Безпека життєдіяльності - Запорожець О.І. - Визначення характеристик вражаючих факторів зон техногенних небезпек

При оцінці обстановки, що виникає на об'єкті, де використовують вибухо- пожежо- та хімічнонебезпечні речовини, важливо розрізняти випадки, коли аварія виникає в приміщенні чи поза приміщенням. Вибухи в приміщеннях приводять до більш тяжких руйнацій тому, що частка участі горючої речовини внаслідок виключення розпорошення, у вибуху значно більша. Також при вибухах у приміщеннях значну небезпеку для людей становить не стільки безпосередній вплив ударної хвилі, скільки вторинні впливи (уламки, бите скло тощо) при руйнуванні обладнання, що там знаходиться.

Характерними рисами вибухів газоповітряних, паливоповітряних сумішей (ГПС, ППС) у відкритому просторі ГПС, ППС є:

o виникнення різних типів вибухів: детонаційного, дефлаграційного чи комбінованого (найбільш розповсюджений);

o утворення п'яти зон ураження: детонаційної (бризантної), дії продуктів вибуху (вогненної кулі), дії ударної хвилі, теплового ураження та токсичного задимлення;

o залежність потужності вибуху від параметрів середовища, у якому відбувається вибух (температура, швидкість вітру, щільність забудови, рельєф місцевості);

o для реалізації комбінованого чи детонаційного вибуху для ГПС і ППС обов'язковою умовою є створення концентрації продукту горіння в повітрі в межах нижньої та верхньої концентраційної межі (НКМ, ВКМ).

Детонація - процес вибухового перетворення речовини з надзвуковою швидкістю. Дефлаграція - вибухове горіння з дозвуковою швидкістю. Зона горіння - частина простору, у якій утворюється полум'я чи вогненна куля з продуктів горіння. Зона дії ударної хвилі - територія в межах якої можливі руйнування, пошкодження будівель та споруд, а також завдання шкоди людині через надмірний тиск ударної хвилі. Зона теплового ураження - частина простору, що примикає до зони горіння, у якому відбувається загоряння чи зміна стану матеріалів і конструкцій та вражаюча дія на незахищених людей. Зона токсичного задимлення - частина простору, що включає наведені вище зони. Радіус зони детонаційної дії Я₁ дорівнює:

Таблиця 3.9

Ступені руйнувань об'єктів в залежності від величини надмірного тиску ΔРф хвилі, кПа

При вибухах газоповітряних, паливоповітряних сумішей (ГПС, ППС) у приміщеннях вибухонебезпечних об'єктів (цехах деревообробки, лакофарбових, складах палива, котелень, елеваторах) можливі вибухи і вибухове дефлаграційне горіння, у всьому об'ємі, оскільки межі приміщення не дають можливості розширюватися продуктам горіння.

Надмірний тиск вибуху для індивідуальних пальних речовин, що складаються з атомів С, H, N, CI, Br, І, F визначається за формулою:

де Рmaх -максимальний тиск вибуху стехіометричної ГПС, ППС у замкнутому об'ємі, визначається за довідником. Якщо дані відсутні, то приймають Рmaх = 900 кПа; Р₀ - початковий тиск у приміщенні, кПа (приймають Р₀ = 101 кПа); М - маса ГПС, що потрапила у приміщення в наслідок аварії, кг; г - коефіцієнт участі пальної речовини у вибуху в приміщенні, дорівнює: 0,5 - для пальних газів, промислового пилу; 0,3 - для легко займистої речовини (ЛЗР) і пальних рідин, нагрітих до температури спалаху і вище та при температурі нижче температури спалаху при утворенні аерозолю; У_до - вільний об'єм приміщення, м³; р - щільність пари (газу) при Р₀, кг/м³, визначається залежністю:

М_р-молярна маса речовини, г/моль; і_п-температура повітря в приміщенні, °С; ф - коефіцієнт негерметичності приміщення і не адіабатичності процесу горіння, дорівнює 3; С_стх - стехио-метрична концентрація газів чи пари, визначається за формулою:

де в - стехиометричний коефіцієнт кисню в рівнянні реакції горіння, дорівнює:

( п_с , п_н , п₀, п_Г - кількість атомів С, Н, О та галогенів у молекулі пального).

Примітка. Стехиометричною сумішшю називають оптимальний склад речовин, у якому кількість компонентів відповідає формулі хімічної реакції горіння.

У реальних умовах для оперативних розрахунків доцільно використовують співвідношення хвилі, кПа

де Т₀ - температура повітря в приміщенні до вибуху, К; ()_т - питома теплота вибуху ППС, ГПС, кДж/кг (табл. 3.10); С_р - тепло місткість повітря, С_р = 1,01 кДж/кг><К; р_п - щільність повітря до вибуху (при Т₀ , р_п = 1,2), кг/м³; ф - коефіцієнт негерметичності приміщення і не адіабатичності процесу горіння, дорівнює 2,5.

Таблиця 3.10

Характеристики деяких ГПС і ППС

де V - загальний об'єм приміщення, м³.

Примітка. 1) Вибух у приміщенні можливий тільки за значення фактичної густини речовини в повітрі більше небезпечної густини;

2) Якщо у приміщенні стався вибух з Рф>30кПа, то воно, як правило, руйнується (частково або повністю);

3) Вільний об'єм приміщення складає 80% від загального об'єму.

При загорянні хмари ГПС утворюється вогняна куля з радіусом Я із часом свічення ґ та інтенсивністю теплового випромінювання I, кДж/м²с, які визначаються за формулами:

де Я - радіус зони теплового впливу.

Перетворюючи останню формулу можна визначити радіус дії вогняної кулі :

де М - маса ГПС, ППС у резервуарі, кг, Г - задана інтенсивність теплового випромінювання, критерій ураження людини (табл. 3.11), кДж/м²с

Таблиця 3.11

Граничні (критичні ) значення теплового випромінювання для людини і матеріалів

Тепловий імпульс и, кДж/м², знаходять за формулою:

и = Ывк.

Вражаючі дії ударної хвилі та теплового імпульсу визначаються шляхом порівняння обчислених значень АР_ф і и з табличними (табл. 3.12, табл. 3.13 ).

Таблиця 3.12

Ступінь ураження незахищених людей ударною хвилею

Таблиця 3.13

Максимальна енергія світлового випромінювання, що не спричиняє загоряння або стійке горіння різноманітних матеріалів

Примітка: зовнішня межа осередку виникнення пожеж за величиною світлового імпульсу складає 100...200 кДж/м².