CC BY
24
С. Г. КОТОВ, заместитель начальника организационно-аналитического управления Департамента по надзору за безопасным ведением работ в промышленности Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь (Беларусь, 220108, г. Минск, ул. Казинца, 86/1; e-mail: kotov.sergei.g@gmail.com) В. А. САЕЧНИКОВ, д-р физ.-мат. наук, профессор, заведующий кафедрой физики и аэрокосмических технологий Белорусского государственного университета (Беларусь, 220030, г. Минск, ул. Курчатова, 5; e-mail: saetchnikov@bsu.by) Д. С. КОТОВ, начальник группы планирования, командно-программного и баллистико-навигационного обеспечения УП "Геоинформационные системы" (Беларусь, 220012, г. Минск, ул. Сурганова, 6; e-mail: viscount.d@gmail.com) Е. В. ВЕРХОТУРОВА, старший преподаватель кафедры физики и аэрокосмических технологий Белорусского государственного университета (Беларусь, 220030, г. Минск, ул. Курчатова, 5; e-mail: everkhoturova@gmail.com)
УДК 502.1,51-74,614.83,614.841.414
ЭКСПРЕСС-МЕТОД ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ЗОН ПОРАЖЕНИЯ ОПАСНЫМИ ФАКТОРАМИ ПОЖАРА И ВЗРЫВА ПРИ ВЫБРОСЕ СИЛЬНОДЕЙСТВУЮЩИХ ЯДОВИТЫХ ВЕЩЕСТВ
Показано, что для ряда сильнодействующих ядовитых веществ, наряду с расчетом зоны поражения при ингаляционном воздействии на организм человека, необходимо выполнять расчет зон поражения опасными факторами, возникающими в результате пожара и взрыва. Исходя из требований технических нормативных правовых актов Республики Беларусь, разработаны теоретические основы экспресс-метода прогнозирования зон поражения ударной волной и тепловым излучением для сильнодействующих ядовитых веществ, являющихся жидкостями с температурой кипения выше температуры окружающей среды, сжатыми и сжиженными газами. Получены полиномы расчета зон поражения ударной волной, тепловым излучением пожаров пролива и "огненного шара" для сильнодействующих ядовитых веществ, являющихся жидкостями с температурой кипения выше температуры окружающей среды, сжатыми и сжиженными газами. Полученные полиномы составляют основу экспресс-метода прогнозирования зон поражения для сильнодействующих ядовитых веществ.
Ключевые слова: сильнодействующее ядовитое вещество; легковоспламеняющееся вещество; горючее вещество; взрывоопасное вещество; сжатый газ; сжиженный газ; жидкость с температурой кипения выше температуры окружающей среды; выброс; пролив; пожар; взрыв; ударная волна; тепловое излучение; зона поражения; вероятность гибели.
Известно, что значительная часть сильнодействующих ядовитых веществ (СДЯВ) является легковоспламеняющимися и взрывоопасными веществами, что часто приводит к возникновению пожаров и взрывов в случае разрушения емкостей, а также к образованию в результате горения новых токсических соединений [1].
Согласно техническим нормативным правовым актам Республики Беларусь для пожаровзрывоопас-ных СДЯВ, наряду с определением зоны поражения, необходимо рассчитывать вероятность гибели людей при пожарах и взрывах согласно [2].
В [3] обоснован перечень СДЯВ, для которых согласно техническим нормативным правовым актам Республики Беларусь необходимо выполнять расчет вероятности гибели людей при пожарах и взрывах. В статье [3] приведены результаты обобще-
ния литературных данных по физико-химическим свойствам, необходимых для расчета зон поражения опасными факторами, возникающими в результате пожара и взрыва. В тех случаях, когда таких данных в литературе обнаружить не удалось, был выполнен их расчет. По результатам обобщения литературных данных и результатов расчетов сформирована база данных, необходимых для расчета зон поражения при пожарах и взрывах сильнодействующих ядовитых веществ.
В настоящей статье представлены теоретические основы экспресс-метода прогнозирования зон поражения при пожарах и взрывах.
Поражение человека при пожарах и взрывах сжатых газов, в том числе СДЯВ, возможно как поражающими факторами ударной волны, так и тепловым излучением "огненного шара".
© Котов С. Г., Саечников В. А., Котов Д. С., Верхотурова Е. В., 2013
Формула нахождения пробит-функции Рт для определения вероятности поражения ударной волной при сторании сжатых тазов имеет вид:
Рт = 5 -0,261п [4,3805 • 1035 г25,22/(2,3508 ва,33в£,33г2 + + 0,2565 вС0т66в0'66 г + 0,0112 встве )8,4 + + 1,0915 • 1032 г9>7(вс6Т138в06Д38)], (1)
тде г—расстояние от теометрическото центра тазо-паровоздушното облака, м; вст — удельная теплота сторания таза или пара, Дж/кт;
в0 — количество выброшенного (разлившегося) при аварии вещества, т.
Таким образом, вероятность поражения ударной волной при выбросе сжатото СДЯВ зависит только от трех параметров: удельной теплоты сторания таза, количества выброшенного вещества и расстояния от теометрическото центра тазовоздушной смеси.
Для конкретното СДЯВ удельная теплота сторания таза — величина постоянная, поэтому расстояние, на котором возможно поражение человека с определенной вероятностью, строто связано с параметром в0.
Формула нахождения пробит-функции Рт для определения вероятности поражения тепловым излучением "отненното шара" при сторании сжатых тазов имеет вид:
Р = -14,9
112,5 ехр
-25,5092в£'327
-7,0 • 10
1 +
2,561п {7,4608 в0
0,303
650,7204 в
0,654
ч-1,5
2602,8816в
0,654
1,33
(2)
Таким образом, вероятность поражения тепловым излучением при выбросе сжатото СДЯВ зависит только от количества выброшенного вещества и расстояния от теометрическото центра "отненното шара". Следовательно, для всех сжатых СДЯВ зависимость расстояния, на котором возможно поражение человека с определенной вероятностью, от количества выброшенного СДЯВ будет описываться единой функцией.
Поражение человека при пожарах и взрывах жидкостей с температурой кипения выше температуры окружающей среды, в том числе СДЯВ, возможно как поражающими факторами ударной волны, так и тепловым излучением пожара пролива.
Формула нахождения пробит-функции Рт для определения вероятности поражения ударной волной при сторании жидких СДЯВ имеет вид: • для СДЯВ, являющихся растворителями:
Рт = 5 - 0,261п
4,3805 • 1035 г25'2/(2,3508всСт33в0°'33г2 + 0,2565 ве;66в00•66г + 1,1173 • 10-2 х
32 9,3
х всв Г4 +
4 1,0915 • 10 г
в 6,138в 0,138 вст в0
1,5 • lе-7^/мPн Т л
если —-— > 1;
й
4,3805 • 1035 г25,7(1,3162 • 10-2 х 4ЙРИ Твств0
г2 +
(3)
+ 8,0403 • 10-
-9
+ 1,6759 • 10
+ 8,3669 • 107
УмРн Твств0 й
4ЙРИ Твств0 ^
4ЙРИ Твв й
0,66
г +
+
6,138
1,5 • 10-7л/мРн Т л
если --— < 1;
й
• для остальных СДЯВ (с температурой кипения выше температуры окружающей среды, не являющихся растворителями):
4,3805 • 1035 г25'Y(2,35е8вС0I,33в00'33г2 + + 0,2565 в^вГг + 1,1173 • 10-2 х
Рт = 5 - 0,261п
вств0 )8 +
4 1,0915 • 1032 г9)3
в6,138в 6,138 всг в0
если
1,5 • Ш-7л/мРн Т
> 1;
4,3805 • 1035 г25,2/(1,1514 • 10-2 х л/мРн Твств0
(4)
+ 6,1525 • 10-
+ 1,1173 • 10-
1,0081 • 107
л/мРн Твств0
0,66
г +
4ЙРШ Твств0 18,4
л/мРн Твств0
й
6,138
1,5 • 10-14мРн Т ,
если --— < 1,
й
тде М — относительная молекулярная масса вещества;
Рн — давление насыщенното пара вещества при заданной температуре воздуха, мм рт. ст.; Т — продолжительность поступления паров ЛВЖ и ГЖ в окружающее пространство, с; й — плотность СДЯВ, т/м3.
й
й
й
2
г
й
й
й
Таким образом, вероятность поражения ударной волной при выбросе СДЯВ, являющегося жидкостью, в общем случае зависит от восьми параметров: растворяющей способности, молекулярной массы, давления насыщенного пара при расчетной температуре жидкости, плотности, удельной теплоты сгорания, количества выброшенного вещества, продолжительности поступления паров в окружающее пространство и расстояния от геометрического центра газовоздушной смеси.
Единственной переменной величиной является продолжительность поступления паров ЛВЖ и ГЖ в окружающее пространство, которая, как известно [2], не может превышать 3600 с.
Для конкретного СДЯВ растворяющая способность, молекулярная масса, давление насыщенного пара при расчетной температуре жидкости, плотность, удельная теплота сгорания — величины постоянные. Следовательно, для всех СДЯВ, являющихся жидкостями с температурой кипения выше температуры окружающей среды, зависимость расстояния, на котором возможно поражение человека с определенной вероятностью, от количества выброшенного СДЯВ будет описываться единой функцией.
Формула расчета пробит-функции Рг для пожара проливов жидких СДЯВ, являющихся растворителями, имеет вид:
рг = -14,9 + 2,561п| I 5 +
: ехр
40/4 (г, бо) х
1,33 д (5)
-7,0 • 10-
"V
г - 12,2474 • 102Ар°
1
где г4 — расстояние от центра пролива, на котором интенсивность теплового излучения равна 4 кВтм2, м;
/4 — специальная функция. Формула расчета пробит-функции Рг для пожара проливов жидких СДЯВ, не являющихся растворителями, имеет вид:
рг = -14,9 + 2,561п
5+
5
х ехр
-7,0 • 10
-4
10, 60 V пй
40/4 (г, 60) х
1,33 д (6)
1
Таким образом, вероятность поражения тепловым излучением при проливах жидких СДЯВ зависит от того, является ли вещество растворителем или нет, а также от количества выброшенного вещества, его плотности и расстояния от источника излучения до облучаемого объекта.
Для конкретного СДЯВ, являющегося жидкостью с температурой кипения выше температуры окружающей среды, зависимость расстояния, на котором возможно поражение человека с определен-
ной вероятностью, от количества выброшенного СДЯВ описывается конкретной функцией.
Поражение человека при пожарах и взрывах сжиженных газов, в том числе СДЯВ, возможно как поражающими факторами ударной волны, так и тепловым излучением "огненного шара" и пожара пролива.
Определить вероятность поражения ударной волной при проливе сжиженных СДЯВ можно путем расчета пробит-функции Рг:
4,3805 • 1035г25'2/[2,9074г2 х \0-14ЙРнТ
Рг = 5 - 0,261п-
6сгб0
й
2Сз (Та Ткип )
6сгб0
10-7 4ырт
й
2Сз (Та Ткип )
Ь,
0,3923г х
0,0213 х
X 6сгб0
10-7 4ыркт й
2Сз (Та Ткип )
+ 2,1001 • 1030г9,3 х
с / 6сгб0
1_ V
ю-14ырнт
V
2Сз (Та Ткип )
-9,3
если
10-14ЙРТ
(7)
й
2Сз (Та Ткип )
< 1;
4,3805 • 1035г25'2/[2,9074г2 х 10-1^ЫРнТ
Л\ 0,33
6сгб0
0,3923г
+ 8 • 10-
6сгб0
V 0,66
ю-14ырнТ
+ 8 • 10 I + 0,0213 6СГ60 х
+ 8 • 10-
10-1-ШрнТ
+ 2,1001 • 1030г9,3 х
6сгб0
• 7 /— л0,66'
10 МТ + 8 • Ю-4
й
9,3
если
10-14ЙрнТ
й
+ 8 • 10-4
< 1.
Таким образом, вероятность поражения ударной волной при выбросе СДЯВ, являющегося сжи-
й
5
й
й
г
й
женным газом, в общем случае зависит от 11 параметров: молекулярной массы, плотности жидкости, давления насыщенного пара при расчетной температуре жидкости, удельной теплоты сгорания, нормальной температуры кипения жидкости, удельной теплоты испарения жидкости при температуре перегрева, теплоемкости жидкости при температуре ее перегрева, температуры жидкости в технологическом аппарате, количества выброшенного вещества, продолжительности поступления паров в окружающее пространство и расстояния от геометрического центра газовоздушной смеси.
Для конкретного СДЯВ, являющегося сжатым газом, молекулярная масса, плотность жидкости, удельная теплота сгорания, нормальная температура кипения жидкости — величины постоянные.
Единственной неопределенной величиной является температура жидкости в технологическом аппарате. Она может колебаться в широком диапазоне — от нормальной температуры кипения жидкости до температуры, соответствующей критическому давлению.
В то же время для конкретного СДЯВ, являющегося сжиженным газом, и для конкретной температуры в технологическом аппарате зависимость расстояния, на котором возможно поражение человека с определенной вероятностью, от количества вылившегося СДЯВ будет определенной функцией.
В данном случае возможен как "огненный шар", так и пожар пролива жидкости. Для случая "огненного шара" справедлива формула (2). Для СДЯВ, являющихся сжиженными газами, для пожаров проливов жидкости справедливо равенство (6).
Для нахождения расстояния, на котором возможно поражение человека с определенной вероятностью при определенном количестве вылившегося СДЯВ, для конкретного значения Рг, исходя из уравнений соответственно (1)-(7), необходимо получить зависимость г от Q0. Сделать это аналитическим методом практически невозможно, поэтому для нахождения функции г =/для СДЯВ использовались возможности ПВМ, когда для заданного значения Q0 определялось расстояние г, при котором достигалось требуемое значение Рг.
С использованием данных, приведенных в [3] и разработанных в рамках диссертационного исследования [4] программных средств, получены массивы размеров зон поражения, характеризующихся вероятностью гибели людей 1; 50 и 99,9 %, при пожарах и взрывах, сопровождающих выброс СДЯВ, являющихся пожаровзрывоопасными сжатыми и сжиженными газами и жидкостями с температурой кипения выше температуры окружающей среды.
Расчеты показали, что для СДЯВ, являющихся сжатыми газами, в одних случаях наиболее вероят-
ным поражающим фактором является ударная волна, а в других — тепловое излучение.
Результаты обработки зависимостей размера зоны поражения от количества выброшенного СДЯВ свидетельствуют, что они не описываются полиномами, предложенными в [5].
Исходя из анализа полученных выражений и на основе графика зависимости зоны поражения от количества СДЯВ предпринята попытка поиска зависимости глубины зоны поражения от поражающих факторов ударной волны в виде инверсного преобразования Блейсдейла [6]:
Я =
т
(а + Ът)-1 с
й,
(8)
где Я1 — глубина зоны поражения, м, при вероятности гибели людей I, %;
т — масса выброшенного (вылившегося) количества СДЯВ, кг;
а, Ъ, с, й — эмпирические коэффициенты. Для нахождения коэффициентов в уравнении (8) использовался метод нелинейной аппроксимации Левенберга-Маркварда [7].
Значения эмпирических коэффициентов в уравнении (8) для СДЯВ, являющихся сжатыми газами, приведены в табл. 1. Используя эти эмпирические коэффициенты, можно рассчитать глубину зоны поражения ударной волной с достаточной для практического применения погрешностью.
Для определения зависимости глубины зоны поражения от поражающих факторов теплового излучения "огненного шара" выражение (8) оказалось неприемлемым.
Исходя из анализа полученных выражений и на основе графика зависимости зоны поражения от количества СДЯВ предпринята попытка поиска зависимости глубины зоны поражения от поражающих факторов теплового излучения "огненного шара" в виде [7]:
(
Я = а
1 -
V
(9)
Определение коэффициентов в уравнении (9) также выполнено методом Левенберга-Маркварда [7].
Значения эмпирических коэффициентов в уравнении (9) для СДЯВ, являющихся сжатыми газами, приведены в табл. 2.
Пользуясь формулой (9) и значениями коэффициентов, приведенными в табл. 2, можно рассчитать глубину зоны поражения с погрешностями, достаточными для практического применения.
Расчеты для СДЯВ, являющихся жидкостями с температурой кипения выше температуры окружающей среды, показали, что наиболее вероятным поражающим фактором является ударная волна и
й
с
Таблица 1. Значения эмпирических коэффициентов в уравнении (8) для СДЯВ, являющихся сжатыми газами
СДЯВ Вероятность гибели людей, % а Ь с й
Аммиак 1 110-4 3,535-10-4 -1,4932 4
50 6,6910-4 1,1749 10-3 -1,49437 4
99,9 0,498 4,347-10-3 -1,50092 27,26
Водород 1 1,32 10-3 6,2937-10-4 -1,49482 24,2
мышьяковистый 50 0,2 2,1610-3 -1,4999 52,0
99,9 0,1 7,43-10-3 -1,4966 4,2
Диметил- 1 3,148-10-5 2,6855-10-4 -1,49315 4
амин 50 2,6-10-4 8,914-10-4 -1,494261 4
99,9 4,7-10-3 3,182-10-3 -1,4965 3,0
Метил- 1 3,98-10-5 2,8415-10-4 -1,4932 4
амин 50 3,26-10-4 9,433 10-4 -1,49428 4
99,9 5,010-3 3,369 10-3 -1,4966 3
Метил 1 0,01 1,15910-3 -1,49333 8
бромистый 50 3,7-10-2 3,886 10-3 -1,4954 7
99,9 0,39 1,4210-2 -1,4996 70
Метил 1 0,21 3,91810-3 -1,4934 5,7
хлористый 50 1,4 1,325-10-2 -1,4961 6
99,9 51,0 5,3610-2 -1,51 17
Метил- 1 5,8-10-4 5,924-10-4 -1,4933 5
меркаптан 50 0,173 1,999 10-3 -1,4964 24,7
99,9 0 7,898-10-3 -1,5102 51
Оксид 1 1,510-3 6,39-Ю-4 -1,4951 27
этилена 50 0,2 2,197 -10-3 -1,500333 55
99,9 0,288 7,762-10-3 -1,5004 14
Серо- 1 5,3-Ю-4 5,801-Ю-4 -1,49331 5
водород 50 0 2,0036-10-3 -1,5004 18
99,9 0,3 7,12 -10-3 -1,5004 15
Три- 1 5,2-10-4 5,747-10-4 -1,49331 5
метиламин 50 0,1462 1,94 10-3 -1,4965 24,9
99,9 0,2 6,869-10-3 -1,497 5,98
Формаль- 1 2,53-10-2 8,086-10-4 -1,5027 119
дегид 50 5,5-10-2 2,639-10-3 -1,5002 38,8
99,9 0,4 9,3 -10-3 -1,4996 11
Оксиды 1 1,2910-2 1,5596 10-3 -1,4935 5
азота 50 8,7-10-2 5,236-10-3 -1,49561 7
99,9 1,235 1,8892 10-3 -1,498 4
только в ряде случаев при вероятности гибели человека 1 % — тепловое излучение пожара пролива.
Значения эмпирических коэффициентов в уравнении (8) для СДЯВ с температурой кипения выше температуры окружающей среды, не являющихся
Таблица 2. Значения эмпирических коэффициентов в уравнении (9) для случая теплового излучения "огненного шара" для СДЯВ, являющихся сжатыми и сжиженными газами
№ п/п Вероятность гибели людей, % Максимальная глубина зоны поражения, м а Ь с й
1 1 9702 -5073,1 1243 0,4409 -0,268271
2 50 8811 -4527,7 1911 0,4551 -0,2758
3 99,9 7596 -3100 2126 0,5129 -0,28482
Таблица 3. Значения эмпирических коэффициентов в уравнении (8) для СДЯВ с температурой кипения выше температуры окружающей среды, не являющихся растворителями
СДЯВ Вероятность гибели людей, % а Ь с й
Ацетон- 1 3,6 9,84 -10-3 -1,4925 5
циан-гидрин 50 21 3,29 -10-2 -1,4938 4
99,9 288 0,118 -1,4945 3
Нитрил 1 9,2 -10-2 2,952 -10-3 -1,4935 5
акриловой кислоты 50 0,5 9,89 -10-3 -1,4952 4
99,9 11 2,99 -10-2 -1,4757 4
Этилен- 1 3,5 -10-2 2,196 -10-3 -1,4935 5
имин 50 0,2 7,34 -10-3 -1,4952 5
99,9 3 2,66 -10-2 -1,498 4
Этилмер- 1 8,0 -10-4 6,528 -10-4 -1,49333 5
каптан 50 2,0 -10-2 3,326 -10-3 -1,4949 5
99,9 0,3 1,199 10-2 -1,4976 4
Этилен- 1 3,0 -10-3 9,97 -10-4 -1,4935 5
сульфид 50 5,0 -10-3 2,174 -10-3 -1,4947 4
99,9 8,0 -10-2 7,82 -10-3 -1,4973 4
Циани- 1 9,0 -10-3 1,404-10-3 -1,4935 5
стый водород 50 5,0 -10-2 4,69 -10-3 -1,495 4
99,9 0,8 1,697-10-2 -1,498 4
растворителями, приведены в табл. 3, а являющихся растворителями — в табл. 4.
Пользуясь формулой (8) и значениями коэффициентов, приведенными в табл. 3 и 4, можно рассчитать глубину зоны поражения с погрешностями, достаточными для практического применения.
Для описания зависимости глубины зоны поражения от поражающих факторов теплового излучения пожара пролива использовано выражение (9).
Значения эмпирических коэффициентов в уравнении (9) для СДЯВ с температурой кипения выше температуры окружающей среды, не являющихся
Таблица 4. Значения эмпирических коэффициентов в уравнении (8) для СДЯВ с температурой кипения выше температуры окружающей среды, являющихся растворителями
СДЯВ Вероятность гибели людей, % а Ъ с й
Акролеин 1 1,2 • 10"3 7,376 • 10"4 -1,4934 5
50 8,0 • 10"3 2,455 • 10"3 -1,4947 5
99,9 0,1 8,83 • 10"3 -1,4974 4
Ацето- 1 7 • 10"2 2,74 • 10"3 -1,4936 5
нитрил 50 0,4 9,17 • 10"3 -1,4951 4
99,9 8 3,32 • 10"2 -1,4976 4
Метил- 1 1,4 • 10"2 1,627 • 10"3 -1,4935 5
акрилат 50 8 • 10"2 5,44 • 10"3 -1,4951 4
99,9 1 1,9 • 10"2 -1,498 4
Серо- 1 0,2 3,98 • 10"3 -1,497 8
углерод 50 1 1,3 • 10"2 -1,4951 4
99,9 18 4,7 • 10"2 -1,4977 3
растворителями, при вероятности гибели людей 1 % приведены в табл. 5, а являющихся растворителями — в табл. 6.
Пользуясь формулой (9) и значениями коэффициентов, приведенными в табл. 4 и 5, можно рассчитать глубину зоны поражения для пожара пролива при вероятности поражения 1 % с погрешностями, достаточными для практического применения.
Результаты расчетов показали, что для сжиженного аммиака, водорода мышьяковистого, метиламина, метила хлористого, сероводорода, формальдегида, оксида азота и триметиламина поражающими факторами будут ударная волна и тепловое излучение "огненного шара", причем для них будут спра-
Таблица 7. Значения эмпирических коэффициентов в уравнении (8) для сжиженного диметиламина, метила бромистого, метилмеркаптана и оксида этилена
СДЯВ Вероятность гибели людей, % а Ъ с й
Диметил- 1 4,8-10-5 2,9823 -10-4 -1,49317 4
амин 50 3,7-10-4 9,904 10-4 -1,4944 4
99,9 7,110-3 3,541-10-3 -1,4967 5
Метил 1 1,510-2 1,644-10-3 -1,4935 5
бромистый 50 0,1 5,524 -10-3 -1,4957 7
99,9 1,4 1,99 10-2 -1,4981 5
Метил- 1 4,010-5 9,469 -10-4 -1,4931 3
меркаптан 50 0,02 3,175 -10-3 -1,4953 7
99,9 2,910-3 1,142 -10-2 -1,4978 2
Оксид 1 0,01 1,318 -10-3 -1,498 41
этилена 50 0,21 4,18 -10-3 -1,4911 30
99,9 0,65 1,56 -10-2 -1,4994 7
ведливы полиномы, полученные для СДЯВ, являющихся сжатыми газами (см. табл. 1 и 2).
Для диметиламина, метила бромистого, метил-меркаптана и оксида этилена поражающими факторами также будут ударная волна и тепловое излучение "огненного шара".
Только для сжиженного оксида этилена при вероятности гибели человека 1 % в ряде случаев тепловое излучение пожара пролива будет преобладающим.
Значения эмпирических коэффициентов в уравнении (8) для сжиженного диметиламина, метила бромистого, метилмеркаптана и оксида этилена приведены в табл. 7.
Таблица 5. Значения эмпирических коэффициентов в уравнении (9) для случая пожара пролива для СДЯВ с температурой кипения выше температуры окружающей среды, не являющихся растворителями
СДЯВ Вероятность гибели людей, % а Ъ с й
Ацетонциангидрин 1 -2138 131563 0,5016 -0,9947
Нитрил акриловой кислоты 1 -1805,1 81243 0,5016 -0,9952
Этиленимин 1 -10,162 2,661 3,5542 -0,14053
Цианистый водород 1 -383,43 3141,5 0,50138 -0,99663
Таблица 6. Значения эмпирических коэффициентов в уравнении (9) для случая пожара пролива для СДЯВ с температурой кипения выше температуры окружающей среды, являющихся растворителями
СДЯВ Вероятность гибели людей, % а Ъ с й
Ацетонитрил 1 -39,0558 24,67 0,524119 -0,95306
Метилакрилат 1 -129653 322051800 0,5003 -0,9842
Сероуглерод 1 -172,94 778,2 0,50726 -0,9846
Таблица 8. Значения эмпирических коэффициентов в уравнении (9) для сжиженного оксида этилена
Пользуясь формулой (8) и значениями коэффициентов, приведенными в табл. 7, можно рассчитать глубину зоны поражения с погрешностями, достаточными для практического применения.
Значения эмпирических коэффициентов в уравнении (9) для теплового излучения "огненного шара"
для СДЯВ, являющихся сжиженными газами, приведены в табл. 2, а для теплового излучения пожара пролива при вероятности гибели 1 % — в табл. 8.
Пользуясь формулой (9) и значениями коэффициентов, приведенными в табл. 2 и 8, можно рассчитать глубину зоны поражения для теплового излучения соответственно "огненного шара" и пожара пролива СДЯВ, являющихся сжиженными газами, с погрешностями, достаточными для практического применения.
На основе приведенных выше полиномов разработан экспресс-метод прогнозирования зон поражения опасными факторами пожара и взрыва при выбросе сильнодействующих ядовитых веществ.
СДЯВ Вероятность гибели людей, % a b c d
Оксид этилена 1 -1142,8 35634 0,5021 -0,9944
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Буланенков С. А., Воронов С. И., Губченко Г. П. и др. Защита населения и территорий от чрезвычайных ситуаций / Под общ. ред. М. И. Фалеева. — Калуга : ГУП "Облиздат", 2001. — 480 с.
2. НПБ 5-2005. Система пожарного нормирования и стандартизации. Категорирование помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности : утв. Главным гос. инспектором РБ по пожнадзору 28.04.2006 г., приказ № 68; введ. 01.07.2006 г. —Минск, 2006. —42 с.
3. Котов С. Г., Саечников В. А., Котов Д. С., Верхотурова Е. В. База данных для расчета зон поражения при пожарах и взрывах сильнодействующих ядовитых веществ // Пожаровзрывобезопас-ность. — 2012. — Т. 21, № 11. — С. 27-34.
4. Котов Д. С. Разработка методов и алгоритмов прогнозирования техногенных чрезвычайных ситуаций для экспертных систем на основе ГИС-технологий : автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.13.01; БГУ. — Минск, 2005. — 22 с.
5. Шебеко Ю. Н., Гордиенко Д. М., Дешевых Ю. И., Кириллов Д. С. Экспресс-методы определения условной вероятности поражения человека тепловым излучением при пожарах на наружных технологических установках // Пожарная безопасность. — 2006. — № 5. — С. 73-79.
6. Curve fitting function. URL : http://www.originlab.com/pdfs/curvefittingfunctions.pdf (дата обращения: 06.03.2012 г.).
7. Алгоритм Левенберга-Марквардта // MachineLearning. URL : http://www.machinelearning.ru/ wiki/index.php (дата обращения: 06.03.2012 г.).
Материал поступил в редакцию 15 апреля 2013 г.
EXPRESS METHOD OF PROGNOSING OF LETHAL ZONEZ OF DANGEROUS FACTORS OF FIRES AND EXPLOSIONS DURING TOXIC SUBSTANCE OUTBURSTS
KOTOV S. G., Deputy Chief of Organizational and Analytical Department, Department of Supervision of Safety in Industry of the Ministry of Emergency Situations of the Republic of Belarus (Kazintsa St., 86/1, Minsk, 220108, Belarus; e-mail address: kotov.sergei.g@gmail.com)
SAETCHNIKOV V. A., Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Head of Physics and Aerospace Technology Chair, Belarusian State University (Kurchatova St., 5, Minsk, 220030, Belarus; e-mail address: saetchnikov@bsu.by)
KOTOV D. S., Chief of the Planning, Commanding, Programming, Ballistics and Navigation Support Group, Unitary Enterprise "Geoinformational Systems" (Surganova St., 6, Minsk, 220012, Belarus; e-mail address: viscount.d@gmail.com)
VERKHOTUROVA E. V., Senior Lecturer of Physics and Aerospace Technology Chair, Belarusian State University (Kurchatova St., 5, Minsk, 220030, Belarus; e-mail address: everkhoturova@gmail.com)
: English
ABSTRACT
According to technical regulations of Republic of Belarus for a set of highly toxic substances calculations of lethal zones of dangerous factors of fires and explosions should be performed together with calculations of lethal zones of inhalation impact on a human organism.
Following the technical regulations of Republic of Belarus theoretical basis was developed for the method of express prognostication of blast waves and thermal emission lethal zones for highly toxic substances that are liquids with boiling point higher than temperature of surrounding media, pressured and liquefied gases. It was shown that retrieval of analytic dependencies of a distance at which human can be damaged with defined probability on a volume of the spilled toxic substance is practically very challenging. That's why electronic computer was used to retrieve the arrays of lethal zone dimensions during fires and explosions with bursts of highly toxic substances that are inflammable and explosive pressured and liquefied gases and liquids with boiling point higher that temperature of the surrounding media with probabilities of human death of 1, 50 and 99,9 %. Amounts of highly toxic substances when most probable damages are blast wave, thermal emission of a spilled fire and "fireball" fire were defined.
The polynomials were retrieved for calculations of lethal zones of blast wave, thermal emission of a spilled fire and "fireball" fire for highly toxic substances that are liquids with boiling points higher than temperature of surrounding media, pressured and liquefied gases. Retrieved polynomials are the basis of the express method of prognostication of lethal zones for highly toxic substances.
Keywords: highly toxic substance; highly inflammable substance; inflammable substance; explosive substance; pressure gas; liquefied gas; liquid with boiling point higher than temperature of surrounding media; burst; spill; fire; explosion; blast wave; thermal emission; lethal zone; probability of death.
REFERENCES
1. Bulanenkov S. A., Voronov S. I., Gubchenko G. P. et al. Zashchita naseleniya i territoriy ot chrezvychay-nykh situatsiy [Protection of population and territories from emergency situations]. Kaluga, Regional Publ., 2001. 480 p.
2. Standards of Fire Safety 5-2005. Categorizing ofrooms, buildings and outdoor equipment according to explosive and fire dangers. Minsk, 2006, 42 p. (in Russian).
3. Kotov S. G., Saechnikov V. A., KotovD. S., VerkhoturovaE. V. Bazadannykhdlyaraschetazonpora-zheniya pri pozharakh i vzryvakh silnodeystvuyushchikh yadovitykh veshchestv [Database for calculations the lethal area after fires and explosion of highly toxic substances]. Pozharovzryvobezopasnost — Fire and Explosion Safety, 2012, vol. 21, no. 11, pp. 27-34.
4. Kotov D. S. Razrabotka metodov i algoritmovprognozirovaniya tekhnogennykh chrezvychaynykh situatsiy dlya ekspertnykh sistem na osnove GIS-tekhnologiy: avtoref. diss. kand. tekh. nauk [Development of methods and algorithms of prognostication of technogenic emergency situations for expert systems on the base of GIS-technologies. Abstract tech. sci. diss.]. Minsk, 2012. 22 p.
5. Shebeko Yu. N., Gordienko D. M., Deshevykh Yu. I., Kirillov D. S. Ekspress-metody opredeleniya uslovnoy veroyatnosti porazheniya cheloveka teplovym izlucheniyem pri pozharakh na naruzhnykh tekhnologicheskikh ustanovkakh [Express methods to define conditional probability of human damage by thermal emission during fires at outdoor technological equipment]. Pozharnaya bezopasnost—Fire Safety, 2006, no. 5, pp. 73-79.
6. Curve fitting function. Available at: http://www.originlab.com/pdfs/curvefittingfunctions.pdf (Accessed 6 March 2012).
7. Algoritm Levenberga-Markvardta [Levenberg-Marquardt algorithm]. Available at: http://www.machine-learning.ru/wiki/index.php (Accessed 6 March 2012).
