Это упрощенная и достаточно объективная методика, рассмотренная в работах . На основе анализа и обобщения материалов аварий со взрывом ГВС в очаге поражения (взрыва) на открытой местности (атмосфере) выделяют две зоны: детонации (детонационной волны); распространения (действия) ударной волны (УВ).

Условный (расчетный) радиус зоны детонации (детонационной волны) r 0 определяют по эмпирической формуле:

r 0 =18.5· (2.5),

где k – коэффициент, характеризующий объем газов или паров веществ, переходящих во взрывоопасную смесь. Его значения в расчетах принимаются k=0.4-0.6 . В некоторых методиках значение коэффициента k принимают в зависимости от способа хранения продукта: k = 1 - для резервуаров с газообразным веществом;

k = 0,6 - для газов, сжиженных под давлением;

k = 0,1 - для газов, сжиженных охлаждением (хранящихся в изотермических емкостях);

k = 0,05 - при аварийном разливе легковоспламеняющихся жидкостей;

– количество вещества, разлившегося из разгерметизированной емкости (хранилища);

8,5 – эмпирический коэффициент, который позволяет учесть различные условия возникновения взрыва (характеристики ГВС, состояние атмосферы, форму облака, мощность источника воспламенения, место его инициирования и др.).

За пределами зоны детонации избыточное давление ударной волны (ΔР ф) резко снижается до атмосферного. В литературных источниках предлагаются те или иные зависимости для расчета максимальных значений ΔР ф в зоне детонации с учетом расстояния до места взрыва, например во второй методике, приведенной ниже.

В этой же методике для расчетов используются обобщенные данные изменения избыточного давления (ΔР ф) исходя из расстояния, выраженного в долях от радиуса зоны детонации (r 1 /r 0) и максимального давления (P max) в зоне детонации (табл. 2) . При этом P max для различных ГВС находится по табл.2 из справочников .

Зону распространения (действия) УВ обычно разбивают на несколько (n) зон с радиусами:

· смертельных поражений или полных разрушений (R 100) с избыточным давлением на внешней границе ΔР ф =100 кПа (ΔР ф > 50 кПа);

· сильных и полных разрушений соответственно с ΔР ф =30 кПа и ΔР ф =50 кПа (R 50);

· средних с ΔР ф =20 кПа

· слабых с ΔР ф =10 кПа (R 20)

· безопасную зону с ΔР ф < <10 кПа, т.е. ΔР ф =6 -7 кПа (R 6, 7). * По международным нормам безопасным

· для человека является Δ Р ф =7 кПа .

Затем, определив P max (табл. 2) для данной ГВС, вытекшей при аварии из емкости (хранилища), по табл. 3 при принятых зонах с ΔР ф1 =100 кПа, ΔР ф2 =50 кПа, ΔР ф3 =20 кПа, R 6 , 7 =7кПа находим отношения r 1 /r 0 и, следовательно, радиусы (R n) принятых зон, зная r 0 из (2.5)

и R n =c n ·r 0 (2.7),

где n – показатель той или иной принятой зоны; c x = определяется по табл.3.

По аналогии с характеристиками зон разрушений при воздействии воздушной УВ ядерных взрывов определяют размеры опасных зон, в которых возникнут сильные, возможные (слабые) разрушения жилых и промышленных зданий в районах взрыва газо- и паровоздушных смесей углеводородных газов и жидкостей . Следует сказать, что учитывая импульсный характер воздействия нагрузок от УВ, избыточное давление при взрыве ГВС, вызывающее сильные разрушения, будет примерно в 1,5-1,7 раза больше, чем при ядерном взрыве, т.е примерно ΔР ф ГВС ср ~50 кПа, а возможные слабые разрушения – ΔР ф ГВС сл =20 кПа .

Тогда радиусы зоны сильных (R c) и слабых (R сл) разрушений:

R сл = R 20 = r 0 ·с 20 ,

R c = R 50 = r 0 · с 50

Отношения R 50 /r 0 и R 20 /r 0 могут быть определены как по табл.3, так и по табл.4 . В табл. 4 приведены значения радиусов зон сильных (R c = R 50) и слабых (R cл = R 20) разрушений для массы разлившейся ГВС из разгерметизированной емкости (Q) – Q=1-10000 т и максимальных значений давлений P max =500-2000 кПа .

Таблица 2

Физико-химические и взрывоопасные свойства некоторых веществ и их ГВС

Общая характеристика задач оценки

Для принятия решений по защите от воздействия воздушной ударной волны (ВУВ) взрыва на здания, сооружения, технику или на людей, а также для выработки мер взрывобезопасности необходимы данные, характеризующие взрывы, которые могут происходить во время военных действий, в производственной сфере и в быту. Наиболее достоверные сведения о взрыве можно получить путем проведения эксперимента. Однако, такой подход не всегда применим. Поэтому наиболее распространены расчетные методы, позволяющие определять значения параметров, характеризующих взрывы. В ходе расчетов используются следующие показатели:

вид и количество взрывчатого вещества (ВВ);

условия взрыва;

расстояние от места взрыва до места оценки его последствий;

параметры ударной волны;

степень повреждения (разрушения) зданий, сооружений, техники или степень поражения людей.

Для проведения расчетов разработано и представлено в технической литературе значительное количество функциональных зависимостей, которые связывают между собой эти показатели. Конкретный вид расчетных соотношений, выражающих эти функциональные зависимости, определяется условиями взрыва, к которым относятся: тип ВВ (конденсированное ВВ, газовоздушные смеси, пылевоздушные смеси и др.), место взрыва (воздушный, наземный или заглубленный взрыв), наличие преград, отражающих ударную волну и другие условия.

Разные авторы предлагают разные виды функциональных зависимостей для определения одних и тех же показателей, позволяющие получить либо большую точность, либо простоту, либо какие-нибудь другие преимущества при проведении расчетов. Поэтому при выборе того или иного соотношения для проведения расчетов следует особое внимание обращать на систему ограничений, определяющих возможность его использования.

Вся совокупность задач по проведению расчетов может быть разделена на две группы: задачи прогнозирования последствий взрыва по заданному количеству ВВ и задачи определения количества ВВ по заданным последствиям взрыва.

Задачи прогнозирования соответствуют ситуации, когда взрыва еще не было, т.е. требуется рассчитать показатели, характеризующие будущий взрыв. В таких задачах в качестве исходных данных обычно используются сведения о количестве ВВ и об условиях взрыва. При этом в результате расчетов должны быть получены значения параметров ударной волны (или других поражающих факторов) на заданном расстоянии от места взрыва (прямая задача), или определено расстояние от места взрыва, на котором параметры ударной волны будут иметь заданное значение (обратная задача).

Задачи определения исходных характеристик ВВ по результатам взрыва обычно приходится решать при расследовании и анализе причин аварийных взрывов. В этих задачах известны условия взрыва, место взрыва и степень разрушений по мере удаления от его эпицентра. В результате решения должно быть определено количество взорвавшегося вещества. Для расчетов в этих задачах используются те же функциональные зависимости между степенью повреждения, количеством ВВ и расстоянием от места взрыва, что и при решении задач прогнозирования.

Настоящий курс лекций не предусматривает подробного рассмотрения всего многообразия вариантов проведения расчетов для различных условий взрыва и поражающих факторов. Далее будут рассматриваться только приближенные методы проведения расчетов, связанные с наиболее распространенными типами взрывов конденсированных ВВ и ГВС в открытом, не замкнутом пространстве. Из числа поражающих факторов взрыва будет рассматриваться только воздушная ударная волна.

Расчетные соотношения, используемые при решении задач.

Тротиловый эквивалент массы ВВ.

Количество взрывчатого вещества или его массу М BB при проведении расчетов выражают через тротиловый эквивалент М Т. Тротиловый эквивалент представляет собой массу тротила, при взрыве которой выделяется столько же энергии, сколько выделится при взрыве заданного количества конкретного ВВ. Значение тротилового эквивалента определяется по соотношению:

(1)

\[М_{Т}=kM_{ВВ}\]

где:
M BB — масса взрывчатого вещества;

k — коэффициент приведения взрывчатого вещества к тротилу1 (см. Таблицу 1).

Таблица 1. Значения коэффициента k приведения взрывчатого вещества к тротилу

Выражение (1) составлено для взрыва, при котором ударная волна распространяется во все стороны от точки взрыва беспрепятственно, т.е. в виде сферы. Очень часто на практике взрыв происходит на некоторой поверхности, например, на земле. При этом ударная волна распространяется в воздухе в виде полусферы.

Для взрывов на абсолютно твердой поверхности вся выделившаяся при взрыве энергия распространяется в пределах полусферы и, следовательно, значение массы взрывающегося вещества как бы удваивается (в определенных случаях можно говорить о сложении прямой и отраженной волны).

Для взрыва на не абсолютно твердой поверхности, например, на грунте, часть энергии расходуется на образование воронки. Учет этого расхода выполняется с помощью коэффициента ƞ, значения которого приведены в Таблице 2. Чем меньше подстилающая поверхность позволяет затрачивать энергию на образование воронки, тем ближе значение коэффициента ƞ к 1. Другой предельный случай соответствует ситуации, когда подстилающая поверхность беспрепятственно пропускает энергию взрыва, например, при взрыве в воздухе. В этом случае значение коэффициента равно 0.5.

С учетом изложенного значение MT в общем случае определяется по формуле:

(2)

\[М_{Т}=2ƞkM_{ВВ}\]

Выражение (2) для взрыва в воздухе, то есть при ƞ = 0.5, принимает вид (1).

Таблица 2. Значения коэффициента ƞ, учитывающего характер подстилающей поверхности

Закон подобия при взрывах

Расчеты параметров ударной волны основываются на использовании соотношения, связывающего параметры взрывов разной мощности. Таким соотношением является закон подобия кубического корня . Согласно этому закону значения параметров ударной волны для взрыва некоторой мощности можно пересчитать для взрывов других мощностей, пользуясь выражениями закона подобия:

(3)

\ \[τ_{2}=τ_{1}\sqrt{\frac{M_{T2}}{M_{T1}}}\]

где: R 2 ,R 1 — расстояния от центров двух взрывов до некоторых точек 1 и 2, в которых параметры ударной волны этих взрывов равны между собой;

M T2 , M T1 — массы зарядов (точнее: эквиваленты масс, приведенные к некоторому эталону, в нашем случае к тротилу);

τ 2 , τ 1 — время с момента взрыва до прихода ударной волны в эти точки.

Выражение (3) можно представить в виде:

(4)

\[\frac{R_{2}}{\sqrt{{M_{T2}}}}=\frac{R_{1}}{\sqrt{{M_{T1}}}}=\frac{R}{\sqrt{{M_{T}}}}=\overline{R}\]

Величина R называется приведенным радиусом взрыва и широко используется в различных расчетных соотношениях для определения параметров ударной волны взрыва.

Оценка параметров ударной волны при взрыве конденсированных ВВ

Избыточное давление ΔP для свободно распространяющейся сферической воздушной ударной волны убывает по мере удаления от места взрыва. Поэтому расчет его значений обычно проводится на основании соотношений, в которых давление является функцией двух аргументов — массы ВВ и расстояния от места взрыва.

Сложность разработки и последующего использования таких аналитических выражений определяется следующим обстоятельством. Скорость спада значения ΔP по мере удаления от места взрыва изменяется за счет влияния на ударную волну среды, в которой она распространяется. Чем больше расстояние от места взрыва, тем сильнее искажается характер изменения давления во фронте ударной волны. Для двух ударных волн, которые при одинаковых условиях распространения в некоторый момент времени имели одно и тоже значение ΔP, в последующие моменты значения ΔP будут отличаться, если предыстория распространения этих волн была разной. Следовательно, расчетные соотношения для определения значений ΔP в эти последующие моменты также должны быть разными.

По изложенным причинам в технической литературе представлен достаточно широкий спектр расчетных соотношений для определения значений ΔP, каждое из которых имеет свою сферу применения и назначение. Например, для воздушного взрыва, для наземного взрыва, для малых расстояний от места взрыва, для значительных расстояний от места взрыва, для относительно небольших зарядов ВВ, для крупных зарядов ВВ и т.д.

При дальнейшем изложении в материалах курса будет использоваться одно базовое соотношение:

(5)

\[ΔP_{Ф}=\frac{84}{\overline{R}}+\frac{270}{{\overline{R}^{2}}}+\frac{700}{{\overline{R}^{3}}},(кПа),\]

где R определяется из (2), (4).

Это соотношение известно в технической литературе под названием «формула М. А. Садовского » и широко используется при проведении практических расчетов как для наземных, так и для воздушных взрывов.

При необходимости решать обратную задачу, т.е. определять расстояние от места взрыва по заданному значению ΔP Ф, можно либо решать уравнение третьей степени (5) относительно R , либо воспользоваться соотношением:

(6)

\[\overline{R}=\sqrt{^{2}-1}\]

Формула (6) дает хорошее совпадение с результатами точного решения уравнения (5). Для значений R в интервале от 2 до 12 ошибка не превышает 10 %. При этом расхождение тем больше, чем больше ΔP Ф.

Удельный импульс I определяется по соотношению

(7)

\

где ΔP(t) — функция, характеризующая изменение избыточного давления во фронте ударной волны за период времени от 0 до τ + .

Кроме приведенных соотношений в технической литературе имеются соотношения для расчета значений и других параметров ударной волны: максимального давления разряжения, длительности фазы разряжения, скорости распространения ударной волны, давления скоростного напора, температуры во фронте ударной волны и др., однако в данном курсе эти соотношения не рассматриваются.

Пример 1

Прямая постановка задачи

Определить избыточное давление, которое будет испытывать прибор, установленный на расстоянии 10 м от места взрыва 1кг гексогена во взрывном устройстве, размещенном на грунте.

2. Определение R :

\[\overline{R}=\frac{R}{\sqrt{M_{T}}}=\frac{10}{\sqrt{1,56}}=8,62\]

3. Определение ΔP Ф:

\[ΔP_{Ф}=\frac{84}{\overline{R}}+\frac{270}{{\overline{R}^{2}}}+\frac{700}{{\overline{R}^{3}}}=\frac{84}{8,62}+\frac{270}{{8,62^{2}}}+\frac{700}{{8,62^{3}}}=14,5 кПа\]

Обратная постановка задачи

Определить максимальное расстояние, на котором допускается установить прибор, выдерживающий давление 14,5 кПа, от места взрыва 1 кг гексогена во взрывном устройстве, размещенном на грунте.

1. Определение R :

\[\overline{R}=\sqrt{^{2}-1}=\sqrt{^{2}-1}=8,37\]

2. Определение тротилового эквивалента:

\[М_{Т}=2ƞkM_{ВВ}=2\cdot0,6\cdot1,3\cdot1=1,56 кг\]

3. Определение R:

Оценка параметров ударной волны при взрыве газовоздушных смесей

Параметры ударной волны на расстояниях R < r o

При взрывах газовоздушных смесей параметры внутри газового облака могут изменяться в очень широких пределах в зависимости от условий взрыва, концентрации горючей компоненты и характера взрывного горения, которые при прогнозировании взрывов, особенно на открытом воздухе, учесть практически невозможно. Поэтому обычно расчеты проводят для худшего случая, при котором разрушительные последствия взрыва наибольшие.

Таким наихудшим случаем является детонационное горение смеси стехиометрического состава. Скорость распространения процесса детонационного горения внутри облака очень велика и превышает скорость звука. Давление внутри облака за время взрыва вообще говоря не постоянно. Однако для проведения приближенной оценки параметров взрыва можно условно принять, что облако имеет форму полусферы с центром на поверхности земли, взрыв ГВС происходит мгновенно и давление в процессе взрыва одинаково и постоянно во всех точках, находящихся внутри облака.

Для большинства углеродоводородосодержащих газовых смесей стехиометрического состава можно принять, что давление внутри газового облака составляет 1700 кПа. Для проведения более точных расчетов в технической литературе приводятся расчетные соотношения, позволяющие рассчитать скорость детонационного горения, время полной детонации облака, давление в детонационной волне и др.

Параметры ударной волны на расстояниях R > r o

Формулы для определения значений параметров ударной волны на расстояниях, превышающих радиус полусферы газового облака в окружающем воздухе, получены путем аппроксимации численного решения задачи о детонации пропановоздушной смеси, выполненной Б. Е. Гельфандом. Решение получено интегрированием системы нестационарных уравнений газовой динамики в сферических координатах в переменных Лагранжа и позволяет получать результаты удовлетворительно согласующиеся с экспериментальными данными для горючих смесей различных углеводородов с воздухом.

Максимальное избыточное давление во фронте ударной волны (кПа):

(8)

\[ΔP_{Ф}=P_{0}\cdot \overline{P};\]

(9)

\[\lg\overline{P}=0,65-2,18\lg\overline{R}+0,52(\lg\overline{R})^{2};\] \[\overline{R}=\frac{R}{\sqrt{M_{T}}},\]

где: MТ — тротиловый эквивалент наземного взрыва полусферического облака ГВС (кг);

P 0 — атмосферное давление, равное 100 кПа.

Удельный импульс (Па ⋅ с):

(10)

\

(11)

\

Тротиловый эквивалент (кг) определяется из соотношения (2), в котором k=Q/QТ и ƞ=1, т.е. в предположении, что энергия взрыва полусферического облака полностью отражена поверхностью, над которой это облако образовалось. С учетом изложенного:

(12)

\

где: M В — масса вещества, взрывающегося в составе облака ГВС (кг);

Q — теплота, выделяющаяся при сгорании данного вещества (кДж/кг);

QТ — теплота взрыва тротила (4520 кДж/кг).

Q представляет собой табличную величину (таблица 3), которая показывает количество энергии, выделяющейся при взрыве (сгорании) единицы массы данного вещества.

Значение M В определяется соотношением

(13)

\

где: M Хр — масса вещества, находившегося в хранилище до аварии (до взрыва);

δ — коэффициент, зависящий от способа хранения вещества, показывающий долю вещества, переходящую при аварии в газ:

δ=1 — для газов при атмосферном давлении,

δ=0,5 — для сжиженных газов, хранящихся под давлением,

δ=0,1 — для сжиженных газов, хранящихся изотермически,

δ=0,02–0,07 — для растекшихся ЛВЖ;

Объем газового облака V 0 и размер полусферы газового облака r 0 зависят от количества исходного вещества, находившегося в хранилище до аварии, и способа его хранения. Определение этих параметров может быть выполнено по формулам:

(14)

\ \

где: V a — объем киломоля идеального газа (постоянная Авогадро: V a =22,4 м³/кмоль);

μ — молярная масса хранящегося вещества (кг/кмоль);

C стх — стехиометрическая объемная концентрация (в абсолютных долях).

Приближенно для наиболее часто используемых углеводородов можно пользоваться при расчетах формулой:

где: M Хр — количество вещества, находившегося в хранилище до аварии (взрыва) в т;

0.6 — коэффициент, учитывающий способ хранения.

Значения параметров, характеризующих некоторые вещества, приведены в таблице 3.

Таблица 3. Значения параметров, характеризующих некоторые вещества и их смеси с воздухом

Пример 2

Определить с помощью расчета по формулам избыточное давление и удельный импульс во фронте ВУВ на расстоянии 100 м от емкости, в которой находится 10 т. пропана, хранящегося в жидком виде под давлением, при ее разгерметизации и взрыве образовавшейся ГВС.

1. Определение массы пропана в составе ГВС

2. Определение тротилового эквивалента

3. Определение приведенного радиуса взрыва

4. Определение избыточного давления во фронте ударной волны

\[\lg\overline{P}=0,65-2,18\lg\overline{R}+0,52(\lg\overline{R})^{2}=0,65-2,18\cdot\lg2,14+0,52\cdot(\lg2,14)^{2}=-0,0135,\]

\[\overline{P}=10^{0,0135}=0,97,\]

следовательно

\[ΔP_{Ф}=P_{0}\cdot \overline{P}=100\cdot0,97=97 кПа\]

5. Определение значения удельного импульса ударной волны

\[\overline{I}=10^{1,84}=69,2,\] \

Приближенная оценка параметров взрывной волны за пределами облака может быть проведена по таблице 4, в которой представлены значения избыточного давления ΔP Ф и эффективного времени действия фазы сжатия θ, заранее рассчитанные для различных значений R/r 0 . Значения параметров, указанных в таблице, получены исходя из давления внутри газового облака 1700 кПа.

Таблица 4. Значения максимального избыточного давления и эффективного времени действия ударной волны при взрыве ГВС

R/r 0	0–1	1.01	1.04	1.08	1.13	1.2	1.4	1.8
ΔP Ф, кПа	1700	1232	814	568	500	400	300	200
10 3 θ/r 0 , с/м	0.37	0.53	0.74	0.97	1.00	1.07	1.10	1.25

R/r0	2.7	3	4	5	6	8	12	15	40
ΔP Ф, кПа	100	80	50	40	30	20	10	7.8	2.5
10 3 θ/r 0 , с/м	1.7	1.78	2.18	2.30	2.59	3.02	3.53	3.76	4.39

Пример 3

Определить приближенным методом, по таблице избыточное давление во фронте ВУВ на расстоянии 100 м от емкости, в которой находится 55 т пропана, хранящегося в жидком виде под давлением, при ее разгерметизации и взрыве образовавшейся ГВС.

1. Определение r 0

2. Определение R/r 0 = 100/31 = 3,2

3. По таблице 4 находим, что ΔP Ф = 80 кПа (с учетом интерполяции 74 кПа).

Оценка степени повреждения зданий в условиях городской застройки

При взрывах в условиях городской застройки характер распространения ударной волны существенно изменяется из-за ее многократного отражения и экранирования стенами зданий. По этим же причинам обычно используемые для расчета значений ΔP формулы, в том числе и рассмотренные выше, неприменимы.

Для оценки степени повреждения или разрушения зданий в городе широко используется формула, полученная в Великобритании по результатам анализа последствий бомбардировок во время второй мировой войны:

(15)

\

где: R — расстояние от места взрыва в метрах;

M T — тротиловый эквивалент заряда в килограммах;

K — коэффициент, соответствующий различным степеням разрушения:

К<5.6 — полное разрушение зданий;

К=5.6–9.6 — сильные разрушения здания (здание подлежит сносу);

К=9.6–28 — средние разрушения (возможно восстановление здания);

К=28–56 — разрушение внутренних перегородок, дверных и оконных проемов;

К=56 — разрушение 90% остекления.

Пример 4

Определить для условий городской застройки расстояние, начиная с которого здания получат сильные разрушения при взрыве боеприпаса, начиненного 500 кг гексогена.

1. Определение тротилового эквивалента:

\[М_{Т}=kM_{ВВ}=1,3\cdot500=650 кг\]

2. Определение искомого расстояния:

Оценка степени повреждения отдельно стоящих зданий

Под воздействием ударной волны здания и сооружения ведут себя как упругие колебательные системы. Расчетная оценка такого воздействия требует решения достаточно сложных динамических задач, связанных с описанием поведения упругих конструктивных элементов зданий и сооружений под воздействием ударных нагрузок, определяемых изменяющимися во времени и пространстве параметрами ударной волны. Возникающие в конструктивных элементах нагрузки зависят от параметров волны, характеристик объекта, его размеров и ориентации относительно фронта волны.

Наиболее точную оценку последствий воздействия ударной волны на конкретный объект позволяет получить эксперимент, проводимый на его макете с соблюдением правил подобия. Однако применение экспериментальных методов оценки далеко не всегда возможно.

Накопленный опыт исследования объектов, подвергавшихся воздействию взрывов, и результатов экспериментов с макетами выявил ряд закономерностей, позволяющих упрощенными методами оценивать возможные ожидаемые последствия воздействия взрывов на здания и сооружения. Ниже будут рассмотрены два метода: по допустимому давлению при взрыве и по диаграмме разрушения объекта.

По допустимому давлению при взрыве

Избыточные давления, при которых наступают различные степени разрушений одного из возможных типов зданий, приведены в Таблице 5. При использовании таблицы следует иметь ввиду, что она соответствует ударной волне ядерного взрыва, т.е. учитывает воздействие на объект только избыточного давления и не учитывает поражающее действие импульса. Для других видов взрывов, например для взрывов конденсированных ВВ или ГВС, значения давлений, приведенных в таблице, должны быть увеличены в 1.5 раза и более в зависимости от мощности взрыва и после этого сопоставлены со значениями избыточного давления. рассчитанными по формуле (5). При использовании таблицы следует иметь ввиду, что результат оценки будет приблизительным, поскольку не учитывается действие импульса.

Таблица 5. Действие ΔP Ф на объекты и людей

Объект воздействия	Степень воздействия	ΔP Ф
Кирпичное здание производственного типа	Полное разрушение	> 70 кПа
	Сильные разрушения	33–70 кПа
	Средние разрушения	25–33 кПа
	Слабые разрушения	12–25 кПа
Остекление	Разрушение на 90 %	5 — 10 кПа
	на 50 %	2 — 5 кПа
	на 5 %	1 — 2 кПа
Люди	Крайне тяжелое поражение	> 100 кПа
	Тяжелое поражение	60–100 кПа
	Среднее поражение	40–60 кПа
	Легкие поражения	20–40 кПа

В таблице в качестве примера приведены данные только для одного типа здания. В справочной литературе имеются аналогичные сведения для большого числа различных зданий и сооружений. В таблице также приведены данные, позволяющие оценить степень поражения людей действием давления ударной волны.

Пример 5

Определить по таблице степень разрушения кирпичного здания при взрыве на расстоянии 10м от него на грунте заряда гексогена массой 10 кг.

1. Определение тротилового эквивалента:

2. Определение R

3. Определение ΔP Ф:

4. Увеличивая табличные значения давлний или уменьшая рассчитанное значение ΔP Ф в 1.5 раза по таблице 5 определяем, что здание получит средние разрушения.

По диаграмме разрушений

Более точная оценка может быть получена на основе использования диаграмм, в которых результат воздействия ударной волны зависит от давления и импульса. Каждому конкретному объекту соответствует своя диаграмма степени разрушений, типичная форма которой приведена на рисунке 1.

Как следует из диаграммы, лишь небольшая зона А характеризуется зависимостью степени разрушений как от давления, так и от импульса. Остальная часть плоскости соответствует прямым ΔP=const (зона В), где влияние импульса мало, и прямым I=const (зона С), где не ощущается влияния давления.

Недостаток такого подхода к оценке степени разрушения зданий состоит в том, что составление диаграммы для конкретного объекта представляет собой достаточно сложную задачу.

Пример 6

Определить по диаграмме степень разрушения кирпичного здания, если на расстоянии 10 м от него произойдет взрыв 10 кг гексогена на грунте.

1. Определение тротилового эквивалента:

\[М_{Т}=2ƞkM_{ВВ}=2\cdot0,6\cdot1,3\cdot10=1,56 кг\]

2. Определение R

\[\overline{R}=\frac{R}{\sqrt{M_{T}}}=\frac{10}{\sqrt{15,6}}=4\]

3. Определение ΔP Ф:

\[ΔP_{Ф}=\frac{84}{\overline{R}}+\frac{270}{{\overline{R}^{2}}}+\frac{700}{{\overline{R}^{3}}}=\frac{84}{4}+\frac{270}{{4^{2}}}+\frac{700}{{4^{3}}}=48,8 кПа\]

4. Определение значения удельного импульса:

5. По диаграмме разрушений кирпичных зданий определяем, что здание получит средние разрушения.

Рисунок 1. Диаграмма разрушения кирпичных зданий.

Определение безопасных расстояний при взрывах

Безопасными расстояниями для людей при взрывах считаются такие расстояния, при которых человек не получает травм. При прямом воздействии воздушной ударной волны на человека границей опасной зоны является расстояние от центра взрыва до условной линии (радиус окружности), где давление фронта ударной волны ΔP Ф не превышает 10 кПа.

В Российской Федерации установлены единые правила определения безопасных расстояний обязательные к соблюдению всеми организациями, выполняющими взрывные работы. За основу проведения расчета минимально возможного безопасного расстояния в этих правилах принята формула:

(16)

\

где: R > R без — безопасное расстояние в метрах;

M T — тротиловый эквивалент взрывчатого вещества в килограммах;

К — коэффициент, зависящий от условий взрыва.

Значения коэффициента К при размещении людей без укрытий устанавливаются в диапазоне от 30 до 45 для разных типов взрывов. В исключительных случаях, когда требуется максимально возможное приближение персонала к месту взрыва, R без может быть определено при коэффициенте 15, а например при укрытии людей в блиндажах К составляет 9,3.

Единые правила определения безопасных расстояний предусматривают правила расчета этих расстояний не только для человека, но и для зданий (сооружений), и для различных видов взрывов.

Пример 7

Определить безопасное расстояние для размещения людей в блиндаже при взрыве 50 кг аммонала.

1. Определение тротилового эквивалента:

\[М_{Т}=ƞkM_{ВВ}=0,99\cdot50=49,5 кг\]

2. Определение безопасного расстояния:

\

Материалы факультета военного обучения (МГТУ им. H. Э. Баумана)

Расчет

радиусов зоны детонации r0 при взрыве участков газопроводов

Исходные данные :

d = 1,42 м; Рг = 7,5 МПа; t = 400С; W = 1 м/с; m=0,8.

Расчет:

1..gif" width="167" height="42"> = 254 м3/кг.

3. М = = 148,1 кг/с.

4. r0 = 12,5 = 152 м.

Отсюда зона детонации будет равна: 2r0= 304 м (с каждой стороны трассы газопровода).

Используя таблицу 21 получаем радиус зоны возможных сильных разрушений, границы которой определяются величиной избыточного давления 50 кПа:

r = 4r0 =608 м

Аналогичные расчёты выполнены и для других участков газопроводов. Полученные данные сведены в таблицу 22:

Таблица 22 - Радиусы зон поражения при воздействии избыточного давления
Степень поражения	Избыточное давление,	Радиус зоны, м для газопроводов
Радиус зоны детонации r0
Разрушение зданий:
Полное разрушение зданий
50 %-ное разрушение зданий
Средние повреждения зданий
Умеренные повреждения зданий
Поражения людей:
Крайне тяжелые
Тяжелые травмы
Средние травмы
Легкие травмы
Пороговые поражения

Расчет вероятных зон действия поражающих факторов при разрушении (разгерметизации) технологического оборудования котельных (А-2)

В результате разрушения газопроводов и технологического оборудования с горючими веществами возможен их выброс внутрь здания или на открытую площадку с образованием газопаровоздушной смеси (ГПВС). Серьезную опасность для персонала, и технологического оборудования представляет взрыв образовавшейся ГПВС.

Процесс горения со стремительным высвобождением энергии и образованием при этом избыточного давления (более 5 кПа) называется взрывным горением.

Различают два принципиально разных режима взрывного горения: дефлаграционный и детонационный.

При дефлаграционном горении распространение пламени происходит в слабо возмущенной среде со скоростями значительно ниже скорости звука, давление при этом возрастает незначительно.

При детонационном горении (детонации) распространение пламени происходит со скоростью, близкой к скорости звука или превышающей ее.

Инициирование (зажигание) газовоздушной смеси с образованием очага горения возможно при наличии источника зажигания.

К основным факторам, влияющим на параметры взрыва, относят: массу и тип взрывоопасного вещества, его параметры и условия хранения или использования в технологическом процессе, место возникновения взрыва, объемно-планировочные решения сооружений в месте взрыва.

Взрывы на котельной можно разделить на две группы - в открытом пространстве и производственном помещении.

Аварии со взрывом могут произойти на пожаровзрывоопасных объектах. К пожаровзрывоопасным объектам относятся объекты, на территории или в помещениях которых находятся (обращаются) горючие газы, легковоспламеняющиеся жидкости и горючие пыли в таком количестве, что могут образовывать взрывоопасные горючие смеси, при горении которых избыточное давление в помещении может превысить 5 кПа. В этом случае газо-, паро-, пылевоздушная смесь займет частично или полностью весь объем помещения.

Котельная:

Сценарий С-1 : (Разгерметизация технологического оборудования, утечка газа, воспламенение на месте выброса, ликвидация горения).

Масса природного газа, который может поступить в котельную – 12 кг.

Природный газ не токсичен. Однако из-за того, что газ не пригоден для дыхания, то он может представлять опасность для персонала внутри помещения котельной. Необходимо соблюдать правила пожарной безопасности , не пользоваться открытым огнём и использовать средства индивидуальной защиты (изолирующий противогаз). При этом от удушья может погибнуть 1 человек из числа персонала котельной.

Сценарий С-2 (Разгерметизация технологического оборудования, утечка газа, воспламенение на месте выброса, горение).

Исходные данные:

Частота реализации сценария год -1: 4*10-5

Масса вещества, кг: 12

Рассматриваемые сценарии:

Пожар утечки.

Результаты расчета:

(поражающие факторы пожара не выйдут за пределы котельной)

Сценарий С-3 (Разгерметизация оборудования, утечка газа, воспламенения на месте выброса нет, образование облака ТВС, источник зажигания, взрыв ТВС с ударной волной).

Исходные данные:

Частота реализации сценария год -1: 1*10-5

Наименование вещества: природный газ

Масса вещества, кг: 12

Тип (класс) взрывоопасного вещества: 4 класс .

Класс окружающего пространства: 3 класс .

Режим взрывного превращения облака: 5 режим.

Рассматриваемые сценарии:

Взрыв ТВС.

Результаты расчета.

Таблица 23 - Радиусы зон поражения при воздействии избыточного давления
Степень поражения	Избыточное давление,	Радиус зоны, м
Разрушение зданий:
Полное разрушение зданий
50 %-ное разрушение зданий
Средние повреждения зданий
Умеренные повреждения зданий
Малые повреждения (разбита часть остекления
Поражения людей:
Крайне тяжелые
Тяжелые травмы
Средние травмы
Легкие травмы
Пороговые поражения

Расчёты погибших, пострадавших и ущерб при ЧС на объектах и сетях газового хозяйства:

Расчёт количества погибших и пострадавших:

Для определения возможного числа пострадавших при поражении людей опасными поражающими факторами возможных аварийных ситуаций зоны воздействия опасных факторов сопоставляются с объектами воздействия и количеством людей, которые могут находиться в данных зонах.

Число летальных исходов поражения определяется исходя из значений условной вероятности поражения человека опасными факторами аварии. Условные вероятности поражения человека опасными факторами аварии определяются на основании значений пробит-функции, рассчитываемых по ГОСТ Р 12.3.047-98. Кроме того, согласно Методическим рекомендациям МЧС России от 01.01.2001 № . для расчёта количества погибших и пострадавших использована таблица 24 «Приближённая оценка плотности населения с, чел./га»:

Таблица 24 - Приближённая оценка плотности населения с, чел./га (чел/м2):

Описание территории
Район фермерских хозяйств, хутора	5/0,0005
Усадьбы	10/0,001
Деревни, зона индивидуальной застройки

Таблица 15 - Результаты расчета зон поражения (для человека)

Характеристика зоны поражения	Вероятность поражения человека, Рпор	Глубина зоны, м
Зона безопасности	Рпор	>144
Зона возможного слабого поражения	0,01	144
Зона возможного среднего поражения	0,33	66
Зона возможного сильного поражения	0,5	55
Зона безусловного поражения	Рпор>0,99	21

Таблица 16 - Результаты расчета зон повреждения зданий

Выводы: , что при авариях с утечкой ЛВЖ на автомобильном транспорте количество бензина, участвующего в аварии составит от 5 д о 20 тонн . Площадь зоны разлива нефтепродуктов составит от 120 до 540 м 2 . Радиус зон составляет: безопасного удаления - от 58 до 144 м ; сильных разрушений - до 89 м ; полных разрушений - от 8 до 13 м . Расстояние от границы жилой зоны до места аварии – от 25 до 100 м . При этом возможное количество погибших может составить от 1 до 10 до 50 человека. Ущерб - до 5 млн. рублей.

в) аварии при перевозке СУГ.

Поражающие факторы:

1. Воздушная ударная волна, образующаяся в результате взрывных превращений топливо-воздушной смеси (ТВС) при разливе топлива в открытом пространстве;

2. Тепловое излучение горящих разлитий.

Исходные данные для расчета последствий ЧС:

1. Предполагается, что во взрыве облака ТВС принимает участие масса СУГ АЦ (15 м 3), заполненного на 80 % .

3. Плотность СУГ - 530 кг/м 3 .

4. Разгерметизация резервуара происходит мгновенно.

Таблица 17 - Результаты расчетов радиусов зон поражения людей

Таблица 18 - Результаты расчетов радиусов зон разрушения зданий

Избыточное давление, ∆Р (кПа)	Степень разрушения	Радиус зоны разрушения,
100	Полное разрушение	49,6
53	50 % разрушение	70,0
28	Среднее разрушение	100,0
12	Умеренное разрушение	176,4
3	Малые повреждения (Разбита часть остекления)	538,8

Выводы: В результате приведенных расчетов видно, что при авариях с утечкой СУГ на транспорте его количество, участвующего в аварии составит от 5 д о 20 тонн . Радиус зон составляет: безопасного удаления - до 540 м ; сильных разрушений - до 70 м ; полных разрушений - до 50 м . Расстояние от границы жилой зоны до места аварии при перевозке автомобильным транспортом – от 25 до 100 м.

При этом возможное количество погибших может составить от 1 до 10 человек, количество пострадавших - до 50 человека. Ущерб - до 5 млн. рублей.

2.2.5. Анализ возможных последствий аварий на газовом хозяйстве

Меловатского сельского поселения
По территории Меловатского сельского поселения проходят газопроводы высокого, среднего и низкого давления диаметром от 100 до 325 мм с давлением Р от 0,0 3 до 55 кгс/см 2 . Кроме того, на расстоянии 5-ти км южнее окраины с. Новомеловатка проходит трасса магистрального газопровода «Средняя Азия – Центр ІІІ», три нитки диаметром 1,22 м и давлением 55 кгс/см 2 (5,5 МПа), производительностью 40 млн. м 3 в сутки, заглубление – 0,8 м. Разрушения, повреждения газопровода могут быть в результате технических дефектов, а также внешних механических воздействий (строительная деятельность, повреждения транспортом, террористические акты, военные действия).

При аварийном повреждении подземного газопровода образуется локальная зона загазованности непосредственно в месте разгерметизации. При этом не создаются условия для самозажигания струи газа. Возгорание возможно лишь в случае попадания в зону утечки источника инициирования зажигания.

При образовании воронки выброса газа и при наличии источника инициирования возгорания (воспламенения) газа в начальный момент времени возникает факельное горение метана. При отсутствии в начальный момент времени источника зажигания будет формироваться газовоздушное облако. При отсутствии ветра газовоздушное облако всплывает вверх и рассеивается. Однако может возникнуть вероятность взрыва при наличии источника воспламенения. Так как метан легче воздуха и газовоздушное облако обладает плавучестью, то при наличии ветра происходит его дрейф и облако может рассеяться.
В качестве поражающих факторов в разделе ИТМ рассматривается:

Воздушная ударная волна, образующаяся в результате взрывных превращений ГВС;

В качестве показателей последствий взрывных явлений и пожара приняты:

1. Степень поражения людей (смертельное поражение, тяжелые, средние, легкие травмы

порог поражения);

2. Степень разрушения окружающей застройки (полное, 50% разрушение, умеренное разрушение, малые повреждения, повреждение остекления);

3. Воздействие тепловых потоков на здания и сооружения оценивается возможностью воспламенения горючих материалов.

Основными Аварийными ситуациями на газовом хозяйстве Меловатского сельского поселения являются:

А-1 - разрушение (разгерметизация) газопровода (ГРП, ШРП);

А-2 - разрушение (разгерметизации) технологического оборудования котельных.
Оценка количества опасного вещества, участвующего в авариях

на объектах газового хозяйства:
Исходные данные:
Длина максимальных участков газопроводов:

Для газопроводов высокого давления (магистрального и внутрипоселковых сетей) – 0,5 км;

Для газопроводов среднего и низкого давления – 0,1 км;
Диаметры газопроводов (внутренние):

Газопроводов высокого давления – 1200 и 325 мм;

Газопроводов среднего и низкого давления (внутриквартальных и внутрипоселковых сетей) – 100 мм (максимальный);
Рабочее максимальное давление в трубопроводе:

Магистрального газопровода – 5,5 МПа;

Газопроводов высокого давления – 0,6 МПа;

Газопроводов среднего давления (внутриквартальных и внутрипоселковых сетей) – 0,3 МПа;

Газопроводов низкого давления (внутриквартальных и внутрипоселковых сетей) – 0,03 МПа;
Максимальный объём перекачки газа:

Магистрального газопровода высокого давления – q = 40 млн. м 3 / сутки (1,67 млн. м З /час (463 м З /с)) – по трём веткам; по одной q = 13,3 млн. м 3 / сутки (0,56 млн. м З /час (154 м З /с))

Газопроводов высокого давления (внутрипоселковых сетей) – q = 1100 м 3 / сутки (0,31 м З /с));

Газопроводов низкого давления (внутриквартальных и внутрипоселковых сетей) – q = 100 м 3 / сутки (0,031 м З /с).
Результаты расчётов:
Для газопроводов высокого давления:
диаметром 1,22 м:

V 1m = q*T = 154*120 = 18520 м З.

V 2m = 0,01π*5500*0,6 2 *500 = 31086 м З.

М = (18520 + 31086)*0,68 = 49606*0,68 = 33732 кг 3373,2 кг ).
диаметром 0,325 м:

V 2m = 0,01π*600*0,16 2 *100 = 48,2 м З.

Масса газа, поступившего в окружающую среду, таким образом, составляет:

М = (37,2 + 48,2)*0,68 = 85,4*0,68 = 58 кг . Однако, при взрывах ТВС на открытом пространстве в создании поражающих факторов ЧС участвует 10% (5,8 кг ).
Для газопроводов среднего давления:

диаметром 0,1 м:

V 1m = q*T = 0,31*120 = 37,2 м З.

V 2m = 0,01π*300*0,05 2 *100 = 2,36 м З.

Масса газа, поступившего в окружающую среду, таким образом, составляет:

М = (37,2 + 2,36)*0,68 = 39,56*0,68 = 26,9 кг . Однако, при взрывах ТВС на открытом пространстве в создании поражающих факторов ЧС участвует 10% (2,7 кг ).
Для газопроводов низкого давления:

диаметром 0,1 м:

V 1m = q*T = 0,031*120 = 3,72 м З.

V 2m = 0,01π*30*0,05 2 *100 = 0,28 м З.

Масса газа, поступившего в окружающую среду, таким образом, составляет:

М = (3,72 + 0,28)*0,68 = 4*0,68 = 2,7 кг . Однако, при взрывах ТВС на открытом пространстве в создании поражающих факторов ЧС участвует 10% (0,27 кг ).

Указанным количеством при расчёте зон поражения можно пренебречь. Зоны поражения не выйдут за охранно-защитную зону (2 м влево и вправо от оси газопровода).
при разрушении (разгерметизации) технологического оборудования котельной

Максимальная масса природного газа, участвующего в аварии при разрушении технологического оборудования котельной, в первую очередь зависит от объёма помещений котельных (таблица 19). Всего на территории поселения 2 котельных.
Таблица 19 - Характеристика котельных:

Для того, чтобы произошёл взрыв ТВС, необходимо, чтобы из-за неисправности оборудования утечка газа составила от 5 до 15 %. Следовательно, объём утечки должен составлять:

При 5%: 120 м 3 х 0,05 = 6 м 3 (при плотности газа 0,68 кг· м 3 – 4 кг)

При 15%: 120 м 3 х 0,15 = 18 м 3 (при плотности газа 0,68 кг· м 3 – 12 кг)

Максимальная масса газа, поступившего в помещение котельной, может составить 12 кг.
Количество опасного вещества, участвующего в реализации опасных сценариев ЧС приведено в таблице № 20:
Таблица № 20: - Количество опасного вещества участвующего в авариях:

№ п/п	Название аварийной ситуации.	Объём природного газа (м 3)	Количество опасного вещества (кг)
Аварии на объектах газового хозяйства (А-1):
1.	Разрушение (разгерметизация) магистрального газопровода в/д диаметром 1,22 м	33732	33732 кг (33,732 т.)
2.	Разрушение (разгерметизация) газопровода в/д диаметром 0,325 м	85,4	58 кг (0,058 т.)
3.	Разрушение (разгерметизация) газопровода с/д диаметром 0,1 м	40	27 кг (0,027 т.)
4.	Разрушение (разгерметизация) газопровода н/д диаметром 0,1 м	4	2,7 кг (0,0027 т.)
Аварии на объектах котельного хозяйства (А-2):
7	Разрушение (разгерметизация) технологического оборудования котельной.	Природный газ	12

Расчет вероятных зон действия поражающих факторов

при разрушении (разгерметизации) газопроводов (А-1)
Аварии при разгерметизации газопроводов сопровождаются следующими процессами и событиями: истечением газа до срабатывания отсекающей арматуры (импульсом на закрытие арматуры является снижение давления продукта); закрытие отсекающей арматуры; истечение газа из участка трубопровода, отсеченного арматурой.

В местах повреждения происходит истечение газа под высоким давлением в окружающую среду. На месте разрушения в грунте образуется воронка. Метан поднимается в атмосферу (он легче воздуха), а другие газы или их смеси оседают в приземном слое. Смешиваясь с воздухом газы образуют облако взрывоопасной смеси. Статистика показывает, что примерно 80 % аварий сопровождается пожаром. Искры возникают в результате взаимодействия частиц газа с металлом и твердыми частицами грунта. Обычное горение может трансформироваться во взрыв за счет самоускорения пламени при его распространении по рельефу и в лесу.

При оперативном прогнозировании принимают, что процесс горения при этом развивается в детонационном режиме. Раскрытая схема к определению давлений при аварии на газопроводе приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Расчетная схема к определению давлений при аварии на газопроводе

Р – давление в зоне детонации; Р ф - давление во фронте воздушной ударной волны; r 0 - радиус зоны детонации; R - расстояние от расчетного центра взрыва; 1 - зона детонации; 2 - зона воздушной ударной волны (R>r 0)

Дальность распространения облака (см. рис1) взрывоопасной смеси в направлении ветра определяется по эмпирической формуле

L = 25
, м, (3.49)
где М - массовый секундный расход газа, кг/с;

25 - коэффициент пропорциональности, имеющий размерность м 3/2 /кг 1/2 ;

W – скорость ветра, м/с.

Тогда граница зоны детонации, ограниченная радиусом r 0 , в результате истечения газа за счет нарушения герметичности газопровода, может быть определена по формуле

r 0 = 12,5, м. (3.50)

Массовый секундный расход газа М из газопровода для критического режима истечения, когда основные его параметры (расход и скорость истечения) зависят только от параметров разгерметизированного трубопровода, может быть определен по формуле

М =
, кг/с, (3.51)

где - коэффициент, учитывающий расход газа от состояния потока (для звуковой скорости истечения =0,7); F - площадь отверстия истечения, принимаемая равной площади сечения трубопровода, м 2 ; - коэффициент расхода, учитывает форму отверстия ( = 0,7- 0,9), в расчетах принимается  = 0,8; Р г - давление газа в газопроводе, Па; V г - удельный объем транспортируемого газа при параметрах в газопроводе (определяется по формуле 3.52).

V г = R 0
, м 3 / кг, (3.52)
где Т - температура транспортируемого газа, К;

R 0 - удельная газовая постоянная, определяемая по данным долевого состава газа q к и молярным массам компонентов смеси из соотношения

R 0 = 8314
, Дж / (кгК), (3.53)

где 8314 - универсальная газовая постоянная, Дж / (кмольК);

m к - молярная масса компонентов, кг/кмоль;

n - число компонентов.
В зоне действия детонационной волны давление принимается равным 1,7 МПа. Давление во фронте ВУВ на различном расстоянии от газопровода определяется также с использованием данных таблицы 21.
Таблица 21 - Давление во фронте ударной волны в зависимости от расстояния до шнура взрыва .

r/r 0	0 - 1	1,01	1,04	1,08	1,2	1,4	1,8	2,7
Р ф,кПа	1700	1232	814	568	400	300	200	100
r/r 0	3	4	5	6	8	12	20	-
Р ф,кПа	80	50	40	30	20	10	5	-

При прогнозировании последствий случившейся аварии на газопроводе зону детонации и зону действия ВУВ принимают с учетом направления ветра. При этом считают, что граница зоны детонации распространяется от трубопровода по направлению ветра на расстояние 2r 0 . В случае заблаговременного прогнозирования, зона детонации определяется в виде полос вдоль всего трубопровода шириной 2r 0 , расположенных с каждой из его сторон. Это связано с тем, что облако взрывоопасной смеси может распространяться в любую сторону от трубопровода, в зависимости от направления ветра. За пределами зоны детонации по обе стороны от трубопровода находятся зоны действия ВУВ. На плане местности эти зоны также имеют вид полосовых участков вдоль трубопровода.
При разработке разделов проекта ИТМ ГОЧС на планах местности вдоль магистральных нефте- и газопроводов наносятся зоны возможных сильных разрушений, границы которых определяются величиной избыточного давления 50 кПа.
При проведении оперативных расчетов следует учитывать, что в зависимости от класса магистрального трубопровода, рабочее давление газа Р г может составлять: для газопроводов высокого давления - 0,6 – 7.5 МПа; среднего давления - от 0,3 до 0,6 МПа; низкого давления - до 0,3 МПа. Диаметр газопровода может быть от 100 до 1200 мм. Температура транспортируемого газа может быть принята в расчетах t 0 = 40 0 С. Состав обычного газа, при отсутствии данных, может быть принят в соотношении: метан (СН 4) - 90 %; этан (С 2 Н 6) - 4 %; пропан (С 3 Н 8) - 2 %; Н-бутан (С 4 Н 10) - 2 %; изопентан - (С 5 Н 12) - 2 %.

Расчет

радиусов зоны детонации r 0 при взрыве участков газопроводов
Исходные данные :
d = 1,2 м; Р г = 5,5 МПа; t = 40 0 С; W = 1 м/с; =0,8.
Расчет:

1. R 0 =8314,4
=8314,4(
) = 486 КДж/(кг*К).

2. V г = R 0
= 254 м 3 /кг.

3. М = = 147,15 кг/с.

4. r 0 = 12,5 = 152 м.

Отсюда зона детонации будет равна: 2r 0 = 304 м (с каждой стороны трассы газопровода).
Используя таблицу 21 получаем радиус зоны возможных сильных разрушений, границы которой определяются величиной избыточного давления 50 кПа:
r = 4r 0 =608 м
Аналогичные расчёты выполнены и для других участков газопроводов. Полученные данные сведены в таблицу 22:

Таблица 22 - Радиусы зон поражения при воздействии избыточного давления
Степень поражения	Избыточное давление, (∆Р кПа)	Радиус зоны, м для газопроводов
		м/г 1,42 м	в/д 0,325 м	с/д 0,1 м	н/д 0,1 м
Радиус зоны детонации r 0	1700	152	9,5	5	2,7
Разрушение зданий:
Полное разрушение зданий	100	410	25,7	13,5	7,3
50 %-ное разрушение зданий	53	608	38	20	11
Средние повреждения зданий	28	912	57	30	16,2
Умеренные повреждения зданий	12	1520	95	50	27
Малые повреждения (разбита часть остекления	3	3500	285	150	75
Поражения людей:
Крайне тяжелые	100	410	25,7	13,5	7,3
Тяжелые травмы	60	550	28,5	15	9
Средние травмы	40	760	47,5	25	13,5
Легкие травмы	20	1216	76	40	22
Пороговые поражения	5	3040	190	100	54

Расчет вероятных зон действия поражающих факторов при разрушении (разгерметизации) технологического оборудования котельных (А-2)
В результате разрушения газопроводов и технологического оборудования с горючими веществами возможен их выброс внутрь здания или на открытую площадку с образованием газопаровоздушной смеси (ГПВС). Серьезную опасность для персонала, и технологического оборудования представляет взрыв образовавшейся ГПВС.

Процесс горения со стремительным высвобождением энергии и образованием при этом избыточного давления (более 5 кПа) называется взрывным горением.
Различают два принципиально разных режима взрывного горения: дефлаграционный и детонационный.
При дефлаграционном горении распространение пламени происходит в слабо возмущенной среде со скоростями значительно ниже скорости звука, давление при этом возрастает незначительно.

При детонационном горении (детонации) распространение пламени происходит со скоростью, близкой к скорости звука или превышающей ее.

Инициирование (зажигание) газовоздушной смеси с образованием очага горения возможно при наличии источника зажигания.

К основным факторам, влияющим на параметры взрыва, относят: массу и тип взрывоопасного вещества, его параметры и условия хранения или использования в технологическом процессе, место возникновения взрыва, объемно-планировочные решения сооружений в месте взрыва.
Взрывы на котельной можно разделить на две группы - в открытом пространстве и производственном помещении.

Аварии со взрывом могут произойти на пожаровзрывоопасных объектах. К пожаровзрывоопасным объектам относятся объекты, на территории или в помещениях которых находятся (обращаются) горючие газы, легковоспламеняющиеся жидкости и горючие пыли в таком количестве, что могут образовывать взрывоопасные горючие смеси, при горении которых избыточное давление в помещении может превысить 5 кПа. В этом случае газо-, паро-, пылевоздушная смесь займет частично или полностью весь объем помещения.
Котельная:
Сценарий С-1 : (Разгерметизация технологического оборудования, утечка газа, воспламенение на месте выброса, ликвидация горения).

Масса природного газа, который может поступить в котельную – 12 кг.

Природный газ не токсичен. Однако из-за того, что газ не пригоден для дыхания, то он может представлять опасность для персонала внутри помещения котельной. Необходимо соблюдать правила пожарной безопасности, не пользоваться открытым огнём и использовать средства индивидуальной защиты (изолирующий противогаз). При этом от удушья может погибнуть 1 человек из числа персонала котельной.

Сценарий С-2 (Разгерметизация технологического оборудования, утечка газа, воспламенение на месте выброса, горение).

Исходные данные:

Частота реализации сценария год -1: 4*10 -5

Наименование вещества: природный газ

Масса вещества, кг: 12

Рассматриваемые сценарии:

Пожар утечки.
Результаты расчета:
(поражающие факторы пожара не выйдут за пределы котельной)
Сценарий С-3 (Разгерметизация оборудования, утечка газа, воспламенения на месте выброса нет, образование облака ТВС, источник зажигания, взрыв ТВС с ударной волной).

При расчете параметров волны давления при сгорании газо-, паровоздушного облака использовался программный комплекс «ТОКСИ+Risk. Оценки риска и расчета последствий аварий на производственных объектах» (в соответствии с Приложением 3 к пункту 18 Методики определения расчетных величин пожарного риска на производственных объектах (Приложение к МЧС РФ от 10 июля 2009 г. № 404)).

Основными структурными элементами алгоритма расчетов являются:

• определение ожидаемого режима сгорания облака;
• расчет максимального избыточного давления и импульса фазы сжатия воздушных волн давления для различных режимов;
• определение дополнительных характеристик взрывной нагрузки;
• оценка поражающего воздействия.

Ожидаемый режим сгорания облака зависит от типа горючего вещества и степени загроможденности окружающего пространства.

Для расчета были приняты следующие условия:

• облако ТВС расположено на поверхности земли;
• класс горючих веществ по степени чувствительности для нефти — 3 – средне чувствительные вещества (по нефти), для газа — 2 – чувствительные вещества (по пропану) для склада пропановых баллонов, 4 – слабо чувствительные вещества (по метану) для газопровода;
• класс окружающего пространства по степени загроможденности III – средне загроможденное пространство: отдельно стоящие технологические установки, резервуарный парк.

В случае образования паровоздушной смеси в незагроможденном технологическим оборудованием пространстве и его зажигании относительно слабым источником (например, искрой) сгорание этой смеси происходит, как правило, с небольшими видимыми скоростями пламени. При этом амплитуды волны давления малы и могут не приниматься во внимание при оценке поражающего воздействия. В этом случае реализуется так называемый пожар-вспышка, при котором зона поражения высокотемпературными продуктами сгорания паровоздушной смеси практически совпадает с максимальным размером облака продуктов сгорания (т.е. поражаются в основном объекты, попадающие в это облако).

Радиус воздействия высокотемпературных продуктов сгорания паровоздушного облака при пожаре-вспышке производится с использованием программного комплекса «ТОКСИ+Risk. Оценки риска и расчета последствий аварий на производственных объектах» (в соответствии с формулой П3.67 Приложения 3 к пункту 18 Методики определения расчетных величин пожарного риска на производственных объектах (Приложение к МЧС РФ от 10 июля 2009 г. № 404)).

Результаты расчета параметров волны давления при сгорании ТВС в открытом пространстве приведены в таблице 14.

Результаты расчета зон действия поражающих факторов при взрыве облака ТВС в открытом пространстве

№ оборудования по схеме	№ сценария	Расстояние (r, м) от геометрического центра топливовоздушного облака до границы зоны с заданным избыточным давлением, кПа						Радиус воздействия высокотемпературных продуктов сгорания при «пожаре-вспышке», м
		100	53	28	12	5	3
Площадка фильтров-грязеуловителей ФГ-1…2	С3	—	—	6	16	41	71	—
Резервуар товарной нефти РВС-4500 Р1…Р3	С3 (первичное облако)	—	—	37	110	273	476	—
	С3 (вторичное облако)	—	—	22	64	160	278	—
Площадка регулирования давления	С3	—	—	6	16	41	71	—
Площадка путевого подогревателя	С3	—	—	6	16	41	71	—
Склад пропановых баллонов	С5	—	8	12	21	46	96	—
Резервуар аварийного топлива для котельной	С3	—	—	6	16	41	71	—
Площадка для АЦ для сбора нефти (поз. 12.1…12.3)	С3	—	—	6	16	41	71	—
Газопровод высокого давления Д 89х6 мм	С5	Максимальное избыточное давление взрыва 2,0 кПа						17

В таблице 15 приведены значения критического давления для людей, находящихся в зданиях (согласно Руководству по оценке пожарного риска для промышленных предприятий).

Значения критического давления для людей, находящихся в зданиях

Вид воздействия	Давление воздействия, кПа
Люди, находящиеся в неукрепленных зданиях, погибнут в результате прямого поражения УВ, под развалинами зданий или вследствие удара о твердые предметы	190
Наиболее вероятно, что все люди, находящиеся в неукрепленных зданиях, либо погибнут, либо получат серьезные повреждения в результате действия взрывной волны, либо при обрушении здания или перемещении тела взрывной волной	69 ¸ 76
Люди, находящиеся в неукрепленных зданиях, либо погибнут или получат серьезные повреждения барабанных перепонок и легких под действием взрывной волны, либо будут поражены осколками и развалинами здания	55
Обслуживающий персонал получит серьезные повреждения с возможным летальным исходом в результате поражения осколками, развалинами здания, горящими предметами и т.п. Имеется 10 %-я вероятность разрыва барабанных перепонок	24
Возможна временная потеря слуха или травмы в результате вторичных эффектов взрывной волны, таких, как обрушение зданий, и третичного эффекта переноса тела. Летальный исход или серьезные повреждения от прямого воздействия взрывной волны маловероятны	16
С высокой надежностью гарантируется отсутствие летального исхода или серьезных повреждений. Возможны травмы, связанные с разрушением стекол и повреждением стен здания	5,9 ¸ 8,3

В таблицах 16 и 17 приведены значения критического давления для разрушения ударной волной тех или иных элементов зданий и для повреждений некоторых промышленных конструкций (согласно Руководству по оценке пожарного риска для промышленных предприятий).

Значения критического давления для разрушения ударной волной тех или иных элементов зданий

Характер повреждений элементов зданий	DР, кПа
Разрушение остекления	2 ¸ 7
Разрушение перегородок и кровли:
деревянных каркасных зданий	12
кирпичных зданий	15
железобетонных каркасных зданий	17
Разрушение перекрытий:
деревянных каркасных зданий	17
промышленных кирпичных зданий	28
промышленных зданий со стальным и железобетонным каркасом	30
зданий с массивными стенами	42
Разрушение стен:
шлакоблочных зданий	22
деревянных каркасных зданий	28
кирпичных зданий со стенами в 1,5 кирпича	40
зданий с массивными стенами	100
Разрушение фундаментов	215 ¸ 400

Значения критического давления для повреждений некоторых промышленных конструкций

Характер повреждений промышленных конструкций	DР, кПа
Незначительное повреждение стальных конструкций каркасов, ферм	8 ¸ 10
Разрушение стальных каркасов, ферм и перемещение оснований	20
Разрушение промышленных стальных несущих конструкций	20 ¸ 30
Разрушение опорных структур резервуаров	100
Перемещение цилиндрических резервуаров, повреждение трубопроводов	50 ¸ 100
Повреждение ректификационных колонн	35 ¸ 80
Незначительные деформации трубопроводных эстакад	20 ¸ 30
Перемещение трубопроводных эстакад, повреждение трубопроводов	35 ¸ 40
Разрушение трубопроводных эстакад	40 ¸ 55

В таблице 18 приведено предельно допустимое избыточное давление при сгорании газо-, паровоздушных смесей в помещениях или в открытом пространстве (согласно Приложения 4 к пункту 20 Методики определения расчетных величин пожарного риска на производственных объектах).

Предельно допустимое избыточное давление при сгорании газо-, паро- или пылевоздушных смесей в помещениях или в открытом пространстве

В таблице 19 приведены значения показателя избыточного давления, вызывающего различные виды разрушений зданий, согласно .

Значения показателя избыточного давления, вызывающего различные виды разрушений

Тип зданий, сооружений	Степень разрушения при избыточном давлении на фронте падающей ударной волны, кПа
	Слабое	Среднее	Сильное	Полное
Промышленные здания с легким каркасом и бескаркасной конструкцией	10-25	25-35	35-45	>45
Складские кирпичные здания	10-20	20-30	30-40	>40
Одноэтажные складские помещения с металлическим каркасом и стеновым заполнением из листового металла	5-7	7-10	10-15	>15
Бетонные и железобетонные здания и антисейсмические конструкции	25-35	80-120	150-200	>200
Здания железобетонные монолитные повышенной этажности	25-45	45-105	105-170	170-215
Котельные, регуляторные станции в кирпичных зданиях	10-15	15-25	25-35	35-45
Деревянные дома	6-8	8-12	12-20	>20
Подземные сети, трубопроводы	400-600	600-1000	1000-1500	>1500
Трубопроводы наземные	20	50	130	—
Кабельные подземные линии	до 800	—	—	>1500
Цистерны для перевозки нефтепродуктов	30-50	50-70	70-80	>80
Резервуары и емкости стальные наземные	35-55	55-80	80-90	>90
Подземные резервуары	40-75	75-150	150-200	>200

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

Средние разрушения — разрушение меньшей части несущих конструкций. Большая часть несущих конструкций сохраняется и лишь частично деформируется. Может сохраняться часть ограждающих конструкций (стен), однако при этом второстепенные и несущие конструкции могут быть.

Средние разрушения — разрушение меньшей части несущих конструкций. Большая часть несущих конструкций сохраняется и лишь частично деформируется. Может сохраняться часть ограждающих конструкций (стен), однако при этом второстепенные и несущие конструкции могут быть частично разрушены. Здание выводится из строя, но может быть восстановлено.

Сильные разрушения — разрушение большей части несущих конструкций. При этом могут сохраняться наиболее прочные элементы здания, каркасы, ядра жесткости, частично стены и перекрытия нижних этажей. При сильном разрушении образуется завал. В большинстве случаев восстановление нецелесообразно.

Полные разрушения — 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.

В таблице 20 приведены воздействия ударной волны на человека согласно «Чрезвычайные ситуации техногенного характера. Прогнозирование и оценка: детерминированные методы количественной оценки опасностей техносферы» .

Воздействие ударной волны на человека

Рф, кПа	Степень поражения	Характер поражения
Свыше 100	Крайне	Безусловное смертельное поражение. Получаемые травмы очень часто приводят к смертельному исходу
60-100	Тяжелая	Сильная контузия всего организма, повреждение внутренних органов и мозга, тяжелые переломы конечностей. Возможен смертельный исход.
40-60	Средняя	Серьёзные контузии, повреждение органов слуха, кровотечение из носа и ушей, сильные вывихи и переломы конечностей.
20-40	Легкая	Легкая общая контузия организма, временное повреждение слуха, ушибы и вывихи конечностей