При взрывах газовоздушных смесей

 

При авариях на предприятиях со взрывоопасной и пожароопасной технологией, на складах и хранилищах, где хранятся, и на транспорте, на котором перевозятся взрывоопасные и пожароопасные вещества, вследствие истечения газообразных или сжиженных углеводородных продуктов и перемешивании их с воздухом образуются взрывоопасные и пожароопасные газовоздушные смеси. Смеси горючих газов (метана, пропана, бутана и др.) с воздухом взрывоопасны при любой температуре окружающей среды. Смеси паров легковоспламеняющихся жидкостей с воздухом относятся к взрывоопасным, если температура вспышки их ниже или равна 45°С. Взрыв или возгорание этих газовоздушных смесей происходит при определенном содержании газа в воздухе (от нижнего концентрационного порога воспламенения до верхнего концентрационного порога воспламенения). Взрывоопасны также смеси горючих пылей с воздухом с нижним концентрационным порогом воспламенения (НКПВ) ниже 15 г/м³ и менее взрывоопасны – с НКПВ =15 – 65 г/м³.

При взрыве газовоздушной смеси образуется очаг взрыва с ударной волной, вызывающей разрушения зданий, сооружений и оборудования аналогично тому, как это происходит от ударной волны ядерного взрыва.

В очаге взрыва газовоздушной смеси принято выделять три круговые зоны (рис. 6):

1 – зона детонационной волны;

2 – зона действия про­дуктов взрыва;

3 – зона воздушной ударной волны.

 

3она детонационной волны находится в пределах облака взрыва. Радиус этой зоны r_i, м, приближенно может быть рассчитан по формуле

r ₁ = 17,5 , (15)

где Q – количество сжиженного углеводорода, т.

В пределах зоны 1 действует избыточное давление, которое может приниматься постоянным, ΔP ₁ =1700 кПа.

 

Зона действия продуктов взрыва охватывает всю площадь разлёта продуктов взрыва газовоздушной смеси в результате её детонации. Радиус этой зоны

r ₂ = 1,7 r ₁.

Избыточное давление в пределах этой зоны ΔP ₂ изменяется от 1350 до 300 кПа и может быть определено по формуле

ΔP ₂ = 1300 + 50, (16)

где r – расстояние от центра взрыва до рассматриваемой точки, м.

 

В зоне действия воздушной ударной волны формируется фронт ударной волны, распространяющийся по поверхности земли.

Избыточное давление в этой зоне в за­висимости от расстояния до центра взрыва r ₃ может быть рассчитано. Для этого предварительно определяется относительная величина K:

K = 0,24 , (17)

где r ₃ – радиус зоны 3 или расстояние до точки, в которой требуется определить избыточное давление ударной волны ΔP ₃,кПа; r ₁ – радиус зоны 1.

При K 2: ΔP ₃ = ; (18)

при K > 2 ΔP ₃ = . (19)

Для определения избыточного давления на определенном расстоянии от места взрыва необходимо знать количество взрывоопасного вещества, хранящегося в ёмкости или ушедшего из трубопровода и смешавшегося с воздухом.

 

Пример 5.

 

При аварии на железной дороге вылилось, испарилось и смешалось с воздухом 150 т взрывоопасных углеводородов. Рассчитать ΔP_фmax,ожидаемое от взрыва этой газовоздушной смеси на территории механического цеха, расположенного в 500 м от места аварии.

 

Решение.

 

1. Рассчитают радиус детонационной зоны (зона 1, рис. 6):

r ₁ = 17,5 = 17,5 = 93 м.

 

2. Вычисляют радиус зоны действия продуктов взрыва (зона 2):

r ₂ =17 r ₁= 1,7 ∙ 93 = 150 м,

Следовательно, цех находится в зоне действия воздушной ударной волны (зона 3).

 

3. Находят избыточное давление ΔP ₃ на расстоянии 500 м от цент­ра взрыва по формулы (18) или (19), принимая r ₃ = 500 м.

Для этого определяют относительную величину K.

К = 0,24 = 0,24 ∙ = 1,29.

Так как K < 2, то

ΔP ₃ = = = 29 кПа.

Это значение и есть ΔP_фmax, относительно которого нужно оценить устой­чивость каждого элемента механического цеха (здания, оборудования, энергоснабжения и т. п.) в отдельности и всего цеха в целом по методи­ке, предложенной в разделе 1 (стр. 3) с исполь­зованием прил. 2.

 

ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ОБЪЕКТА

К ВОЗДЕЙСТВИЮ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ

 

Исходными данными для проведения расчетов по оценке устойчивости объекта к воздействию сейсмической (ударной) волны (землетрясения) являются возможное максимальное значение интенсивности землетрясе­ния J_max и характеристика объекта и его элементов J_lim (в баллах по шкале Рихтера).

Оценка степени устойчивости объекта к воздействию сейсмической волны состоит в:

1) выявлении основных элементов объекта (цехов, участков, производств, систем), от которых зависит его функционирование и вы­пуск необходимой продукции;

2) определении предела устойчивости каждого элемента объекта (по нижней границе диапазона интенсивностей землетрясения J_lim,вызывающих средние разрушения) и объекта в делом (по минимальному пределу входящих в него элементов);

3) сопоставлении найденного предела устойчивости J_lim объек­та с ожидаемым максимальным значением интенсивности сейсмической волны J_max;

4) заключении об устойчивости объекта к воздействию землетря­сения.

В выводах и предложениях, сделанных на основе анализа результатов оценки устойчивости каждого элемента объекта, даются рекомендации по целесообразному повышению устойчивости наиболее уязвимых элементов и объекта в целом.

Целесообразным пределом повышения устойчивости принято считать такое значение интенсивности сейсмической волны, при котором восста­новление поврежденного объекта (элемента) возможно в короткие сроки и экономически оправдано (обычно при слабых и средних разрушениях).

 

Пример 6.

 

Ожидаемая интенсивность землетрясения на территории объекта J _макс = 9 баллов по шкале Рихтера. На объекте имеются произ­водственные и административные здания с металлическим каркасом и кра­новым оборудованием грузоподъемностью 25...50 т, складские кирпичные здания и. трубопроводы на металлических и железобетонных эстакадах. Определить характер разрушений элементов объекта при землетрясении, оценить его устойчивость и предложить мероприятия по повышению его устойчивости к сейсмической волне с J_макс = 9 баллов.

 

Решение.

 

По приложению.6 находим, что промышленные и административ­ные здания и трубопроводы получат среднюю степень разрушения, а складские кирпичные здания – сильную.

Далее пример 6 решается аналогично примеру 1.