Визначення характеристик вражаючих факторів вибухів.

Внаслідок дії сейсмічної хвилі були пошкоджені будівлі, зруйновані ємності з пальними речовинами й створилися умови для виникнення вибухів та пожеж на постраждалій від землетрусу території.

Вибух – це процес фізичних і хімічних перетворювань речовин, що швидко протікає й супроводжується звільненням значної кількості енергії в обмеженому об’ємі, внаслідок чого в навколишньому просторі виникає та розповсюджується ударна хвиля (УХ).

УХ вибуху – зона стисненого повітря, що поширюється з надзвуковою швидкістю від центру вибуху, викликаючи ураження людей, руйнування споруд, техніки й ін. Характер цих руйнувань залежить від багатьох чинників: від типу, розмірів об’єкту, будівельного матеріалу, інтенсивності УХ тощо. Непрямий вплив УХ полягає в ураженні людей предметами, що захоплюються нею.

Найважливіша кількісна характеристика УХ – надлишковий тиск фронту УХ, ΔР _ф, кПа – різниця між максимальним тиском у фронті УХ й нормальним атмосферним тиском.

Найчастіше відбуваються вибухи газо- та паливо-повітряних сумішей (ГПС, ППС).

Характерними рисами вибухів ГПС, ППС є:

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

· утворення п'яти зон ураження: детонаційної, розсіювання продуктів вибуху, дії УХ, теплового ураження та задимлення;

· залежність потужності вибуху від параметрів середовища, в якому відбувається вибух (температура, швидкість вітру, щільність забудови, рельєф місцевості).

Вихідні дані для розрахунку включають:

- тип ГПС (ППС), що зберігаються у ємностях;

- маса ГПС (ППС), М, кг;

- тип вибуху;

- відстань між ємністю з ГПС (ППС) та досліджуваним будинком, R, м;

- висота приміщення будинку, Н, м;

- довжина приміщення будинку, L, м;

- ширина приміщення будинку, B, м;

- температура повітря у приміщенні будинку, t _п, °С;

- ступінь вертикальної стійкості повітря (СВСП);

- маса токсичних продуктів горіння, М _т.п. ,кг;

- швидкість середнього вітру, v, м/с.

В залежності від умов розміщення ємності вибух може відбуватися у відкритому просторі та в приміщеннях.

2.2.1. Прогнозування можливих руйнувань та уражень під час вибуху ГПС (ППС) у відкритому просторі.

В осередку вибуху, щодо дії УХ, виділяють три концентричні зони (див. рис.1).

R1

R2

R3

R2

R3

R1

R

R

будинок

будинок

Рис. 1. Зони осередку вибуху ГПС (ППС)

1 – детонації, 2 – розсіювання продуктів вибуху, 3 – повітряної ударної хвилі.

 

1. Для прогнозування можливих руйнувань та уражень знайти радіуси цих зон та визначити в якій зоні знаходиться досліджуваний будинок.

Радіус зони детонації R₁ визначається за залежністю:

, м,

де M – маса пальної речовини, т.

Радіус зони розсіювання продуктів вибуху, R₂:

,м.

Радіус зони дії УХ. R₃:

,м.

 

2. Визначити величину надмірного тиску на відстані до досліджуваного об’єкту (будинку).

В межах зони детонації, надмірний тиск, умовно, приймається постійним і дорівнює кПа.

В зоні розсіювання продуктів вибуху надмірний тиск визначається за формулою:

, кПа,

де R – відстань від центру вибуху до досліджуваного об’єкту (будинку), м.

У зоні дії повітряної УХ, надмірний тиск розраховується за приведеними нижче формулами.

Для цього попередньо визначається відносна величина:

якщо y£2, то

, кПа,

 

якщо y>2,то

, кПа.

3. За знайденою величиною надмірного тиску зробити висновки щодо ступеня уражень незахищених людей та можливих руйнувань об’єктів за таблицями 2.1та 2.2, додатку 2.

2.2.2. Визначення параметрів ударної хвилі при вибуху ГПС та ППС у приміщенні.

Оскільки межі приміщення не дають можливості вільно розширюватися продуктам горіння у замкнутому об’ємі, надмірний тиск вибуху для пальних речовин, що складаються з атомів С, Н, N, Cl, Br, I, F визначається за формулою:

, кПа,

де Р _maх– максимальний тиск вибуху стехіометричної ГПС (ППС) у замкнутому об’ємі, визначається за довідником. Якщо дані відсутні, то приймають Р _maх = 900 кПа; Р ₀ – початковий тиск у приміщенні, кПа (приймають Р ₀ = 101кПа); М – маса ГПС (ППС), що потрапила у приміщення в наслідок аварії, т; z − 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 та вище й при температурі нижче температури спалаху при утворенні аерозолю; V _во − вільний об’єм приміщення, м³, що складає 80% від загального об’єму; j − коефіцієнт негерметичності приміщення та неадіабатичності процесу горіння, прийняти рівним 3; r _п(г) − щільність пари (газу) при Р ₀, кг/м³, визначається залежністю:

де t _п − температура повітря в приміщенні, °С; М _р – молярна маса речовини, г/моль (табл. 2.3 дод.2); С _стх − стехиометрична концентрація газів чи пари, визначається за формулою:

,

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

де п _с, п _н, п _о, n _г – кількість атомів С, Н, О та галогенів у молекулі пального.

Примітка. Стехиометричною сумішшю називають суміш у якій кількість повітря забезпечує повне згорання пального.

За знайденою величиною надмірного тиску зробити висновки щодо ступеня уражень незахищених людей та можливих руйнувань об’єктів за таблицями 2.1та 2.2, додатку 2.

Якщо у приміщенні стався вибух з ΔР_max > 30кПа, то воно, як правило, руйнується повністю.

2.2.3. Розрахунок параметрів зон теплового впливу при вибухах ГПС (ППС)

1. Визначити радіус вогняної кулі, R _вк, при загоранні хмари ГПС за залежністю:

м,

де М – маса ГПС(ППС), кг.

2. Визначити час свічення вогняної кулі, t _вк:

с.

3. Визначити інтенсивність теплового випромінювання, І:

кДж/м²с,

де R – відстань між ємністю з ГПС (ППС) та об’єктом (людиною).

4. Визначити тепловий імпульс U вогняної кулі:

, кДж/м².

5. Визначити вражаючу дію вогняної кулі на людей за табл. 2.4 та на матеріали за табл. 2.5 додатку 2 відповідно.

6. Визначити безпечний радіус дії теплового випромінювання на людину:

де І ^* - безпечна інтенсивність теплового випромінювання для людини (табл. 2.4 дод.2), кДж/м²с.

2.2.4. Розрахунок параметрів зони теплового впливу, що може утворитися під час пожежі.

За рахунок теплового впливу відбувається займання об’єкту й розвиток пожежі.

Розміри зони теплового впливу під час пожежі розраховують за співвідношенням, яке визначає безпечну відстань R _без, м, при заданому рівні інтенсивності теплового випромінювання для людини:

,

де c − коефіцієнт, що характеризує геометрію осередку горіння: c = 0,02 − якщо джерело горіння плоске (розлив на поверхні землі чи води); c = 0,08 − якщо джерело горіння об'ємне (будинок, резервуар); q₀ − питома теплота пожежі, кДж/м²×с (табл. 2.3 дод. 2); I^* − безпечна інтенсивність теплового випромінювання для людини, кДж/м²×c (табл. 2.4 дод. 2); R* − приведений розмір осередку горіння (пожежі):

- для будівель (L - довжина найбільшої стіни, h - висота будівлі), м;

- для резервуарів з ЛЗР R* = D _рез; для резервуарів з пальними рідинами (газами) R * = 0,8 ∙ D _рез, (D _рез – діаметр резервуара), м;

- при розливі пальної рідини: , де d – діаметр розливання, м; V − об’єм рідини, м³.

2.2.5. Розрахунок характеристик зони токсичного задимлення, що утворюється під час пожеж

Зона задимлення при пожежі має форму трапеції (рис. 2)

Рис. 2. Зони вражаючого впливу на людину під час пожежі:

1 – об’єкт, на якому сталася пожежа; 2− зона теплового впливу; 3− зона задимлення; В − ширина зони горіння (дорівнює ширині об’єкту), м; DВ – бічне розсіювання; Г – глибина зони задимлення, м; Ш – ширина зони задимлення, м.

 

Послідовність оцінки є наступною:

1. Визначити глибину небезпечної за токсичною дією частини зони задимлення Г, м, за співвідношенням:

де К₁ − коефіцієнт шорсткості поверхні (відкрита поверхня − 1; степова рослинність, сільгоспугіддя − 2; чагарник, окремі дерева − 2,5; міська забудова, ліс − 3,3); М _т.п. − маса токсичних продуктів горіння, кг; К₂ − коефіцієнт ступеня вертикальної стійкості повітря (інверсія − 1; ізотермія − 1,5; конвекція − 2), w − швидкість переносу переднього фронту диму (табл. 2.6 дод.2), км/год; D – порогова токсична доза, мг^.хв/л (табл. 2.7. дод.2), прийняти для оксиду вуглецю.

2. Визначити ширину зони задимлення Ш, м, за формулою:

,

при стійкому вітрі (v _в ≥ 1м/с), DВ = 0,1∙Г, при нестійкому вітрі (v _в < 1м/с), DВ = 0,4∙Г.

3. Зробити висновок щодо параметрів зони задимлення.