Расчет вероятных зон действия поражающих факторов при сгорании топливно-воздушных смесей в открытом пространстве

При расчете параметров волны давления при сгорании газо-, паровоздушного облака использовался программный комплекс «ТОКСИ+Risk. Оценки риска и расчета последствий аварий на производственных объектах» (в соответствии с Приложением 3 к пункту 18 Методики определения расчетных величин пожарного риска на производственных объектах (Приложение к приказу МЧС РФ от 10 июля 2009 г. № 404)).

Основными структурными элементами алгоритма расчетов являются:

  • определение ожидаемого режима сгорания облака;
  • расчет максимального избыточного давления и импульса фазы сжатия воздушных волн давления для различных режимов;
  • определение дополнительных характеристик взрывной нагрузки;
  • оценка поражающего воздействия.

Ожидаемый режим сгорания облака зависит от типа горючего вещества и степени загроможденности окружающего пространства.

Для расчета были приняты следующие условия:

  • облако ТВС расположено на поверхности земли;
  • класс горючих веществ по степени чувствительности для нефти — 3 — средне чувствительные вещества (по нефти), для газа — 2 — чувствительные вещества (по пропану) для склада пропановых баллонов, 4 — слабо чувствительные вещества (по метану) для газопровода;
  • класс окружающего пространства по степени загроможденности III — средне загроможденное пространство: отдельно стоящие технологические установки, резервуарный парк.

В случае образования паровоздушной смеси в незагроможденном технологическим оборудованием пространстве и его зажигании относительно слабым источником (например, искрой) сгорание этой смеси происходит, как правило, с небольшими видимыми скоростями пламени. При этом амплитуды волны давления малы и могут не приниматься во внимание при оценке поражающего воздействия. В этом случае реализуется так называемый пожар-вспышка, при котором зона поражения высокотемпературными продуктами сгорания паровоздушной смеси практически совпадает с максимальным размером облака продуктов сгорания (т.е. поражаются в основном объекты, попадающие в это облако).

Радиус воздействия высокотемпературных продуктов сгорания паровоздушного облака при пожаре-вспышке производится с использованием программного комплекса «ТОКСИ+Risk. Оценки риска и расчета последствий аварий на производственных объектах» (в соответствии с формулой П3.67 Приложения 3 к пункту 18 Методики определения расчетных величин пожарного риска на производственных объектах (Приложение к приказу МЧС РФ от 10 июля 2009 г. № 404)).

Результаты расчета параметров волны давления при сгорании ТВС в открытом пространстве приведены в таблице 14.

Результаты расчета зон действия поражающих факторов при взрыве облака ТВС в открытом пространстве

№ оборудования по схеме№ сценарияРасстояние (r, м) от геометрического центра топливовоздушного облака до границы зоны с заданным избыточным давлением, кПаРадиус воздействия высокотемпературных продуктов сгорания при «пожаре-вспышке», м
10053281253
Площадка фильтров-грязеуловителей ФГ-1…2С36164171
Резервуар товарной нефти РВС-4500 Р1…Р3С3 (первичное облако)37110273476
С3 (вторичное облако)2264160278
Площадка регулирования давленияС36164171
Площадка путевого подогревателяС36164171
Склад пропановых баллоновС5812214696
Резервуар аварийного топлива для котельнойС36164171
Площадка для АЦ для сбора нефти (поз. 12.1…12.3)С36164171
Газопровод высокого давления Д 89х6 ммС5Максимальное избыточное давление взрыва 2,0 кПа17

 

В таблице 15 приведены значения критического давления для людей, находящихся в зданиях (согласно Руководству по оценке пожарного риска для промышленных предприятий).

Значения критического давления для людей, находящихся в зданиях

Вид воздействияДавление воздействия, кПа
Люди, находящиеся в неукрепленных зданиях, погибнут в результате прямого поражения УВ, под развалинами зданий или вследствие удара о твердые предметы190
Наиболее вероятно, что все люди, находящиеся в неукрепленных зданиях, либо погибнут, либо получат серьезные повреждения в результате действия взрывной волны, либо при обрушении здания или перемещении тела взрывной волной69 ¸ 76
Люди, находящиеся в неукрепленных зданиях, либо погибнут или получат серьезные повреждения барабанных перепонок и легких под действием взрывной волны, либо будут поражены осколками и развалинами здания55
Обслуживающий персонал получит серьезные повреждения с возможным летальным исходом в результате поражения осколками, развалинами здания, горящими предметами и т.п. Имеется 10 %-я вероятность разрыва барабанных перепонок24
Возможна временная потеря слуха или травмы в результате вторичных эффектов взрывной волны, таких, как обрушение зданий, и третичного эффекта переноса тела. Летальный исход или серьезные повреждения от прямого воздействия взрывной волны маловероятны16
С высокой надежностью гарантируется отсутствие летального исхода или серьезных повреждений. Возможны травмы, связанные с разрушением стекол и повреждением стен здания5,9 ¸ 8,3

 

В таблицах 16 и 17 приведены значения критического давления для разрушения ударной волной тех или иных элементов зданий и для повреждений некоторых промышленных конструкций (согласно Руководству по оценке пожарного риска для промышленных предприятий).

Значения критического давления для разрушения ударной волной тех или иных элементов зданий

Характер повреждений элементов зданийDР, кПа
Разрушение остекления2 ¸ 7
Разрушение перегородок и кровли:
деревянных каркасных зданий12
кирпичных зданий15
железобетонных каркасных зданий17
Разрушение перекрытий:
деревянных каркасных зданий17
промышленных кирпичных зданий28
промышленных зданий со стальным и железобетонным каркасом30
зданий с массивными стенами42
Разрушение стен:
шлакоблочных зданий22
деревянных каркасных зданий28
кирпичных зданий со стенами в 1,5 кирпича40
зданий с массивными стенами100
Разрушение фундаментов215 ¸ 400

 

Значения критического давления для повреждений некоторых промышленных конструкций

Характер повреждений промышленных конструкцийDР, кПа
Незначительное повреждение стальных конструкций каркасов, ферм8 ¸ 10
Разрушение стальных каркасов, ферм и перемещение оснований20
Разрушение промышленных стальных несущих конструкций20 ¸ 30
Разрушение опорных структур резервуаров100
Перемещение цилиндрических резервуаров, повреждение трубопроводов50 ¸ 100
Повреждение ректификационных колонн35 ¸ 80
Незначительные деформации трубопроводных эстакад20 ¸ 30
Перемещение трубопроводных эстакад, повреждение трубопроводов35 ¸ 40
Разрушение трубопроводных эстакад40 ¸ 55

В таблице 18 приведено предельно допустимое избыточное давление при сгорании газо-, паровоздушных смесей в помещениях или в открытом пространстве (согласно Приложения 4 к пункту 20 Методики определения расчетных величин пожарного риска на производственных объектах).

Предельно допустимое избыточное давление при сгорании газо-, паро- или пылевоздушных смесей в помещениях или в открытом пространстве

Степень пораженияИзбыточное давление, кПа
Полное разрушение зданий100
50 %-ное разрушение зданий53
Средние повреждения зданий28
Умеренные повреждения зданий (повреждение внутренних перегородок, рам, дверей и т.п.)12
Нижний порог повреждения человека волной давления5
Малые повреждения (разбита часть остекления)3

 

В таблице 19 приведены значения показателя избыточного давления, вызывающего различные виды разрушений зданий, согласно [26].

 

 

Значения показателя избыточного давления, вызывающего различные виды разрушений

Тип зданий, сооруженийСтепень разрушения при избыточном давлении на фронте падающей ударной волны, кПа
СлабоеСреднееСильноеПолное
Промышленные здания с легким каркасом и бескаркасной конструкцией10-2525-3535-45>45
Складские кирпичные здания10-2020-3030-40>40
Одноэтажные складские помещения с металлическим каркасом и стеновым заполнением из листового металла5-77-1010-15>15
Бетонные и железобетонные здания и антисейсмические конструкции25-3580-120150-200>200
Здания железобетонные монолитные повышенной этажности25-4545-105105-170170-215
Котельные, регуляторные станции в кирпичных зданиях10-1515-2525-3535-45
Деревянные дома6-88-1212-20>20
Подземные сети, трубопроводы400-600600-10001000-1500>1500
Трубопроводы наземные2050130
Кабельные подземные линиидо 800>1500
Цистерны для перевозки нефтепродуктов30-5050-7070-80>80
Резервуары и емкости стальные наземные35-5555-8080-90>90
Подземные резервуары40-7575-150150-200>200

 

Слабые разрушения — частичное разрушение внутренних перегородок, кровли, дверных и оконных коробок, легких построек и др. Основные несущие конструкции сохраняются. Для полного восстановления требуется капитальный ремонт.

Средние разрушения — разрушение меньшей части несущих конструкций. Большая часть несущих конструкций сохраняется и лишь частично деформируется. Может сохраняться часть ограждающих конструкций (стен), однако при этом второстепенные и несущие конструкции могут быть.

Средние разрушения — разрушение меньшей части несущих конструкций. Большая часть несущих конструкций сохраняется и лишь частично деформируется. Может сохраняться часть ограждающих конструкций (стен), однако при этом второстепенные и несущие конструкции могут быть частично разрушены. Здание выводится из строя, но может быть восстановлено.

Сильные разрушения — разрушение большей части несущих конструкций. При этом могут сохраняться наиболее прочные элементы здания, каркасы, ядра жесткости, частично стены и перекрытия нижних этажей. При сильном разрушении образуется завал. В большинстве случаев восстановление нецелесообразно.

Полные разрушения — полное обрушение здания, от которого могут сохраниться только поврежденные (или неповрежденные) подвалы и незначительная часть прочных элементов. При полном разрушении образуется завал. Здание восстановлению не подлежит.

В таблице 20 приведены воздействия ударной волны на человека согласно «Чрезвычайные ситуации техногенного характера. Прогнозирование и оценка: детерминированные методы количественной оценки опасностей техносферы» [21].

Воздействие ударной волны на человека

Рф, кПаСтепень

поражения

Характер поражения
Свыше 100Крайне

тяжелая

Безусловное смертельное поражение.

Получаемые травмы очень часто приводят к смертельному исходу

60-100ТяжелаяСильная контузия всего организма, повреждение внутренних органов и мозга, тяжелые переломы конечностей. Возможен смертельный исход.
40-60СредняяСерьёзные контузии, повреждение органов слуха, кровотечение из носа и ушей, сильные вывихи и переломы конечностей.
20-40ЛегкаяЛегкая общая контузия организма, временное повреждение слуха, ушибы и вывихи конечностей