Взрывоопасность как травмирующий фактор производственной среды

 

В производстве в большом количестве используются приборы, аппараты, технологические процессы, содержащие вещества, способные при определенных условиях образовывать взрывоопасную среду.

Взрыв или возгорание газовоздушной, паровоздушной смеси или пыли наступает при определенном содержании этих веществ в воздухе. При взрыве образуется ударная волна. Действие ударной волны на объект характеризуется сложным комплексом нагрузок: избыточным давлением, давлением скоростного напора, давлением затекания и т.д.; значение их зависит в основном от массы углеводородного соединения или взрывчатых веществ, их вида, расстояния от того или иного элемента инженерно-технического комплекса, его архитектурно-строительной характеристики и некоторых других факторов. Учесть все эти факторы в совокупности невозможно, поэтому сопротивляемость элементов действию ударной волны принято характеризовать избыточным давлением во фронте ударной волны – DР_ф (разность между максимальным давлением во фронте ударной волны и нормальным атмосферным давлением перед этим фронтом). Степени разрушения строительных конструкций, оборудования, машин и коммуникаций, а также поражение людей зависят от избыточного давления.

Расчеты оценки действия взрыва горючих химических газов и жидкостей сводятся к определению избыточного давления во фронте ударной волны (D Р _ф) при взрыве газовоздушной смеси на определенном расстоянии (R) от емкости, в которой хранится определенное количество (Q) взрывоопасной смеси.

 

Характеристика зон при взрыве

 

При моделировании последствий взрыва условно выделяются следующие зоны:

- зона детонации. Избыточное давление в этой зоне составляет 1700…1350 кПа;

- зона действия продуктов взрыва. = 1350…700 кПа;

- зона воздушной ударной волны. В пределах этой зоны для ориентировочной оценки степени разрушения зданий и сооружений выделяют:

- зону полных разрушений: ≥50 кПа;

- зону сильных разрушений: 50 кПа < ≤ 30 кПа;

- зону средних разрушений: 30 кПа < ≤ 20 кПа;

- зону слабых разрушений: 20 кПа < ≤ 10 кПа.

Для ориентировочного определения избыточного давления ударной волны D Р_ф, кПа, пользуются эмпирическими формулами:

при Ψ < 2

,

при Ψ > 2

,

где Ψ – эмпирический коэффициент, зависящий от R, м, и Q, т, и определяемый по формуле

,

где Q – количество взрывчатого вещества, т;

К_экв – коэффициент эквивалентности взрывчатого вещества по тротилу.

Пример расчета избыточного давления ударной волны

Оценить последствия взрыва газовоздушной смеси на складе хранения баллонов с пропаном.

Исходные данные для расчета:

количество пропана Q = 0,27 т;

коэффициент эквивалентности по тротилу k_экв = 3,74;

расстояние до цеха R = 72 м.

прочностные характеристики цеха:

- слабые разрушения 10-20 кпа; - средние разрушения 20-30 кпа; - сильные разрушения 30-40 кпа; - полные разрушения > 40 кпа.

Решение

1. Определяем эмпирический коэффициент Y:

.

2. Определяем избыточное давление ударной волны

кПа.

D Р_ф = 23,36 кПа, следовательно, здание цеха получит средние разрушения.

Максимальные значения избыточного давления во фронте ударной волны составляют при взрыве газовоздушной смеси 800 кПа, пылей – 700 кПа, паровоздушной смеси – 100…200 кПа. Если принять во внимание, что в производственных условиях взрывы, как правило, происходят в замкнутом помещении, то полное избыточное давление формируется за счет процессов отражения механической волны от стен и составляет величину в 5 … 6 раз большую избыточного давления, возникшего при взрыве.