книги / Развитие теории анализа аварийной ситуации при хранении взрывчатыхз веществ

тивно проанализировать процессы, происходящие на предприятии, а это, в свою очередь, может позволить повысить их наблюдаемость и управляемость в системе управления.

Существует мнение о сомнительной возможности управлять безопасностью и риском на потенциально опасных объектах. Сторонники такой точки зрения ссылаются на вероятностную природу возникновения несчастных случаев, обусловленную воздействием многочисленных субъективных факторов.

Проблему обеспечения безопасности арсеналов хранения боеприпасов и ВВ целесообразно рассматривать на всех этапах жизненного цикла РГЗ, основными из которых являются проектирование сооружений хранения и собственно хранение боеприпасов.

На этапе проектирования безопасность обеспечивается:

проведением системного анализа проектируемых арсеналов хранения с учетом риска и разработкой соответствующих методических и математических методов для решения проблемы повышения безопасности;

проектированием и постройкой сооружений хранения боеприпасов и ВВ; эти сооружения должны отвечать требованиям безопасности с точки зрения взрывоустойчивости и включать такие элементы, как легкосъемные ограждающие конструкции и системы панелей-люков, которые при взрывной нагрузке внутри либо «слетают» с каркаса, либо разворачиваются вокруг своей продольной оси, а также стеновые панели, способные «поглощать» или «пропускать» сквозь себя осколки.

Задача управления безопасностью на этом этапе заключается в выработке долгосрочных решений и связана с выбором эффективных вариантов технологических мероприятий, направленных на минимизацию всех видов рисков негативных воздействий на боеприпасы и ВВ.

На этапе хранения боеприпасов и ВВ безопасность обеспечивается внедрением как технических, так и организационных мер по уменьшению риска.

Управление безопасностью означает, что на всех этапах жизненного цикла должна обеспечиваться безопасность для человека и окружающей среды.

41

Вобщем случае задача создания системы управления безопасностью РГЗ включает в себя определение перечня решаемых задач, выбор принципов управления, а также определение рационального комплекса технических средств, реализующего выбранную структуру системы [2, 3].

Существует несколько вариантов создания системы управления безопасностью: экстенсивная (расширение штата аналитиков и управленцев), интенсивная (автоматизация поддающихся формализации процедур управления) или их комбинация.

Вданной работе предлагается наравне с развитием теории анализа аварийной ситуации рассмотреть вопросы создания систем управления риском с элементами автоматизации на базе современных информационных технологий.

Современные автоматизированные информационные системы обладают весьма широкими возможностями (а именно хранение, обработка, передача, отображение информации) и обеспечивают обратную связь при принятии управленческих решений. Информационная система – это средство организации информационного обеспечения процесса управления, способствующее своевременному поступлению необходимой и достоверной информации во все звенья системы управления. К информационным системам относятся и автоматизированные системы управления технологическим процессом, предприятием. Любая информационная система представляет собой совокупность трех элементов: технологии, управления, функциональных подсистем. Важной функцией информационных систем является коммуникация, т. е. обмен информацией, необходимый для любого важного управленческого действия.

Внастоящее время известны некоторые разработки по созданию информационных систем управления безопасностью в природных и техногенных сферах. Целью подобных систем яв-

ляется поддержка управления безопасностью производства, предупреждение и ликвидация чрезвычайных ситуаций. Таким образом, вопросам создания информационных систем обеспечения безопасности уделяется существенное внимание. Вместе с

42

тем вопросы управления безопасностью при хранении больших объемов взрывчатых веществ и боеприпасов не получили достаточного развития.

Основа любой информационной системы – это информационное обеспечение, которое имеет две составляющие: внемашинное и внутримашинное. Внемашинное информационное обеспечение включает схемы информационных потоков, систему документации, методики сбора и обработки данных и т. д. Внутримашинное информационное обеспечение – это локальные файлы, базы данных, базы знаний.

Важнейшим требованием к автоматизированным системам управления безопасностью потенциально опасных объектов является их способность прогнозировать развитие аварийной ситуации с целью предотвращения или минимизации последствий.

Для структурно-сложных территориально-распределенных объектов, таких как РГЗ, подобная задача может быть эффективно решена только с помощью программных средств, реализующих функции анализа рисков и поддержки принятия решений. При этом значительное внимание необходимо уделять прогнозированию развития чрезвычайных ситуаций (аварий), которое в общем случае предполагает реализацию трех последовательных взаимосвязанных этапов:

1)выявление, идентификация и оценка потенциально опасного события (аварии);

2)составление программы или плана действий по предупреждению чрезвычайной ситуации, опирающегося на результаты первого этапа;

3)составление разновариантного прогноза наступления аварийной ситуации в результате опасного техногенного события

сучетом принятых мер по оценке его последствий. Конечным результатом этого этапа в общем случае должно быть определение рисков для рассматриваемой системы.

Автоматизированная система управления безопасностью рассредоточенной группы зарядов (АСУ БРГЗ) может быть построена на основе специализированного программного комплекса, включающего средства:

43

моделирования объекта, расчета и анализа показателей

риска;

формирования и актуализации необходимых баз данных. Для действующей РГЗ в реальном времени обеспечивается:

мониторинг состояния объекта по текущему показателю риска относительно установленного критерия;

прогноз развития аварийной ситуации и оценка возможных последствий;

интеллектуальная поддержка в выборе и реализации управляющих решений;

регистрация событий и действий персонала.

В результате внедрения АСУ БРГЗ обеспечивается:

эффективное управление безопасностью объекта за счет применения методов искусственного интеллекта в решении аналитических задач и принятии управленческих решений;

полная, всесторонняя и объективная регистрация событий и действий персонала как основы для аналитической и организационной работы;

оптимальное планирование и расходование средств на создание, модернизацию и эксплуатацию систем обеспечения безопасности;

экономия ресурсов за счет минимизации ущерба от аварий и других нештатных ситуаций.

Реализация предлагаемого подхода к управлению безопасностью РГЗ обеспечивает выявление всего спектра угроз безопасности на объекте хранения, возможных последствий про-

явления этих угроз, методов и средств их предотвращения и нейтрализации, а также выбор мер по обеспечению безопасности объектов.

Для решения вышеперечисленных задач необходимы заблаговременное получение научно обоснованной качественной и количественной информации о возможных исходных причинах возникновения аварийной ситуации и оценка ее социальноэкономических последствий. Такая информация может быть получена только на основе применения методов математическою моделирования, которые позволят решить ряд задач, в частности:

44

оценка вероятности возникновения аварийных ситуаций

вРГЗ по различным сценариям;

прогнозирование и оценка возможных последствий чрезвычайных ситуаций и аварий (потерь, ущербов);

выявление и идентификация наиболее опасных зон с возможными источниками чрезвычайных ситуаций техногенного характера;

разработка возможных вариантов возникновения и развития аварийной ситуации, моделирование ее развития.

45

Раздел 2 ДЕЙСТВИЕ БОЕПРИПАСА ВО ВНЕШНЕЙ СРЕДЕ

ПРИ ЕГО НЕСАНКЦИОНИРОВАННОМ ПОДРЫВЕ

2.1.Характер воздействия продуктов детонации

ивоздушной ударной волны аварийно взорвавшегося заряда на хранящиеся совместно боеприпасы

Ударно-волновые и детонационные явления в значительной мере связаны общностью теоретических основ, а также экспериментальных и расчетных методов изучения этих процессов. В обоих случаях одной из основных целей исследований является прогнозируемость действия взрыва. В современном понимании исчерпывающая прогнозируемость достигается компьютерным моделированием, для чего нужны термодинамические уравнения состояния, описывающие связь между давлением, плотностью, фазовым составом и внутренней энергией вещества, что и составляет предмет основных направлений исследования в физике ударных волн и детонации.

Рассмотрим поражающие факторы, сопровождающие взрыв ВВ заряда, с точки зрения их способности вызвать инициирование других боеприпасов, находящихся в хранилище. Для этого необходим анализ временной последовательности и параметрических характеристик действия продуктов детонации (ПД), воздушной ударной волны (ВУВ) и осколков, образующихся в результате разрушения конструкции типового боеприпаса.

Как известно, при взрыве ВВ ПД, имея давление порядка нескольких сотен тысяч атмосфер, начинают расширяться со скоростью, примерно равной скорости детонации данного ВВ. В этот момент давление ПД на границе раздела «ПД – воздух» мгновенно падает и становится равным 500–800 атм. Слой сжатого на границе разлета ПД воздуха формирует ВУВ, на фронте которой образуется перепад давлений. В тот момент, когда скорость распространения возмущения, созданного перепадом давления, станет больше скорости фронта расширяющихся продуктов взрыва, происходит отрыв ВУВ, которая продолжает распространяться по воздуху самостоятельно. Свободно бегущая ВУВ, оставляя за собой нагретый

46

в результате испытанного им сжатия воздух, в конце концов теряет всю свою энергию и на больших расстояниях от точки взрыва превращаетсяв обычную звуковуюволну [26, 27, 28, 29].

Для оценки разрушающего воздействия ударных волн необходимо знать давление, оказываемое волной на систему «укупорка – боеприпас». С целью упрощения расчетов данная система в дальнейшем будет приниматься за одно материальное тело. С целью сужения информации о системе «укупорка – боеприпас» будем подразумевать под ней боеприпас крупного калибра, находящийся в контейнере или укупорке.

Величина давления определяется по формуле Садовского [29]:

где ω – тротиловый эквивалент ВВ, кг; R – расстояние, м.

В нашем случае величина реального давления, воздействующего на систему «укупорка – заряд», значительно превосходит расчетное значение. Это объясняется следующим. При распространении ВУВ в движение вовлекается масса сжатого этой волной воздуха. При встрече с преградой, стоящей на пути ударной волны, происходит резкое торможение движущихся масс воздуха. В результате этого кроме давления, которое в момент встречи с преградой имел сам воздух, сжатый на фронте ВУВ (статистическая составляющая давления), на преграду будет действовать дополнительное давление, обусловленное скоростным напором воздуха. Так как давление, действующее на преграду, будет больше, чем давление в набегающей ударной волне, то возникающий перепад давления в виде так называемой отраженной волны начнет самостоятельно распространяться в воздухе, сжатом фронтом набегающей волны. Таким образом, максимальная величина избыточного давления ∆Р2 , действующего на систему,

47

Для полной и всесторонней оценки фугасного действия взорвавшегося боеприпаса на остальные боеприпасы необходимо знать величину и характер изменения во времени взрывной нагрузки.

Как известно из практики, основным результатом воздействия взрыва является метательный эффект (для неспециализированных боеприпасов). Величина начальной скорости движения системы «укупорка – боеприпас», полученной в результате фугасного действия взрыва, определяется формулой:

где I0 – полный импульс, полученный массой М в результате действия на нее взрывной нагрузки.

Значение удельного импульса ударной волны с учетом явленийотраженияи обтекания преграды определяется выражением:

где τ – время действия ударной волны, определяемое зависимостью:

Следует отметить, что на близких расстояниях может проявляться зависимость удельного импульса от плотности ВВ, т. к. на малых расстояниях взрывная нагрузка обусловлена в основном действием расширяющихся ПД, плотность которых определяется первоначальной плотностью ВВ. На больших расстояниях от точки взрыва после отрыва ВУВ от ПД значение удельного импульса будет зависеть от плотности воздуха, ибо на этих расстояниях основным разрушающим фактором является ВУВ. Для расстояний R < Rk (Rk – радиус отрыва ВУВ от ПД) формула для определения значения удельного импульса имеет вид [27, 29]:

48

Для расстояний R < Rkc удельный импульс определяется зависимостью:

Соответствующий формулам 2.6 и 2.7 характер зависимости удельного импульса ПД и ВУВ от расстояния представлен на рис. 2.1. Пользуясь формулами 2.6 и 2.7, можно определить расстояние Rk, на котором обе формулы дают одно и то же значение удельного импульса, т. е. расстояние, на котором ВУВ отрывается от ПД [29]:

где ρ = 1,225 – плотность воздуха, кг/м2.

Рис. 2.1. График зависимости удельного импульса от расстояния: 1 – импульс продуктов взрыва; 2 – импульс ударной волны

С применением приведенных выше зависимостей производилась оценка максимальной величины скорости, которой достигает невзорвавшийся боеприпас, расположенный вблизи взо-

49

рвавшегося боеприпаса. Расчеты показали, что в данном случае ее значение не превышает 11 м/с для боеприпасов крупного ка-

либра [30, 31, 32, 33].

На основании полученных результатов можно сделать заключение о том, что фугасное действие взорвавшегося заряда при определенных условиях может привести к взрыву других боеприпасов, хранящихся вместе с ним в сооружении. Но вероятность этого события невелика, т. к. при боевом применении боеприпасы испытывают намного большие нагрузки до момента их инициирования.

2.2. Характер воздействия осколочного поля взорвавшегося боеприпаса

на хранящиеся совместно заряды

Наиболее вероятной причиной инициирования ВВ может являться действие осколочных элементов, образующихся при разрушении корпуса боеприпаса и укупорки. Аварийный взрыв заряда боеприпаса приводит к его разрушению и образованию большого количества осколков различной массы, способных поражать объекты и персонал, находящиеся вблизи места аварии. Осколочное поле имеет большую неравномерность по углу вылета и скоростям. Спектр масс осколков также весьма широк – от мелкой пыли до осколков весом в сотни грамм, которые, хотя и обладают меньшей начальной скоростью, разлетаются на значительные расстояния. Вероятностные оценки поражения осколочным полем, приведенные к максимальному уровню, показывают, что вероятность поражения рядом хранящегося боеприпаса близка к 1 на расстояниях порядка 20 м и весьма велика – до расстояний 50 м. Исходя из этого следует рассмотреть временные характеристики движения фронта ВУВ и осколков.

Как известно, в начальный момент времени после взрыва ВВ ПД и ВУВ движутся с существенно большей скоростью, чем осколки корпуса. Однако начиная с некоторого расстояния, осколки обгоняют фронт ВУВ. Указанное расстояние можно определить с помощью формул для вычисления скоростей фронта ВУВ – D и осколков – V [29]:

50