CC BY
148
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТИ И ВЗРЫВОУСТОЙЧИВОСТИ ПРОМЫШЛЕННЫХ, ТРАНСПОРТНЫХ, ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ И ГРАЖДАНСКИХ
ОБЬЕКТОВ
SOFTWARE EXPLOSION AND INDUSTRIAL BLAST TRANSPORT ENERGY AND CIVILIAN OBJECTS
A.B. Мишуев, B.B. Казенное, H.B. Громов
A.V. Mishuev,V.V Kazyonnov, N.V. Gromov
ГОУ ВПО МГСУ
В настоящее время повысились требования к обеспечению взрывоустойчивости и взрывобезопасности существующих и строящихся взрывоопасных промышленных, транспортных, энергетических и гражданских объектов. Это связано с необходимостью повышения уровня безопасности для персонала и оборудования на предприятиях и объектах в случае техногенной аварии, а также возникновением новых угроз со стороны террористических организаций.
К взрывоопасным объектам относятся: нефтеперерабатывающие предприятия, добывающие шахты, объекты, использующие в технологических процессах сжиженные углеводородные газы, автозаправочные станции, тепло - электростанции, объекты газового хозяйства, газораспределительные пункты (ГРП), насосные станции и др.
К особой группе взрывоопасных объектов относится газифицированный жилой фонд. Статистика показывает, что в настоящее время только в Москве газифицированными остаются 1952244 квартиры (это чуть больше 25 тысяч домов, то есть 80% всего жилого фонда).
Существует два основных направления обеспечения взрывобезопасности различных объектов на которых возможен аварийный взрыв газопаровоздушных смесей (ГПВС):
профилактические мероприятия, направленные на предотвращение образования газопаровоздушной смеси взрывоопасной концентрации и ее воспламенения;
мероприятия, обеспечивающие устойчивость строительных конструкций зданий при аварийном взрыве ГПВС.
В настоящее время большое внимание уделяется первому направлению. Однако статистика показывает, что исключить полностью возможность реализации аварийного взрыва ГПВС не представляется возможным.
К сожалению, в нашей стране ввиду износа оборудования на объектах газовой и химической промышленности количество аварийных ситуаций, связанных со взрывным горением ГПВС, возрастает из года в год. В последнее время участились случаи взрывов газа в жилых домах.
Одной из причин значительных разрушений жилых зданий при взрыве в них газа является оборудование оконных проемов современными стеклопакетами, давление вскрытия которых превышает 5 кПа.
1/2П11 ВЕСТНИК _1/2011 МГСУ
Парадоксальная ситуация сложилась с декларациями по безопасности промышленных объектов. Ни в одной из них не отражен вопрос о нагрузках при взрыве газопаровоздушной смеси. В 90 случаях из 100 нагрузки превышают безопасный уровень в 3.. .12 раз, что приводит к разрушению зданий, оборудования и гибели людей.
Имеются существенные различия в российской и зарубежной нормативной документации в области взрывобезопасности. Если в США для зданий со средней степенью взрывоопасности веществ рекомендуется иметь площадь сбросных проемов 65м2 на 1000м3 объема, то британские нормы рекомендуют в этом же случае 170м2, а отечественные нормы - 30м2. Причиной этого является не учет в российских нормативных документах множества факторов, влияющих на величину взрывной нагрузки: интенсификация горения, вызванная масштабным эффектом, начальной турбулизаци-ей газовоздушной смеси и наличием во взрывоопасном помещении технологического оборудования, строительных конструкций и прочих препятствий на пути движения пламени; объемно-планировочное решение помещений; давление вскрытия предохранительных конструкций и времени их вскрытия; степени загазованности помещения и распределения концентрации горючей смеси по объему помещения и др.
Не учет одного из перечисленных выше факторов может привести к печальным последствиям. Проиллюстрируем это заключение результатами аварии при взрыве природного газа в одной из квартир жилого дома по Щербаковской улице г.Москвы в 1998 г (рисунок 1).
Рис. 1 .Результаты аварии при взрыве природного газа в жилом доме по ул. Щербаковская
В результате взрыва произошло обрушение части здания от первого до десятого этажа, имелись человеческие жертвы, зданию нанесен значительный материальный ущерб. Причиной столь значительного разрушения явилось использование совре-
менных стеклопакетов. Их высокая прочность привела к значительному росту избыточного давления, при котором произошло разрушение кирпичных стен здания. Если те же рамы со стеклопакетами были бы выполнены в виде распашных окон таких последствий можно было бы избежать (рисунок 2).
у | 3 г
Рис.2. Динамика давления в квартире с различным остеклением 1 - динамика давления в квартире; рамы в оконных проемах выполнены распашными. 2 - динамика давления в квартире, оконные проемы которой оборудованы современными
стеклопакетами.
Одним из самых эффективных мероприятий, снижающих взрывные нагрузки до безопасного уровня как в России, так и за рубежом, является устройство сбросных проемов, оборудованных предохранительными конструкциями. Предохранительные конструкции (ПК), в частности, легкосбрасываемые конструкции (ЛСК), устраиваются в наружном ограждении помещений взрывоопасных промышленных производств. Но в виду того, что нормативы по их применению носят рекомендательный характер, не учитывающий физические процессы вскрытия ПК, они не всегда обеспечивают взрывоустойчивость зданий и сооружений.
Проектирование и строительство новых взрывоопасных объектов, подразумевает под собой использование новых современных материалов и строительных конструкций. Например, в северных районах установка остекления в виде пластиковых стеклопакетов для обеспечения надежного теплосбережения является необходимостью. Однако, согласно нормативным документам, такое остекление не может выступать в качестве предохранительных конструкций в виду его высокой прочности.
Современные разработки в области взрывоустойчивости, проводимые в МГСУ (НТЦ «Взрывоустойчивость»), позволяют решить эту проблему и удовлетворить требования к безопасности и комфорту на промышленных объектах. Наряду с этим, использование новых противовзрывных систем ЛСК в дает возможность применения современного энергосберегающего остекления взрывоопасных зданий без снижения их взрывоустойчивости.
Проблема взрывобезопасности и взрывоустойчивости транспортных тоннелей города возникла с особой остротой с момента активных действий международного
1/2П11 ВЕСТНИК _1/2011 МГСУ
терроризма и возросшей опасности техногенных взрывов при авариях автомобилей, перевозящих легковоспламеняющиеся жидкости и газы.
Надо отметить, что наиболее остро стоит вопрос о взрывобезопасности транспортных средств, движущихся в транспортных тоннелях, поскольку взрывоустойчи-вость самих тоннелей может пострадать только при взрывах ВВ большой массы или веществ, обладающих значительным энергетическим потенциалом.
В настоящее время действующие и строящиеся транспортные тоннели не обеспечивают взрывобезопасности транспортных потоков, пропускаемых по ним.
Поскольку в протяженных тоннелях одновременно движется большое количество транспортных средств, возникает чрезвычайно большая уязвимость их при взрывах и пожарах.
При существующей организации движения по тоннелям воздействие взрыва и пожара, возникших на одной полосе движения, быстро распространяется на все полосы.
Газоанализаторы не связанные с системой светофоров и вентиляторов. Нет резервных вентиляторов, запускаемых при появлении в тоннеле газовоздушных взрыво-и пожароопасных смесей, возникших при проливе в тоннеле легковоспламеняющихся жидкостей. Не предусмотрены средства быстрого подавления возможности взрывов при залповых выбросах взрывоопасных газов, например, ацетилена, пропана, пропилена и т.п. Этими средствами могут быть ресиверы со сжатым азотом, либо мощные вентиляторы, которые при быстрой подаче больших масс воздуха не позволяют образовываться взрывоопасным концентрациям газовоздушных смесей.
В конструкциях тоннелей не предусмотрены меры для предотвращения распространения газовоздушных взрывоопасных смесей по всей ширине тоннеля с многополосным движением, и распространения пожара, возникшего в одной полосе движения на соседние полосы.
Не предусмотрены меры, исключающие воздействие продуктов взрыва, истекающих с огромными скоростями из тоннеля, на транспортные средства, подъезжающие к тоннелю и отъезжающие от тоннеля. Для предотвращения этого необходимо соответствующее конструктивное оформление въезда и выезда из тоннеля.
Проведение мероприятий по обеспечению взрывобезопасности в тоннелях следует разделить на две группы.
Первая группа мероприятий - это организационно - административная, сводящаяся к запрету проезда автомобилей, перевозящих легковоспламеняющиеся, взрывоопасные и пожароопасные материалы по транспортным тоннелям. Наиболее опасны газовозы, бензовозы и автомобили, перевозящие криогенные горючие жидкости. Взрывы, возникающие при авариях этих автомашин, представляют опасность даже на открытой местности, где возникает сферическая взрывная волна. Взрывы в тоннелях приводят к возникновению плоской взрывной волны, значительно более интенсивной и медленно затухающей.
Вторая группа мероприятий - это инженерно-технические мероприятия по ослаблению воздействия взрывов относительно небольших количеств взрывчатых газов и жидкостей в объеме баков с горючим или баллонов со сжатым горючим газом. Сюда входят также мероприятия по замедлению образования взрывоопасных концентраций или вентиляции появившихся в тоннеле горючих газов, а также по сбросу давлений в ответвления от тоннеля, сообщающиеся с атмосферой.
Актуальность проблемы взрывобезопасности масляных силовых трансформаторов обусловлена ощутимыми негативными последствиями экономического, социального и экологического порядка при взрыве трансформаторов и регуляторов напряжения.
Так, например, по данным Интернета за несколько лет на территории США произошло 730 взрывов трансформаторов, сопровождавшихся пожарами. При этом финансовые потери достигли сотен миллионов долларов, отмечена гибель людей, перебои с электроснабжением, загрязнение окружающей среды. Такое положение свидетельствует об органическом недостатке системы защиты трансформаторов и регуляторов напряжения (РН). Статистика свидетельствует, что степень риска аварий на масляных трансформаторах и регуляторах напряжения велика и лежит в пределах 10" 2...10-3. Обычная же величина для технических средств, закладываемая в проект, составляет 10-4 . ..10-5.
Основной причиной разрушения трансформаторов является недопустимо большое повышение давления в масляном баке, вызванное вскипанием трансформаторного масла при коротком замыкании в электросистеме.
Образующийся при кипении объем паров масла и горючих газов, зависящий от энергии, выделяемой при коротком замыкании, создает в баке давление, которое приводит к разрушению трансформатора. Существующий метод защиты трансформаторов мало эффективен и ненадежен, что обусловлено герметичностью (замкнутостью) пространства, заполненного трансформаторным маслом. В таких условиях достаточно сравнительно малого сжатия (уменьшения объема) жидкой среды, чтобы давление в ней заметно возросло. Это сжатие происходит по мере образования паров масла и газов при коротком замыкании. Парогазовая среда выполняет роль своего рода газодинамического поршня, сжимающего жидкую среду (масло). Скорость нарастания давления для существующих типов трансформаторов и регуляторов напряжения в зависимости от энергии, выделяемой при коротком замыкании, и характеристик трансформатора и РН чрезмерно велика и лежит в пределах 200.1200 атм. При таких величинах давление в герметичном объеме может быть существенно выше допустимого уровня, гарантирующего прочность корпуса бака.
К сожалению, в практике проектирования и строительства трансформаторов, вопросом защиты их от взрывов мало уделялось внимания. Мероприятия сводились в основном к ликвидации последствий короткого замыкания, т.е. к тушению пожаров. Единственной системой обеспечения взрывоустойчивости трансформаторов является техническая система французской фирмой «БЕИй!», которая, к сожалению, обладает рядом существенных недостатков.
В НТЦ «Взрывоустойчивость» разработана новая «Демпферная система защиты трансформаторов от взрыва и пожара при коротком замыкании», которая в сотни раз надежнее существующей (степень риска снижается с 10Л..10-3 до 10Л..10-5);существенно проще в реализации ив 3.5 раз дешевле существующей системы.
Таким образом, решение задач обеспечения взрывоустойчивости позволит в сотни раз уменьшить экономический ущерб при взрывах на промышленных, энергетических, транспортных и гражданских объектах и минимизировать риск гибели людей как на самих взрывоопасных объектах, так и на прилегающей к ним территории.
E-mailaвmopoв: mishuev@mail.ru Статья представлена Редакционным советом «Вестник МГСУ»
