книги / Разработка специальных разделов проектной документации, основанных на методологии анализа риска
..pdfгде 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
J _ |
m V ’f |
(36) |
____________ п р |
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:
WT= ^ W k, |
(37) |
ЯТ |
|
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
R = K |
№ |
|
1+ '3 1 8 0 ?
*т J
}_ |
(38) |
6 |
|
где К - безразмерный коэффициент, характеризующий воздействие взрыва на объект (определяется по табл. 17).
|
|
Т а б л и ц а 17 |
Классификация зон разрушения |
|
|
Класс зоны разрушения |
К |
А Р |
1 |
3,8 |
> 100 |
2 |
5,6 |
70 |
3 |
9,6 |
28 |
4 |
28 |
14 |
5 |
56 |
< 2 |
Оценки поражающего воздействия ударной волны, а также гума нитарных потерь могут быть проведены с использованием данных, при веденных в п. 4.7.2.4.
4.7.2.6. Взрывы топливовоздушных смесей в помещениях
При взрывах топливоздушных смесей в помещениях рассчиты вается развиваемое избыточное давление в соответствии с ГОСТ Р. 12.3.047-98 (2010) [20]:
АР = (Ртах-Р„) mZ |
100 1 |
(39) |
K „ P r.„ |
с„ К |
|
где Ртах - максимальное давление, развиваемое при сгорании сте хиометрической газовоздушной или паровоздушной смеси в замкнутом объеме, определяемое экспериментально или по справочным данным; при отсутствии данных допускается принимать Ртах = 900 кПа;
т- масса горючего газа (ГГ) или паров легковоспламеняющихся (ЛВЖ) и горючих жидкостей (ГЖ), вышедших в результате расчетной аварии в помещение, кг;
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.
Т а б л и ц а 18 |
||
Коэффициент участия горючего во взрыве |
|
|
Вид горючего вещества |
Значение |
|
Водород и нагретые выше температуры вспышки высокотемпера |
1,0 |
|
турные органические теплоносители |
||
|
||
Горючие газы |
0,5 |
|
Легковоспламеняющиеся и горючие жидкости, нагретые до тем |
0,3 |
|
пературы вспышки и выше |
||
|
||
Легковоспламеняющиеся и горючие жидкости, нагретые ниже |
|
|
температуры вспышки, при наличии возможности образования |
0,3 |
|
аэрозоля |
|
|
Легковоспламеняющиеся и горючие жидкости, нагретые ниже |
|
|
температуры вспышки, при отсутствии возможности образования |
0,0 |
|
аэрозоля |
|
|
Стехиометрическую концентрацию Сст рассчитывают по формуле |
||
100 |
(40) |
|
С =- |
||
1-1-4,84 *р |
|
|
где р - стехиометрический коэффициент кислорода в реакции горения, определяемый как
«и -"* |
"о |
(41) |
Р = "с + |
2 |
|
|
|
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
стеновых |
панелей. Полное обрушение конструкций перекрытия |
( Д Р ПОл н = |
12-15 кПа.) |
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
|
|
|
Статистическая вероятность |
Материальный |
|||
|
|
|
поражения (% людей, полу |
||||
|
|
|
ущерб, нанесен |
||||
№ |
Степень |
Избыточное |
чивших травмы, от общего |
||||
ный зданию |
|||||||
разрушения |
давление, |
количества людей, находив |
|||||
п/п |
зданий |
кПа |
шихся в здании) |
(в % от общей |
|||
|
стоимости |
||||||
|
|
|
крайне |
|
средней |
||
|
|
|
тяжелые |
здания)1 |
|||
|
|
|
тяжелые |
|
тяжести |
|
|
1 |
Слабая |
1-3 |
- |
0,1-0,3 |
3-7 |
5-10 |
|
2 |
Средняя |
3-6 |
0,1-0,3 |
0,5-1,5 |
5-15 |
10-20 |
|
3 |
Сильная |
6-9 |
0,5-1,5 |
3-7 |
15-25 |
40-60 |
|
4 |
Полная |
12-15 |
5-10 |
15-20 |
40-60 |
100-150 |
|
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:
Л |
Ло 1— |
(42) |
^0 |
р0 |
2Y0(2y0+(Y()+ l) ( - f - l) ) |
|
|
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.
Yi - показатель адиабаты для среды, содержащейся в аппарате; Уо - показатель адиабаты для окружающей среды; ах- скорость звука для среды, содержащейся в аппарате, м/с; ао - скорость звука для окружающей среды, м/с.
Скорость звука а\ определяется следующим образом:
Л- Г -Y,
М
где R - универсальная газовая постоянная, равная 8,31 Дж/(моль*К); Т- температура в оборудовании, К; М - молярная масса газа, кг/моль.
Кроме того, величину Р& можно определить при помощи графи ков, представленных на рис. 8 и 9.
Рис. 8. Зависимости (а\/а0)2 от Р\/Р()при различных значениях PJPo
(1,33 < у, < 1,47)
10° |
Ю1 |
ю2 |
103 |
ю4 |
р '/р° |
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:
= |
(44) |
|
Р() |
а также величина безразмерного радиуса сферы ( Л,):
Ц = ( 3(Гр ~ ''-А |
(45) |
*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
|
. р 3 |
£ 3 |
i = - |
-*0 |
|
|
(46) |
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:
р - р |
(47) |
E = (-± — ±)Vl, |
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:
пр |
(Р ,-Р 0)У, |
(48) |
|
Мс -а? |
|||
|
|
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:
и = К |
а, |
(49) |
где К - коэффициент, зависящий |
от типа осколка |
и относительной |
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].