрированная	2,0
2. Из крупных и мелких блоков из ячеистых бетонов	2,25

Упругая характеристика кладки, с сетчатым армированием находится следующим образом:

, (2.4)

где Rsku - временное сопротивление при высоте ряда менее 150 мм. Оно определяется так же по формуле:

если кладка с продольной арматурой

; (2.5)

если кладка с сетчатой арматурой

, (2.6)

где Rsn - нормативное сопротивление арматуры, принимаемое для сталей класса А-I и А-II по СНиП, для стали Вр-I - с коэффициентом работы 0,6 по тому же СНиП.

Что касается зданий и сооружений из сборного железобетона, основной причиной обрушения стало нарушение правил проведения строительно-монтажных работ. Среди причин аварий можно выделить:

· некачественное закрепление панелей на сварочных прихватках;

· сварка низкого качества;

· не было выполнено проектное опирание конструкций, а впоследствии их закрепление в положении до того, как произведется освобождение строповок;

· грубое нарушение технологии проведения монтажных работ.

Конструкции из монолитного железобетона тоже исследовались на причину появления аварий. Было установлено, что дефекты, появившиеся в результате нарушения технологии работ, особенно в тех случаях, когда приходилось возводить конструкции в зимний период, в большинстве случаев становились основной причиной обрушения. Бетонная смесь плохо уплотнялась, прочность бетона была неправильно определена проектом.

Особое внимание специалисты уделили вопросу привлечения к работе компаний, не имеющих соответствующей лицензии и квалифицированных специалистов. Среди основных дефектов можно выделить:

· смещение осей;

· изменение указанных в проекте размеров;

· отсутствие пространственной жесткости;

· отсутствие прямолинейности;

· увеличение нагрузки;

· подрезы металла.

Исследование основных причин аварий показали, что большое количество ошибок допускается на этапе проектирования, неправильное определение связей, неверные расчеты в определении нагрузки и использование некачественной стали приводят к последующему разрушению строения и соответственно к созданию аварийной ситуации.

В момент обрушения здания наблюдается полное или частичное разрушение конструкции. ЧС становится следствием ошибок в проектировании, несоблюдении качества и технологии монтажных работ. Конечно, есть и иные случаи, к примеру, стихийное бедствие, террористический акт, но в моей работе эти случаи рассматриваться не будут.

После тщательного проведенного анализа причин аварий зданий и сооружений в результате обрушения конструкции, составлен список основных причин:

· несоответствующий уровень монтажных работ;

· несоблюдение условий жесткости;

· недопустимая нагрузка;

· использование материалов, прочность которых не соответствует требуемой;

· ошибки в проектных решениях;

· отсутствие антикоррозийной обработки;

За последние годы только 6% обрушений произошли из-за воздействия природы, около 40% аварий стали следствием человеческого фактора, в частности ненадлежащее исполнение строительно-монтажных работ.

Около 12% случаев были связаны с использованием некачественных материалов и 9% обусловлены ошибками на этапе проектирования. Нарушается Федеральный закон Российской Федерации от 30 декабря 2009 г. №384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений».

2.2 Основные причины возникновения аварий и взрывов в промышленных зданиях

Аварии со взрывом могут происходить на объектах, в которых находятся или обращаются горючие газы, горючие пыли, легковоспламеняющиеся жидкости в таком количестве, что могут образовать взрывоопасные горючие смеси, при горении которых избыточное давлении в помещении может превысить 5 кПа.

Если продукты размещаются вне помещений, то принимается, что авария развивается по сценарию взрыва на открытом пространстве. Если же технологический аппарат со взрывоопасными продуктами размещен в зданиях, то авария развивается по сценарию в замкнутом объеме.

Наиболее типичными аварийными ситуациями в этом случае являются:

· разрушение аппарата или трубопровода со смешанными газами или жидкостями;

· нарушение герметичности трубопроводов (разрез сварного шва, прокладки);

· образование или выброс горючей пыли;

· разлив легковоспламеняющейся жидкости по полу помещения.

В этом случае ГВС, ПВС займет частично или полностью весь объем помещения. Затем этот объем заменяется расчетной сферой (в отличие от полусферы на открытом пространстве), радиус которой определяется с учетом объема помещения. При расчете последствий взрыва считается, что процесс в помещении развивается в режиме детонации.

Аварии и взрывы с котловым оборудованием.

Эксплуатация котлов на газообразном топливе (рис 2.4) требует от машинистов (операторов) большого навыка и внимания. Невнимательность или ошибка при ведении топочного режима может привести к тяжелым последствиям. Машинист должен знать и учитывать опасные свойства горючих газов, т. е. их взрывоопасность.

Рис. 2.4 - Схема работы котлового оборудования

Наиболее частыми причинами образования взрывоопасной концентрации газовоздушной смеси могут быть:

· недостаточное вентилирование топки и газоходов;

· подача газа в горелку до внесения или образования запального факела;

· срыв пламени переносного запального устройства в топке при включении горелок;

· попытка розжига соседней горелки от работающей без применения запального факела;

· повторное включение горелок после срыва запального или основного факела без предварительной вентиляции топки и газоходов;

· неправильное или преждевременное открытие кранов перед горелками; неправильная продувка газопроводов перед пуском котла в работу.

Причинами взрывов и загазованности при включении горелочных устройств также являются: неисправность запальника или неправильная его установка; ошибки обслуживающего персонала в фиксации положения запорной газовой арматуры и ее неплотность; включение горелочных устройств при отключенной или неисправной автоматике контроля пламени; неправильная оценка показаний контрольно-измерительных приборов или их неисправность.

Во время эксплуатации котла причинами погасания факела, загазованности топки и взрыва от раскаленных поверхностей обмуровки могут быть: кратковременное прекращение подачи газа; срыв пламени в результате резкого возрастания разрежения в топке; погасание факела в случаях неисправности регулятора давления газа или клапана «газ -- воздух», засорение газовыходных отверстий, остановка дымососа или вентилятора, а также неправильные - действия персонала при регулировании тепловой мощности горелок.

Даже незначительные утечки газов в плохо вентилируемом помещении могут создавать взрывоопасные смеси.

Отсутствие запаха у газов, не содержащих меркаптановой серы, а также цвета у всех углеводородов создает трудности своевременного выявления и устранения возможных утечек газа.

Поэтому газу придают запах путем добавки остропахнущих веществ, в частности этилмеркаптана C2H5SH, с целью определения утечек. Этот процесс называется одоризацией газов. Вследствие того что плотность воздуха составляет 1,293 кг/м3, а природного газа в зависимости от содержания компонентов -- около 0,8 кг/м3, при утечках газы сначала будут скапливаться в верхних частях помещения (так как они легче воздуха), чем затрудняется их обнаружение.

Сжигание газового топлива в топках котлов осуществляется горелочными устройствами. Качество работы газогорелочных устройств оценивается полнотой сгорания газа. Для определения полноты сгорания газа в настоящее время применяют различные приборы: газоанализаторы, хроматографы и др.

Газовое топливо различных видов для обеспечения надежной и безопасной работы горелочных устройств должно соответствовать государственным стандартам и отвечать следующим основным требованиям: содержать как можно меньшее количество вредных и балластных (несгорающих) примесей; обладать постоянным составом компонентов и соответственно иметь неизменяющуюся теплоту сгорания, содержать минимальное количество кислорода и воздуха, способствующих коррозии внутренней поверхности газопроводов.

При неправильном режиме работы котлов на газовом топливе, т. е. при нарушении устойчивости горения (отрыв или проскок пламени при резких изменениях режимов работы, неисправности газогорелочных, тягодутьевых и стабилизирующих устройств, повреждения газоходов и воздуховодов и т. д.), в их топках, боровах и газоходах при определенных условиях может образоваться взрывоопасная газовоздушная смесь. Если ее температура достигнет температуры воспламенения, то возможен взрыв смеси , независимо от того, произошло это во всем объеме или в какой-то ограниченной его части.

Для большинства горючих газов температурой воспламенения является температура открытого огня самого различного происхождения: пламени спички, ударной или электрической искры, зажженной сигареты. Так, температура воспламенения газовоздушной смеси метана 645 °С, пропана 490 °С, бутана 475 °С.

Накопление в топках и газоходах горючих газов и образование взрывоопасной смеси происходят наиболее часто при утечке газа из газопроводов в топку через газогорелочные устройства из-за неплотностей запорной арматуры, нарушения порядка продувки газопроводов и розжига горелок и других нарушений инструкций по эксплуатации.

Наиболее ответственным с точки зрения безопасности является розжиг холодного котла. Особенно это относится к котлам, не имеющим дымососов и дутьевых вентиляторов. Вентилирование топок и газоходов в них происходит только с помощью разрежения, создаваемого дымовой трубой. При неработающих котлах значение этого разрежения близко к нулю и для вентилирования газоходов и боровов котельной требуется длительное время. Кроме того, необходима проверка этих объемов с помощью приборов на отсутствие загазованности.

Аварии и взрывы ГВС

При взрыве ГВС зона детонационной волны, ограниченна радиусом R0, определяется по формуле

, м (2.7)

Энергия взрыва Е определяется по формуле

, кДж, (2.8)

где V0 - объем помещения, м3;

с - плотность ГВС стехиометрического состава, кг/м3;

Q - энергия взрывчатого превращения единицы массы ГВС стехиометрического состава, кДж;

С - стехиометрическая концентрация горючего, %.

Предполагается, что в зоне детонационной волны радиус R0 избыточным давлением ?P= 17 атм (1.7 МПа). За зоной детонационной волны действует ВУВ. Давление на фронте ВУВ определяется по табл. в зависимости от R/R0. Значения с, Q необходимые для расчета энергии взрыва, приведены в табл. 2.2.

Таблица 2.2 - Значения энергии и плотности некоторых веществ, составляющих ГВС

Вещество	с, кг/м3	Q, МДж/кг
Аммиак	1.180	2.370
Ацетилен	1.278	3.387
Бутан	1.328	2.776
Водород	0.933	3.425
Метан	1.232	2.763
Оксид углерода	1.280	2.930
Пропан	1.315	2.801
Этан	1.250	2.797
Этилен	1.285	3.010

Таблица 2.3 - Значения энергии и плотности некоторых веществ, составляющих ГВС

Вещество	с, кг/м3	Q, МДж/кг
Ацетон	1.21	3.112
Бензин	1.35	2.973
Бензол	1.35	2.937
Дихлорэтан	1.49	2.164
Метанол	1.30	2.843
Пентан	1.34	2.797
Толуол	1.35	2.843
Этанол	1.34	2.804

Аварии и взрывы ПВС.

Взрывы пыли (пылевоздушных смесей - аэрозолей) представляют одну из опасностей производств и происходят обычно в ограниченном пространстве: в помещениях, зданиях, штольнях шахт, внутри различного оборудования.

Наибольшее количество взрывов пылевоздушных смесей происходит в сахарном, мукомольном, текстильном производстве, а также при изготовлении лекарственных препаратов, пластмассы, на деревообрабатывающих производствах и на установках дробления топлива (угольная пыль).

Взрывы пыли, в основном, происходят по дефлаграционному процессу (взрывное горение) при нижнем концентрационном пределе горения. Переход к детонации возможен в длинных штольнях шахт, на конвейерных линиях большой протяженности за счет турбулизации пыли.

Взрыв пыли возможен при концентрации пыли выше НКП (нижнего концентрационного предела). Взрывы пыли происходят при разгрузке железнодорожных платформ с торфом, каменным углем, загрузке элеваторов мукой, накоплении пыли при деревообработке. Возможность взрыва определяется размером частиц (d < 100 мкм) и наличием нижнего концентрационного предела воспламенения (взрываемости).

,

где Qm - удельная теплота сгорания пыли, кДж/кг (табл. 2.4).

Таблица 2.4 - Характеристики взрыва некоторых ПВС

Наименование пыли	Pmax , кПа	10Qm , кДж/кг -3	НКП, кг/м
Антрацитовая	620	32-36	0,023
Торфяная	500	10,5	0,08
Печная (сажа)	480	15,7-28,4	0,04
Мучная	710	16,8	0,047
Сера	540	111	0,007
Сахар	640	80	0,01
Древесная	620	15,4	0,012

Древесная пыль представляет собой совокупность частиц размером 15-20 мкм. Количество этой пыли, образующейся в столярно-мебельном производстве, недостаточно для того, чтобы использовать ее в промышленном масштабе. С другой стороны, древесная пыль образуется большей частью совместно с более крупными сыпучими отходами (опилками и др.) и специально выделить их из массы сыпучих отходов трудно. Вместе с тем древесная пыль вследствие своей летучести (при наличии щелей в кожухах станков и транспортеров) легко проникает в помещение, угрожает здоровью людей и представляет собой подходящую среду для возникновения пожара и взрыва. Следовательно, правильнее ставить вопрос не об использовании пыли, а о борьбе с ней.

При нормальной работе оборудования и аспирационных систем концентрация пыли в воздушной среде невзрывоопасна. Ее величина меньше нижнего концентрационного предела взрываемости пыли.

Взрыв взвешенной пыли может носить местный характер (хлопок). При больших залежах пыль от хлопка неизбежно переходит во взвешенное состояние. Концентрация пыли в воздухе становится взрывоопасной, вследствие чего повторный взрыв будет большей силы, его ударная волна вызовет переход во взвешенное состояние всей остальной массы отложений пыли и может привести к новым, еще большим взрывам, способным разрушить здание.

На деревообрабатывающем заводе или фабрике имеется цех, в котором основным древесным отходом является древесная пыль (шлифавальный цех). Механическая обработка производится на следующем технологическом оборудовании: круглопильные, строгальные, фрезерные, фуговальные, шлифовальные станки и ленточные пыли. При работе на этих станках и образуется мелкодисперсная древесная пыль. Пыль можно собрать с помощью пневмотранспорта или аспирационной сети и направить для дальнейшего использования в производстве древесной муки, для переработки в формованные изделия или в пьезотермопластики, а также использовать в качестве наполнителя в разного рода материалах (замазки, клеи и др.).

Для уменьшения запыленности помещений необходимо:

· применять пневмотранспорт сыпучих отходов;

· соблюдать герметичность кожухов машин и оборудования;

· не допускать скопления пыли на строительных конструкциях, оборудовании и в других местах;

· ежедневно производить очистку помещений и не реже 2 раз в месяц проводить генеральную уборку пыли;

· ликвидировать сквозняки, от которых вихряется пыль, создающая взрывоопасную концентрацию в воздухе;

· для систематической уборки осевшей пыли применят централизованную систему пневмоуборки.

Р Максимальное избыточное давление (а) взрыва аэрозоля в помещениях зданий определяется по формуле:

, МПа (2.9)

где M - общая масса дисперсного продукта, кг;

Qa - удельная теплота сгорания вещества, кДж/кг;

V - свободный объем (помещения, емкости), м3;

P0- начальное давление в объеме, МПа; с0- плотность воздуха, равная 1,2 кг/м3при нормальном давлении; T0 - температура воздуха в объеме, єК; C0 єК;- теплоемкость воздуха, равная Дж/кг kн - коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатность процесса горения (для герметичных помещений kн=1, для большинства зданий kн=3); Z - доля участия дисперсного продукта взрыва (как правило, Z=0,5, с учетом запаса Z=1).

При нарушении герметичности технологического оборудования пыль может выбрасываться в помещение, где вместе с накопившейся пылью смешивается с воздухом, образуя пылевоздушную смесь (ПВС), способную к горению и взрыву. В отличие от ГВС образование взрывоопасного облака пыли в помещении может происходить в процессе самого горения.

Взрыву в большинстве случаев предшествуют микровзрывы (хлопки) в оборудовании, резервуарах и воспламенение в отдельных участках здания. Эти микровзрывы вызывают встряхивания пыли, осевшей на полу, стенках и других строительных конструкциях и оборудовании.

При этом возможно образование взрывоопасной концентрации пыли во всем объеме помещения, взрыв которой вызывает сильное разрушения.

При прогнозировании последствии взрыва принимается, что процесс развивается в детонационном режиме.

Зону детонационной волны радиусом R0 определяем по формуле

, м (2.10)

Энергия взрыва Е определяется из выражения

, кДж, (2.11)

где М - расчетная масса пыли, кг;

Q - удельная теплота сгорания вещества, образующего пыль, кДж/кг.

Расчетная масса пыли определяется из условия, что весь свободный объем помещения будет полностью заполнен взвешенным дисперсным продуктом, образуя при этом ПВС стехиометрической концентрации

, кг (2.12)

где V0 - объем помещения, м3;

С - стехиометрическая концентрация пыли, г/м3.

, (2.13)

где цнп - нижний концентрационный предел распространения пламени, то есть минимальное содержание пыли в смеси с воздухом, при котором возможно возгорание.

Таким образом, расчетная формула для определения энергии взрыва примет вид

, кДж (2.14)

3. Пожар и взрыв, их причины и последствия

3.1 Пожары. Причины их возникновения и условия протекания

Пожары и взрывы являются распространенными чрезвычайными событиями в индустриальном обществе. Объединяет то, что в их основе лежит процесс горения. Отличие взрыва от пожара заключается в том, что при взрыве скорость распространения пламенного горения достигает 10-100 м/с, температура - нескольки тысяч градусов, а давление газов (в ударной волне) возрастает во много раз.

Пожар -- неуправляемое, несанкционированное горение веществ, материалов и газо-воздушных смесей вне специального очага, приносящее значительный материальный ущерб, поражение людей на объектах и подвижном составе. Пожары подразделяются на наружные и внутренние, открытые и скрытые.

Пожар опасен для человека как непосредственно - поражение в результате воздействия огня и высоких температур, так и косвенно - в побочных эффектах пожара (удушье вследствие вдыхания дыма или крушение здания из-за высокой температуры, расплавляющей его фундамент).

Пожар может стать чрезвычайным событием сам по себе, либо быть вызванным другим бедствием (землетрясение, распространение опасных веществ и так далее). Ущерб, причинённый крупным пожаром, требует долгого восстановительного периода (восстановление сожжённого леса может занять несколько десятков лет), а может быть и необратимым.

Существует пять видов пожаров:

1. Горение твёрдых веществ - к этой категории относится дерево, текстиль, резина и так далее. Когда подобное вещество достигает своей точки возгорания, оно разлагается на химические элементы, часть из которых соединяется с кислородом и воспламеняется.

2. Горение жидких веществ - к этой категории относятся такие горючие жидкости как бензин, смола, алкоголь и так далее.

Горючие вещества проходят три стадии процесса горения:

· вспышка - уровень температуры, при котором жидкость выделяет количество паров, достаточное для возникновения горючей смеси. Для того чтобы такая смесь загорелась, необходимо присутствие источника зажигания, удалив который горение прекратится;

· точка воспламенения - уровень температуры, при котором жидкость непрерывно выделяет пары в объёме, достаточном для образования горючей смеси. В таком случае горение продолжится даже если удалить источник зажигания;

· точка возгорания - уровень температуры, при котором горючая смесь из паров жидкости и воздуха загорается даже в том случае, когда поблизости нет огня. В соответствии с температурой "вспышки" определяется чувствительность вещества к возгоранию. Чем ниже температура "вспышки", тем чувствительней данное вещество к возгоранию.

3. Горение, связанное с электрическим током - любой пожар, в котором электричество играет активную или пассивную роль.

4. Горение газов - к этой категории относятся все горючие газы: водород, метан и т.д. Горючие газы в определённых смесях способны привести к взрыву.

5. Горение легких металлов - к этой категории относятся такие металлы как алюминий, литий и магний, а также их сплавов.

Пожары и горючие вещества классифицируют по типу, плотности застройки, от вида горящих вещей и материалов и по возгораемости материалов.

Классификация горючих веществ по типу:

· индустриальные (пожары на заводах, фабриках и хранилищах.);

· бытовые пожары (пожары в жилых домах и на объектах культурно-бытового назначения);

· природные пожары (лесные, степные, торфяные и ландшафтные пожары).

Классификация горючих веществ по плотности застройки:

· отдельный пожар - это пожар, возникший в отдельном здании или сооружении. Продвижение людей и техники по застроенной территории между отдельными пожарами возможно без средств защиты от теплового излучения;

· сплошной пожар - одновременное интенсивное горение преобладающего количества зданий и сооружений на данном участке застройки. Продвижение людей и техники через участок сплошного пожара невозможно без средств защиты от теплового излучения;

· огневой шторм - это особая форма распространяющегося сплошного пожара, характерными признаками которого являются наличие восходящего потока продуктов сгорания и нагретого воздуха, а также приток свежего воздуха со всех сторон со скоростью не менее 50 км/ч по направлению к границам огневого шторма;

· массовый пожар представляет собой совокупность отдельных и сплошных пожаров.

Классификация в зависимости от вида горящих веществ и материалов:

· пожар класса «А» -- горение твёрдых веществ;

· А1 -- горение твёрдых веществ, сопровождаемое тлением (уголь, текстиль);

· А2 -- горение твёрдых веществ, не сопровождаемых тлением (пластмасса);

· пожар класса «B» -- Горение жидких веществ;

· B1 -- горение жидких веществ нерастворимых в воде (бензин, эфир, нефтепродукты). Также, горение сжижаемых твёрдых веществ (парафин, стеарин);

· B2 -- Горение жидких веществ растворимых в воде (спирт, глицерин);

· пожар класса «C» -- горение газообразных веществ;

· горение бытового газа, пропана и др.;

· пожар класса «D» -- горение металлов;

· D1 -- (горение лёгких металлов, за исключением щелочных). Алюминий, магний и их сплавы;

· D2 -- Горение редкоземельных металлов (натрий, калий);

· D3 -- горение металлов, содержащих соединения;

· пожар класса «E» -- горение электроустановок;

Классификация материалов по их возгораемости:

· Негорючие -- материалы, которые не горят под воздействием источника зажигания (естественные и искусственные неорганические материалы -- камень, бетон, железобетон);

· Трудно горючие -- материалы, которые горят только под воздействием источников зажигания неспособные к самостоятельному горению (асфальтобетон, гипсокартон, пропитанная антипиритеческими средствами древесина, стекловолокно или стеклопластик);

· Горючие материалы -- вещества, которые способны гореть после удаления источника зажигания;

Рассмотрим условия протекания и стадии пожара

Для того чтобы произошло возгорание необходимо наличие следующих трех условий:

1. наличие горючих веществ и материалов;

2. источник зажигания - открытый огонь, химическая реакция или электрический ток;

3. наличие окислителя, например кислорода воздуха.

Для того чтобы произошёл пожар необходимо выполнение ещё одного условия: наличие путей распространения пожара - горючих веществ, которые способствуют распространению огня.

Сущность горения заключается в следующем - нагревание источников зажигания горючего материала до начала его теплового разложения. В процессе теплового разложения образуется угарный газ, вода и большое количество тепла. Выделяется также углекислый газ и сажа, которая оседает на окружающем рельефе местности. Время от начала зажигания горючего материала до его воспламенения -- называют временем воспламенения.

Максимальное время воспламенения -- может составлять несколько месяцев.

С момента воспламенения начинается пожар.

Выделяют четыре стадии пожара в помещениях.

1. Первые 10-20 минут пожар распространяется линейно вдоль горючего материала. В это время помещение заполняется дымом, и рассмотреть пламя невозможно. Температура воздуха в помещении постепенно поднимается до 250--300 градусов. Это температура воспламенения всех горючих материалов.

2. Через 20 минут начинается объемное распространение пожара.

3. Спустя еще 10 минут начинается разрушение остекления. Увеличивается приток свежего воздуха, резко увеличивается развитие пожара. Температура достигает 900 градусов.

4. Фаза выгорания.

В течение первых10 минут максимальная скорость пожара. После того, как выгорают основные вещества, происходит фаза стабилизации пожара (от 20 минут до 5 часов). Если огонь не может перекинуться на другие помещения пожар идёт на улицу. В это время происходит обрушение выгоревших конструкций.

3.2 Взрывы. Классификация взрывов по происхождению выделившейся энергии

Взрыв - очень быстрое выделение энергии в ограниченном объёме, связанное с внезапным изменением состояния вещества и сопровождаемое обычно разбрасыванием и разрушением окружающей среды. Расширение газа приводит в движение окружающую среду - возникает взрывная волна, скорость распространения которой вблизи очага взрыва достигает нескольких км/с. Взрывная волна оказывает механическое действие на окружающие объекты.

Взрывы могут быть вызваны резкими внешними воздействиями: ударом, трением, ударной волной, порождённой взрывом другого заряда, или возникнуть самопроизвольно. Причина взрывов при ударе лежит в локальном разогреве вещества. Ударная волна - специфический вид взрывного превращения, которое распространяется в пространстве с постоянной скоростью. В процессе взрыва может выделяться не только внутренняя энергия вещества, но и механическая энергия тел, электромагнитная энергия и другие виды энергий. Так, взрывы могут происходить при ударе тел, движущихся с большими скоростями (падение крупных метеоритов), испарении металлической проволоки под действием сильного импульса электрического напряжения, фокусировании мощного лазерного излучения в среде, при внезапном освобождении сжатого газа (разрушение стенок газовых баллонов) и т. п.

Классификация взрывов:

· химические;

· физические;

· электрические (например, при грозе);

· взрывы емкостей под давлением (баллоны, паровые котлы);

· взрывы при смешивании двух жидкостей, температура одной из которых намного превышает температуру кипения другой;

· взрыв расширяющихся паров вскипающей жидкости;

· взрывы при сбросе давления в перегретых жидкостях;

· кинетические (падение метеоритов);

· ядерные.

3.3 Последствия пожаров и взрывов

Последствия пожаров и взрывов обусловлены действием их поражающих факторов.

Основными поражающими факторами пожара являются:

1. Непосредственное воздействие огня на горящий предмет;

2. Дистанционное воздействие на предметы высоких температур за счет облучения.

В результате происходит сгорание объектов, их обугливание, разрушение и выход из строя. Уничтожаются все элементы зданий и конструкций, выполненных и сгораемых материалов, действие высоких температур вызывает пережог, деформацию и обрушение металлических форм, балок перекрытий и других конструктивных деталей сооружения. Кирпичные стены и столбы деформируются. В кладке из силикатного кирпича при длительном нагревании до 500-600 оС наблюдается его расслоение трещинами и разрушение материала.

При пожарах частично или полностью уничтожаются или выходят из строя технологическое оборудование и транспортные средства. Гибнут домашние и с/х животные. Гибнут или получают ожоги люди.

Вторичными последствиями пожаров могут являться взрывы. Большой ущерб незатронутым пожаром помещениям и хранящимся в них предметам может нанести вода, применяемая для тушения пожара.

3.4 Основные поражающие факторы пожаров и взрывов

Основными первичными поражающими факторами взрывов являются:

· воздушная ударная волна (ВУВ);

· осколочные поля, создаваемые летящими обломками разного рода объектов.

Вторичным поражающим фактором взрывов, как правило, являются пожары.

Основными параметрами поражающих факторов являются:

· воздушной ударной волны - избыточное давление в ее фронте;

· осколочного поля - количество осколков, их кинетическая энергия и радиус разлета.

В результате действия поражающих факторов взрыва происходит разрушение или повреждение зданий, сооружений, оборудования, элементов коммуникации, и гибель людей и животных.

Вторичными последствиями взрывов являются поражение находящихся внутри объектов, обломками обрушенных конструкций здания, их погребение под обломками. В результате взрывов могут возникнуть пожары, утечка опасных веществ из поврежденного оборудования.

При пожарах и взрывах люди получают термические и механические травмы. Характерны ожоги верхних дыхательных путей, тела, черепно-мозговые травмы, множественные переломы и ушибы, комбинированные поражения.

4. Расчет параметров ВУВ и последствия ее воздействия на промышленное здание

В дипломной работе рассмотрен возможный взрыв ПВС в здании по производству мебели. Одноэтажное здание имеет длину 60 метров, ширину 24 метра и высоту 8 метров, построено из кирпича. В цеху идут работы по деревообработке (распиловка, шлифовка). Количество рабочих 7 человек. Предположим, что в результате выхода из строя предохранителя вытяжки шлифмашины произошло накопление пыли .По причине отсутствия своевременного обслуживания оборудования вышел из строя двигатель шлифмашины. В результате поломки электрооборудования появилась искра, и из негерметичного кожуха произошел выброс древесной пыли, что и послужило причиной взрыва ПВС.

Рис. 4.1 - Мебельный цех по деревообработке (распиловке, шлифовке)

Основное оборудование цеха.



Рис. 4.2 - Распиловочный станок Griggio SC-32

Рис. 4.3 - Шлифовальный станок Johannsen T85

Рис. 4.4 - Пылеулавливающая вытяжка Technologgis

При анализе инженерной обстановки оцениваются следующие показатели:

· степень разрушения здания;

· объем завала здания;

· длина и ширина завала;

· высота завала;

· дальность разлета обломков от контура здания;

· определение показателей обломков.

Рис. 4.5

4.1 Расчет параметров ВУВ при взрыве ПВС в здании по производству мебели

Для чрезвычайных ситуаций, вызванных взрывами, при оперативном прогнозировании обстановки принято рассматривать четыре степени разрушения зданий - слабые, средние, сильные и полные. Характеристика степеней разрушения зданий:

Слабые - частичное разрушение внутренних перегородок, кровли, дверных и оконных коробок, легких построек и др. Основные несущие конструкции сохраняются. Для полного восстановления требуется капитальный ремонт.

Средние- разрушение меньшей части несущих конструкций. Большая часть несущих конструкций сохраняется в целости, и лишь частично деформируется. Может сохраниться часть ограждающих конструкций - стен, однако, при этом второстепенные и несущие конструкции могут быть частично разрушены.Здание выводится из строя, но еще может быть восстановлено.

Сильные -разрушение большей части несущих конструкций. При этом могут сохраняться наиболее прочные элементы здания, такие как каркасы, ядра жесткости, частично стены и перекрытия нижних этажей. При сильном разрушении образуется завал. Восстановление возможно с использованием сохранившихся частей и конструктивных элементов. В большинстве случаев восстановление нецелесообразно.

Полные-полное обрушение здания, от которого могут сохраниться только поврежденные (или неповрежденные) подвалы и незначительная часть прочных элементов. При полном разрушении образуется завал. Здание восстановлению не подлежит.

Степень разрушения зданий целесообразно определять путем сопоставления давлений, характеризующих прочность зданий и давлений, характеризующих воздействие взрыва.

В таблице 4.1 приведены интервалы давлений, вызывающих ту или иную степень разрушения жилых, общественных и производственных зданий при взрывах ВВ и горючих смесей.

Для вычисления избыточного давления воспользуемся формулой и подставим в нее данные мебельного цеха.

объем помещения -11520м3;

объем помещения цеха, занимаемый технологическим оборудованием, составляет 80% от общего объема помещения.

Рассчитаем объем свободного помещения по формуле:

, (4.1)

Рассчитаем массу пыли при условиях, что свободный объем помещения будет полностью заполнен взвешенным дисперсным продуктом, образуя при этом пылевоздушную смесь стехиометрической концентрации

, кг (4.2)

где - объем помещения, м3;

нкп -нижний концентрационный предел (можно принять равной 0,012 ),

Подставим значения и рассчитаем избыточное давление

Таким образом, избыточное давление во фронте ударной волны при взрыве ПВС массой 110,5 кг в цехе мебельного производства составит 52,5 кПа, что приводит к полному разрушению производственного цеха (табл. 4.1).

Таблица 4.1 - Степени разрушения зданий от избыточного давления воздушной ударной волны

Типы зданий	Степени разрушения и избыточные давления, кПа
	слабые	средние	сильные	полные
Кирпичные и каменные:
малоэтажные	8-20	20-35	35-50	50-70
многоэтажные	8-15	15-30	30-45	45-60
Железобетонные крупнопанельные:
малоэтажные	10-30	30-45	45-70	70-90
многоэтажные	8-25	25-40	40-60	60-80
Железобетонные монолитные:
многоэтажные	25-50	50-115	115-180	180-250
повышенной этажности	25-45	45-105	105-170	170-215
Железобетонные крупнопанельные с железобетонным и металлическим каркасом и крановым оборудованием грузоподъемностью, в тоннах
до 50	5-30	30-45	45-75	75-120
от 50 до 100	15-45	45-60	60-90	90-135
Здания со стенами типа «Сэндвич» и крановым оборудованием грузоподъемностью до 20 тонн	10-30	30-50	50-65	65-105
Складские помещения с металлическим каркасом и стенами из листового металла	5-10	10-20	20-35	35-45

4.2 Расчет последствий воздействия ВУВ на здание

При воздействии поражающего фактора-взрыва, здание может получить ту или иную степень разрушения. Анализ характера разрушения здания при чрезвычайных ситуациях показал, что здание при полном разрушении практически полностью обрушивается, образуя завалы.

Завалы бывают сплошными и отдельными (местными). Объем завалов при разрушении жилых зданий составляет 35-50%, промышленных -- 15-20% строительного объема. Средний угол откосов завалов -- 30°. Объем пустот в завалах составляет 40-60%. Завалы условно делятся на железобетонные и кирпичные.

Железобетонные завалы состоят из обломков железобетонных, бетонных, металлических и деревянных конструкций, обломков кирпичной кладки, элементов технологического оборудования. Они характеризуются наличием большого количества крупных элементов, зачастую соединенных между собой, пустот и неустойчивых элементов.

Кирпичные завалы состоят из кирпичных глыб, битого кирпича, штукатурки, обломков железобетонных, металлических, деревянных конструкций. Они характеризуются большой плотностью, отсутствием крупных, как правило, элементов и пустот.

Образование завалов сопровождается повреждением электрических, тепловых, газовых, сантехнических и других систем. Это создает угрозу возникновения пожаров, взрывов, затоплений, поражений электрическим током. Особенно опасны завалы промышленных строений, в которых производятся или хранятся опасные вещества.

Разрушение строений и образование завалов обычно сопровождается травмированием, или даже гибелью людей. Из всех пострадавших в завалах примерно 40% получают легкие травмы, травмы средней тяжести получают 20%, столько же процентов получают тяжелые и крайне тяжелые травмы и увечья.

...