Наименование событий:

Следует отметить, что зачастую при использовании статистиче­ ских данных по отрасли или данных по отказу подобных устройств при­ водится величина к - интенсивность отказов (среднее число отказов в единицу времени). Практический интерес для дальнейшего анализа представляет вероятность (Р) аварийной ситуации, поэтому следует перевести интенсивность отказа в вероятность отказа элемента [42, 43]:

Отметим, что при достаточно малых значениях к < 10_2 величина интенсивности отличается от величины вероятности незначительно, и такой перевод не требуется.

4.7.2. Оценка последствий аварийных событий

Для оценки последствий аварийных ситуаций при декларирова­ нии промышленной безопасности и разработке ИТМ ГОЧС рекоменду­ ется использовать любые обоснованные методики расчета. При этом результаты анализа риска должны быть обоснованы и оформлены таким образом, чтобы выполненные расчеты и выводы могли быть проверены и повторены специалистами, которые не участвовали при первоначаль­ ном анализе.

В процессе оценки последствий аварийных ситуаций, как правило, рассматривают следующие аварии:

♦взрывы облаков топливовоздушных смесей (ТВС) на открытой площадке;

♦взрывы топливовоздушных смесей в помещении;

♦пожары проливов;

♦«огненные шары»;

♦«факельное горение»;

♦дрейф облаков ТВС с формированием взрывоопасных зон;

♦токсоволны.

При оценке пожарного риска, проводимого в рамках деклариро­ вания пожарной безопасности, необходимо пользоваться методиками, утвержденными МЧС РФ (п. 5 [10]).

В соответствии со ст. 9 Федерального закона № 123-ФЗ [6] к опасным факторам пожара, воздействующим на людей и имущество, относятся:

♦пламя и искры;

♦тепловой поток;

♦повышенная температура окружающей среды;

♦повышенная концентрация токсичных продуктов горения и термического разложения;

♦пониженная концентрация кислорода;

♦снижение видимости в дыму.

К сопутствующим проявлениям опасных факторов пожара относятся:

♦осколки, части разрушившихся зданий, сооружений, строений, транспортных средств, технологических установок, оборудования, агре­ гатов, изделий и иного имущества;

♦радиоактивные и токсичные вещества и материалы, попавшие

вокружающую среду из разрушенных технологических установок, обо­ рудования, агрегатов, изделий и иного имущества;

♦вынос высокого напряжения на токопроводящие части техноло­ гических установок, оборудования, агрегатов, изделий и иного имущества;

♦опасные факторы взрыва, происшедшего вследствие пожара;

♦воздействие огнетушащих веществ.

4.7.2.1. Определение массы опасного вещества,

участвующей в аварии и создании поражающих факторов

Для оценки последствий аварийных ситуаций отправной точкой является определение массы опасного вещества, участвующего в ава­ рии, а также массы вещества, участвующего в создании поражающих

факторов.

Масса вещества, участвующего в аварии, - все количество опасного вещества, поступившее в окружающее пространство при полном разрушении или частичной разгерметизации технологическо­ го оборудования.

Масса вещества, участвующего в создании поражающих фак­ торов, для различных вариантов развития аварийной ситуации может быть различной:

♦для пожара пролива - вся масса жидкой фазы, участвующей

ваварии;

пространство за счет вскипания перегретой жидкости и образования из нее охлажденных до температуры кипения газовой фазы и аэрозольных капель (так называемое «первичное облако»);

♦для токсоволны - вся масса газовой фазы, поступившая в ок­ ружающее пространство при аварийной ситуации (вся масса газообраз­ ного вещества, содержащегося в технологическом оборудовании, а также поступившая за счет перетоков из соседнего оборудования и испарения вещества с поверхности аварийного пролива);

♦для взрыва облака ТВС - масса парогазовой фазы, поступившей

вокружающее пространство при аварийной ситуации, находящаяся меж­ ду нижним и верхним концентрационными пределами воспламенения (для расчета этой величины достаточно определить функцию распределе­ ния концентрации вещества при рассеянии во времени и пространстве).

При полном разрушении оборудования в окружающее простран­ ство поступит все содержимое технологического аппарата. Если рас­ сматриваемая единица оборудования участвует в каком-либо непрерыв­ ном технологическом процессе, то целесообразно учитывать количество

вещества, поступившего в окружающее пространство за счет перетоков из соседних единиц оборудования. Время истечения в этом случае будет лимитироваться быстродействием запорной арматуры (при ее наличии). При отсутствии запорной арматуры процесс истечения из соседних еди­ ниц оборудования может продолжаться достаточно долго, вплоть до полного истечения опасного вещества.

В случае частичной разгерметизации технологического оборудова­ ния моделируется истечение опасного вещества через отверстие заданно­ го диаметра (например, 25 мм). Расчетные зависимости для истечения газообразных или жидких опасных веществ через отверстие представлены в приложении 1 к ПБ 09-540-03 [29], а также в методике «Токси» [21]. Аналогичные зависимости применяются и при оценке количества опасно­ го вещества, поступившего из соседних аппаратов при полной разгерме­ тизации технологического оборудования.

Масса газообразного опасного вещества, поступившего в окру­ жающее пространство через отверстие разгерметизации, определяется следующим образом [29]:

со - скорость истечения ПГФ в окружающее пространство через отверстие разгерметизации, м/с;

S - площадь отверстия разгерметизации, м2; т - время истечения опасного вещества, с.

Скорость истечения определяется в зависимости от величины из­ быточного давления в аппарате. Так, при давлении > 0,07 МПа

(0 = 2-k-P-v к + 1

где к - показатель адиабаты вещества;

Р- абсолютное давление в аппарате, МПа;

v- удельный объем ПГФ в реальных условиях, м3/кг.

При давлении < 0,07 МПа

со =

где Ро - атмосферное давление, МПа.

Следует отметить, что в случае истечения ПГФ из трубопровода, на входе в который стоит компрессор, и площадь разгерметизации пре­ вышает 0,2 от площади поперечного сечения трубопровода, скорость поступления ПГФ в окружающее пространство будет равной расходу компрессора.

Для случаев истечения жидкости целесообразно применять сле­ дующую зависимость [21]:

где Gj - масса жидкой фазы (ЖФ), поступившей в окружающее прос-

транство через отверстие разгерметизации, кг; S - площадь отверстия разгерметизации, м2;

рж - плотность ЖФ, кг/м3; Н - высота столба жидкости над уровнем отверстия, м;

g- ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2;

Р- абсолютное давление в аппарате, МПа;

Ро - атмосферное давление, МПа.

Следует отметить, что если истечение происходит из трубопрово­ да, на входе которого стоит насос, а площадь отверстия разгерметизации превышает 0,2 от площади поперечного сечения трубопровода, то ско­ рость поступления ЖФ в окружающее пространство будет равной рас­ ходу насоса.

4.7.2.2. Определение массы испарившегося

опасного вещества

При оценке возможных последствий аварийных ситуаций важную роль играют модели испарения опасных веществ со свободной поверх­ ности проливов. Данные модели позволяют оценить интенсивность по­ ступления в окружающую среду паров легковоспламеняющейся или токсичной жидкости, обусловливающую силу взрывного или токсиче­ ского воздействия.

В приложении И ГОСТ Р 12.3.047-98 [20] для оценки интенсивно­ сти испарения ЛВЖ при температуре, не превышающей температуру окружающей среды, предлагается использовать следующую полуэмпирическую зависимость:

где W- интенсивность испарения, кг/(с-м2);

т| - коэффициент, принимаемый по табл. 10 в зависимости от скорости

итемпературы воздушного потока над поверхностью испарения;

М- молярная масса, кг/кмоль;

/н-давление насыщенного пара при расчетной температуре жид­ кости, кПа.

Т а б л и ц а 10

Значение коэффициента т|

В [21] приводится следующая зависимость для определения рас­ хода ОХВ из аварийного пролива:

где q - расход OXB из аварийного пролива, кг/с; F - площадь поверхности пролива, м2;

U - скорость ветра в приземном слое, м/с.

Площадь поверхности пролива принимается равной площади об­ валования, а при его отсутствии допускается определять по формуле

где QM- масса жидкого опасного вещества, поступившего в окружа­ ющую среду при аварийной разгерметизации технологического оборудования, кг;

рж - плотность жидкости, кг/м3

Давление насыщенных паров опасного вещества Рн, мм рт. ст., можно определить на основании справочных данных или следующим об­ разом [21]:

При аварийных ситуациях на оборудовании, содержащем сжижен­ ные углеводородные газы (СУГ), удельную массу паров испарившегося вещества Жисп, кг/м2, можно определить по формуле [20]

где L - мольная теплота испарения СУГ при начальной температуре жидкости Гж, Дж/моль;

Г0 - начальная температура материала поверхности, на которую разливается СУГ, °С;

Гж - начальная температура СУГ, °С; Ятв - коэффициент теплопроводности материала поверхности, на

которую разливается СУГ, Вт/(м-К);

а- эффективный коэффициент температуропроводности материала

поверхности, на которую разливается СУГ, равный 8,4*10“8 м2/с; t -текущее время, с; принимаемое равным времени полного исп­

арения СУГ, но не более 3600 с; -коэффициент теплопроводности воздуха при расчетной тем­

пературе, Вт/(м-К); ^экв - эквивалентный диаметр пролива, м;

Re - число Рейнольдса, которое определяется следующим образом:

где w - скорость воздушного потока, м/с;

vBкинематическая вязкость воздуха при расчетной температуре, м2/с.

Кроме вышеприведенных зависимостей для оценки количества опасного вещества, испарившегося с поверхности аварийного пролива, существуют и другие подходы. Например, в работе [30] удельная интен­ сивность испарения определяется следующим образом:

где к - коэффициент массоотдачи испаряемого вещества в воздух, м/с; Pw - давление насыщенных паров жидкости, Па;

Гкип - температура кипения жидкости при атмосферных условиях, К. Коэффициент массоотдачи рассчитывается по формуле

где U - скорость ветра, м/с;

d - характерный размер пролива, м;

Sc - критерий Шмидта, определяемый по следующей зависимости:

где Nu - критерий Нуссельта.

Для определения критерия Нуссельта используются следующие зависимости:

Для верхней оценки интенсивности испарения при cs =cv и с - 0

получаем:

tfv=P-‘v. (22)

где cv - концентрация насыщенного пара, кг/м3

Следует отметить, что рассмотренные в данном разделе модели испарения ориентированы на описание стационарных процессов испа­ рения опасных веществ из проливов и не учитывают изменение темпе­ ратуры слоя горячего пролива в испарительном эпизоде, что снижает достоверность прогнозных оценок риска. Подход, позволяющий учесть

нестационарность процесса испарения опасного вещества с поверхности горячего пролива, приведен в приложении 2.

4.7.2.3. Оценка условной вероятности гибели человека

от поражающихфакторов

Предварительную оценку вероятности причинения ущерба, обу­ словленного поглощением людскими, материальными и природными ре­ сурсами конкретных доз рассматриваемых поражающих факторов- Д удобно проводить с помощью так называемых пробит-функций. Общее их выражение в аналитической форме имеет следующий вид [17]:

где Ьо, Ь\ - постоянные коэффициенты, характеризующие степень опасности вредного вещества или другого поражающего фактора.

Следует отметить, что по своей сущности значение Рг является верхним пределом интегрирования функции ошибок Гаусса, иногда назы­ ваемой эрфик-функцией и используемой для оценки вероятности причи­ нения конкретного ущерба - Qc.

(24)

На практике применяются два подхода к расчету Q = erflPr) и опре­ делению коэффициентов пробит-функции: Q = erf\(Pr = 0) и Q = erf2(Pr- 5) [17, 24]. Последнее обстоятельство иногда приводит к сложностям, свя­ занным с несовпадением значений их коэффициентов, приведенных в раз­ личной литературе.

В ходе прогнозирования исхода воздействия поражающего факто­ ра (априорной оценки вероятности Qt) с помощью пробит-функции вхо­ дящие в нее коэффициенты предварительно следует проверить на досто­ верность. Для этого параметры Ьо и Ь\ необходимо подставить в выра­ жение (23). В первом случае величина пробит-функции должна принять нулевое значение, а во втором - оказаться равной 5.

Значения вероятностей причинения ущерба, найденные с помо­ щью пробит- и эрфик-функций, приведены в табл. И [17, 20, 24] (левый столбец - десятые; верхняя строка - сотые доли единицы).

Примеры пробит-функций для различных вариантов развития аварийных ситуаций приведены ниже в соответствующих разделах

(п. 4.7.2.4, 4.7.2.8).

4.7.2.4. Взрывы облаков ТВС на открытой площадке

Количественную оценку параметров воздушных ударных волн, определение вероятных степеней поражения людей и повреждения зда­ ний при авариях со взрывами ТВС на открытом пространстве пред­ почтительно осуществлять по методике [8, 19] (алгоритм расчета по данной методике приведен на рис. 4).

При рассмотрении предполагается полное разрушение или ча^тич_ ная разгерметизация оборудования, содержащего горючее вещество в га_ зообразной или жидкой фазе, выброс этого вещества в окружающую Сре_ ду, образование облака ТВС, взрывное превращение (горение или де^она_ ция) в облаке ТВС.

Основными структурными элементами алгоритма расчетов п0 данной методике являются:

♦определение ожидаемого режима сгорания облака;

♦расчет максимального избыточного давления и импульса фазы сжатия воздушных волн давления для различных режимов;

♦определение дополнительных характеристик взрывной натрузки-

♦оценка поражающего воздействия (пример графического ото­ бражения радиусов зон поражения при взрыве облака ТВС представлен на рис. 5 и 6).

При оценке взрывного превращения облака ТВС существенную роль играют такие поражающие факторы, как длительность действия ударной волны и связанный с ней параметр - импульс взрыва.

Оценка поражающего воздействия ударной волны может осущест_ вляться как с использованием пробит-функций (п. 4.7.2.3), так и с исполь­ зованием данных по устойчивости объектов различного назначения и людей к создаваемым нагрузкам.

Для взрывного превращения облака ТВС доза негативного воз­ действия D в выражении для пробит-функции (п. АП.23) зависит от им­ пульса волны давления / и избыточного давления во фронте ударной волны АР.

Примеры пробит-функций для различных степеней поражения человека, а также для различных степеней разрушения зданий Приве­ дены в табл. 12 [19].

Пример графического отображения вероятности поражения удар­ ной волной приведен на рис. 7.

Оценку поражающего воздействия ударной волны можно осуще­ ствить, как отмечено выше, с использованием данных работы [32] по устойчивости объектов различного назначения и людей к создаваемым нагрузкам. Частичная выборка из цитируемой работы приведена в табл. 13-16.

Рис. 5. Графическое отображение зон возможного поражения при взрыве облака ТВС

(опасное вещество - смесь водорода, оксида углерода и природного газа; масса горючего облака - 918 кг;

коэффициент участия горючего газа во взрыве - 0,562)

Степень разрушения элементов объекта при различных избыточных давлениях ударных волн, кПа

Характеристика степеней разрушения различных объектов ударной волной

Серьезные контузии, повреждение органов слуха,

60-40

ушибы и вывихи конечностей

Легкая общая контузия организма, временное повреж­

40-20

дение слуха, ушибы и вывихи конечностей

Следует отметить, что в случае нахождения людей в момент внешнего взрыва в зданиях их поражение может наступить от механиче­ ского воздействия за счет разрушения зданий (обрушение перекрытий ит.п.). Структура гуманитарных потерь в разрушенных зданиях пред­ ставлена в табл. 16.

где Qcv - удельная теплота сгорания газа или пара, Дж/кг;

тт- масса горючих газов и (или) паров, поступивших в окружающее пространство в результате аварии, кг;

Z - коэффициент участия газа во взрыве (допускается принимать Z = 0,1).

Импульс волны давления /, Па-с, определяется по формуле

4.7.2.5. Взрывы твердых и жидких химически нестабильных соединений

Количественная оценка параметров воздушных ударных волн при авариях с твердыми и жидкими химически нестабильными соединения­ ми (перекисные соединения, ацетилениды, нитросоединения различных классов, продукты осмоления и т.д.) осуществляется по методике, пред­ ставленной в приложении 2 к ПБ 09-540-03 [29].

Методика позволяет рассчитать массы химически нестабильных веществ, участвующих в аварии, оценить уровни воздействия взрыва (применяется тротиловый эквивалент), определить радиусы зон разру­ шения от взрыва.

Тротиловый эквивалент взрыва твердого вещества WT, кг, рассчи­ тывается следующим образом:

где qk - удельная энергия взрыва твердых химически нестабильных соединений, кДж/кг;

qT - удельная энергия взрыва ТНТ, кДж/кг;

Wk - масса твердых химически нестабильных соединений, кг;

Радиусы зон разрушения R, м, определяются выражением

VCB - свободный объем помещения, м3;

рг>п - плотность газа или пара при расчетной температуре Гр, кг/м3; Сст - стехиометрическая концентрация ГГ или паров ЛВЖ и ГЖ,

% (об.); Ки - коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и

неадиабатичность процесса горения (допускается принимать

К„ = 3).

Коэффициент участия горючего при сгорании газопаровоздушной смеси Z может быть рассчитан на основе характера распределения газов и паров в объеме помещения или определен по табл. 18.

где р - стехиометрический коэффициент кислорода в реакции горения, определяемый как

где пс, /»н> по, п.х - число атомов С, Н, О и галоидов в молекуле горючего.

Развиваемому при внутреннем взрыве избыточному давлению со­ ответствуют различные степени разрушения зданий [33].

Слабая степень разрушения. Разрушение заполнения оконных и дверных проемов. Повреждение в виде трещин самонесущих кирпич­

ных стен и стеновых панелей из легких бетонов (Д Р слаб = 1 - 3 кПа). Средняя степень разрушения. Разрушение окон, дверей, внутрен­

них перегородок. Повреждение отдельных участков мягкой кровли в виде разрывов водоизоляционного ковра. Разрушение отдельных участков са­ монесущих кирпичных стен и отдельных стеновых панелей из легких бе­ тонов. Повреждение в виде трещин и остаточных прогибов несущих кир­ пичных стен и приваренных на монтаже к стропильным конструкциям плит покрытия (АРср = 3-6 кПа).

Сильная степень разрушения. Частичное разрушение самонесу­ щих кирпичных стен, стеновых панелей из легких бетонов и больших площадей мягкой кровли. Повреждение (остаточные деформации, трещины, в том числе и сквозные, разрушение защитного слоя бетона, выколы бетона на опорных участках и т.п.) отдельных основных несу­ щих конструкций (плит покрытия и перекрытия, балок, ригелей и ко­ лонн каркаса) и узлов их крепления. Частичное разрушение несущих кирпичных стен и частичное обрушение конструкций покрытия

( А Р Сил = 6-9 кПа).

Полное разрушение. Разрушение несущих кирпичных стен и

Травмы людей при внутренних взрывах в зданиях по степени их тяжести разделяют на три группы:

♦крайне тяжелые травмы, приводящие к гибели;

♦тяжелые травмы, в результате которых люди теряют трудоспо­ собность и становятся инвалидами 1-й или 2-й группы;

♦травмы средней тяжести, приводящие к временной нетрудо­ способности.

Втабл. 19 приведены ожидаемые статистические вероятности по­ ражения людей в зависимости от степени разрушения зданий [23].

Вероятности поражения людей при внутренних взрывах

4.7.2.7. Взрывы сосудов, находящихся под давлением (физические взрывы)

При физическом взрыве оборудования рассчитывается развивае­ мое избыточное давление, устанавливается зависимость давления от расстояния от эпицентра, а также определяются характеристики оскол­ ков оборудования, образовавшихся при взрыве (размер, масса, началь­ ная скорость и дальность полета) в соответствии с [40].

Абсолютное давление за ударной волной на поверхности взры­ вающейся сферы Pso, кПа, определяется итерационным методом с ис­ пользованием следующей зависимости:

где PQ- давление окружающей среды, кПа;

Р\ - начальное абсолютное давление во взрывающемся аппарате, кПа;

1При полной степени разрушения здания материальный ущерб превышает сметную стоимость здания за счет затрат на разборку и удаление разрушенных конструкций здания.

Рис. 9. Зависимости (ах1а0)2от Р\/Ро при различных значениях PJPo

(1,58 <у, < 1,75)

При этом вначале определяется величина безразмерного избыточ­

ного давления ( Рх{)) во взрывной волне:

а также величина безразмерного радиуса сферы ( Л,):

*0

Далее определяется зависимость безразмерного избыточного дав­ ления от безразмерного радиуса. В [40] предлагается графический метод определения упомянутой зависимости. По этому методу исходя из при­

мерной параллельности кривых Ps = PS(R), изображенных на рис. 10,

и известных величинах безразмерного радиуса сферы ( R, ) и давления

( PsQ) за ударной волной в момент взрыва необходимо выполнить сле­

дующие действия:

♦ нанести точку, соответствующую известным значениям /?, и Рх{)

на рис. 9;

♦ провести из точки с координатами (/?, ; Ру()) кривую, парал­

лельную ближайшей кривой рис. 9.

Рис. 10. Расчетные зависимости PX(R) для взрывающихся сфер

Для решения рассматриваемой задачи может быть произведена математическая обработка семейства кривых, представленных в [40].

Для определения удельного импульса используется графическая зависимость, приведенная в [40] (рис. 11):

♦значение безразмерного импульса / определяется по графикам

взависимости от безразмерного радиуса /?, ;

♦величина удельного импульса /, кПас, рассчитывается по

формуле

где / - безразмерный импульс;

Е - энергосодержание источника (энергия взрыва), кДж.

Рис. 11. Рекомендуемая зависимость i(R) для взрывающихся сфер

Энергосодержание источника Е определяется по следующей зави­ симости:

У . ' 1

где V\ - объем аппарата, м3

Для определения начальной скорости осколков сосуда необходи­ мо изначально задаться следующими параметрами:

♦форма сосуда (цилиндр/сфера);

♦тип осколков (одинаковые/неодинаковые);

♦количество осколков;

♦масса осколков (вычисляется в зависимости от массы аппарата, типа и количества осколков).

После определения исходных параметров вычисляется приведен­ ное давление в сосуде Рпр, кПа:

где Мс- масса аппарата, кг; ах- скорость звука для среды, содержащейся в аппарате, м/с.

По значению приведенного давления графическим методом опре­ деляют величину приведенной скорости ипр (рис. 12), после чего рассчи­ тывают начальную скорость осколка и, м/с:

массы М осколка2 (определяется для случая неодинаковых осколков по графику, представленному на рис. 13; в случае, если образуются одинаковые осколки, то принимается К = 1);

ипр- приведенная скорость осколка.

Для определения параметров осколка (траектория, дальность и максимальная высота полета, время полета) используется уравнение движения тела, брошенного под углом к горизонту в однородном поле тяжести. В этом случае на осколок во время его полета будут действо­ вать две силы - сила тяжести и аэродинамическая сила. Аэродинамиче­ ская сила, в свою очередь, раскладывается на силу лобового сопротив­ ления и подъемную силу. Учитывая тот факт, что большинство осколков,

2 Относительная масса осколка - отношение массы каждого из осколков к полной массе стенок сосуда [40].

Для оценки зон поражения от теплового излучения принимаются значения, приведенные в табл. 23 и 24 [20].

Реализация этих факторов носит случайный, вероятностный характер.

Оценку масштабов поражения при промышленных авариях с выбро­ сом опасных химических веществ (ОХВ) рекомендуется проводить в соот­ ветствии с методикой Токси 2.2 [21] и РД 03-26-2007 [22].

Методика [21] применима для моделирования выбросов ОХВ, плотность которых на месте выброса не превышает плотности воздуха при соответствующих условиях (случай «нейтральной плавучести»).

Методика [22] позволяет учесть особенности формирования ток­ сичного облака так называемого «тяжелого газа» (плотность газа суще­ ственно превышает плотность воздуха).

Модель «тяжелого» газа учитывает следующие процессы:

♦движение облака в переменной по высоте скорости ветра;

♦гравитационное растекание;

♦рассеяние облака в вертикальном направлении за счет атмо­ сферной турбулентности (подмешивание воздуха в облако);

♦рассеяние облака в горизонтальном направлении за счет под­ мешивания воздуха в облако, происходящего как за счет атмосферной турбулентности, так и за счет гравитационного растекания;

♦нагрев или охлаждение облака за счет подмешивания воздуха;

♦фазовые переходы опасного вещества в облаке;

♦теплообмен облака с подстилающей поверхностью.

Методики [21, 22] позволяют определить:

♦ количество поступивших в атмосферу ОХВ при различных сце­ нариях аварии;

♦пространственно-временное поле концентраций ОХВ в атмосфере;

♦размеры зон химического заражения, соответствующие различной степени поражения людей, определяемой по ингаляционной токсодозе.

Внешние границы зон поражения целесообразно рассчитывать:

♦по фиксированным значениям смертельной (LCt5o) и пороговой (PCt50) токсодоз при ингаляционном воздействии на организм человека;

♦по заданным вероятностям смертельного поражения, рассчи­ тываемым с использованием пробит-функций (Рг).

При расчете вероятностных полей поражения необходимо учиты­ вать следующие факторы:

♦ возможные варианты метеоусловий (расчеты целесообразно проводить как для наиболее неблагоприятных условий рассеяния токсич­ ного облака, так и для наиболее вероятных атмосферных условий и скоро­ стей ветров в соответствии с многолетней среднегодовой розой ветров);

♦время, прошедшее с начала аварии до момента прекращения дей­

ст в и я токсичного облака в заданном пространстве, которое может быть ог­

раничено временем полной эвакуации либо временем ликвидации аварии; ♦ минимальное время оповещения и начала эвакуации (время, в тече­

ние которого не происходит удаление людей из зоны возможного заражения); ♦ среднюю скорость эвакуации перпендикулярно направлению

распространения облака; ♦ время, прошедшее с начала аварии до момента начала эвакуа­

ции людей.

Классы устойчивости атмосферы могут быть приняты по Паскуиллу [34] и определяются интервалами значений метеорологических факто­ ров, влияющих на тепловую конвекцию атмосферы и турбулентность (табл. 25 [24, 35]).

Классы (категории) различаются в основном интенсивностью верти­ кального перемешивания воздуха. Наиболее неустойчивая категория «А» отмечается при слабом ветре и сильной солнечной радиации, когда воздух, нагретый теплом от земной поверхности, всплывает. Обычно это состояние возникает после полудня или несколько раньше. Категория «С» наблюдает-

Т а б л и ц а 26

Вероятности реализации классов устойчивости атмосферы в разрезе года

Пример графического отображения поражающего воздействия токсичных облаков ОХВ приведен на рис. 21-24.

Рис. 21. Графическое отображение поражающего воздействия токсичного облака хлора («тяжелый газ»; масса токсичного облака - 333,2 кг)

4.7.2.11. Формирование возможных взрывоопасных зон

Взрывоопасная зона (ВЗ) - это гипотетическая максимально воз­ можная пространственная зона, внутри которой во время возникновения или развития крупной аварии возможно существование горючих газов или паров при концентрациях, превышающих концентрацию на нижнем пределе распространения пламени.

На практике время формирования ВЗ ограничено временем встре­ чи облака газов или паров с источником зажигания. Если источник за­ жигания появляется на ранней стадии формирования взрывоопасного облака, то опасность его характеризуется детонационным сгоранием, для которого возможна количественная оценка последствий.

На более поздних этапах развития облака, когда снижается первона­ чальная турбулентность облака и происходит его размытие за счет атмо­ сферных процессов, более вероятными становятся режимы сгорания без формирования сильных ударных волн. При этом возможно поражение лю­ дей, находящихся непосредственно в ВЗ, за счет термического воздействия пламени и разрушение зданий и помещений за счет внутренних взрывов.

Возникновение ударных волн различной интенсивности на позд­ них этапах развития облака возможно только при попадании в ВЗ со­ оружений, на которых возможна сильная турбулизация пламени. Одна­ ко, как правило, можно считать, что сгорание горючего вещества не дает высоких давлений взрыва и не приводит к разрушению зданий и устано­ вок, находящихся вне облака. Существование ВЗ чревато опасностью воспламенения парогазовых выбросов на больших расстояниях от пер­ воначального места выброса.

Характеристики ВЗ могут быть определены с использованием диффузионной модели рассеивания нейтрального газа [21 ] или «тяже­ лого газа» с помощью [22].

Геометрические характеристики ВЗ подобно размерам зон токси­ ческого поражения существенно зависят от скорости ветра и от кдасса устойчивости атмосферы, поэтому метод учета атмосферных условий, предложенный в п. 4.7.2.10, может быть использован и в этом случае.

Пример графического отображения ВЗ по модели рассеивания нейтрального газа [21] представлен на рис. 25, по модели тяжелого газа [22] - на рис. 26.

Рис. 26. Графическое отображение взрывоопасной зоны (опасное вещество - бензин; масса взрывоопасного облака - 9,9 т)

Существуют и другие способы определения характеристик ВЗ. Так, методика [8] предлагает оценивать геометрические характеристики зоны, ограничивающие область концентраций, превышающих нижний концен­ трационный предел распространения пламени (НКПР), по формулам:

для горючих газов (ГГ):

давлении, кг/м3;

Снкпр- нижний концентрационный предел распространения пламе­

ни, % об.

для паров ЛВЖ:

где тг - масса паров ЛВЖ, поступивших в открытое пространство за время испарения при аварийной ситуации, кг;

Т- продолжительность поступления паров в открытое про­

странство, с; Снкпрнижний концентрационный предел распространения пламе­

4.7.2.12. Факельное горение газа (пожар в котловане, струевое пламя)

Для оценки дальности прямого огневого воздействия вертикаль­ ных или ориентированных под иным углом к горизонту одиночных га­ зовых струй в неподвижной атмосфере может быть использовано единое эмпирическое соотношение [23]:

где L $- дальность прямого огневого воздействия одиночных газовых струй в неподвижной атмосфере, м;

<2ф - общее тепловыделение факела (МВт), пропорциональное интен­ сивности истечения (кг/с) и теплоте сгорания газа (МДж/кг);

D - диаметр очага пожара, м.

Расчет радиационного теплового воздействия факела на прилегаю­ щие объекты на уровне поверхности земли q(x, у) проводится по формуле

где Ef- интенсивность излучения с единицы «поверхности» (внещней оболочки) пламени; ф(;с, у) - геометрический фактор, или так называемый угловой коэффициент облучения единичной площадки; х> - коэффициент поглощения теплового излучения атмосферой, выражаемый, как правило, в виде х>= a - 0,12-lg(r) (г - расстояние от «источника», м; 0,92<я ^_1 - коэффициент, зависящий от относительной влажности воздуха).

Угловые коэффициенты излучения от наклонного цилиндра для вертикальной (срв) и горизонтальной (срг) единичных площадок на по­ верхности грунта рассчитываются следующим образом:

Эффективное время экспозиции при воздействии теплового излу­ чения при факельном горении определяется так же, как и в случае пожа­

места расположения человека до безопасной зоны (в оптимальном направлении), где интенсивность теплового излучения не превышает 4 кВт/м , м; и- скорость движения человека, м/с;

Пробит-функции для различных степеней поражения человека те­ пловым воздействием факела аналогичны пробит-функциям для пожа­ ров проливов (п. 4.7.2.8).

Пример графического отображения зон возможного поражения при аварии на газопроводе приведен на рис. 27.

При использовании этих зависимостей прибегают к следующим допущениям:

♦зона непосредственного контакта пламени с окружающими объектами, т.е. область наиболее опасного теплового воздействия, ин­ тенсивность которого может быть принята 100 кВт/м2, определяется раз­ мерами факела;

♦длина факела Ьфне зависит от направления истечения продукта

искорости ветра;

♦наибольшую опасность представляют горизонтальные факе­ лы, условную вероятность реализации которых следует принимать рав­ ной 0,67;

♦ поражение человека в горизонтальном факеле происходит

в30°-ном секторе с радиусом, равным длине факела;

♦воздействие горизонтального факела на соседнее оборудование, приводящее к его разрушению (каскадному развитию аварии), происходит

в30°-ном секторе, ограниченном радиусом, равным длине факела;

тепловое излучение от горизонтального факела составляет 10 кВт/м ,

♦тепловое излучение от вертикальных факелов может быть определено по формулам, представленным в п. 4.7.2.8, высота пожара

Нпринимается равной Ьф, эффективный диаметр пролива d рав­ ным Дф, а среднеповерхностную плотность излучения Е/ устанавли­ вают по табл. 21 (при отсутствии данных допускается принимать Ef = = 200 кВт/м2);

♦при истечении жидкой фазы СУГ или СПГ из отверстия с эк­ вивалентным диаметром до 100 мм при мгновенном воспламенении происходит полное сгорание истекающего продукта в факеле без образо­ вания пожара пролива;