CC BY
63
2008 НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА № 127
серия Эксплуатация воздушного транспорта и ремонт авиационной техники. Безопасность полетов
УДК 629.735
НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ МОНИТОРИНГА АНТРОПОГЕННОЙ ОПАСНОСТИ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ ГА
О.Г. ФЕОКТИСТОВА
Статья представлена доктором технических наук, профессором Макиным Ю.Н.
В статье представлена оценка опасности пожаров и взрывов на промышленных предприятиях, в том числе и на авиапредприятиях.
При мониторинге антропогенной опасности необходимо учитывать такие факторы, как пожары и взрывы, которые причиняют значительный материальный ущерб и зачастую вызывают тяжелые травмы и гибель людей.
В России наблюдается ежегодное увеличение ущерба от пожаров, а количество людей, погибающих на пожарах, ежегодно превышает 12 тысяч. Наибольший ущерб от пожаров и взрывов отмечается в энергетике, а также на объектах нефтегазодобычи и переработки нефти.
Определенную опасность в пожарном отношении представляют некоторые объекты гражданской авиации и Вооруженных Сил Российской Федерации. В их инфраструктуре имеется большое количество объектов, на которых при авариях и катастрофах возникают опасные для человека и окружающей среды процессы и явления, происходит формирование факторов техногенного и экологического рисков.
Прежде всего к таким объектам относятся склады авиатоплива и компонентов ракетного топлива, арсеналы и склады, где хранятся боеприпасы и взрывчатые вещества. Указанные объекты имеют определенные особенности, которые, например, на стационарных аэродромных складах ГСМ характеризуются следующими факторами [1]: значительным и неравномерным расходом авиационного горючего, существенно зависящим от типа летательных аппаратов, решаемых задач и метеорологических условий; необходимостью применения горючего, обладающего высокой чистотой, в интересах обеспечения безопасности полетов; ограниченным временем на подготовку летательных аппаратов к повторному вылету; применением широкого ассортимента масел, смазок и спецжидкостей и, как правило, в больших количествах.
Склады горючего и других легковоспламеняющихся веществ, к какому бы ведомству они ни относились, представляют потенциальную опасность для населения и территорий.
Опасность усугубляется тем, что пожары на такого рода складах, а также пунктах заправки горючим нередко сопровождаются взрывами. При пожарах в высокотемпературных зонах наряду с горением происходит интенсивное испарение углеводородных топлив с образованием паровоздушных (парогазовых) облаков, обычно называемых топливно-воздушной смесью (ТВС), быстрое сгорание (дефлаграция) которых нередко сопровождается детонационным взрывом. Взрывы происходят главным образом в замкнутых объемах, например, в резервуарах при достаточно высоких давлениях. Заметим, что при пожаре нефтепродуктов в резервуаре происходят не только их взрывы, но вскипание и выброс нефтепродуктов, сопровождающиеся бурным горением вспенившейся массы.
Опасность этой группы объектов заключается, прежде всего, в возможности возникновения пожаров, поэтому они и названы пожароопасными.
Аварии на рассматриваемых объектах могут быть вызваны несколькими причинами. К наиболее вероятным из них можно отнести разрушение резервуаров и хранилищ с нефтепродуктами и другими легковоспламеняющимися веществами, трубопроводов и конструкционных уз-
лов, обеспечивающих транспортировку последних, воздушные суда, которое вызывается старением материалов и оборудования, а также нарушением правил их эксплуатации [2, 3].
Эта причина вызывает особое беспокойство, учитывая, что к настоящему времени в России для потенциально опасных объектов и производств характерна существенная выработка проектного ресурса. Повсеместно наблюдается значительный износ оборудования.
Также нельзя исключать взрывов хранилищ, складов и арсеналов и в результате террористических актов.
На производстве взрывы могут возникать из-за несоблюдения технологических режимов производственных процессов, несвоевременного проведения работ по ремонту или замене неисправного или изношенного оборудования, нарушения правил ведения газосварочных работ и работ с открытым пламенем, несоблюдения правил работы с электроустановками, из-за неисправности систем молниезащиты, курения в запрещенных местах и т.д. Наиболее частой причиной взрывов является искра, в том числе в результате накопления статического электричества.
Наиболее частой причиной взрывов является искра, в том числе в результате накопления статического электричества.
В некоторых случаях при пожарах может происходить вскипание и выброс, например, нефтепродуктов из резервуаров, а при определенных условиях могут возникать и взрывы.
В данном случае взрыв представляет химический взрыв, так как, в отличие от так называемого физического взрыва, он сопровождается химическими превращениями с выделением тепла и продуктов горения.
Причиной вскипания и выброса нефтепродуктов при пожарах на складах горючего является, как правило, наличие воды в этих продуктах. В этом случае происходит бурное горение вспенившейся массы, резкое увеличение температуры (до 1500 °С) и размеров пламени, выброс нефтепродуктов из резервуаров. Отмечается, что тысячи тонн нефтепродуктов могут быть выброшены на расстояние, составляющее восемь и более диаметров емкости. При этом площадь горения может быть равной нескольким тысячам квадратных метров.
При рассмотрении поражающих факторов аварий на пожароопасных объектах необходимо выделить два основных варианта [4]:
1. Пожар в хранилищах нефтепродуктов и горючих жидкостей без выброса или с выбросом продуктов из емкостей.
2. Пожар со взрывом топливно-воздушной смеси.
При пожарах в первом случае может быть выделено три зоны: горения, теплового воздействия и задымления.
В зоне горения протекают процессы термического разложения, испарения, например, нефтепродуктов в объеме диффузионного факела пламени. Границей зоны горения является поверхность горящего продукта и тонкий светящийся поверхностный слой пламени, где происходит реакция окисления. Интенсивность горения определяется не скоростью протекания самой реакции окисления, а скоростью поступления кислорода из окружающего пространства в зону горения.
Зона теплового взаимодействия примыкает к границе зоны горения. В этой части пространства протекают процессы теплопередачи, обусловливающие формирование одного из самых важных поражающих факторов при пожаре - облучение людей и объектов окружающей среды тепловым излучением.
Большая часть тепла передается путем конвекции. Например, при горении бензина в резервуаре на конвективный перенос тепла падает 57-62 % [5].
Передача тепла излучением наиболее характерна для наружных пожаров. Мощное излучение тепла происходит при горении горючих жидкостей в резервуарах с образованием наружного пламени. В этом случае на значительные расстояния может передаваться от 30 до 40 % тепла.
При внутренних пожарах передача тепла происходит главным образом путем теплопроводности. При пожарах горючих жидкостей в резервуарах тепло этим способом передается нижним слоям этих жидкостей. При этом создаются условия для их вскипания и выброса.
Зона задымления при пожарах нефтепродуктов и других видов жидкого горючего примыкает к зоне горения. Границами зоны задымления считаются изолинии с концентрацией аэродис-персной фазы дыма 10 кг/м3, видимостью предметов 6-12 метров и концентрацией кислорода не менее 16 % [5].
К числу поражающих факторов относят: облучение людей и объектов окружающей среды тепловым излучением высокой интенсивности из зоны горения; воздействие на людей и объекты окружающей среды высокотемпературного поля, формирующегося в зонах распространения и поглощения средой теплового излучения, конвективного движения горячих продуктов горения, передачи тепла путем теплопроводности; загрязнение воздуха токсичными продуктами горения и обеднение его кислородом до уровней ниже порогового в зонах теплового взаимодействия и задымления.
Для практического использования при прогнозировании возможных последствий пожаров существуют формулы, полученные с учетом некоторых допущений для усредненных условий горения нефтепродуктов и распространения теплового излучения из зоны горения и рекомендуемые [6]:
I = 0 8 • I • е ~°’ззк
1 0 1 пф е
( I Л 0,8 —
V 1э У
Я = 33 • 1п
(1)
где 116 - интенсивность теплового излучения с поверхности факела от горящих разлитий, кВт/м2;
1д - допустимая интенсивность облучения, кВт/м2.
Необходимая для расчетов величина теплового потока из зоны горения может быть выбрана из табл. 1 [6].
Таблица
Интенсивность теплового излучения на поверхности факела от горящих разлитий
Горючее вещество Тепловой поток, кВт/м2
Бензин 130
Дизельное топливо 130
Керосин 90
Нефть 80
Мазут 60
Метанол 35
Г ексан 165
При известной величине интенсивности облучения на том или ином расстоянии от зоны горения возможно оценить ущерб, наносимый здоровью людей.
Индекс дозы теплового излучения зависит от интенсивности и времени облучения. Для рассматриваемого вида пожара (без взрыва) величину индекса дозы !3 рекомендуется [7] определять по формуле:
4
13= 60 • 10 . (2)
При определенных тепловых импульсах возникают ожоги открытых и защищенных одеждой участков кожи. Обычно различают четыре степени ожогов [8, 9].
Под воздействием интенсивного теплового излучения происходит возгорание и воспламенение горючих материалов.
В большинстве случаев при пожарах второго варианта происходит двухфазовое диффузионное горение, при котором в незамкнутых объемах взрывов не происходит. Однако в случае вспенивания и выброса нефтепродуктов при пожарах в резервуарах и других хранилищах, а также при аварийном вскрытии нагретых при пожаре хранилищ, выбросе и интенсивном испарении углеводородных топлив в замкнутое пространство образуются топливно-воздушные смеси, в которых могут создаваться условия для протекания гомогенных экзотермических реакций горения.
В реальных же условиях, как правило, происходит турбулизация движения газовоздушных масс, искривление и увеличение фронта пламени. При этом существенно возрастает скорость его распространения. При достижении скорости распространения пламени десятков и сотен метров в секунду происходит взрывное или дефлеграционное горение. Генерируются ударные волны с максимальным давлением 20 -100 кПа. При взрывном горении продукты горения могут нагреваться до температуры, равной 1500 -3000 °С, а давление в закрытых системах может увеличиваться до 0,6 - 0,9 МПа. Продолжительность реакции горения до формирования режима дефлаграционного (взрывного горения) составляет приблизительно: для паров углеводородных топлив 0,2 - 0,3 с, для газов - 0,1 с [7].
При определенных условиях дефлеграционное горение трансформируется в детонационный процесс, при котором скорость распространения пламени превышает скорость распространения звука и достигает 1000-5000м/с [7]. При этом возникает ударная волна. Во фронте этой волны резко повышаются плотность, давление и температура топливно-воздушной смеси. В определенный момент при возрастании этих параметров смеси возникает детонационный взрыв.
Величиной суммарного энергетического потенциала можно воспользоваться для определения массы т (кг) парогазового облака [10]:
М = Е / 4,6 -104 . (3)
Основными поражающими факторами, возникающими при дефлаграционном (взрывном) горении и детонационном взрыве топливно-воздушной смеси, являются:
• ударная воздушная волна;
• тепловое излучение из зоны взрывного горения (зоны детонационного
взрыва);
• разлет осколков (фрагментов ЛА, конструкций), если взрыв происходит в резервуаре или ином замкнутом объеме.
При прогнозировании воздействия поражающих факторов рассматриваемых взрывных явлений, как правило, пользуются заранее разработанными графиками, таблицами и методиками.
К числу поражающих факторов при взрывах этих веществ обычно относят ударные волны и сопровождающийся их воздействием на окружающую среду разлет осколков, фрагментов конструкций, сооружений и т. п.
ЛИТЕРАТУРА
1. Эксплуатация складов ракетного топлива и горючего. - М.: Воениздат, 1992.
2. Рабочая книга по прогнозированию / Отв. ред. И.В.Бестужев-Лада. - М.: Мысль, 1982.
3. Проценко А.Н. Развитие теории риска в Федеральной программе «Безопасность населения и объектов с учетом риска техногенных и природных аварий и катастроф» //proc. Of Int. Conf «Risk sciences: employment and training» Moscow,13-17 Oct. 1996 - AP/CAT(97)3. Strasburg, 1997.
4. Кузьмин И.И., Махутов Н.А., Хетагуров С.В. Безопасность и риск: эколого-экономические аспекты. -СПб: изд. СПб ГУЭСР, 1997.
5. Легасов В.А. Проблемы безопасного развития техносферы // Коммунист, №8. 1987.
6. Сборник методик по прогнозированию возможных аварий, катастроф, стихийных бедствий в РСЧС (книга 2) М.: МЧС РФ, 1994.
7. Бесчастнов М.В. Промышленные взрывы. Оценка и предупреждение. - М.: Химия, 1991.
8. Аварии и катастрофы. Предупреждениеи ликвидация последствий. Кн. 1 / Под ред. Кочеткова К.Е., Котля-ревского В. А. и Забегаева А.В. - М.: изд. АСВ, 1995.
9. Экология и экономика природопользования: Уч. для вузов / Под. ред. проф. Э.В. Гирусова, проф. В.Н. Лопатина. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, Единство, 2002.
10. Баратов А.Н., Пчелинцев В.А. Пожарная безопасность. - М.: АСВ,1997
SOME QUESTIONS OF ANTHROPOGENOUS DANGER MONITORING AT THE COMMERCIAL
AVIATION ENTERPRISES
Feoktistova O.G.
In this paper it is presented an estimation of danger of fires and explosions at the industrial organizations, including aerlines.
Сведения об авторах
Феоктистова Оксана Геннадьевна, окончила МИИГА (1988), кандидат технических наук, доцент кафедры безопасности полетов и жизнедеятельности, автор свыше 70 научных работ, область интересов - инженерная экология, экологическая безопасность технологических процессов ремонта АТ, математическое моделирование в экологии, экологические последствия аварий (катастроф).
