книги / Развитие теории анализа аварийной ситуации при хранении взрывчатыхз веществ

новым заполнением из облегченных материалов в виде взаимозаменяемых плит сборно-разборной конструкции, с легкой, долговечной и огнестойкой кровлей. Такие материалы способствуют снижению степени разрушения несущих конструкций при взрыве и уменьшают действие обломков на хранящиеся боеприпасы, а также облегчают работы по восстановлению разрушенного сооружения. При наличии жесткого каркаса разрушение стенового заполнения и кровли ослабляет действие взрыва, превращает здание в открытое каркасное сооружение, обладающее большой сопротивляемостью.

Рис. 4.8. Схема движения ударных воздушных волн в горизонтальной плоскости при жестком креплении ограждающих конструкций: 1 – точка взрыва; 2 – фронт прямой УВВ; 3 – фронт отраженной УВВ; 4 – распределение нагрузкиотвзрыва вгоризонтальной плоскостиотносительно пола

2.При реконструкции существующих сооружений, как и при строительстве новых, целесообразно применять облегченные межэтажные перекрытия и лестничные марши, усиливая их крепление к балкам, а также легкие, огнестойкие кровельные материалы. Обрушение этих конструкций и материалов принесет меньший вред боеприпасам, чем тяжелые железобетонные перекрытия, кровельные и другие конструкции.

3.Установка в наиболее ответственных сооружениях дополнительных опор для уменьшения пролетов, усиление наиболее слабых узлов и отдельных элементов несущих конструкций.

121

Для снижения воздействия на сооружение в [70] были разработаны и обоснованы инженерно-строительные решения по устройству легкосъемных ограждающих конструкций и системы панелей-люков, которые при взрывной нагрузке внутри либо «слетают» с каркаса, либо разворачиваются вокруг своей продольной оси (рис. 4.9 и 4.10).

Рис. 4.9. Схема движения ударных воздушных волн в горизонтальной плоскости при применении «легкосъемных» ограждающих конструкций: 1 – точка взрыва; 2 – фронт прямой УВВ; 3 – фронт отраженной УВВ; 4 – распределение нагрузки от взрыва в горизонтальной плоскости относительно пола

Рис. 4.10. Схема движения ударных воздушных волн в сооружении при использовании поворотных ограждающих конструкций: 1 – точка взрыва; 2 – остекление; 3 – поворотные ограждающие конструкции

122

4. Еще одним немаловажным фактором является способность сооружений «поглощать» или «пропускать» сквозь себя осколки (рис. 4.11). Следуя этому, логично предположить, что уже на стадии проектирования можно производить соответствующие расчеты, что обеспечит исключение рикошета.

Рис. 4.11. Варианты движения осколков при контакте с различными типами ограждающих конструкций стен: а) железобетонная панель; б) кирпичная кладка; в) композитная панель (сэндвич); г) воздухоопорная конструкция

Для повышения взрывоустойчивости зданий и сооружений хранения боеприпасов при воздействии извне целесообразна установка на пути движения ударной волны специальных устройств оптимальной формы, способных уменьшать действие ударной волны.

Параметром оптимизации является минимальное значение избыточного давления во фронте ударной волны перед защищаемым объектом. Для защиты сооружения хранения рассматриваются четыре типа устройств (рис. 4.12), устанавливаемые по пути движения ударной волны.

Рис. 4.12. Возможные типы защитных устройств (размеры указаны в мм)

123

Максимальные значения избыточного давления во фронте ударной волны перед фронтальной стеной сооружения при различных типах устройств представлены в табл. 4.2.

Из таблицы 4.2 видно, что наилучшим с точки зрения защиты объекта от ударной волны является расположение устройств на расстоянии 7,5 м от центра взрыва для устройств типа 1–3 и 6,5 м от центра взрыва для устройства типа 4. Оптимальным в данной постановке задачи является устройство типа 4 при расположении на расстоянии 6,5 м от центра взрыва, т. к. снижение избыточного давления во фронте ударной волны происходит приблизительно в 2,07 раза [56].

Для более эффективной защиты сооружения целесообразно использовать комбинацию рассмотренных выше устройств. Расчеты показали, что оптимальным является устройство, состоящее из двух последовательно расположенных стенок (рис. 4.13).

Снижение избыточного давления во фронте ударной волны при установке этого типа устройства происходит приблизительно в 6,5 раза.

Таким образом, комплексное использование инженерностроительных решений позволяет снизить последствия при чрезвычайной ситуации, связанной с взрывом внутри сооружений и уничтожением арсенала в целом, а существующие в на-

124

стоящее время методики расчета параметров взрыва в помещениях (замкнутых объемах) позволяют уточнить обоснование этих решений, а также рассчитать необходимую площадь предлагаемых устройств.

Рис. 4.13. Поле скоростей на моменты времени:

0,0037 с (а), 0,0056 с (б), 0,0094 с (в), 0,0131 с (г), 0,0150 с (д), 0,0188 с (е) после начала инициирования взрыва

Кроме того, возникает задача расчета возможного ущерба при хранении заданной совокупности боеприпасов на определенном временном интервале, а также задания таких требований, при которых средний ущерб от аварий был бы минимальным. Данный вопрос рассмотрен в работах В. Л. Волкова, где для некой совокупности боеприпасов рассчитаны математические ожидания ущерба для всех k типов аварий. Вместе с тем имеются возможности уменьшить вероятность взрыва боеприпасов и ущерб в целом. Например, оптимизация расположения боеприпасов в условиях хранения, установка экранов, гасящих энергию взрыва [206, 207, 208, 209, 210].

125

4.3. Схема прогнозирования аварийных ситуаций и их последствий при хранении групп зарядов взрывчатых веществ

За последнее десятилетие мы являемся свидетелями многообразия, сложности и масштабности катастроф, взрывов и других чрезвычайных явлений, которые во многих случаях сопровождается гибелью людей и ущербом окружающей природе. Особенности экономики России в настоящее время, ускоренное старение основных фондов, терроризм породили серьезную проблему укрепления безопасности атомных, химических, биологических объектов, систем хранения и транспортировки сотен тысяч тонн взрывоопасных материалов.

Проблема обеспечения безопасности, снижение технологического и эксплуатационного риска затрагивает многие отрасли народного хозяйства: собственно производство, транспорт, изготовление и хранение опасных веществ, хранение и уничтожение отходов и др. Особенностью проблемы является ее комплексный характер, требующий привлечения как к исследованиям, так и к разработке нормативных документов и правил широкого круга ученых и специалистов – представителей многих специальностей. При этом особенно важно применение системного подхода и учета всех факторов, способствующих возникновению критических ситуаций, столь характерных для аварий с тяжелыми последствиями. Исследование подобных аварий и катастроф предусматривает поэтапное рассмотрение сценариев их развития. Эти сценарии развития могут быть построены на основе концептуальной схемы прогнозирования аварийных ситуаций и их последствий при хранении групп зарядов взрывчатых веществ.

Анализ показывает, что более 60 % всех аварий сопровождается возгоранием и взрывом. Основными поражающими факторами при этом являются: фугасное действие, термическое действие, воздействие продуктов взрыва, осколочное действие (осколки и части разлетающегося оборудования, упаковки ит. п.).

При разработке диагностических и прогнозных моделей наибольшее внимание в последнее время уделяется неидеальным взрывным процессам, взрывам в реальных средах топливо-

126

воздушных смесей, образующихся при проливах горючего, разгерметизации реакторов, газопроводов, водородо-воздушных и водородо-кислородных смесей, образующихся в ходе различных технологических процессов в атомной, химической или другой промышленности, исследованию взрывных процессов

вжидких и конденсированных взрывчатых веществах. Все данные о взрывчатых веществах, наряду с энергетическими характеристиками и параметрами, характеризующими скорость распространения детонационных волн, степень расширения продуктов взрыва, должны учитываться при определении параметров поражающих воздействий.

Исследование аварий при хранении боеприпасов следует рассматривать как научную основу:

для анализа источников возникновения и сценариев развития аварийных ситуаций;

научного обоснования проектирования безопасных хранилищ для боеприпасов;

анализа условий хранения взрывчатых веществ и боеприпасов, а также характера протекания взрывных процессов

вусловиях их массового складирования.

Проводимые исследования позволяют определить показатели и критерии условий безопасного хранения и проведения технологических процессов для всех стадий жизненного цикла потенциально опасных веществ и объектов. С этих же позиций можно анализировать различные аспекты аварийных ситуаций, в том числе свойства веществ и материалов, физические явления, лежащие в основе аварии.

В ходе анализа и изучения аварийных ситуаций, в частности при хранении взрывчатых веществ, можно спрогнозировать наиболее опасные сценарии их развития. Исходными данными для построения таких сценариев служат:

перечень основных источников опасности на объекте хранения;

исходные данные о взрывоопасности взрывчатых веществ и материалов, их свойств, склонности к взрывному детонационному превращению;

127

механизмы инициирования и детонации взрывчатых ве-

ществ;

фугасное действие от воздушных ударных волн и волн разрежения;

взрывные нагрузки в закрытых и полуограниченных объектах с учетом вторичных взрывных явлений;

тепловое действие при взрывных превращениях.

В основу предлагаемой схемы заложены возможные сценарии аварийных ситуаций, их исследование, включая возможные исходные события, пути развития, ожидаемые последствия и меры предупреждения. Кроме того, могут быть определены исходные данные по возможным аварийным ситуациям в ходе хранения боеприпасов, обозначены возможные средства защиты от подобных аварий.

Схема прогнозирования аварийных ситуаций и их последствий при хранении групп боеприпасов и взрывчатых веществ исходит из реальности возникновения аварий и требует сведения вероятности их возникновения к минимуму и максимальной локализации последствий. Она представляет собой систему основополагающих принципов и путей исследований, направленных на создание необходимых условий для обеспечения безопасности при хранении боеприпасов.

Данная схема предусматривает поэтапное рассмотрение

иизучение следующих направлений (рис. 4.14):

1.Анализ возможных опасностей при хранении рассредоточенной группы боеприпасов:

оценка характера размещения боеприпасов;оценка условий хранения боеприпасов;

систематизация вероятных причин аварий в условиях хранения;

анализ свойств боеприпасов, находящихся на хранении;анализ условий инициирования боеприпасов;выявление опасных (эффективных) зон инициирования;

экспресс-оценка характера протекания взрывного процесса в группе боеприпасов.

128

Рис. 4.14. Схема прогнозирования аварийных ситуаций

129

2.Оценка действия боеприпаса при его несанкционированном подрыве в условиях хранения:

анализ поражающих факторов боеприпасов, находящихся на хранении;

анализ характера воздействия поражающих факторов на совместно хранящиеся боеприпасы;

оценка скорости разлета осколков с учетом разновременности инициирования;

оценка вероятности пробития корпусов боеприпасов.

3.Анализ взрывных процессов в рассредоточенной группе зарядов:

оценка возможности возникновения цепочной реакции взрыва;

анализ распространения ударной волны в сооружении

ипо территории арсенала;

оценка поражающего действия ударной волны на сооружения арсенала.

4. Возможные последствия аварийного взрыва в рассредоточенной группе зарядов:

определение зон поражения при взрыве группы боепри-

пасов;

оценка возможных потерь и материального ущерба;

оценка экологических последствий взрыва РГЗ.

5. Мероприятия по минимизации последствий взрыва РГЗ:

оптимизация размещения боеприпасов в хранилище;

совершенствование конструкции хранилищ;

использование конструкций для снижения воздействия ВУВ на сооружения;

совершенствование процессов управления хранением боеприпасов.

Особенность данной схемы в ее гибкости, возможности адаптации к различным условиям аварийных ситуаций. Кроме того, возможно использовать лишь некоторые этапы схемы, наиболее необходимые в какой-то конкретной ситуации.

130