Защита населения и территорий от чрезвычайных ситуаций

t

D=S C(t)dt,

0       

где C(t) —концентрация СДЯВ в воздухе, соответствующая моменту времени (t); t — время пребывания в данной точке.

В качестве критерия поражающего действия дозы, превышение которой определяет участки территории, соответствующие зоне заражения, используют токсодозу, характеризующую степень токсичности яда. Токсодоза различной степени тяжести поражения (L50, I50, E50, P50) при фиксированном времени экспозиции для каждого СДЯВ является постоянной величиной.

Решение задачи турбулентной диффузии СДЯВ для наземных источников может быть представлено в виде:

                                                                    -1,8y2               

                                          D=0,94 k Q    e     fx2      ,

                                                f3/2ux2

где D—токсодоза СДЯВ; х, у—расстояние по осям Х и Y; Q — количество вещества, перешедшее в первичное или вторичное облако; u — скорость ветра; f — константа, зависящая от вертикальной устойчивости атмосферы; k — параметр, определяемый соотношением u и х (пропорционален х-1/2).

При заданном значении D это соотношение можно рассматривать как уравнение для определения совокупности точек (X, У), образующих изолинию равных значений токсодозы. При прогнозировании размеров зоны заражения СДЯВ по токсодозе можно использовать методику РД 52.04.253—90, основанную на вышеприведенном уравнении. Порядок расчета приведен в приложении 2.2.

Оценка зон воздействия взрывных процессов. Под взрывом принято понимать широкий круг явлений, связанных с выделением за очень короткий промежуток времени большого количества энергии в ограниченном пространстве. Обычно взрывы связаны с превращениями вещества в результате химической реакции или в результате ядерных превращений. На практике чаще других встречаются следующие типы взрывов: свободный воздушный взрыв, наземный (приземный) взрыв, взрыв внутри помещения (внутренний взрыв), а также взрывы больших газообразных облаков в атмосфере.

К свободным воздушным взрывам относят взрывы, происходящие на значительной высоте от поверхности земли, при этом не происходит усиления ударной волны между центром взрыва и объектом за счет отражения. Избыточное давление на фронте и длительность фазы сжатия зависят от энергии взрыва (массы С заряда ВВ), высоты центра взрыва над поверхностью Земли, условий взрыва и расстояния R от эпицентра.

Для ядерных взрывов величина С представляет тротиловый эквивалент по ударной волне. Если обозначить Сп — полный тротиловый эквивалент, то для свободно распространяющейся в атмосфере ударной волны воздушного взрыва С=0,5Сп, а для наземного и приземного ядерных взрывов С= 2 х 0,5Сп.

Наземные и приземные взрывы. Если взрыв происходит на поверхности Земли, то воздушная ударная волна от взрыва усиливается за счет отражения.

Рис. 8.3. Волнообразование при воздушном взрыве:

Э — эпицентр взрыва; П—фронт падающей волны; О — фронт отраженной волны; Г— фронт головной ударной волны; Т—траектория тройной точки; А — зона регулярного отражения; Б — зона нерегулярного отражения

Параметры ударной волны рассчитывают по формулам воздушного взрыва, однако величину энергии взрыва удваивают; в случае конденсированных ВВ избыточное давление взрыва можно рассчитывать по соотношению:

где Ро — атмосферное дашение, МПа; r—расстояние от центра взрыва; С — мощность заряд;, кг; n — свойства поверхности, на которой происходит взрыв. Значения коэффициента n приведены ниже.

Грунт средней плотности........ 0,6...0,65

Плотные глины и суглинки...... 0,8

Бетон................. 0,85...0,9

Стальные плита............ 0,95...1,0

Более сложные процессы происходят при взрывах в приземных слоях атмосферы. При этих взрывах образуются сферические воздушные ударные волны, распространяющиеся в пространстве в виде области сжатия—разряжения (рис. 8.3). Фронт воздушной ударной волны характеризуется скачком давления, температуры, плотности и скорости частиц воздуха. При достижении сферической ударной волны земной поверхности она отражается от нее, что приводит к формированию отраженной волны. На некотором расстоянии от эпицентра взрыва (проекции центр взрыва на земную поверхность) фронты прямой и отраженной ударных волн сливаются, образуя головную волну, имеющую фронт, нормальный к поверхности Земли и перемещающийся вдоль ее поверхности. Область пространства, где отсутствует наложение и слияние фронтов, называется зоной регулярного отражения, а область пространства, в которой распространяется головная волна,—зоной нерегулярного отражения.

С момента прихода фронта воздушной ударной волны в точку наземной поверхности давление резко повышается до максимального значения Рф, а затем убывает до атмосферного Ро и ниже его. Период повышенного избыточного давления называется фазой сжатия, а период пониженного давлением —фазой разрежения.

Действие воздушной ударной волны на здания и сооружения определяется не только избыточным давлением, но и действием скоростного напора воздушных масс, величину которого можно определить по следующему соотношению:

 Pcкф=1 pФ нФ2= Рф  Рф’/[(y-1)  Рф’ +2y],

                                          2

для воздуха у =CP/CV=l,4, тогда

Рскф= 5 Рф  Рф’/ ( Рф’ +7),

                                           2

где  Рф’ = Рф/P0

Для случая нормального отражения от ограждающих и внутренних конструкций избыточное давление (МПа) на фронте отраженной ВУВ

                                Ротр = 2 Рф + 6 Рф2.

Рф+0,72

Внутренний взрыв характеризуется тем, что нагрузка воздействует на объект изнутри. Возникающие нагрузки зависят от многих факторов: типа взрывчатого вещества, его массы, полноты заполнения внутреннего объема помещения взрывчатым веществом, его местоположения во внутреннем объеме и т. д. Полное решение задачи определения параметров взрыва является сложной задачей, с ним можно познакомиться в специальной литературе. Ориентировочно оценку возможных последствий взрывов внутри помещения можно производить по величине избыточного давления, возникающего в объеме производственного помещения по НПБ 105—95.

Избыточное давление взрыва для горючих пылей определяют по формуле (8.1), где при отсутствии данных коэффициент Z принимается равным 0,5.

Расчет избыточного давления взрыва для веществ и материалов, способных взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом проводят по формуле (8.1), принимая Z= 1 и в качестве величины Нт энергию, выделяющуюся при взаимодействии 1 кг вещества (с учетом сгорания продуктов взаимодействия до конечных соединений), или экспериментально в натурных испытаниях.

Расчетное избыточное давление взрыва для гибридных взрывоопасных смесей, содержащих газы (пары) и пыли,

Р = Р1 +Р2

где Р1 —давление взрыва, вычисленное для газа (пара); Р2 —давление взрыва, вычисленное для пыли.

Массы mr горючего газа (массу паров жидкости или массу взвешенной в объеме помещения пыли), поступившего в результате аварии в помещения, определяют согласно НПБ 105—95 «Определение категорий помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности» или исходя из иных объективных экспертных оценок.

Взрыв (горение) газового облака. Причинами взрывов могут быть большие газовые облака, образующиеся при утечках или внезапном разрушении герметичных емкостей, трубопроводов и т. п. Процесс взрыва или горения таких газовых облаков имеет ряд специфических особенностей, что приводит к необходимости рассмотреть эти процессы отдельно. Образующиеся в атмосфере газовые облака чаще всего имеют сигарообразную форму, вытянутую по направлению ветра. Инициаторы горения или взрыва в этих случаях носят чаще всего случайный характер. Причем воспламенение не всегда сопровождается взрывом.

При плохом перемешивании газообразных веществ с атмосферным воздухом взрыва вообще не наблюдается. В этом случае при воспламенении газо- или паровоздушной смеси от места инициирования с дозвуковой скоростью будет распространяться «волна горения». Так как распространение пламени происходит со сравнительно низкой дозвуковой скоростью, в волне горения давление не повышается. В таком процессе имеет место только расширение продуктов горения за счет их нагрева в зоне пламени, и давление успевает выровняться по всему объему. Медленный режим горения облака с наружной поверхности с большим выделением лучистой энергии может привести к образованию множества очагов пожаров на промышленном объекте. При оценке разрушительного действия взрыва газового облака в открытом пространстве необходимо определить избыточное давление (скоростной напор) во фронте пламени. Если пламя распространяется от точечного источника зажигания в неограниченном пространстве, то оно имеет форму, близкую к сфере радиуса г, который непрерывно увеличивается по закону

r= ekut,

где u —нормальная скорость пламени; е —степень расширения газов при сгорании; k—коэффициент искривления фронта пламени; t — текущее значение времени, отсчитываемое от момента зажигания.

В произвольной точке М на расстоянии х от точки воспламенения скорость газа

vx = v0 (r3/x3)=ku(e-1) (ekut/x)3,

где v0 — скорость движения фронта пламени при свободном сгорании; v0 = (е—1)ku.

Если в точке М расположен какой-либо объект, то на него воздействует скоростной напор

Р=pv2x/2=(p/2)[ku(e-1) (ekut/x)3]2,

где р — плотность газов при нормальных условиях.

Скоростной напор достигает максимума, когда фронт пламени подходит непосредственно к данному объекту. Для пламени предельных углеводородов скоростной напор в открытом пространстве может достигать 26 кПа.

По избыточному давлению взрыва можно ориентировочно оценить степень разрушения различных видов объектов (см. приложение 3).

Оценка пожароопасных зон. Под пожаром обычно понимают неконтролируемый процесс горения, сопровождающийся уничтожением материальных ценностей и создающий опасность для жизни людей. Пожар может принимать различные формы, однако все они в конечном счете сводятся к химической реакции между горючими веществами и кислородом воздуха (или иным видом окислительных сред), возникающей при наличии инициатора горения или в условиях самовоспламенения.

Образование пламени связано с газообразным состоянием веществ, поэтому горение жидких и твердых веществ предполагает их переход в газообразную фазу. В случае горения жидкостей этот процесс обычно заключается в простом кипении с испарением у поверхности. При горении почти всех твердых материалов образование веществ, способных улетучиваться с поверхности материала, и попадание в область пламени происходит путем химического разложения (пиролиза). Большинство пожаров связано с горением твердых материалов, хотя начальная стадия пожара может быть связана с горением жидких и газообразных горючих веществ, широко используемых в современном промышленном производстве.

При горении принято подразделять два режима: режим, в котором горючее вещество образует однородную смесь с кислородом или воздухом до начала горения (кинетическое пламя), и режим, в котором горючее и окислитель первоначально разделены, а горение протекает в области их перемешивания (диффузионное горение). За редким исключением при обширных пожарах встречается диффузионный режим горения, при котором скорость горения во многом определяется скоростью поступления в зону горения образующихся летучих горючих веществ. В случае горения твердых материалов скорость поступления летучих веществ непосредственно связана с интенсивностью теплообмена в зоне контакта пламени и твердого горючего вещества. Массовая скорость выгорания [г/(м2-с)] зависит от теплового потока, воспринимаемого твердым горючим, и его физико-химических свойств. В общем виде эту зависимость можно представить как:

Mi=(Qпр-Qух)/r,

где Qпр — тепловой поток от зоны горения к твердому горючему, кВт/м; Qух — теплопотери твердого горючего в окружающую среду, кВт/м2; г — теплота, необходимая для образования летучих веществ, кДж/г; для жидкостей представляет собой удельную теплоту парообразования.

Тепловой поток, поступающий из зоны горения к твердому горючему, существенным образом зависит от энергии, выделенной в процессе горения, и от условий теплообмена между зоной горения и поверхностью твердого горючего. В этих условиях режим и скорость горения могут в значительной степени зависеть от физического состояния горючего вещества, его распределения в пространстве и характеристик окружающей среды.

Пожаровзрывоопасность веществ характеризуется многими параметрами: температурами воспламенения, вспышки, самовозгорания, нижним (НКПВ) и верхним (ВКПВ) концентрационными пределами воспламенения; скоростью распространения пламени, линейной и массовой (в граммах в секунду) скоростями горения и выгорания веществ.

Под воспламенением понимается возгорание (возникновение горения под воздействием источника зажигания), сопровождающееся появлением пламени. Температура воспламенения —минимальная температура вещества, при которой происходит загорание (неконтролируемое горение вне специального очага).

Температура вспышки — минимальная температура горючего вещества, при которой над его поверхностью образуются газы и пары, способные вспыхивать (вспыхивать — быстро сгорать без образования сжатых газов) в воздухе от источника зажигания (горящего или раскаленного тела, а также электрического разряда, обладающих запасом энергии и температурой, достаточными для возникновения горения вещества). Температура самовозгорания —самая низкая температура, при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермической реакции (при отсутствии источника зажигания), заканчивающееся пламенным горением. Концентрационные пределы воспламенения — минимальная (нижний предел) и максимальная (верхний предел) концентрации, которые характеризуют области воспламенения.

Температура вспышки, самовоспламенения и воспламенения горючих жидкостей определяется экспериментально или расчетным путем согласно ГОСТ 12.1.044—89. Нижний и верхний концентрационный пределы воспламенения газов, паров и горючих пылей также могут определяться экспериментально или расчетным путем согласно ГОСТ 12.1.041—83*, ГОСТ 12.1.044—89 или руководству по «Расчету основных показателей пожаровзрывоопасности веществ и материалов».

Пожаровзрывоопасность производства определяется параметрами пожароопасности и количеством используемых в технологических процессах материалов и веществ, конструктивными особенностями и режимами работы оборудования, наличием возможных источников зажигания и условий для быстрого распространения огня в случае пожара.

Согласно НПБ 105—95 все объекты в соответствии с характером технологического процесса по взрывопожарной и пожарной опасности подразделяются на пять категорий (табл. 8.1).

Обозначенные выше нормы не распространяются на помещения и 'здания для производства и хранения взрывчатых веществ, средств инициирования взрывчатых веществ, здания и сооружения, проектируемые по специальным нормам и правилам, утвержденным в установленном порядке.

Категории помещений и зданий применяют для установления нормативных требований по обеспечению взрывопожарной и пожарной безопасности указанных зданий и сооружений в отношении планировки и застройки, этажности, площадей, размещения помещений, конструктивных решений, инженерного оборудования и т. д.

Под огнестойкостью понимают способность строительной конструкции сопротивляться воздействию высокой температуры в условиях пожара и выполнять при этом свои обычные эксплуатационные функции.

Время (в часах) от начала испытания конструкции на огнестойкость до момента, при котором она теряет способность сохранять несущие или ограждающие функции, называется пределом огнестойкости.

Потеря несущей способности определяется обрушением конструкции или возникновением предельных деформаций и обозначается индексом R. Потеря ограждающих функций определяется потерей целостности или теплоизолирующей способности. Потеря целостности обусловлена проникновением продуктов сгорания за изолирующую преграду и обозначается индексом Е. Потеря теплоизолирующей способности определяется повышением температуры на необогреваемой поверхности конструкции в среднем более чем на 140 °С или в любой точке этой поверхности более чем на 180 °С и обозначается индексом J.

Основные положения методов испытаний конструкций на огнестойкость изложены в ГОСТ 30247.0—94 «Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Общие требования» и ГОСТ 30247.1—94 «Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции».

Степень огнестойкости здания определяется огнестойкостью его конструкций в соответствии с табл. 8.1 (СНиП 21—01—97).

Таблица 8.1. Огнестойкости строительных конструкций

СНиП 21—01—97 регламентирует классификацию зданий по степени огнестойкости, конструктивной и функциональной пожарной опасности. Эти нормы введены в действие с 1 января 1998 г.

Класс конструктивной пожарной опасности здания определяется степенью участия строительных конструкций в развитии пожара и образовании его опасных факторов.

По пожарной опасности строительные конструкции подразделяются на классы: КО, Kl, K2, КЗ (ГОСТ 30—403—95 «Конструкции строительные. Метод определения пожарной опасности»). Класс пожарной опасности конструкции определяется по табл. 8.2 (по наименее благоприятному фактору).

Таблица 8.2. Классы пожарной опасности конструкции

Здания и пожарные отсеки по конструктивной пожарной опасности подразделяются на классы.

По функциональной пожарной опасности здания и помещения подразделяются на классы в зависимости от способа их использования и от того, в какой мере безопасность людей в них, в случае возникновения пожара, находится под угрозой, с учетом их возраста, физического состояния, сна или бодрствования, вида основного функционального контингента и его количества.

К классу Ф1 относятся здания и помещения, связанные постоянным или временным проживанием людей, в который входят:

— Ф1.1—детские дошкольные учреждения, дома престарелых и инвалидов, больницы, спальные корпуса школ-интернатов и детских учреждений;

— Ф1.2—гостиницы, общежития, спальные корпуса санаториев и домов отдыха, кемпингов и мотелей, пансионатов;

— Ф1.3—многоквартирные жилые дома;

— Ф1.4—индивидуальные, в том числе блокированные дома.

К классу Ф2 относятся зрелищные и культурно-просветительские учреждения, в который входят:

— Ф2.1—театры, кинотеатры, концертные залы, клубы, цирки, спортивные сооружения и другие учреждения с местами для зрителей в закрытых помещениях;

— Ф2.2—музеи, выставки, танцевальные залы, публичные библиотеки и другие подобные учреждения в закрытых помещениях;

— Ф2.3—то же, что Ф2.1, но расположенные на открытом воздухе.

К классу ФЗ относятся предприятия по обслуживанию населения:

— Ф3.1—предприятия торговли и общественного питания;

— Ф3.2—вокзалы;

— ФЗ.З— поликлиники и амбулатории;

— Ф3.4—помещения для посетителей предприятий бытового и коммунального обслуживания населения;

— Ф3.5—физкультурно-оздоровительные и спортивно-тренировочные учреждения без трибун для зрителей.

К классу Ф4 относятся учебные заведения, научные и проектные организации:

— Ф4.1— общеобразовательные школы, средние специальные учебные заведения, профтехучилища, внешкольные учебные заведения;

— Ф4.2—высшие учебные заведения, учреждения повышения квалификации;

— Ф4.3—учреждения органов управления, проектно-конструк-торские организации, информационно-издательские организации, научно-исследовательские организации, банки, офисы.

К пятому классу относятся производственные и складские помещения:

— Ф5.1—производственные и лабораторные помещения;

— Ф5.2—складские здания и помещения, стоянки автомобилей без технического обслуживания, книгохранилища и архивы;

— Ф5.3—сельскохозяйственные здания.

Производственные и складские помещения, а также лаборатории и мастерские в зданиях классов Ф1, Ф2, ФЗ, Ф4 относятся к классу Ф5.

Согласно ГОСТ 30244—94 «Материалы строительные. Методы испытаний на горючесть» строительные материалы, в зависимости от значения параметров горючести, подразделяются на горючие (Г) и негорючие (НГ)

Определение горючести строительных материалов проводят экспериментально.

Для отделочных материалов кроме характеристики горючести вводится понятие величины критической поверхностной плотности теплового потока (КППТП), при которой возникает устойчивое пламенное горение материала (ГОСТ 30402—96). В зависимости от значения КППТП все материалы подразделяются на три групы воспламеняемости:

— Bl —КППТП равна или больше 35 кВт на м2;

— В2 — больше 20, но меньше 35 кВт на м2;

— ВЗ — меньше 20 кВт на м2.

По масштабам и интенсивности пожары можно подразделить на:

— отдельный пожар, возникающий в отдельном здании (сооружении) или в небольшой изолированной группе зданий;

— сплошной пожар, характеризующийся одновременным интенсивным горением преобладающего числа зданий и сооружений на определенном участке застройки (более 50 %);

— огневой шторм, особая форма распространяющегося сплошного пожара, образующаяся в условиях восходящего, потока нагретых продуктов сгорания и быстрого поступления в сторону центра огневого шторма значительного количества свежего воздуха (ветер со скоростью 50 км/ч);

— массовый пожар, образующийся при наличии в местности совокупности отдельных и сплошных пожаров.

Распространение пожаров и превращение их в сплошные пожары при прочих равных условиях определяется плотностью застройки территории объекта.

Быстрое распространение пожара возможно при следующих сочетаниях степени огнестойкости зданий и сооружений с плотностью застройки: для зданий I и II степени огнестойкости плотность застройки должна быть не более 30 %; для зданий III степени —20 %; для зданий IV и V степени — не более 10 %.

Влияние трех факторов (плотности застройки, степени огнестойкости здания и скорости ветра) на скорость распространения огня можно проследить на следующих цифрах:

1) при скорости ветра до 5 м/с в зданиях I и II ступени огнестойкости скорость распространения пожара составляет примерно 120 м/ч; в зданиях IV степени огнестойкости — примерно 300 м/ч, а в случае сгораемой кровли до 900 м/ч;

2) при скорости ветра до 15 м/с в зданиях I и II степени огнестойкости скорость распространения пожара достигает 360 м/с.

Страницы: 1, 2