Оценка устойчивости объектов и их элементов к воздействию ударной волны, возникающей от взрыва газовоздушной смеси

При взрывах на предприятиях со взрывоопасной технологией, на складах и хранилищах взрывоопасные и пожароопасные вещества, вследствие истечения газообразных или сжиженных углеводородных продуктов. Смеси горючих газов с воздухом взрывоопасны при любой температуре окружающей среды. Взрывоопасны также смеси горючей пыли с воздухом с нижним порогом воспламенения (НКПВ) 15 г/м³ и менее взрывоопасны с НКПВ= 16-65 г/м³.

При взрыве газовоздушной смеси образуется очаг взрыва с ударной волной, вызывающей разрушение зданий, сооружений и оборудования аналогично тому, как это происходит от ударной волны при ядерном взрыве.

Ударная волна – область резкого сжатия среды, которое в виде сферического слоя распространяется во все стороны от источника со сверхзвуковой скоростью. Ударные волны могут быть как природного, так и антропогенного происхождения. Они поражают людей и животных, повреждают или разрушают здания, сооружения, оборудование, технику и другое имущество.

Основным поражающим параметром ударной волны являются избыточное давление во фронте ударной волны DР_ф, скоростной напор воздуха DР_ск и время действия избыточного давления t₊ (фаза сжатия).

В качестве показателя устойчивости объекта к воздействию ударной волны принимается значение избыточного давления DР_фмакс, при котором здания, сооружения, оборудование и т.д. сохраняются или получают слабые и средние разрушения. Это значение избыточного давления принято считать пределом устойчивости объекта к воздействию ударной волны.

Оценка устойчивости объекта к воздействию ударной волны сводится к определению DР_ф.макс.

 

Исходные данные для расчёта:

 

При взрыве емкости со сжиженным углеводородом объемом 32 т. рассчитать значение избыточного давления, которое ожидается от взрыва газовоздушной смеси на территории цеха, расположенного в 280 м. от места аварии. Цех с металлическим каркасом и крановым оборудованием грузоподъемностью 25-50 т.

При взрыве газовоздушной смеси образуется очаг взрыва с ударной волной, вызывающей разрушение зданий, сооружений и оборудования.

В очаге взрыва газовоздушной смеси принято три круговые зоны (рис 1).

Рис 1. Схема очага взрыва газовоздушной смеси.

1 – зона детонационной волны;

2 – зона действия продуктов взрыва;

3 – зона воздушной ударной волны.

 

Зона детонационной волны находится в пределах облака взрыва. Радиус этой зоны r₁ определяется по формуле:

; (4.1)

где Q – количество сжиженного углеводорода, Q=32 (т).

(м);

В пределах зоны 1 действует избыточное давление, которое может приниматься постоянным, DР₁=1700 (кПа).

Зона действия продуктов взрыва охватывает всю площадь разлета продуктов взрыва газовоздушной смеси в результате ее детонации. Радиус этой зоны определяется по формуле:

(м).

Избыточное давление в пределах этой зоны DР₂ изменяется от 1350 до 300 (кПа) и может быть определена по формуле:

; (4.2)

где r – расстояние от центра взрыва до рассматриваемой точки, м;

(кПа).

В зоне действия ударной волны формируется фронт ударной волны, распространяющейся по поверхности земли. Избыточное давление в этой зоне в зависимости от расстояния до центра взрыва r₃ может быть рассчитано в зависимости от величины коэффициента К:

(4.3)

где r₃ – радиус зоны 3 или расстояние до точки, в которой требуется определить избыточное давление ударной волны DР₃.

Для К<2:

;

(кПа);

 

Сравним избыточное давление ударной волны DР₃ с пределом устойчивости объекта Р_ф.макс. Поскольку выполняется условие

DР₃ =38,1кПа < Р_ф.макс = 40 кПа,

то отсюда следует вывод: при взрыве емкости с углеводородом, здание цеха не будет подвержено разрушениям, так как данный объект устойчив к действию ударной волны.