Визначення надмірного тиску при вибуху горючої або вибухонебезпечної речовини у відкритому просторі

В осередку вибуху у відкритій атмосфері можна визначити дві зони: зону детонації (детонаційної хвилі) і розповсюдження (дії) ударної хвилі. У зоні детонації тиск має максимальне значення.

Умовний (розрахунковий) радіус зони детонаційної хвилі (r_O) визначають за емпіричною формулою:

r_{O =} 18.5 * ,

де Q_H – кількість речовини (в тонах), яка вилилася або розтеклася з ємності (сховища), що розгерметизована;

К – коефіцієнт, який характеризує об’єм газів або парів речовини, що перейшли в стехіометричну суміш (за даними джерел, він може розрізнятися від 0.4 до 0.6). Емпіричний показник перед коренем дозволяє враховувати різни умови виникнення вибуху.

а) Визначення надлишкового тиску

В межах зони 1 діє надлишковий тиск, якій приблизно можна вважати постійним і рівним 1700кПа. Точніші значення тиску визначають за довідковими даними для кожної речовини, наприклад, за таблицями 3.3 і 3.5. Максимальний тиск в зоні детонації – це найбільший тиск, який виникає при утворенні найбільш пожежо -, вибухонебезпечної суміші газу, пару або пилу з повітрям в замкнутому об’ємі при початковому тиску суміші 101кПа (атмосферному тиску).

За межами зони детонації, в зоні дії повітряної ударної хвилі, формується фронт ударної хвилі, який розповсюджується по поверхні землі. Він різко зніжується до атмосферного через невелику відстань. Літературні джерела дають різні закономірності його зміни з урахуванням відстані до місця вибуху, теж саме і з максимальним значенням тиску в детонаційної хвилі (зоні детонації). Для розрахунку за формулами завчасно розраховується величина:

Y = 0.24* r₁ / r_О,

де r_О – радіус зони 1, r₁ - радіус зони 11 або відстань від центру вибуху до точці, в якої потрібно визначить тиск.

При Y £ 2 DР₁₁ = 700/ 3 ( - 1)

При Y> 2 DР₁₁ = 22/ (Y )

В таблиці 3.4 приведені зведені дані зміни надмірного тиску, виходячи із відстані, що виражено в частках від радіуса зони детонації (r₁ / r_O), і максимального тиску в зоні детонації.

Використовуючи наведене вище табличні дані можна розраховувати масштаби зон руйнування з позначеними значеннями надмірного тиску, визначати можливе значення надмірного тиску при наявних відстанях об’єкта від місця аварії (вибуху), а також визначати ступень руйнування різних будинків, споруд, будівель в залежності від величини надмірного тиску та інші завдання.

Таблиця 3.4 - Зміна тиску в зоні розповсюдження ударної хвилі

Максим. тиск в зоні детонації, кПа	Значення надмірного тиску, кПа, на відстані від центру вибуху в частках від rO (r1 / rO)
	1.05	1.1	1.2	1.4	1.8	2.0	3.0	4.0	6.0	8.0
														2.5	1.5	1.0
														4.5	2.7	1.8
																3.7

 

Таблиця 3.5 – Максимальний тиск і концентраційні межи загоряння окремих речовин

Речовина (газ, суміш)	Максимальний тиск вибуху, кПа	Концентраційні межі загоряння
НКМВ, %	ВКМВ, %
Аміак
Ацетилен		2.5
Ацетон
Бензол		1.4	7.1
Водінь
Деревинна мука
Окис вуглецю		12.5
Толуол		1.3	6.7
Полістирол			-
Поліетилен			-
Магній			-
Алюміній			-
Сірка			-
Фосфор червоний			-

 

Приклад 3.2 На промисловому підприємстві трапилася аварія з розливом вуглеводневою речовини у кількості 128т. Розрахувати розміри зон сильних, середніх і слабких руйнувань.

Примітка: Прийняти, що на межі сильних руйнувань величина надмірного тиску – 50 кПа, середніх – 30 кПа, слабких – 10 кПа.

Рішення: Тип вуглеводневої речовини нам не відомий – беремо значення максимального тиску в цьому випадку – 900 кПа.

1. Радіус зони детонації, де тиск буде максимальним і рівним 900 кПа:

r_O = 18.5 * = 18.5 * = 18.5 *4 = 74 м.

2. Розрахуємо радіуси зон слабких, середніх і сильних руйнувань. За таблицею 3.4 найдемо, що при максимальному тиску 900 кПа тиск в 9 Кпа буде при відношенні r₁ / r_O = 8, в 14 кПа при відношенні r₁ / r_O = 6, інтерполюванням знаходимо, що тиску 10 кПа відповідає відношення r₁ / r_O = 7.6. Цей результат отримано через пропорцію: r₁₀/ r_O = 6 + [(8 – 6)/ (14 – 9)] * 4 = 7.6. Тут r₁₀ – радіус зони, де тиск дорівнює 10 кПа.

3. Отримаємо радіус зони слабких руйнувань r_СЛ = 74 * 7.6 = 562.4 м.

4.Аналогічно розраховували радіуси середніх і сильних руйнувань:

r _СЕР= 280 м.; r _СИЛ. = 213 м.

Приклад 3.3 Визначить, яких руйнувань зазнає виробничий цех, якщо його відстань від місця вибуху – 350 м. Тип будинку цеха - масивний промисловий будинок з металевим каркасом і крановим обладнанням вантажністю 25 – 50 т. Умови взяти по прикладу 3.2.

Рішення: 1. Як і в прикладі 3.2 радіус зони детонації r_O = 18.5 * = 74м.

2. Визначаємо відношення Y = 0.24* r₁/ r_О =0.24 * 350 /74 = 1.135, воно менш 2, тоді надмірний тиск на відстані 300 м.:

DР₁₁ = 700/ 3 ( - 1) = 41 кПа.

3. При цьому надмірному тиску приміщення цеху зазнає великих руйнувань.

Таблиця 3.6 – Ступені руйнування елементів об’єкта господарської діяльності і комунікацій в залежності від величини надмірного тиску

№ пп	Характеристика будинків і споруд	Руйнування в залежності від величини тиску, кПа
слабкі	середні	великі	повні
	Масивні промислові будинки з металевим каркасом і крановим обладнанням вантажністю 25 – 50 т.	20 - 30	30 -40	40 - 50	50-70
	Будинки з легким металевим каркасом і Продовження таблиці 3.6 без каркасної конструкції	10 - 20	20 - 30	30 -50	50-70
	Промислові будинки з металевим каркасом і бетонним заповненням з площею скління 30%	10-20	20-30	30-40	40-50
	Промислові будинки з металевим каркасом і суцільним крихким заповненням стін і покрівлі	10 - 20	20 - 30	30 - 40	40-50
	Будинки із збірного залізобетону	10-20	20-30	-	30-60
	Цегляні безкаркасні виробничо – допоміжні будинки з перекриттям із залізобетонних збірних елементів одно - і багатоповерхові	10 - 20	20 - 35	35 - 45	45-60
	Те саме з перекриттям з дерев’яних елементів одно - і багатоповерхові	8-15	15-25	25-35
	Адміністративні багатоповерхові будинки з металевим або залізобетонним каркасом	20-30	30-40	40-50	50-60
	Цегляні малоповерхові будинки (1–2 поверхи)	8 - 15	15 - 25	25 - 35	35-45
	Цегляні багатоповерхові будинки (3 поверхи і більше)	8 - 12	12 - 20	20 - 30	30-40
	Складські цегляні будинки	10 - 20	20 - 30	30 - 40	40-50
	Дерев’яні будинки	6 - 8	8 - 12	12 - 20	20-30
	Руйнування звичайного скління	0.5 - 1	1 - 2	2 - 3	-
	Руйнування армованого скління	1 – 1.5	1.5 - 2	2 - 5	-
Промислові споруди і обладнання
	Навантажувальні естакади, зовнішнє облаштування і повітропроводи доменних печей	40 - 70	70 - 80	80 - 100
	Технологічні трубопроводи і допоміжні споруди промислових об’єктів	30 - 40	40 - 60	60 - 70
	Галереї енергетичних комунікацій на металевих або залізобетонних естакадах	10 - 15	15 – 20	20 - 25
	Залізобетоні естакади з прольотом до 20 м.	100-110	110-120	120-150
	Преси гідравлічні, верстати токарні важки	25-40	40-60	60-70	-
	Верстати токарні легкі	6-12	-	15-25	-
	Кранове обладнання	20-30	30-50	50-70
	Електродвигуни	20-40	40-50	50-70	-
	Розподільчі устрої трансформаторних підстанцій	30-40	40-60	60-80
	Відкрито розташовані трансформатори	10-30	30-50	50-60
	Газгольдери	15-20	20-30	30-40
	Наземні резервуари ПММ	30-40	40-70	70-90
	Сховища ПММ напівзаглибленого типу	40-50	50-80	80-100
	Заглиблені і обваловані резервуари ПММ	20-50	50-100	100-200
	Наземні резервуари для збереження нафти і Продовження таблиці 3.6 готової продукції	15-20	20-30	30-40
	Водонапірні башти	10-20	20-40	40-60
Мережі комунального господарювання
	Підземні сталеві трубопроводи зварні	600-1000	1000-1500	1500-2000
	Сталеві трубопроводи заглиблені на 20 см.	150-200	250-350		-
	Трубопроводи на металевих або залізобетонних естакадах	20-30	30-40	40-50	-
	Оглядові колодязі і запори на системах комунального господарства	200-400	400-600	600-1000
Електричні мережі
	Кабельні підземні лінії	200-300	300-600	600-1000
	Повітряні лінії високої напруги	25-30	30-50	50-70
	Повітряні лінії низької напруги на дерев’яних опорах	20-40	40-60	60-100
	Силові лінії електрифікованих залізних доріг	30-50	50-70	70-120
Засоби зв’язку
	Автомобільні радіостанції	15-20	20-30	45-55
	Телефонно – телеграфна апаратура	10-30	30-50	50-60
	Радіорелейні лінії зв’язку	30-50	50-70	70-120
	Повітряні лінії зв’язку	20-40	40-60	60-100
	Наземні кабельні лінії зв’язку	10-30	30-50	50-60
	Антені устрої	10-20	20-30	30-40
Мости, греблі, пристані
	Металеві мости прольотом до 45 м.	50-100	100-150	150-200	200-300
	Металеві мости прольотом до 45 - 100м.	40-80	80-100	100-150	150-200
	Металеві мости прольотом більше 100м.	40-80	80-100	100-150	150-200
	Залізобетоні мости і шляхопроводи	50-80	110-130	130-200
	Греблі	20-70	-	1000-1500
	Затвори гребель	-	70-100	1000-1500
	Пірси на дерев’яних палях, плавучі пристані
	Сухі і плавучі доки
	Причальні пірси та стінки
	Пірси, моли, хвильоломи і набережні стінки ряженої конструкції з наповненням каміннями
Аеродроми, шосейні та залізничні дороги
	Наземні споруди аеропортів	Продовження таблиці 3.6 15-25	25-35	35-45
	ВПП з бетонним покриттям	300-400	400-1500	1500-2000
	ВПП з металевим покриттям	100-150	150-400	400-700
	Шосейні дорогі з асфальтобетонним покриттям	120-300	300-1000	1000-2000	2000-400
	Залізничні дорожні колії	100-150	150-200	200-300	300-500
	Залізобетоні труби в насипах доріг	100-200	300-400	400-500
Засоби транспорту, інженерні машини
	Рухомий залізничний склад і енергопоїзди	30-40	40-80	80-100	100-200
	Тепловози і електровози	50-70	70-100	100-150
	Вантажний автотранспорт	20-30	30-55	55-65	90-130
	Легковий автотранспорт і автобуси	10-20	20-30	30-50
	Тягачі, трактори і бульдозери	30-40	40-80	80-100	110-130
	Екскаватори і автогрейдери	20-30	30-50	50-60
	Транспортні реактивні літаки	13-15	30-40	45-55
	Транспортні судна	30-60	60-80	80-100
	Вертольоти і поршневі літаки	7-8	8-10	10-13
Захисні споруди і підвальні приміщення
	Сховища 11 класу	300-400	400-550	550-650
	Сховища 111 класу	200-300	300-370	370-450
	Сховища 1V класу	100-140	140-180	180-220
	Сховища V класу	50-70	70-90	90-110
	Протирадіаційні укриття	30-40	40-60	60-90
	Підвали в одноповерхових будинках	20-30	30-60	60-80
	Підвали в багатоповерхових будинках	35-50	50-70	70-100

 

 

3.1.2 Визначення можливості і ступеню руйнування при дії швидких потоків повітря – при виникненні ураганів, циклонів, шквалів, смерчів, торнадо та інших небезпечних природних явищ, пов’язаних з переміщенням повітряних мас.