Имя материала: Экологическая безопасность. Защита территории и населения при чрезвычайных ситуациях

Автор: Грин Александр Степанович

Глава 3. аварии и катастрофы на пожаро- и взрывоопасных объектах экономики

К пожаро- и взрывоопасным ОЭ относится большинство элементов хозяйственного комплекса страны. Источниками пожаров и взрывов являются: емкости с легковоспламеняющимися, горючими или ядовитыми веществами; склады взрывоопасных и сильно дымящих составов; взрывоопасные технологические установки, коммуникации, разрушение которых приводит к пожарам, взрывам и загазованности территории; железные дороги и др. [2,22,26, 46,48].

При этом прогнозируются последствия:

утечек газов и распространения токсичных дымов;

пожаров и взрывов в колодцах, цистернах и других емкостях;

нарушений технологических процессов, особенно связанных с вредными веществами или опасными методами обработки;

воздействия шаровых молний, статического электричества;

взрывов паров ЛВГЖ;

нагрева и испарения жидкостей из емкостей и поддонов;

рассеивания продуктов горения во внутренних помещениях;

токсического воздействия продуктов горения и других реакций;

тепловой радиации при пожарах;

распространения в строениях пламени и огневого потока в зависимости от расположения стен и внутренней планировки.

 

При оценке планировки территории ОЭ определяется влияние плотности и типа застройки на возможность возникновения и распространения пожаров и на образование завалов.

Особое внимание обращается на участки, где могут возникнуть вторичные поражающие факторы: прежде всего, учитывается возможность образования УВВ при взрыве сосудов, работающих под давлением. При этом рассматривается суммарный эффект от воздействия динамического напора и статического избыточного давления.

Большинство пожаров связано с горением твердых материалов, хотя начальная стадия пожара обычно связана с горением жидких и газообразных горючих веществ, которых в современном производстве предостаточно. Образование пламени связано с газообразным состоянием вещества. Даже при горении твердых или жидких веществ происходит их переход в газообразное состояние. Этот процесс перехода для жидких веществ заключается в простом кипении с испарением у поверхности, а для твердых - с образованием продуктов достаточно низкой молекулярной массы, способных улетучиваться с поверхности твердого материала и попадать в область пламени (явление пиролиза).

Из-за воздействия так называемого «светового импульса» происходит загорание или устойчивое горение конкретных материалов. Возможная пожарная обстановка оценивается комплексно с учетом воздействия ударной волны и величины «светового импульса», огнестойкости сооружений, категории их пожаро- и взрывоопасности.

В соответствии с требованиями строительных норм и правил (СНиП 2.09.01-85) все строительные материалы и конструкции делятся по возгораемости на группы:

несгораемые, которые под действием огня или высокой температуры не воспламеняются, не тлеют и не обугливаются (камень, железобетон, металл);

трудно сгораемые материалы, которые под действием огня и высокой температуры с трудом воспламеняются; тлеют или обугливаются только при наличии источника огня, а при его отсутствии горение или тление прекращается (глиносоломенные смеси, асфальтобетон);

сгораемые материалы, которые под воздействием огня или высокой температуры воспламеняются или тлеют (древесина, картон).

 

Под огнестойкостью понимают сопротивляемость строения огню, что характеризуется группой горючести и пределом огнестойкости (СНиП 2.01.02-85). Самыми опасными являются сооружения, выполненные из сгораемых материалов. Но даже если сооружение выполнено из несгораемых материалов, оно выдерживает воздействие огня определенное время. Предел огнестойкости конструкции определяется временем (в часах), в течение которого не появляются сквозные трещины, сама конструкция не теряет несущей способности, не обрушивается и не нагревается до температуры выше 200°С на противоположной от огня стороне.

 

По степени огнестойкости сооружения бывают:

I и II степени огнестойкости - основные конструкции таких сооружений выполнены из несгораемых материалов;

III степени огнестойкости - строения с каменными стенами и деревянными оштукатуренными перекрытиями;

IV степени огнестойкости - деревянные оштукатуренные дома;

V степени огнестойкости - деревянные строения.

 

Согласно принятым нормам все объекты - в соответствии с характером технологического процесса по пожаро- и взрывоопасности - делят на категории (ГОСТ 12.1.004-91, ОНТП 24-96):

категория А (взрыво- и пожароопасные) - горючие газы, ЛВГЖ с температурой вспышки ниже 28°С в количестве, достаточном для образования ТВС и УВВ с избыточным давлением более 5 кПа;

категория Б (взрыво- и пожароопасные) - горючие пыли, волокна, ЛВГЖ с температурой вспышки выше 28°С в количестве, достаточном для образования взрывоопасных ГВС и УВВ с избыточным давлением более 5 кПа;

категории В1...В4 (пожароопасные) - горючие и трудногорючие материалы, способные при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или другими веществами только гореть [46];

категория Г - негорючие материалы в горячем состоянии, при обработке которых выделяется световая энергия, искры или пламя;

категория Д - предприятия по холодной обработке и хранению металла и других несгораемых материалов.

 

Горение - химическая реакция окисления с выделением большого количества тепла и света. Для горения необходимо наличие горючего вещества, окислителя (кислород, хлор, фтор, окислы азота, бром) и источника загорания (импульса).

Горение может быть гомогенным (исходные вещества имеют одинаковое агрегатное состояние: горение газов) или гетерогенным (исходные вещества имеют разные агрегатные состояния: твердые или жидкие горючие вещества). В зависимости от скорости распространения пламени горение делят на дефлаграционное (несколько метров в секунду), взрывное (десятки метров в секунду) или детонационное (тысячи метров в секунду). Пожары характеризуются дефлаграционным горением.

Различают три вида самоускорения химической реакции горения: тепловой, цепной и комбинированный. Реальные процессы горения идут по комбинированному механизму самоускорения (цепочно-тепловому).

 

Процесс возникновения горения имеет несколько этапов:

вспышка - быстрое сгорание горючей смеси без образования сжатых газов;

возгорание - возникновение горения под действием источника загорания;

воспламенение - возгорание с появлением пламени;

самовозгорание - явление резкого увеличения скорости экзотермической реакции, приводящей к возникновению горения при отсутствии источника загорания;

самовоспламенение - самовозгорание с появлением пламени;

взрыв - чрезвычайно быстрое химическое превращение, сопровождающееся выделением энергии и образованием сжатых газов, способных произвести механическую работу.

 

В зависимости от источника загорания (импульса) процессы самовозгорания можно разделить на тепловые, микробиологические и химические.

 

Основные показатели пожаро- и взрывоопасности:

Температура вспышки - самая низкая температура горючего вещества, при которой над его поверхностью образуются пары (газы), способные вспыхнуть от источника загорания. Но скорость их образования еще недостаточна для последующего горения. Температура вспышки паров: сероуглерод -45°С, бензин -ЗГС, нефть -2ГС, ацетон -20°С, дихлорэтан +8°С, скипидар +32°С, спирт +35°С, керосин +45°С, глицерин +17б°С. Жидкости с температурой вспышки ниже +45°С называют легковоспламеняющимися, а выше - горючими.

Температура самовоспламенения - самая низкая температура, при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермической реакции при отсутствии источника загорания, что заканчивается устойчивым горением.

Температура воспламенения. При этой температуре горючее вещество выделяет горючие пары (газы) со скоростью, достаточной (после воспламенения вещества) для устойчивого горения. Температурные пределы воспламенения - это температуры, при которых насыщенные пары вещества образуют в данной окислительной среде концентрации, равные соответственно нижнему или верхнему пределу воспламенения.

 

Температуры вспышки, самовоспламенения и воспламенения горючих веществ определяются экспериментально или расчетом (ГОСТ 12.1.044-89); нижний и верхний концентрационный предел - экспериментально или руководствуясь «Расчетом основных показателей пожаро- и взрывоопасности веществ и материалов».

Пожаро- и взрывоопасность ОЭ определяется параметрами пожароопасности и количеством используемых в технологических процессах материалов, конструктивными особенностями и режимами работы оборудования, наличием источников зажигания и условий для быстрого распространения огня. Распространение пожаров и превращение их в сплошные пожары зависит от плотности застройки, разрушений и других факторов.

Пожароопасность веществ характеризуется линейной (см/с) или массовой (г/с) скоростями горения, а также предельным содержанием кислорода. При горении твердых веществ скорость поступления летучих компонентов непосредственно связана с интенсивностью теплообмена в зоне контакта пламени и твердой поверхности. Массовая скорость выгорания (г/м2*с) зависит от теплового потока с поверхности, физико-химических свойств твердого горючего и выражается формулой:

где V - массовая скорость выгорания материала, г/м2*с; Q - тепловой поток от зоны горения к твердому горючему, кВт/м2; Q- теплопотери твердого горючего в окружающую среду, кВт/м2; q - количество тепла для образования летучих веществ, кДж/г.

Тепловой поток, поступающий из зоны горения к твердому горючему, зависит от энергии, выделенной в процессе горения, и условий теплообмена на границе горения и в зоне контакта твердого горючего и окружающей среды.

 

Пожарная обстановка и динамика ее развития зависят от:

импульса воспламенения;

пожарной опасности ОЭ;

огнестойкости конструкции и ее элементов;

плотности застройки в районе пожара;

метеоусловий, особенно силы и направления ветра.

 

На ОЭ многие технологические процессы протекают при температурах, значительно превышающих температуру окружающей среды. Нагретые поверхности излучают потоки лучистой энергии, способные вызвать отрицательные последствия. Продолжительность теплового облучения человека без ощутимых последствий зависит от величины тепловыделения (Дж/с) его организма. Чтобы физиологические процессы у человека протекали нормально, выделяемая в нем теплота должна полностью отводиться в окружающую среду. Избыток внешнего теплового излучения может привести к перегреву организма, потере сознания, ожогу или смерти. Температура кожи отражает реакцию организма на воздействие термического фактора. Если теплоотдача недостаточна, то происходит рост температуры внутренних органов (характеризуется понятием «жарко»). Тепловая энергия, превращаясь на горячей поверхности (очага пожара) в лучистую, передается - как свет - другому телу, имеющему более низкую температуру. Здесь лучистая энергия поглощается и вновь превращается в тепловую.

Предельная температура вдыхаемого воздуха, при которой человек еще способен дышать несколько минут без специальных средств защиты, 11б°С. Переносимость человеком высокой температуры зависит от влажности и скорости движения воздуха: чем больше влажность, тем меньше пота испаряется в единицу времени, то есть быстрее наступает перегрев тела. При температуре окружающего воздуха выше 30°С пот не испаряется, а стекает каплями, что резко уменьшает теплоотдачу.

 

Воздействие повышенной температуры на древесину:

110°С - удаляется влага (происходит сушка древесины);

150°C - начинается выделение летучих продуктов термического разложения, изменяется ее цвет (она темнеет);

200°C - то же, что и при 150°C, но древесина приобретает коричневую окраску;

300°C - значительное выделение газообразных продуктов, способных к самовоспламенению, древесина начинает тлеть;

400°C - то же, что и при 300°C, однако происходит самовоспламенение древесины.

 

При самостоятельном горении в условиях пожара линейная скорость выгорания древесины для тонких предметов (до 20 мм) около 1 мм/мин, для более толстых - 0,63 мм/мин.

Тяжелый бетон при температуре порядка 300°C принимает розовый оттенок, при 600°С - красноватый с появлением микротрещин, а при температуре 1000°С цвет переходит в бледно-серый, происходит выгорание частиц. Из-за различия в коэффициентах расширения его компонентов ширина трещин в бетоне достигает 1 мм. Взрывоопасное разрушение бетона при пожаре наблюдается в предварительно напряженных и тонкостенных элементах, особенно с повышенным влагосодержанием, при температуре 700...900°С.

Стальные конструкции при температуре 650°С теряют несущую способность, деформируются, изменяют физические и химические свойства, а при температуре 1400...1500°С - плавятся.

Если температура нагретой поверхности ниже 500°С, то преобладает тепловое (инфракрасное) излучение, а при температуре выше 500°С присутствует излучение инфракрасного видимого и ультрафиолетового света. Инфракрасные лучи оказывают на человека в основном тепловое воздействие, что приводит к уменьшению кислородной насыщенности крови, понижению венозного давления, нарушению деятельности сердечно-сосудистой и нервной систем. Общее количество теплоты, поглощенное телом, зависит от площади и свойств облучаемой поверхности, температуры источника излучения, расстояния до него.

Для характеристики теплового излучения используется понятие «интенсивность теплового воздействия». Это мощность лучистого потока, приходящаяся на единицу облучаемой поверхности. Облучение с интенсивностью до 350 Вт/м2 не вызывает неприятного ощущения, до 1050 Вт/м2 - уже через несколько минут ощущается как жжение в месте облучения, и температура кожи в этом районе может повыситься на 10°С. При облучении с интенсивностью до 1400 Вт/м2 увеличивается частота пульса, а до 3500 Вт/м2 - уже возможны ожоги. Болевые ощущения появляются при температуре кожи около 45°С.

Основным параметром, характеризующим поражающее действие светового излучения, является световой импульс «И». Это ;

количество световой энергии, падающей за все время огненного свечения на 1м2 освещаемой поверхности, перпендикулярной к направлению излучения. Световой импульс измеряется в Дж/м2 или ккал/см2. Световое излучение вызывает ожоги открытых участков тела, поражение глаз (временное или полное), пожары.

В зависимости от величины светового импульса различают ожоги разной степени.

Ожоги 1-й степени вызываются световым импульсом, равным 2...4 ккал/см2 (84...168 кДж/м2). При этом наблюдается покраснение кожных покровов. Лечение обычно не требуется.

Ожоги 2-й степени вызываются световым импульсом, равным 5...8 ккал/см2 (210...336 кДж/м2). На коже образуются пузыри, наполненные прозрачной белой жидкостью. Если площадь ожога значительная, то человек может потерять работоспособность и нуждаться в лечении. Выздоровление может наступить даже при площади ожога до 60\% поверхности кожи.

Ожоги 3-й степени наблюдаются при величине светового импульса, равного 9...15 ккал/см2. (368...630 кДж/м2). Тогда происходит омертвление кожи с поражением росткового слоя и образованием язв. Требуется длительное лечение.

Ожоги 4-й степени имеют место при световом импульсе свыше 15 ккал/см2 (630 кДж/м2). Происходит омертвление более глубоких слоев ткани (подкожной клетчатки, мышц, сухожилий, костей).

 

При поражении значительной площади тела наступает смерть. Степень ожогов участков тела зависит от характера одежды: ее цвета, плотности, толщины и плотности прилегания к телу.

В атмосфере лучистая энергия ослабляется из-за поглощения или рассеивания света частицами дыма, пыли, каплями влаги, поэтому учитывается степень прозрачности атмосферы. Падающее на объект световое излучение частично поглощается или отражается. Часть излучения проходит через прозрачные объекты: стекло окон пропускает до 90\% энергии светового излучения, которое способно вызвать пожар внутри помещения из-за преобразования световой энергии в тепловую. Таким образом, в городах и на ОЭ возникают очаги горения. Скорость распространения пожаров в городе зависит от характера застройки и скорости ветра. При скорости ветра около 6 м/с в городе с кирпичными домами пожар распространяется со скоростью порядка 100 м/ч; при сгораемой застройке - до 300 м/ч, а в сельской местности свыше 900 м/ч. При этом надо учитывать наличие горючих материалов вокруг зданий (толь, бумага, солома, торф, камыш, древесина, нефтепродукты), их толщину, содержание влаги.

Пожары являются самым опасным и распространенным бедствием. Они могут вспыхивать в населенных пунктах, лесных массивах, на ОЭ, торфоразработках, в районах газо- и нефтедобычи, на энергетических коммуникациях, на транспорте, но особенно часто они возникают из-за неосторожного обращения людей с огнем.

 

Причины пожаров и взрывов на промышленных ОЭ, \%:

нарушение мер безопасности и технологического режима            33

неисправность электрооборудования                                                                   16

ошибки при ремонте оборудования                                                      13

самовозгорание промасленной ветоши, других веществ                 10

несоблюдение графиков обслуживания, износ, коррозия               8

неисправность запорной арматуры, отсутствие заглушек               6

искры при выполнении сварочных работ                                                             4

прочие (неисправность сетей, обогрев открытым огнем)                                10

 

Первостепенное значение придается умению грамотно реализовать при тушении пожара принципы прекращения горения:

изоляция очага горения от окислителей, снижение их концентрации методом разбавления негорючими газами до значения, при котором не может идти процесс горения;

охлаждение очага горения;

ингибирование (торможение) скорости реакции в пламени;

механический срыв пламени воздействием взрыва, струей газа или воды;

создание условий для огнепреграждения: например, можно заставить пламя распространяться по узким каналам.

 

Основным огнетушащим средством является вода. Это дешево, охлаждает место горения, а образующийся при испарении воды пар разбавляет горящую среду. Вода также механически воздействует на горящее вещество, то есть срывает пламя. Объем образовавшегося пара в 1700 раз больше объема использованной воды. Нецелесообразно тушить водой горючие жидкости, так как это может значительно увеличить площадь пожара, вызвать заражение водоемов. Опасно применять воду при тушении оборудования, находящегося под напряжением, - во избежание поражения электрическим током.

Для тушения пожаров используются установки водяного пожаротушения, пожарные автомобили или водяные стволы. Вода в них подается от водопроводов через пожарные гидранты или краны, при этом должно быть обеспечено постоянное и достаточное давление воды в водопроводной сети. При тушении пожаров внутри зданий используют внутренние пожарные краны, к которым подсоединяют пожарные рукава. Для автоматического водяного пожаротушения применяются спринклерные и дренчерные установки.

Спринклерные установки - это разветвленная, заполненная водой система труб, которая оборудована спринклерными головками, чьи выходные отверстия запаяны легкоплавким составом (рассчитанным на температуру 72, 93, 141 или! 182°С). При пожаре эти отверстия сами распаиваются и орошают охранную зону водой.

Дренчерные установки - это система трубопроводов внутри здания, на которых установлены специальные головки (дренчеры) с диаметром выходных отверстий 8, 10 и 13 мм лопастного или розеточного типа, способные оросить до 12 м2 пола. Дренчерный распылитель с винтовыми щелями дает возможность получить распыленную воду с более мелкой дисперсией, а при высоте расположения 5,2 м он способен оросить до 210 м2 пола.

Для тушения твердых и жидких веществ применяют пены. Их огнегасительные свойства определяются кратностью (отношением объема пены к объему ее жидкой фазы), стойкостью, дисперсностью и вязкостью. В зависимости от условий и способа получения пена может быть:

химической - это концентрированная эмульсия окиси углерода в водном растворе минеральных солей;

воздушно-механической (кратность 5...10), которую получают из 5\%-ных водных растворов пенообразователей.

 

При тушении пожаров газами используют двуокись углерода, азот, аргон, дымовые или отработанные газы, пар. Их огнегасительное действие основано на разбавлении воздуха, то есть на снижении концентрации кислорода. При нулевой температуре и давлении 36 атм. 1 л жидкой углекислоты образует 500 л углекислого газа. При тушении пожаров используют углекислотные огнетушители (ОУ-5, ОУ-8, УП-2м), если в состав молекул горящего вещества входит кислород, щелочные и щелочноземельные металлы. Газ в огнетушителе находится под давлением до 60 атм. Для тушения электроустановок необходимо применять порошковые огнетушители (ОП-1, ОП-10), заряд которых состоит из бикарбоната натрия, талька и стеараторов железа, алюминия.

Тушение паром применяют при ликвидации небольших пожаров на открытых площадках, в закрытых аппаратах и при ограниченном воздухообмене. Концентрация водяного пара в воздухе должна быть порядка 35\% по объему.

Широкое применение в пожаротушении нашли огнегасительные составы-ингибиторы на основе предельных углеводородов, в которых один или несколько атомов замещены атомами галоида. Они эффективно тормозят реакции в пламени, проникая в него в виде капель. Низкая температура замерзания позволяет использовать эти составы при минусовых температурах. Применяют и порошковые составы на основе неорганических солей щелочных металлов.

Взрывчатые вещества - это химические соединения или смеси, способные к быстрому химическому превращению с образованием сильно нагретых газов, которые из-за расширения и огромного давления способны произвести механическую работу.

 

Взрывчатые вещества можно разделить на группы:

инициирующие, которые обладают огромной чувствительностью к внешним воздействиям (удар, накол, нагрев) и используются для подрыва основного заряда ВВ;

бризантные - менее чувствительные к внешним воздействиям. Они имеют повышенную мощность, подрываются в результате детонации;

метательные - это пороха, основной формой химического превращения которых является горение. Могут применяться при подрывных работах.

 

Характеристики взрывчатых веществ:

чувствительность к внешним воздействиям (удар, свет, накол);

теплота превращения при взрыве;

скорость детонации;

бризантность (мощность), которая зависит от скорости детонации;

фугасность (работоспособность).

 

Часто причиной пожаров и взрывов является образование топливо- , паро- или пылевоздушных смесей. Такие взрывы возникают как следствие разрушения емкостей с газом, коммуникаций, агрегатов, трубопроводов или технологических линий. Особенно опасными потенциальными источниками взрывов могут оказаться предприятия высокой пожаро- и взрывоопасности категорий А и Б [46]. При разрушении агрегатов или коммуникаций не исключается истечение газов или сжиженных углеводородных продуктов, что приводит к образованию взрыво- или пожароопасной смеси. Взрыв такой смеси происходит при определенной 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. Одной из причин этого является электризация жидкостей и сыпучих веществ при их транспортировке по трубопроводам, когда напряженность электрического поля может достичь величины 30 кВ/см. Необходимо учитывать, что разность потенциалов между телом человека и металлическими частями оборудования может достигать десятков киловольт.

Сильным взрывам пылевоздушной смеси (ПлВС) обычно предшествуют локальные хлопки внутри оборудования, при которых пыль переходит во взвешенное состояние с образованием взрывоопасной концентрации. Поэтому в закрытых аппаратах необходимо создавать инертную среду, обеспечивать достаточную прочность аппарата и наличие противоаварийной защиты. До 90\% аварий связано с взрывом парогазовых смесей (ПрГС), при этом до 60\% таких взрывов происходит в закрытой аппаратуре и трубопроводах.

Ацетилен в определенных условиях способен к взрывному разложению при отсутствии окислителей. Выделяющейся при этом энергии (8,7 МДж/кг) достаточно для разогрева продуктов реакции до температуры 2800°С. При взрыве скорость распространения пламени достигает нескольких метров в секунду. Но для ацетилена возможен вариант, когда часть газов сгорает, а остальная сжимается и детонирует. В этом случае давление может вырасти в сотни раз. Температура самовоспламенения ацетилена зависит от его давления (табл. 3.1).

 

Таблица 3.1

Температура самовоспламенения ацетилена

 

Давление, кПа

100

200

300...1100

2100

Температура самовоспламенения, "С

635

570...540

530...475

350

 

Наиболее опасны в эксплуатации аппараты и трубопроводы высокого давления ацетилена (0,15-2,5 МПа), так как при случайных перегревах может возникнуть взрыв, переходящий при большой длине трубопровода в детонацию. Максимальная скорость распространения пламени при горении ацетилено-воздушной смеси, содержащей ацетилена 9,4\% (об), равна 1,69 м/с. Смесь ацетилена с хлором и другими окислителями может взрываться под действием источника света. Поэтому к зданиям, где используется ацетилен, запрещается делать пристройки для производства хлора, сжижения и разделения воздуха.

Часто при ручном вскрытии железных барабанов с карбидом кальция происходит искрообразование, что приводит к взрывам. К тому же надо всегда учитывать возможность присутствия в барабане влаги.

При взрыве ТВС образуется очаг поражения с ударной волной и световым излучением («огненный шар»). В очаге взрыва ТВС можно выделить три сферические зоны (рис. 3.1).

 

Рис. 3.1. Зоны в очаге поражения при взрыве ТВС

R1, R2, R3, - радиусы внешних границ соответствующих зон

 

 

Рис. 3.2. Зависимость радиуса внешней границы зоны действия избыточного давления от количества взрывоопасной газовоздушной смеси

 

Зона I - зона детонационной волны. Находится в пределах облака взрыва. Радиус зоны определяется формулой:

где R1 - радиус зоны I, м; Q - масса сжиженного газа, т.

В пределах зоны I избыточное давление можно считать постоянным и равным 1700 кПа.

Зона II - зона действия продуктов взрыва, которая охватывает всю площадь разлета продуктов взрыва ТВС в результате ее детонации. Радиус зоны II в 1,7 раза больше радиуса зоны I, то есть R2= 1,7R1, а избыточное давление по мере удаления уменьшается до 300 кПа.

Зона III - зона действия УВВ. Здесь формируется фронт УВВ. Величина избыточного давления определяется по графику, рис. 3.2.

 

Ударная воздушная волна (УВВ) - наиболее мощный поражающий фактор при взрыве. Она образуется за счет колоссальной энергии, выделяемой в центре взрыва, что приводит к возникновению здесь огромной температуры и давления. Раскаленные продукты взрыва при стремительном расширении производят резкий удар по окружающим слоям воздуха, сжимают их до значительного давления и плотности, нагревая до высокой температуры. Такое сжатие происходит во все стороны от центра взрыва, образуя фронт УВВ. Вблизи центра взрыва скорость распространения УВВ в несколько раз превышает скорость звука. Но по мере движения скорость ее распространения падает. Снижается и давление во фронте. В слое сжатого воздуха, называемого фазой сжатия УВВ (рис. 3.3), наблюдаются наибольшие разрушительные последствия. По мере движения давление во фронте УВВ падает и в какой-то момент достигает атмосферного, но будет продолжать уменьшаться из-за снижения температуры. При этом воздух начнет движение в обратном направлении, то есть к центру взрыва. Эта зона пониженного давления называется зоной разрежения.

 

Параметры УВВ

Избыточное давление (см. рис. 3.2). Определяется разностью между фактическим давлением воздуха в данной точке и атмосферным давлением (Ризб = Рф – Ратм,). Измеряется в кг/см2 или Паскалях (1 кг/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 кг/см2 или Паскалях. Совместное воздействие этих двух параметров УВВ приводят к разрушениям объектов и человеческим жертвам.

Время распространения УВВ (Тр, с).

Продолжительность действия фазы сжатия на объект (Тр, с). Избыточное давление во фронте УВВ (Ризб, кПа) можно определить по формуле

где q - тротиловый эквивалент ВВ, кг; R- расстояние от центра взрыва, м.

Скоростной напор воздуха зависит от скорости и плотности воздуха за фронтом УВВ и равен:

где V - скорость частиц воздуха за фронтом УВВ, м/с; ρ - плотность воздуха за фронтом УВВ, кг/м3.

 

 

Рис. 3.3. Фазы и фронт УВВ

 

Воздействие УВВ на человека может быть косвенным или непосредственным. При косвенном поражении УВВ, разрушая постройки, вовлекает в движение огромное количество твердых частиц, осколков стекла и других предметов массой до 1,5 г при скорости до 35 м/с. Так, при величине избыточного давления порядка 60 кПа плотность таких опасных частиц достигает 4500 шт./м2. Наибольшее количество пострадавших - жертвы косвенного воздействия УВВ.

При непосредственном поражении УВВ наносит людям крайне тяжелые, тяжелые, средние или легкие травмы.

Крайне тяжелые травмы (обычно несовместимые с жизнью) возникают при воздействии избыточного давления величиной свыше 100 кПа.

Тяжелые 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, кровотечение из носа и ушей, вывихи) имеют место при избыточном давлении 60...40 кПа.

Легкие травмы (ушибы, вывихи, временная потеря слуха, общая контузия) наблюдаются при избыточном давлении 40...20 кПа.

 

Эти же параметры УВВ приводят к разрушениям, характер которых зависит от нагрузки, создаваемой УВВ, и реакции предмета на действия этой нагрузки. Поражения объектов, вызванные УВВ, можно характеризовать степенью их разрушений.

Зона полных разрушений. Восстановить разрушенные объекты невозможно. Массовая гибель всего живого. Занимает до 13\% всей площади очага поражения. Здесь полностью разрушены строения, до 50\% противорадиационных укрытий (ПРУ), до 5\% убежищ и подземных коммуникаций. На улицах образуются сплошные завалы. Сплошных пожаров не возникает из-за сильных разрушений, срыва пламени ударной волной, разлета воспламенившихся обломков и засыпки 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, 75\% укрытий сохраняют свои защитные свойства. Есть местные завалы, зоны сплошных пожаров. Зона характеризуется избыточным давлением 0,3...0,5 кг/см2 (30...50 кПа).

Зона средних разрушений наблюдается при избыточном давлении 0,2...0,3 кг/см2 (20...30 кПа) и занимает площадь до 15\% очага поражения. Строения получают средние разрушения, а защитные сооружения и коммунальные сети сохраняются. Могут быть местные завалы, участки сплошных пожаров, массовые санитарные потери среди незащищенного населения.

Зона слабых разрушений характеризуется избыточным давлением 0,1...0,2 кг/см2 (10...20 кПа) и занимает до 62\% площади очага поражения. Строения получают слабые повреждения (разрушения перегородок, дверей, окон), могут быть отдельные завалы, очаги пожаров, а у людей - травмы.

За пределами зоны слабых разрушений возможны нарушения остекления и несущественные разрушения. Население способно оказывать самопомощь. Рельеф местности влияет на распространение УВВ: на склонах холмов, обращенных в сторону взрыва, давление выше, чем на равнинной местности (при крутизне склона 30° давление на нем на 50\% выше), а на обратных склонах - ниже (при крутизне склона 30° - в 1,2 раза ниже). В лесных массивах избыточное давление может оказаться на 15\% выше, чем на открытой местности, но по мере углубления в лес скоростной напор уменьшается. Метеоусловия оказывают влияние только на слабую УВВ, то есть с избыточным давлением менее 10 кПа. Летом наблюдается ослабление УВВ по всем направлениям, а зимой - ее усиление, особенно в направлении ветра. Дождь и туман оказывают влияние на УВВ при избыточном давлении до 300 кПа (при 30 кПа и среднем дожде УВВ ослабляется на 15\%, а при ливне - на 30\%). Снегопад не снижает давления в УВВ.

 

Какие ОЭ относятся к пожаро- и взрывоопасным объектам?

К каким последствиям приводят аварии на пожаро- и взрывоопасных объектах?

Ромб: ?Какова классификация строительных материалов по возгораемости?

Что такое огнестойкость сооружений?

Как можно охарактеризовать процессы горения?

Каково воздействие пожаров на объекты и биологическую ткань?

В чем причины взрывов; особенности взрывов топливо-, газо- и пылевоздушных смесей?

 

Примеры решения задач

 

Задача 3.1. Какие разрушения получит промышленное сооружение с тяжелым металлическим каркасом при наземном ядерном взрыве мощностью 500 кт на расстоянии 3,2 км от центра взрыва?

Решение

По табл. 3.2 в строке «500 кт» для наземного ядерного взрыва (знаменатель) находим радиус «3,2 км» и определяем, что на этом расстоянии от центра взрыва избыточное давление составит 50 кПа.

Согласно табл. 2.11 при избыточном давлении 50 кПа (0,5 кг/см2) указанное сооружение получит сильные разрушения.

 

Таблица 3.2

Радиусы зон поражения, км, в зависимости от мощности ЯБП

 

Мощность

ЯБП, кт

Величина избыточного давления, кПа

500

200

100

50

30

20

10

20

0,24/0,37

0,4/0,57

0,6/0,75

0,97/1,1

1,45

2/1,85

3,8/3,2

100

0,4/0,6

0,7/0,92

1/1,25

1,6/1,9

2,5

3,5/3,2

6,5/6,2

200

0,5/0,8

0,9/1,2

1,3/1,6

2,1/2,3

3,2

4,4/4

8,2/6,5

300

0,58/0,9

1/1,35

1,4/1,9

2,4/2,7

3,6

5/4,6

9,4/7,4

500

0,7/1,1

1,1/1,6