Файл: Практическая работа 7 Расчёт степени разрушения промышленных объектов при взрыве.doc
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 05.12.2023
Просмотров: 56
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Практическая работа № 7
Расчёт степени разрушения промышленных объектов при взрыве
топливо-воздушной смеси (ТВС)
Причиной взрывов и пожаров часто является образование топливо-воздушных смесей. Такие взрывы возникают как следствие разрушение ёмкостей с газом , коммуникаций, агрегатов, трубопроводов или технологических линий. При разрушении агрегатов или коммуникаций возможно истечение газов или углеводородных продуктов, что приводит к образованию взрыво- или пожароопасной смеси. Взрыв такой смеси происходит при определённой концентрации газа в воздухе. Например, если в 1 м3 воздуха содержится 21 л пропана, то возможен взрыв, если 95 л – возгорание.
Значительное число аварий связано с разрядами статического электричества, которое является следствием электролизации жидкостей и сыпучих веществ при их транспортировки по трубопроводам, когда напряжённость электрического поля может достичь величины 30кВ/см. Разность потенциалов между телом человека и металлическими частями оборудования может достигать десятков киловольт.
Сильным взрывам пылевоздушной смеси (ПлВС), как правило, предшествуют локальные хлопки внутри оборудования, при которых пыль переходит во взвешенное состояние с образованием взрывоопасных концентраций. В закрытых аппаратах создаётся инертная среда, обеспечивается достаточная прочность аппарата и противоаварийная защита. До 90 % аварий связано со взрывом парогазовых смесей (ПрГС), при этом до 60 % таких взрывов происходит в закрытой аппаратуре и трубопроводах.
Ацетилен в определённых условиях способен к взрывному разложению при отсутствии окислителей. Выделяющейся энергии достаточно для разогрева продуктов реакции до температуры 2800 0С. При взрыве скорость распространения пламени достигает нескольких метров в секунду. Наиболее опасны в эксплуатации аппараты и трубопроводы высокого давления ацетилена (0,15-2,5 МПа) так как при перегревах может возникнуть взрыв, переходящий при большой длине трубопровода в детонацию. Максимальная скорость распространения пламени при горении ацетилено-воздушной смеси, содержащей ацетилена 9,4 %, равна 1,69 м/с. Смесь ацетилена с хлором и другими окислителями может взрываться под действием источников света.
При ручном вскрытии железных барабанов с карбидом кальция происходит искрообразование, что приводит к взрывам.
Пропан-бутан значительно тяжелее воздуха и собирается в нижней части помещения, где может образоваться взрывоопасная смесь даже при малых утечках. При испарении 1 л сжиженного газа образуется около 250 л газообразного. Плотность газовой фазы в 1,5–2,0 раза больше плотности воздуха. При
утечках газ с трудом рассеивается в воздухе, особенно в закрытом помещении.Газ пропан-бутан, а также продукты его неполного сгорания токсичны. Наличие газа в воздухе в количестве от 1,8 до 9,5 % от объёма при открытом огне или искре может стать причиной взрыва большой разрушительной силы.
Взрыв пропан-бутана сопровождается высокотемпературным выбросом пламени. При взрыве образуется ВУВ, которая разрушает здание или отдельные его части. Возможно образование новых очагов пожаров и взрывов. При взрыве баллона с пропан-бутаном в очаге пожара возможно образование огненного шара диаметром до 10 м.
При взрыве ТВС образуется очаг поражения с ударной волной и световым излучением (огненный шар). В очаге взрыва ТВС выделяются три сферические зоны (рис.1).
Зона 1 – зона детонационной волны, находится в пределах облака взрыва. Радиус зоны определяется формулой:
R1 = 17,5 ∙
, (1)где, R1 – радиус зоны 1; Q– масса сжиженного газа, т.
В пределах зоны 1 избыточное давление считается постоянным равным 1700 кПа.
Зона 2 – зона действия продуктов взрыва, которая охватывает всю площадь разлёта продуктов взрыва ТВС в результате её детонации. Радиус зоны 2 в 1,7 раза больше радиуса зоны 1, то есть R2 = 1,7R1, а избыточное давление на внешней границы зоны уменьшается до 300 кПа.
Зона 3 – зона действия ударной воздушной волны (УВВ). Величина избыточного давления определяется по графику рис.2.
Рис.1. Зоны в очаге поражения
R1, R2, R3 – радиусы внешних границ соответствующих зон
Рис. 2. Зависимость радиуса внешней границы зоны действия избыточного давления от количества взрывоопасной горючей смеси
Избыточное давление определяется разностью между фактическим давлением воздуха в данной точке и атмосферным давлением:
Ризб. = Рф – Ратм, (2)
где, Ризб – избыточное давление, кПа; Рф – давление на фронте УВВ, кПа; Ратм – атмосферное давление, кПа.
Избыточное давление может измеряться в кгс/см2 или паскалях (1 кгс/см2 100 кПа). При проходе фронта УВВ избыточное давление воздействует на человека со всех сторон.
Скоростной напор воздуха (динамическая нагрузка) обладает метательным действием. Измеряется в кгс/см2 или паскалях. Совместное воздействие с УВВ приводит к разрушениям объекта и человеческим жертвам.
Поражение объектов, вызванных УВВ характеризуются, степенью их разрушения.
Зона полных разрушений. Восстановить разрушенные объекты невозможно. Зона массовой гибели людей и животных. Занимает до 13 % всей площади очага поражения. Полностью разрушаются строения, до 5 % убежищ и подземных коммуникаций. На улицах образуются сплошные завалы. Сплошных пожаров не возникает из-за сильных разрушений, срыва пламени ударной волной, разлёта воспламенившихся обломков и засыпка их грунтом. Эта зона характеризуется величиной избыточного давления свыше 50 кПа.
Зона сильных разрушений занимает площадь до 10 % очага поражения. Строения сильно повреждены, убежища и коммунальные сети сохраняются. Есть местные завалы и зоны сплошных пожаров. Зона характеризуется избыточным давлением 0,3…0,5 кгс/см2 (30…50 кПа).
Зона средних разрушений наблюдается при избыточном давлении 0,2…0,3 кгс/см2 (20…30 кПа) и занимает площадь до 15 % очага поражения. Строения получают средние повреждения, могут быть местные завалы, участки сплошных пожаров, массовые санитарные потери среди населения.
Зона слабых разрушений характеризуется избыточным давлением 0,1…0,2 кгс/см2 (10…20 кПа) и занимает да 62 % площади очага поражения. Строения получают слабые повреждения (разрушения перегородок, дверей, окон), могут быть отдельные завалы, очаги пожаров, у людей травмы.
За пределами зоны слабых разрушений возможно нарушение остекления и несущественные разрушения. Население способно оказывать самопомощь.
Воздействие УВВ на человека может быть косвенным или непосредственным. При косвенном поражении УВВ, разрушая постройки , вовлекает в движение большое количество твёрдых частиц и других предметов массой до 1,5 при скорости до 35 м/с. Плотность таких частиц достигает до 4500 шт./м2. (Для сравнения плотность картечи при выстреле составляет до 20 шт./м2. ) Поэтому, наибольший ущерб наносит косвенное действие УВВ.
При непосредственном воздействии УВВ люди получают крайне тяжёлые, тяжёлые, средние и лёгкие травмы.
Крайне тяжёлые травмы (обычно несовместимые с жизнью) возникают при воздействии избыточного давления свыше 100 кПа.
Тяжёлые травмы (сильная контузия организма, поражение внутренних органов, потеря конечностей, сильное кровотечение из носа и ушей) возникают при избыточном давлении 100…60 кПа.
Средние травмы (контузии, повреждения органов слуха, кровотечения из носа и ушей, вывихи) имеют место при избыточном давлении 60…40 кПа.
Лёгкие травмы (ушибы, вывихи, временная потеря слуха, общая контузия) наблюдается при избыточном давлении 40…20 кПа.
Пример: Определить ожидаемую степень разрушения доменной печи, если в 300 м от неё взорвалась емкость, вмещающая 100 т пропана.
Решение:
1. В очаге взрыва ГВС (рис.1) выделяются зоны, имеющие форму полусфер: 1 зона (детонационной волны) радиусом R1 = 17,5 ∙
= 80 м; 2 зона (действия продуктов взрыва) радиус которой R2 = 1,7 ∙ 80 = 136 м.2. Цех находится за пределами этих зон и оказался в третьей зоне (УВВ). По графику рис.2 находим, что при массе взрыва 100 т на расстоянии 300 м от центра взрыва величина избыточного давления составит 70 кПа или 0,7 кгс/см2.
3. Избыточное давление 0,7 кгс/см2 вызовет средние разрушения доменной печи (табл.1).
Таблица 1
Величина избыточного давления, кгс/см2, определяющая степень разрушения
| Объекты разрушения | Степень разрушения | ||
| сильная | средняя | слабая | |
| сооружения с тяжёлым каркасом | 0,6…0,4 | 0,4…0,3 | 0,3…0,1 |
| сооружения с лёгким каркасом и без него | 0,5…0,3 | 0,3…0,2 | 0,2…0,1 |
| доменные печи | 0,8…0,4 | 0,4…0,2 | 0,2…0,1 |
| тепловые и атомные электростанции | 0,45…0,35 | 0,35…0,25 | 0,25…0,15 |
| здания кирпичные | 0,3…0,2 | 0,2…0,12 | 0,12…0,08 |
| здания деревянные | 0,2…0,12 | 0,12…0,08 | 0,08…0,06 |
| разрушение остекления зданий | 0,05…0,03 | 0,03…0,02 | 0,02…0,01 |
| подземные водо-, газо-, канализационные сети | 15…10 | 10…6 | 6…13 |
| трубопроводы наземные | 1,5…0,5 | 0,5…0,2 | 0,2…0,1 |
| трубопроводы, заглублённые на 0,7 м | 5…3,5 | 3,5…2,5 | 1,5…1,5 |
| кабельные линии наземные | 1,0…0,7 | 0,05…0,03 | 0,3…0,01 |
| кабельные линии подземные | 15…20 | 10…8,0 | 8,0…6,0 |
| воздушные линии высокого напряжения | 1,2…0,8 | 0,7…0,5 | 0,4…0,02 |
| контактная сеть железной дороги | 0,7…0,6 | 0.6…0,5 | 0,5…0,4 |
| антенные устройства | 0,6…0,4 | 0,4…0,2 | 0,2…0,1 |
| мосты металлические | 3,0…2,5 | 2,5…1,5 | 1,5…1,0 |
| мосты деревянные | 1,0…0,8 | 0,8…0,5 | 0,5…0,2 |
| шоссейные дроги с твёрдым покрытием | 20…10 | 10…3 | 3…1,2 |
| пути железнодорожные | 3,0…2,5 | 2,5…1,5 | 1,5…1,0 |
| газгольдеры | 1,0…0,7 | 0,7…0,2 | 0,2…0,1 |
| водонапорные башни | 0,7…0,6 | 0,6…0,3 | 0,3…0,2 |
| резервуары чистой воды | 2,5…2,0 | 2,0…0,5 | 0,5…0,2 |
| подстанции трансформаторные | 0,7…0,6 | 0,6…0,4 | 0,4…0,3 |
| метро | 20…15 | 15…12 | 12…10 |
| аэродромы с бетонным покрытием | 20…15 | 15…4,0 | 4,0…3,0 |
| стационарные воздушные линии связи | 1,2…0,8 | 0,7…0,5 | 0,2…0,1 |
| смотровые колодцы | 10…6 | 6…4 | 4…2 |
| затворы плотин | 1,5…1,0 | 1,0…0,7 | 0,7…0,2 |
| Здания ГЭС | 3…2 | 2…1 | 1…0,5 |
| плотины земляные | 11…10 | 10…7 | 7…1,5 |
Задание
1. Определить ожидаемую степень разрушения объекта экономики. Исходные данные табл.2.
Таблица 2
Исходные данные к задаче 1
| № п/п | Количество пропана, т | Расстояние до объекта, м | Объект экономики | ||
| Q1 | Q2 | Q3 | |||
| 1 | 10 | 50 | 100 | 50 | сооружения с тяжёлым каркасом |
| 2 | 20 | 60 | 110 | 100 | сооружения с лёгким каркасом и без него |
| 3 | 30 | 70 | 120 | 200 | доменные печи |
| 4 | 40 | 80 | 130 | 300 | тепловые и атомные электростанции |
| 5 | 1 | 5 | 15 | 10 | здания кирпичные |
| 6 | 2 | 6 | 16 | 20 | здания деревянные |
| 7 | 3 | 7 | 17 | 30 | разрушение остекления зданий |
| 8 | 4 | 8 | 18 | 40 | подземные водо-, газо-, канализационные сети |
| 9 | 10 | 50 | 100 | 400 | трубопроводы наземные |
| 10 | 20 | 60 | 110 | 500 | трубопроводы, заглублённые на 0,7 м |
| 11 | 30 | 70 | 120 | 600 | кабельные линии наземные |
| 12 | 40 | 80 | 130 | 700 | кабельные линии подземные |
| 13 | 1 | 5 | 15 | 800 | воздушные линии высокого напряжения |
| 14 | 2 | 6 | 16 | 900 | контактная сеть железной дороги |
| 15 | 3 | 7 | 17 | 5 | антенные устройства |
| 16 | 4 | 8 | 18 | 7 | мосты металлические |
| 17 | 1 | 3 | 7 | 5 | мосты деревянные |
| 18 | 2 | 5 | 9 | 15 | шоссейные дроги с твёрдым покрытием |
| 19 | 3 | 7 | 11 | 17 | пути железнодорожные |
| 20 | 5 | 9 | 13 | 19 | газгольдеры |
| 21 | 30 | 70 | 120 | 200 | водонапорные башни |
| 22 | 40 | 80 | 130 | 300 | резервуары чистой воды |
| 23 | 1 | 5 | 15 | 10 | подстанции трансформаторные |
| 24 | 2 | 6 | 16 | 20 | метро |
| 25 | 3 | 7 | 17 | 30 | аэродромы с бетонным покрытием |
| 26 | 4 | 8 | 18 | 40 | стационарные воздушные линии связи |
| 27 | 3 | 7 | 17 | 5 | смотровые колодцы |
| 28 | 4 | 8 | 18 | 7 | затворы плотин |
| 29 | 1 | 3 | 7 | 5 | Здания ГЭС |
| 30 | 40 | 80 | 130 | 300 | плотины земляные |