Защита в чрезвычайных ситуациях

К₅ - коэффициент, учитывающий степень вертикальной устойчивости атмосферы: при инверсии - 1, при изотермии - 0,23, при конвекции - 0,08.

К₇ - коэффициент, учитывающий влияние температуры воздуха - таблица Б 2 Приложения Б (для сжатых газов К₇=1);

Q₀ - количество выброшенного (разлившегося) при аварии вещества, т;

При авариях на хранилищах сжатого газа величина Q₀ рассчитывается по формуле:

Q₀=d V_x, (2.4)

где d - плотность АХОВ, т/м³ (таблица Б 2 Приложения Б);

V_x - объем хранилища, м³.

При авариях на газопроводе величина Q₀ рассчитывается по формуле:

, (2.5)

где n - процентное содержание АХОВ в природном газе;

d - плотность АХОВ, т/м³ (таблица Б 2 Приложения Б)

Vг - объем секции газопровода между автоматическими отсекателями, м³;

При определении величины Q_э1 для сжиженных газов, не вошедших в таблицу Б2 Приложения Б, значение коэффициента К₇ принимается равным 1, а значение коэффициента К₁ рассчитывается по соотношению:

, (2.6)

где C_р - удельная теплоемкость жидкого АХОВ, кДж/кг град;

T - разность температур жидкого АХОВ до и после разрушения емкости, ⁰С;

H_исп - удельная температура испарения жидкого АХОВ при температуре испарения, кДж/кг.

Задача 3 Определение эквивалентного количества вещества по вторичному облаку

Эквивалентное количество вещества по вторичному облаку рассчитывается по формуле:

, (2.7)

где К₂ - коэффициент, зависящий от физико-химических свойств АХОВ (таблица Б 2 Приложения Б);

К₄ - коэффициент, учитывающий скорость ветра (таблица Б 3 Приложения Б);

К₆ - коэффициент, зависящий от времени, прошедшего после начала аварии N;

Значения коэффициента определяются после расчета продолжительности испарения вещества Т по формуле:

, (2.8)

где h - толщина слоя АХОВ, м;

d - плотность АХОВ т/м³ (таблица Б2 Приложения Б);

Если N<T, то К₆=N^0,8, если N>T, то К₆=Т^0,8, а при T<1часа К₆ принимается для 1 часа.

При определении величины Q_э2 для веществ не вошедших в таблицу Б 2 Приложения Б, значение коэффициента К₂ определяется по формуле:

, (2.9)

где Р - давление насыщенного пара вещества при заданной температуре воздуха, миллиметров ртутного столба;

М - молекулярный вес вещества, моль.

Задача 4 Расчет глубины зоны загрязнения при аварии на химически опасном объекте

Расчет глубин зон загрязнения первичным (вторичным) облаком АХОВ при авариях на технологических емкостях, хранилищах и транспорте ведется с помощью таблиц В1 и В2 Приложения В.

В таблице В1 Приложения В приведены максимальные значения глубин зон загрязнения первичным Г₁ или вторичным Г₂, определяемые в зависимости от эквивалентного количества вещества и скорости ветра. Полная глубина зоны загрязнения Г (км), обусловленной воздействием первичного и вторичного облака АХОВ, определяется: Г = Г + 0,5 Г, где Г - наибольший, Г - наименьший из размеров Г₁ и Г₂. Полученное значение Г сравнивается с предельно возможным значением глубины переноса воздушных масс Г_п, определяемым по формуле:

Г_п = N U , (2.10)

где N - время от начала аварии, ч;

U - скорость переноса переднего фронта загрязненного воздуха при данной скорости ветра и степени вертикальной устойчивости воздуха, км/ч (таблица Б 2).

За окончательную расчетную глубину зоны загрязнения принимается меньшее из двух сравниваемых значений.

Задача 5 Определение площади зоны загрязнения

Площадь зоны возможного загрязнения первичным (вторичным) облаком АХОВ определяется по формуле:

, (2.11)

где S_в - площадь возможного загрязнения АХОВ, км;

Г - глубина зоны загрязнения, км;

- угловые размеры зоны возможного загрязнения, град.

Таблица 2.4

Угловые размеры зон возможного загрязнения АХОВ в зависимости от скорости ветра

V, м\с	<0,5	0,6-1	1,1-2	>2
, град	360	180	90	45

Площадь зоны фактического загрязнения S_ф в км рассчитывается по формуле:

S_ф = К₈ Г² N^{0,2 ,} (2.12)

где К₈ - коэффициент, зависящий от степени вертикальной устойчивости воздуха, принимается равным: 0,081 при инверсии; 0,133 - при изотермии; 0,235 - при конвекции;

N - время, прошедшее после начала аварии, ч.

Задача 6 Определение времени подхода загрязнённого воздуха к объекту и продолжительности поражающего действия АХОВ

Задача 6.1 Определение времени подхода загрязнённого воздуха к объекту

Время подхода облака АХОВ к заданному рубежу зависит от скорости переноса облака воздушным потоком и определяется по формуле:

 , (2.13)

где Х - расстояние от источника загрязнения до заданного объекта, км;

V_п - скорость переноса переднего фронта облака заграженного воздуха, км/ч.

Таблица 2.5

Скорость переноса переднего фронта облака загрязненного воздуха в зависимости от скорости ветра, м/с

Скорость ветра	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
	И Н В Е Р С И Я
	5	10	16	21
	И З ОТ Е Р М И Я
	6	12	18	24	29	35	41	47	52	59	65	71	76	82	88
	К О Н В Е К Ц И Я
	7	14	21	28

Задача 6.2 Определение продолжительности поражающего действия АХОВ

Продолжительность поражающего действия АХОВ определяется временем его испарения с площади разлива. Время испарения АХОВ с площади разлива (в часах) определяется по формуле:

, (2.14)

где h - толщина слоя АХОВ, м;

d - удельный вес АХОВ, т/м³.

Задача 7 Определение возможных потерь людей

Очагом химического поражения принято называть территорию с находящимися на ней объектами, в пределах которой в результате воздействия АХОВ произошли массовые поражения людей, сельскохозяйственных животных и растений. Такими объектами могут быть административные, промышленные, сельскохозяйственные предприятия и учреждения, жилые кварталы населенных пунктов, городов и другие объекты.

Потери рабочих, служащих и населения в очагах химического поражения зависят от токсичности, величины концентрации сильнодействующих ядовитых веществ и времени пребывания людей в очаге поражения, степени их защищенности и своевременности использования индивидуальных средств защиты (противогазов).

Характер поражения людей, находящихся в зоне химического поражения, может быть различным. Он определяется главным образом токсичностью АХОВ и полученной токсодозой.

Возможные потери рабочих, служащих и населения от АХОВ и ориентировочная структура потерь в очаге поражения приведены в таблице 2.6.

Таблица 2.6

Возможные потери рабочих, служащих и населения от АХОВ, %

Условия нахождения людей	Без противогазов	Обеспеченность противогазами, %
		20	30	40	50	60	70	80	90	100
Открыто	90-100	75	65	58	50	40	35	25	18	10
В простейших укрытиях, зданиях	50	40	35	30	27	22	18	14	9	4
Структура потерь людей в очаге поражения: легкой степени - 25% средней и тяжелой - 40% со смертельным исходом - 35%

3. Оценка обстановки при аварии на пожаровзрывоопасных объектах

3.1 Краткая характеристика и классификация пожаровзрывоопасных объектов

Созидательная деятельность человека направлена на получение энергии, ее накопление и последующее использование. При этом возможен случай неконтролируемого выхода энергии с переходом более высокого энергетического потенциала на низший уровень. Этот процесс обусловлен физико-химическими превращениями в веществе - потенциальном носителе энергии. В этом случае часть энергии способна реализоваться в виде взрывов, пожаров и механических воздействий.

Результат распределения энергии по видам характеризует степень опасности для человека и окружающей территории, объектов экономики (О.Э.) Объекты, на которых могут возникать опасные явления со взрывами и пожарами, относят к классу взрывопожароопасных.

Очевидно, что степень опасности вышеуказанных объектов зависит от количества потенциальной энергии, способной реализоваться в виде взрывов и (или) пожаров. В связи с этим Федеральным законом «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» (далее ОПО), принятым Государственной Думой 20 июня 1997 года, определены две категории ОПО.

К первой категории относятся ОПО, на которых получаются, используются, перерабатываются, образуются, хранятся и транспортируются следующие опасные вещества:

а)воспламеняющие вещества - газы, которые при нормальном давлении и в смеси с воздухом становятся воспламеняющимися и температура кипения которых при нормальном давлении составляет 20°С или ниже;

б)окисляющие вещества - вещества, поддерживающие горение, вызывающие воспламенение и (или) способствующие воспламенению других веществ в результате окислительно-восстановительной экзотермической реакции;

в)горючие вещества - жидкости, газы, пыли, способные самовозгораться, а также возгораться от источника зажигания и самостоятельно гореть после его удаления;

г)взрывчатые вещества - вещества, которые при определенных
видах внешнего воздействия способны на очень быстрое самораспространяющееся химическое превращение с выделением тепла и образованием газов.

При этом для пожароопасных объектов характерны только подгруппы а), б) и в). К пожароопасным объектам относятся объекты нефтяной, газовой, химической, металлургической, лесной, деревообрабатывающей, текстильной, хлебопродуктовой промышленности и др. Кроме этих объектов, к пожароопасным могут быть отнесены некоторые объекты жилого, социального и культурного назначения.

Другую категорию ОПО представляют объекты, использующие оборудование под давлением более 0,07 МПа или с температурой воды более 115°С. Такими объектами могут быть не только промышленные предприятия, но также транспортные средства со взрывоопасным грузом, некоторые объекты соцкультбыта. В частности, к взрывоопасным объектам относятся предприятия оборонной, нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, химической, газовой, хлебопродуктовой, текстильной и фармацевтической промышленности, склады взрывчатых, легковоспламеняющихся и горючих веществ, сжиженных газов.

В результате действия поражающих факторов взрыва происходит разрушение или повреждение зданий, сооружений, технологического оборудования, транспортных средств, элементов коммуникаций и других объектов, гибель или ранение людей. Вторичными последствиями взрывов являются поражения людей, находящихся внутри объектов, под обломками обрушенных конструкций зданий и сооружений, их погребение под обломками. В результате взрывов могут возникнуть пожары, утечка опасных веществ из поврежденного оборудования. При взрывах люди получают термические и механические повреждения. Характерны черепно-мозговые травмы, множественные переломы и ушибы, комбинированные поражения.

3.2 Основные понятия и определения

В соответствии с Федеральным законом «О пожарной безопасности» пожаром называется неконтролируемое горение, причиняющее материальный ущерб, вред жизни и здоровью граждан, интересам общества и государства.

В физико-химической основе пожара лежит процесс горения. Горение - это сложный физико-химический процесс превращения горючих веществ и материалов в продукты сгорания, сопровождаемый интенсивным выделением тепла, дыма и световым излучением. В основе этого процесса лежат быстротекущие химические реакции окисления в атмосфере кислорода воздуха. Особенностями горения на пожаре в отличие от других видов горения являются склонность к самопроизвольному распространению огня, сравнительно невысокая степень полноты сгорания, интенсивное выделение дыма, содержащего продукты полного и неполного окисления.

Интенсивность пожара во многом зависит от степени огнестойкости объектов и конструкций, горючести стройматериалов. Строительные и другие материалы по своему поведению в условиях высоких температур подразделяют на

- несгораемые;

- трудносгораемые;

- сгораемые.

От состава этих материалов, их горючести и зависит огнестойкость.

Огнестойкость зданий и сооружений - это их способность оказывать сопротивление воздействию высоких температур во времени при сохранении своих эксплуатационных свойств. Огнестойкость зависит от пределов огнестойкости основных конструктивных частей зданий и сооружений.

Пожары характеризуются рядом параметров, в том числе:

продолжительностью пожара - временем с момента его возникновения до полного прекращения горения;

площадью пожара - площадью проекции зоны горения на горизонтальную или вертикальную плоскость;

зоной горения - частью пространства, в котором происходит подготовка горючих веществ к горению (подогрев, испарение, разложение) и их горение;

зоной теплового воздействия - частью пространства, примыкающего к зоне горения, в котором тепловое воздействие приводит к заметному изменению состояния материалов и конструкций и делает невозможным пребывание в нем людей без специальной тепловой защиты (теплозащитных костюмов, отражательных экранов, водяных завес и т.п.);

зоной задымления - частью пространства, примыкающего к зоне горения и заполненного дымовыми газами в концентрациях, создающих угрозу жизни и здоровью людей или затрудняющих действия пожарных подразделений.

Последствия пожаров обусловлены действием их поражающих факторов. Основными из них являются:

непосредственное действие огня на горящий предмет (горение);

дистанционное воздействие на предметы и объекты высоких температур за счет излучения.

Вторичными последствиями пожаров могут быть взрывы, утечка ядовитых или загрязняющих веществ в окружающую среду. Большой ущерб незатронутым пожаром помещениям и хранящимся в них предметам может нанести вода, используемая для тушения пожара.

Тяжелыми чрезвычайными техногенными событиями являются аварийные взрывы. Взрыв - это быстропротекающий процесс физических и химических превращений веществ, сопровождающийся освобождением значительного количества энергии в ограниченном объеме, в результате которого в окружающем пространстве образуется и распространяется ударная волна, способная привести или приводящая к возникновению техногенной чрезвычайной ситуации (ГОСТ Р22.0.05-94).

Основными поражающими факторами взрыва являются:

воздушная ударная волна, возникающая при ядерных взрывах, взрывах инициирующих и детонирующих веществ, при взрывных превращениях облаков топливно-воздушных смесей, взрывах резервуаров с перегретой жидкостью и резервуаров под давлением;

осколочные поля, создаваемые летящими обломками разного рода объектов технологического оборудования, строительных деталей и т.д.

Основными параметрами поражающих факторов при этом выступают:

воздушная ударная волна (при дефлаграционном взрыве - волна сжатия) - избыточное давление в ее фронте;

осколочное поле - количество осколков, их кинетическая энергия и радиус разлета.

Функционирование промышленного объекта в ЧС во многом зависит от способности элементов объекта экономики противостоять разрушающему воздействию поражающих факторов, возникающих в этих условиях, т.е. от физической устойчивости отдельных элементов. Поэтому различают два понятия: устойчивость объекта и устойчивость функционирования объекта.

Под устойчивостью объекта понимают способность всего инженерно-технического комплекса противостоять разрушающему действию поражающих факторов в условиях ЧС.

Под устойчивостью функционирования объекта понимают способность объекта выполнять свои функции в условиях ЧС в соответствии с предназначением, а также приспособленность этого объекта к восстановлению в случае повреждения.

Предел устойчивости объекта экономики - максимальная величина параметра поражающего фактора, при которой функционирование объекта не нарушается, или минимальное расстояние от центра формирования источника; поражающих факторов, на котором функционирование объекта не нарушается.

Так как современный объект экономики представляет собой сложный инженерно-экономический комплекс, то его устойчивость будет напрямую зависеть от устойчивости составляющих элементов. К основным из них относятся:

здания и сооружения производственных цехов;

производственный персонал и защитные сооружения;

элементы системы обеспечения (сырье, топливо, комплектующие изделия, электроэнергия, газ, тепло и т.п.);

элементы системы управления производством.

Вышедшими из строя считаются: промышленные здания - при сильных разрушениях; жилые здания - при средних разрушениях. При поражениях средней тяжести рабочие и служащие прекращают работу.

Степень и характер поражения объектов зависит от параметров поражающих факторов источника чрезвычайной ситуации, расстояния от объекта до эпицентра формирования поражающих факторов, технической характеристики зданий, сооружений и оборудования, планировки объекта, метеорологических условий.

3.3 Основные положения оценки пожаровзрывоопасной обстановки на объектах экономики

1. Факторы, влияющие на устойчивость: размеры и характер объекта; выпускаемая продукция; характеристика зданий и сооружений; особенности производства, применяемых технологий и материалов, веществ;

2. Анализ уязвимости объекта предполагает обязательную оценку роли и значения каждого элемента, от которого в той или иной мере зависит функционирование предприятия в условиях чрезвычайных ситуаций

3. Исходными данными для оценки устойчивости функционирования промышленного объекта являются:

- численность наибольшей работающей смены;

- конструкция зданий и сооружений, их прочность и огнестойкость;

- характеристика оборудования, наличие и характеристика ценного уникального оборудования, физических установок, автоматизированных систем и аппаратуры управления;

- характеристика производства (категория) по пожароустойчивости;

- характеристика коммунально-энергетических сетей.

4. Оценку обстановки выполняют по алгоритму:

1. По приложению В таблице В 1 находим для каждого элемента объекта ?Рф, при которых они испытывают cлабые, cредние, сильные и полные разрушения. Результаты заносим в таблицу 3.1.

2. Определяем предел устойчивости (ДРlim) каждого элемента по нижней границе диапазона средних разрушений.

3. Определяем предел устойчивости (ДРlim) ОЭ в целом по наименьшему ДРlim входящих в состав ОЭ элементов.

4. Находим Ri и Rii по формулам, a Riii - по графику, определим, в какую из зон войдёт ОЭ при взрыве.

5. Определяем максимальное избыточное давление (ДРmax), ожидаемое на территории ОЭ в случае взрыва ёмкости.

6. Делаем вывод об устойчивости ОЭ сравнивая ДРlim с ДРmax.

7. Если ОЭ неустойчив, даём рекомендации по повышению его устойчивости, оценив при этом экономическую целесообразность защитных мероприятий.

Таблица 3.1

Результаты оценки устойчивости

Наименование и краткая характеристика элементов объекта	Степень разрушения при ДРф, кПа	Предел устойчивости элементов ОЭ,кПа	Предел устойчивости ОЭ, кПа
0 10 20 30 40 50 60 70 80

3.4 Мероприятия и способы повышения устойчивости объектов экономики

Главными направлениями в системе мер по сохранению и повышению устойчивости функционирования объектов в чрезвычайных ситуациях являются:

- перевод потенциально опасных предприятий на современные, более безопасные технологии и вывод их из населенных пунктов;

- внедрение автоматизированных систем контроля и управления за опасными технологическими процессами;

- разработка системы безаварийной остановки технологически сложных производств;

- внедрение систем оповещения и информирования о ЧС;

- защита людей от поражающих факторов в ЧС;

- снижение количества опасных веществ и материалов на производстве;

- наличие и готовность сил и средств для ликвидации ЧС;

- улучшение технологической дисциплины и охраны объектов.

Для реализации каждого из этих направлений проводятся организационные, инженерно-технические и специальные мероприятия.

Организационными мероприятиями обеспечиваются заблаговременная разработка и планирование действий органов управления, сил, средств, всего персонала объектов при угрозе возникновения и возникновении ЧС.

Такие мероприятия включают:

- прогнозирование последствий возможных ЧС и разработку планов действий, учитывая весь комплекс работ в интересах повышения устойчивости функционирования объекта;

- создание и оснащение центра аварийного управления объекта и локальной системы оповещения;

- подготовку руководящего состава к работе в ЧС;

- создание специальной комиссии по устойчивости и организации ее работы;

- разработку инструкций по снижению опасности возникновения аварийных ситуаций, безаварийной остановке производства, локализации аварий и ликвидации последствий, а также по организации восстановления нарушенного производства;

- обучение персонала соблюдению мер безопасности, порядку действий при возникновении чрезвычайных ситуаций, локализации аварий и тушению пожаров, ликвидации последствий и восстановлению нарушенного производства;

- подготовку сил и средств локализации аварийных ситуаций и восстановления производства;

- подготовку эвакуации населения из опасных зон;

- определение размеров опасных зон вокруг потенциально опасных объектов;

- проверку готовности систем оповещения и управления в ЧС;

- организацию медицинского наблюдения и контроля за состоянием здоровья лиц, получивших дозы облучения.

Инженерно-техническими мероприятиями осуществляется повышение физической устойчивости зданий, сооружений, технологического оборудования и производства в целом, а также создание условий для его быстрейшего восстановления, повышения степени защищенности людей от поражающих факторов ЧС.

К ним относятся:

- создание на всех опасных объектах системы автоматизированного контроля за ходом технологических процессов, уровней загрязнения помещений и воздушной среды цехов опасными веществами и пылевыми частицами;

- создание локальной системы оповещения о возникновении ЧС персонала объекта, населения, проживающего в опасных зонах (радиационного, химического и биологического заражения, катастрофического затопления и т.п.);

- противопожарные мероприятия;

- сокращение запасов и сроков хранения взрыво-, газо- и пожароопасных веществ, обвалование емкостей для хранения, устройство заглубленных емкостей для слива особо опасных веществ из технологических установок;

- безаварийная остановка технологически сложных производств;

- локализация аварийной ситуации, тушение пожаров, ликвидация последствий аварии и восстановление нарушенного производства;

- дублирование источников энергоснабжения;

- защита водоисточников и контроль качества воды;

- герметизация складов и холодильников в опасных зонах;

-защита наиболее ценного уникального оборудования.

Специальными мероприятиями достигается создание благоприятных условий для проведения успешных работ по защите и спасению людей, попавших в опасные зоны, и быстрейшей ликвидации ЧС и их последствий. Такими мероприятиями являются:

-накопление средств индивидуальной защиты органов дыхания;

- создания на химически опасных объектах запасов материалов для нейтрализации разлившихся АХОВ и дегазации местности, зараженных строений, средств транспорта, одежды и обуви;

- разработка и внедрение автоматизированных систем нейтрализации выбросов АХОВ;

- обеспечение герметизации помещений в жилых и общественных зданиях, расположенных в опасных зонах;

- разработка и внедрение в производство защитной тары для обеспечения сохранности продуктов и пищевого сырья при перевозке, хранении и раздаче продовольствия;

- регулярное проведение учений и тренировок по действиям в ЧС с органами управления, формированиями, персоналом организаций;

- разработка и внедрение новых высокопроизводительных средств дезактивации и дегазации зданий, сооружений, транспорта и специальной техники;

- накопление средств медицинской защиты и профилактики радиоактивных и химических поражений.

3.5 Практическая часть

3.5.1 Оценка устойчивости объекта к воздействию ударной волны

Задача 1

Оценить устойчивость машиностроительного завода к воздействию ударной волны и определить избыточное давление, степени разрушений зданий и сооружений завода. Нанести на карту (схему) размещения объекта границы зон очага взрыва газовоздушной смеси и условными обозначениями отметить степени разрушений зданий и сооружений завода.

Потенциально взрывоопасным источником является заводской склад топлива, в котором находится емкость со 100 тоннами сжиженного пропана.

Характеристика элементов объекта:

- административный корпус - здание с железобетонным каркасом в три этажа;

- складские помещения - одноэтажные здания с металлическим каркасом, с крышей и стеновым заполнением из волокнистой стали;

- вспомогательные сооружения - здания, выполненные из кирпича;

- здание цеха - одноэтажное кирпичное здание без каркаса.
Решение.

В очаге взрыва газовоздушной смеси принято выделять три круговые зоны:

1. Зона детонационной волны (зона I) находится в пределах облака взрыва.

I - зона детонационной волны; II - зона действия продуктов взрыва; III - зона воздушной ударной волны; r_I, r_II, r_III - радиусы внешних границ соответствующих зон

Рисунок 3.1 Зоны очага взрыва газовоздушной смеси

Радиус этой зоны r_I определяется по формуле

(3.1)

где Q - количество сжиженного углеводородного газа, т.

В пределах зоны I действует избыточное давление ?Р_I = 1700 кПа.

2.Зона действия продуктов взрыва (зона II), охватывающая всю площадь разлета продуктов газовоздушной смеси в результате ее детонации. Радиус этой зоны определяется по формуле

(3.2)

Избыточное давление в пределах зоны II, ?Р₂, изменяется от 1350 кПа до 300 кПа и может быть определено по формуле

(3.3)

3.В зоне действия воздушной ударной волны (зоны III) формируется фронт ударной волны, распространяющийся по поверхности земли. Избыточное давление в зоне III, ?Р_III, рассчитывается в зависимости от ш - относительной величины, определяемой по формуле

(3.4)

где r_III - радиус зоны III или расстояние от центра взрыва до точки, в которой требуется определить избыточное давление воздушной ударной волны (если r_III>r_II), м.



Рисунок 3.2 Зависимость радиуса внешней границы зоны действия избыточного давления от количества взрывоопасной газовоздушной смеси (для УВЖ количество ВВ принимают в 2 раза меньше)

При ш?2 (3.5)

При ш>2 (3.6)

Сравнивая расстояние от центра взрыва до ближайшего сооружения (склад № 1 r₁= 120 м) с найденными радиусами зоны I (38 м) и зоны II (65 м), делаем заключение, что здания и сооружения завода находятся за пределами этих зон и, следовательно, могут оказаться в зоне воздушной ударной волны (зоны III).

Определяем расстояние от центра взрыва до склада № 1 r₁ =120 м. Находим избыточное давление на расстоянии 120 м, используя расчетные формулы для зоны III:

(3.7)

так как ш<2, то избыточное давление рассчитывается по формуле (3.5)

кПа.

Склад № 1 окажется под действием воздушной ударной волны с избыточным давлением порядка 84 кПа. По данным таблицы В.1 приложения В, степень разрушения здания склада № 1 (одноэтажное с металлическим каркасом, с крышей и стеновым заполнением из волокнистой стали) получит полное разрушение.

Склад № 2 от центра взрыва расположен на расстоянии r₂ =156 м, используя формулу (3.4), получим

(3.8)

При ш ? 2 избыточное давление рассчитывается по формуле (3.5)

кПа.

Склад № 2 окажется под действием воздушной ударной волны с избыточным давлением 53 кПа, и, по данным таблицы В.1 приложения В, степень разрушения здания склада № 2 (одноэтажное с металлическим каркасом, с крышей и стеновым заполнением из волокнистой стали) получит полное разрушение.

Водонапорная башня от центра взрыва расположена на расстоянии r₃ = 180 м. Используя формулу (7), получим

(3.9)

При ш ? 2 избыточное давление рассчитывается по формуле (3.5)

кПа.

Под действием избыточного давления ударной волны 41 кПа водонапорная башня получит сильное разрушение в соответствии с данными таблицы В.1 приложения В.

Административный корпус расположен на расстоянии от центра взрыва r₄ = 244 м. Используя формулу (3.4), получим

(3.10)

При ш ? 2 избыточное давление рассчитывается по формуле (3.5)

кПа.

Под действием избыточного давления ударной волны 26 кПа административный корпус получит слабое разрушение, по данным таблицы В.1 приложения В (здание с железобетонным каркасом в три этажа).

Расстояние от центра взрыва до цеха № 2 r₅ = 200 м. Используя формулу (3.4), получим

 (3.11)

При ш ? 2 избыточное давление рассчитывается по формуле (3.5)

кПа.

Под действием избыточного давления ударной волны 33 кПа цех № 2, по данным таблицы В.1 приложения В. (одноэтажное кирпичное здание без каркаса) получит сильное разрушение.

Цех № 1 расположен от центра взрыва на расстоянии r₆ = 268 м, используя формулу (3.4), получим

(3.12)

При ш ? 2 избыточное давление рассчитывается по формуле (3.5)

кПа.

Под действием избыточного давления ударной волны 21 кПа цех № 1 по данным таблицы В.1 приложения В (одноэтажное кирпичное здание без каркаса) получит среднее разрушение.

Склад ГСМ расположен на расстоянии r₇ = 324 м от центра взрыва, используя формулу (3.4), получим

(3.13)

При ш ? 2 избыточное давление рассчитывается по формуле (3.5)

кПа.

По данным таблицы В.1 приложения В, склад ГСМ под действием избыточного давления ударной волны 16 кПа получит слабое разрушение.

Склад готовых изделий расположен на расстоянии r₈ = 410 м от центра взрыва. Используя формулу (3.4), получим

(3.14)

При ш>2 избыточное давление рассчитывается по формуле (3.6)

кПа.

Под действием избыточного давления ударной волны 11 кПа склад готовых изделий, по данным таблицы В.1 приложения В, получит слабое разрушение.

Трансформаторная подстанция находится на расстоянии r₉ = 392 м от центра взрыва, используя формулы (3.4), получим

(3.15)

При ш>2 избыточное давление рассчитывается по формуле (3.6)

кПа.

Трансформаторная подстанция под действием избыточного давления ударной волны 12 кПа, по данным таблицы В 1 приложения В, получит слабое разрушение.

Здание котельной расположено на расстоянии r₁₀ = 314 м от центра взрыва. Используя формулу (3.4), получим

(3.16)

При ш ? 2 избыточное давление рассчитывается по формуле (3.6)

кПа.

Здание котельной под действием избыточного давления ударной волны 16 кПа по данным таблицы В 1 приложения В (здания выполненные из кирпича) получит среднее разрушение.

Компрессорная станция от центра взрыва расположена на расстоянии r₁₁ = 324 м. Используя формулу (3.4), получим

(3.17)

При ш ? 2 избыточное давление рассчитывается по формуле (3.5)

кПа.

Здание компрессорной станции под действием избыточного давления ударной волны 16 кПа по данным таблицы В 1 приложения В получит слабое разрушение.

В таблице В 2 приложении В приведена характеристика разрушений элементов объекта (завода) ударной волной.

4.Определяем предел устойчивости каждого элемента завода, используя данные таблицы В 1 приложения В, к действию воздушной ударной волны - избыточное давление, вызывающие слабые разрушения, при котором элемент еще сохраняется или возобновляет работу в короткие сроки. Причем, если элемент может получить данную степень разрушения в определенном диапазоне избыточных давлений, то за предел устойчивости берется нижняя граница диапазона.

Предел устойчивости к действию воздушной ударной волны имеют: здание склада № 1, склада № 2 и склада готовой продукции - 5 кПа; водонапорная башня - 10 кПа; здание административного корпуса - 20 кПа; здание цеха № 1 и № 2 - 10 кПа; склад ГСМ - 15 кПа; трансформаторная подстанция - 30 кПа; здание котельной - 7 кПа; здание компрессорной станции - 10 кПа.

Предел устойчивости завода в целом определяется по минимальному пределу устойчивости входящих в его состав всех элементов завода и составляет - 5 кПа.

5.Для полного представления обстановки на объекте необходимо нанести на план местности три круговые зоны: I - зона детонационной волны; II - зона действий продуктов взрыва; III - зона воздушной ударной волны, и заполнить таблицу с результатами оценки - отметить степени разрушений зданий, сооружений и характер поражения людей. Пример заполнения таблицы дан в таблице 3.1. Характер поражения людей при избыточном давлении описан в таблице В 5 приложения В.

Вывод: при взрыве 100 т сжиженного пропана механический завод окажется в зоне III действия воздушной ударной волны с максимальным избыточным давлением 84 кПа. Машиностроительный завод к действию воздушной ударной волны неустойчив: полное разрушение получат здания склада № 1, склада № 2; сильное разрушение здания цеха № 1, цеха № 2, котельная; среднее разрушение здания котельной. При избыточном давлении от 30 до 84 кПа работники окажутся под завалами, получат сильные контузии, тяжелые, средние поражения. В целях повышения устойчивости завода к воздействию воздушной ударной волны необходимо построить подземные хранилища для склада топлива; вынести за пределы территории завода емкость с сжиженным пропаном; сократить запасы газа до минимальной необходимой потребности; повысить устойчивость зданий завода устройствами контрфорсов, подкосов, дополнительных рамных конструкций.

3.5.2 Оценка противопожарной устойчивости объекта экономики

Моделирование температурного режима пожара в помещениях зданий различного назначения при разработке автоматической противопожарной защиты помещений (АППЗ)

Моделирование развития пожара позволяет определить критическое время свободного развития пожара _кр, которое связывают с предельно допустимым временем развития пожара. При горении твердых сгораемых материалов _кр определяется либо временем охвата пожаром всей площади помещения, либо, если это произойдет раньше, временем достижения среднеобъемной температуры в помещении значения температуры самовоспламенения находящихся в нем материалов, которая для данного случая равна 350°С.

Вид и тип АППЗ можно устанавливать, придерживаясь условного правила, если _кр 10 минут, то для защиты объекта можно ограничиться внедрением АПС. Когда _кр < 10 минут, то рекомендуется автоматическое тушение.

Моделирование развития пожара заключается в построении графика функции t = (), где t -- среднеобъемная температура, -- текущее время на отрезке не менее 600 секунд (10 минут).

Задача 2

Определить температурный режим пожара в помещении промышленного здания с учетом начальной стадии. Площадь пола S = 2340 м², объем помещения V= 14040 м³, площадь проемов А = 167 м², высота проемов h = 2,89 м. Общее количество пожарной нагрузки, приведенное к древесине, составляет 4,68 · 10⁴ кг, что соответствует пожарной нагрузке q = 20 кг/м².

Решение.

По результатам экспериментальных исследований продолжительность начальной стадии пожара:

t_НСП = 40 мин.

Температура общей вспышки в помещении:

Т_в = 250 °С.

Изменение температуры в начальной стадии пожара:

( Т - Т₀ ) / (Т_НСП - Т₀) = (t / t_НСП )² = [ 523 - 293 (t / 40)² ];

Т - 293=0,14 t².

Проемность помещения:

Количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг материала пожарной нагрузки:

Удельное критическое количество пожарной нагрузки:

Удельное количество пожарной нагрузки:

Из сравнения q_к и q_кп.к получается, что

q_к = 14 > q_кп.к = 5,16.

Следовательно, в помещении будет пожар, регулируемый вентиляцией.

Максимальная среднеобъемная температура на стадии объемного пожара:

Характерная продолжительность пожара:

Время достижения максимальной среднеобъемной температуры:

t_mах = t_п = 24 мин.

Изменение среднеобъемной температуры при объемном свободно развивающемся пожаре:

Изменение среднеобъемной температуры при пожаре с учетом начальной стадии пожара в помещении объемом V = 14040 м³, проемностью П= 0,12 м^0,5, с пожарной нагрузкой, приведенной к древесине в количестве 20 кг/м², представлено на рисунке 3.3:



Рисунок 3.3 Изменение среднеобъемной температуры по времени с учетом начальной стадии пожара

Задача 3

Выявить пожарную обстановку на территории машиностроительного завода, при взрыве емкости с сжиженным пропаном в 100 т, в зависимости от степени огнестойкости зданий, категорий пожарной опасности производства, плотности застройки территории и степени разрушений зданий и сооружений завода, а также представить на карте (схеме) ожидаемую пожарную обстановку.

Характеристика элементов объекта:

- административный корпус - здание с железобетонным каркасом в три этажа с пределом огнестойкости несущих стен 2,5 ч, междуэтажные и чердачные перекрытия из железобетонных плит с пределом огнестойкости 1 ч;

- складские помещения - одноэтажные здания с металлическим каркасом, с крышей и стеновым заполнением из волокнистой стали, с пределом огнестойкости несущих стен и заполнения между стенами и чердачного перекрытия - 3 ч;

- вспомогательные сооружения - здания, выполненные из кирпича, предел огнестойкости стен - 2 ч, чердачное перекрытие, трудносгораемое с пределом огнестойкости 45 мин;

- производственные цеха - кирпичные здания с пределом огнестойкости стен 2 ч, чердачные перекрытия деревянные оштукатуренные с пределом огнестойкости 0,75 ч; в цехе № 1 ведется холодный прокат металлов, обточка, фрезерование и штамповка деталей машин; в цехе № 2 производится термическая обработка металла: горячая прокатка с использованием литейного, плавильного и сварочного оборудования.

Решение

1.Определение степени огнестойкости зданий и сооружений завода по таблице Б.1 приложения Б устанавливается степень огнестойкости здания (I, II, III, IV или V) в зависимости от типа строительных материалов, из которых выполнены основные конструкции здания, и предела огнестойкости каждой из конструкций здания.

По таблице В.4 приложения В определяется категория производства по пожарной опасности (А, Б, В, Г или Д). Изучается характер технологического процесса в здании (сооружении) и виды используемых в производстве материалов и веществ, а также вид готовой продукции.

По указанным в исходных данных характеристикам зданий склад № 1, склад № 2 и склад готовых изделий относятся к I степени огнестойкости. В соответствии с классификацией производства по пожарной опасности данные здания завода относятся к категории Д.

Здание склада ГСМ относится к I степени огнестойкости, к категории производства А по пожарной опасности.

Здание административного корпуса относится ко II степени огнестойкости, к категории производства Д по пожарной опасности.

Здания цехов № 1 и 2, трансформаторной подстанции, котельной и компрессорной станции относятся к III степени огнестойкости. Цех № 1 - к категории Д, цех № 2 - к категории Г, трансформаторной подстанции - к категории В, котельной к категории Г и компрессорной станции - к категории производства Д по пожарной опасности.

2. Определение плотности застройки на заводе

Плотность застройки определяется по формуле

(3.18)

где S_т - площадь территории, м;

S_п - суммарная площадь, занимаемая всеми зданиями, определяется по формуле

(3.19)

где Si - площадь, занимаемая i-м зданием или сооружением;

n - количество зданий и сооружений.

м².

3. Определение пожарной обстановки на заводе

По данным таблицы В.3 приложения В в зависиости от степени огнестойкости зданий и сооружений, степени разрушений, категории производства по пожарной опасности и плотности застройки определяем границы зон пожаров. При слабых и средних разрушениях возможно образование отдельных и сплошных пожаров, при сильных и полных разрушениях - образование отдельных очагов тления и горения в завалах. Для наглядного отображения обстановки в районе завода на план местности условными обозначениями наносим на каждое здание и сооружение степень огнестойкости, категорию пожарной опасности производства и отмечаем участки пожаров в соответствии с данными приложений Д, Е.

Вывод. Взрыв емкости с 10 т сжиженного пропана на территории завода вызовет сложную пожарную обстановку. Наиболее опасные в пожарном отношении элементы завода: цех № 1, цех № 2, административный корпус, склад ГСМ - образование сплошного пожара.

4. Оценка радиационной обстановки в военное время

В комплексе защитных мероприятий, проводимых на объектах экономики для повышения устойчивости их работы в условиях радиоактивного загрязнения, важное место занимают выявление и оценка радиационной обстановки, определение и доведение до рабочих и служащих режимов радиационной защиты.

Под оценкой радиационной обстановки понимается решение задач по различным вариантам действий формирований ГО, а также производственной деятельности объектов и населения в условиях радиоактивного загрязнения, анализ полученных результатов и выбор наиболее целесообразного варианта действий, при котором исключается радиационное поражение людей.

К выполнению этих мероприятий объекты должны быть подготовлены заблаговременно, а штабы ГО, командиры и личный состав формирований гражданской обороны -- обучены решению определенных задач.

4.1 Понятие о радиационной обстановке и методы ее выявления

Радиационная обстановка -- это обстановка, которая складывается на территории административного района, населенного пункта или объекта народного хозяйства в результате радиоактивного загрязнения местности и которая требует принятия определенных мер защиты.

Радиационная обстановка характеризуется масштабами (размерами зон) и характером радиоактивного заражения (уровнями радиации). Размеры зон радиоактивного загрязнения и уровни радиации являются основными показателями степени опасности радиоактивного загрязнения для людей.

Оценка радиационной обстановки является обязательным элементом работы командиров формирований и штабов ГО и проводится для принятия необходимых мер по защите, обеспечивающих уменьшение (исключение) радиоактивного облучения, и для определения наиболее целесообразных действий рабочих и служащих, а также личного состава формирований ГО на загрязнённой местности.

Оценка радиационной обстановки включает два этапа: выявление радиационной обстановки и собственно оценку обстановки.

Выявить радиационную обстановку -- это значит определить и нанести на рабочую карту (схему) зоны радиоактивного загрязнения или уровни радиации в отдельных точках местности.

Радиационная обстановка может быть выявлена двумя методами: методом прогнозирования и по данным радиационной разведки.

Целью прогнозирования радиоактивного загрязнения местности является установление с определенной степенью достоверности местоположения и размеров зон радиоактивного загрязнения. Эта задача может быть решена при наличии необходимой информации о каждом ядерном взрыве и о метеорологических элементах. Для прогнозирования радиоактивного загрязнения необходимо знать время осуществления ядерного взрыва; координаты центра (эпицентра) взрыва; мощность ядерного взрыва; вид взрыва; направление и скорость среднего ветра в районе взрыва.

Средний ветер -- это средний по направлению и скорости ветер во всем слое атмосферы от поверхности земли до максимальной высоты подъема облака взрыва.

Скорость среднего ветра измеряется в километрах в час, а направление -- в градусах, отсчитываемых по часовой стрелке от направления на север до линии, откуда дует ветер. Например, при направлении среднего ветра 270° радиоактивное облако будет перемещаться на восток. Схематичное представление направления среднего ветра показано на рисунке 4.1.



Рисунок 4.1 Направление среднего ветра

Время начала загрязнения t_н.зар, ч можно определить по формуле

t_н.зар=R_x/V_с.в.+t_вып, (4.1)

где R_x --минимальное расстояние от объекта до вероятного центра взрыва, км; V_C.B -- скорость среднего ветра, км/ч; t_вып -- время выпадения радиоактивных веществ из облака ядерного взрыва, ч.

Продолжительность выпадения радиоактивных веществ из облака ядерного взрыва может быть от нескольких минут до 2 ч и более. Поэтому для небольших расстояний от центра взрыва можно считать, что время загрязнения будет 0,5...1 ч в зависимости от удаления объекта от вероятного ближайшего центра взрыва.

Степень загрязнения местности радиоактивными веществами характеризуется мощностью дозы (уровнем радиации) и обозначается буквой Р. Уровень радиации, или мощность дозы, показывает, какую дозу может получить человек в единицу времени. Внесистемной единицей измерения мощности экспозиционной дозы (уровня радиации) является рентген в час (Р/ч) или рентген в секунду (Р/с), а единицей в СИ -- кулон на килограмм (К/кг). Внесистемной единицей мощности поглощенной дозы является рад в час (рад/ч) или рад в секунду (рад/с), единицей в СИ -- грэй в секунду (Гр/с).

Местность считается загрязнённой и требуется применять средства защиты, если уровень радиации, измеренный на высоте 0,7--1 м от поверхности земли, составляет 0,5 Р/ч и более.

Радиоактивное загрязнение местности можно характеризовать также плотностью радиоактивного загрязнения данного участка территории, выраженной в единицах активности на единицу площади: Кюри на квадратный километр (метр, сантиметр) -- Ки/км², Ки/м², Ки/см². В единицах СИ -- беккерель на метр квадратный (Бк/м²).

В оценочных расчетах можно использовать ориентировочное соотношение между мощностью дозы на местности (Р/ч) и плотностью радиоактивного загрязнения (Ки/м²). Загрязнение плотностью 1 Ки/м² эквивалентно мощности дозы 10 Р/ч или 1 Р/ч соответствует 10 мкКи/см².

Степень загрязнения на следе облака ядерного взрыва неодинакова. Она постепенно уменьшается по мере удаления от центра взрыва и к боковым границам от оси следа. По степени опасности для людей и животных на следе облака выделяют несколько зон радиоактивного загрязнения, В качестве характеристик зон приняты уровни радиации и дозы излучения, которые может получить человек за время полного распада радиоактивных веществ. Связь между дозой излучения за время полного распада Д_?, Р, и уровнем радиации Р_t, Р/ч, на время загрязнения t,ч, выражается соотношением

. (4.2)

Обычно уровни радиации на границах зон приводят к одному времени - на 1 ч после взрыва.

Зоны радиоактивного загрязнения характеризуются параметрами, приведенными на рисунке 4.2.

Зона умеренного загрязнения (зона А) - уровень радиации на внешней границе зоны на 1 ч после взрыва 8 Р/ч; доза излучений за время полного распада радиоактивных веществ в границах зоны 40-400 Р. На долю этой зоны приходится 78-80 % площади всего радиоактивного следа.

Зона сильного загрязнения (зона Б) - уровень радиации на внешней границе зоны на 1 ч после взрыва 80 Р/ч; доза излучений за время полного распада 400-1200 Р. Эта зона занимает 10-12% площади радиоактивного следа.

'Зона опасного загрязнения (зона В) - уровень радиации на внешней границе зоны на 1 ч после взрыва 240 Р/ч; доза излучений за время полного распада в зоне 1200-4000 Р. На долю зоны В приходится 8-10 % площади радиоактивного следа.

Зона чрезвычайно опасного загрязнения (зона Г) - уровень радиации на внешней границе зоны на 1 ч после взрыва составляет 800 Р/ч; доза излучений на ее внешней границе за время полного распада 4000 Р, а в середине зоны 10 000 Р.

1 - направление среднего ветра; 2 - ось следа; А - зона умеренного загрязнения; Б - зона сильного загрязнения; В - зона опасного заражения; Г - зона чрезвычайно опасного загрязнения; L - длина следа; b - ширина следа

Рисунок 4.2 След радиоактивного облака наземного ядерного взрыва с уровнем радиации на 1 ч после взрыва

Характерной особенностью радиоактивного загрязнения является снижение уровня радиации со временем вследствие распада радиоактивных веществ. Спад уровня радиации подчиняется определенной зависимости, которая с достаточной точностью определяется формулой

, (4.3)

где Р _t- уровень радиации на любое заданное время, Р/ч; P₁ - уровень радиации на 1 ч после взрыва, Р/ч; t -- время, прошедшее после ядерного взрыва, ч.

Размеры зон загрязнения для различных мощностей ядерных взрывов в зависимости от среднего ветра даны в таблице Г 3 приложения Г. Радиусы з он загрязнения в районе эпицентра взрыва приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1

Высота подъема облака и радиусы зон загрязнения в районе эпицентра в зависимости от мощности взрыва

Мощность взрыва, кт	Максимальная высота подъема центра облака за 10 мин, км	Радиусы зон заражения в районе эпицентра взрыва, км
		зона А	зона Б	зона В	зона Г
20	8	0,77	0,47	0,36	0,25
50	10	0,9	0,57	0,45	0,33
100	12	1	0,67	0,56	0,4
200	15	1,12	0,77	0,62	0,48
300	17	1,2	0,82	0,67	0,52
500	19	1,3	0,9	0,74	0,59
1000	22	1,43	1	0,84	0,68
2000	25	1,57	1,13	0,95	0,77
3000	27	1,65	1,2	1	0,85
5000	28	1,76	1,3	1,1	0,91
10 000	32	1,91	1,43	1,22	1,0

В таблице 4.2 приведены значения уровня радиации на разное время после взрыва, рассчитанные по указанной формуле (для удобства принято, что уровень радиации через 1 ч после взрыва составляет 100%):

Таблица 4.2

Значения уровня радиации на разное время после взрыва

Время после взрыва, ч	0,5	1	2	3	4	5	6	7	10	12	24	48
Остаточный уровень радиации, %	240	100	44	27	19	15	12	10	7	5	2	1

Из закона спада вытекает следующее правило определения уровня радиации: при семикратном увеличении времени после взрыва уровень радиации уменьшается в 10 раз. Так, если уровень радиации через 1 ч после взрыва принять за 100%, то через 7 ч он составит 10%, через 7² ч (49 ч или около 2 сут) - 1 % и т. д.

Знание закона спада позволяет определить уровень радиации на любое время после взрыва или привести его к одному времени, используя коэффициенты пересчета на различное время, приведенные в таблице Г 8 приложения Г. Например, если известен уровень радиации через 10 ч после взрыва Р₁₀ = 0,5 Р/ч, то уровень радиации на 1 ч после взрыва составит

P₁=P₁₀•K₁₀=0,5•15,85=80 Р/ч.

При прогнозировании радиационной обстановки чаще всего применяется методика, основанная на вероятностных расчетах. Сущность вероятностной методики прогнозирования сводится к тому, что находится не какое-то определенное положение следа облака ядерного взрыва, а район, в пределах которого возможно радиоактивное загрязнения.

Район возможного заражения представляет собой сектор с центральным углом 40°, в пределах которого в 90 % случаев окажется след облака ядерного взрыва. Однако следует подчеркнуть, что сам след облака ядерного взрыва будет занимать только часть района возможного радиоактивного заражения - примерно одну треть.

На рисунке 4.3 показан график изменения уровня радиации во времени.

Рисунок 4.3 Изменение уровня радиации, Р, % во времени, t, в точке на местности, зараженной радиоактивными веществами (заштрихованная площадь - доза излучения)

Весь район возможного радиоактивного загрязнения делится по степени опасности на четыре зоны: А, Б, В и Г. На рисунке 4.4 показаны зоны возможного загрязнения.

1 -- боковые границы зон А, Б, В и Г; 2 -- ось зоны; 3 -- зона в районе взрыва; 4 -- дальняя граница зоны Г (ближняя граница зоны В); 5 -- дальняя граница зоны В (ближняя граница зоны Б); 6 -- дальняя граница зоны Б (ближняя граница зоны А); 7 -- дальняя граница зоны А

...