CC BY
75
УДК 656.085-047.72
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ ИССЛЕДУЕМОГО ОБЪЕКТА И ОЦЕНКА ВОЗМОЖНЫХ ПОСЛЕДСТВИЙ
Докт. техн. наук, доц. ПИЛИНЕВИЧ Л. П., асп. ГОНЧАРИК Е. В.
Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники
E-mail: kafpiе@bysuir.by
EMERGENCY FORECASTING FOR INVESTIGATED OBJECT AND ASSESSMENT OF POSSIBLE CONSEQUENCES PILINEVICH L. P., HANCHARYK E. V.
Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics
Приведен анализ факторов, вызывающих появление и развитие техногенных чрезвычайных ситуаций. На конкретном примере определены зоны разрушения объектов в результате действия ударной волны при взрыве одной цистерны пропана.
Ключевые слова: прогнозирование, техногенные чрезвычайные ситуации, оценка.
Ил. 3. Табл. 1. Библиогр.: 3 назв.
The paper presents an analysis of factors inducing an occurrence and development of technogenic emergencies. Zones of object destruction have been determined on a certain example. The object destruction is a result of the impulse wave occurred during an explosion of one propane tank.
Keywords: forecasting, technogenic emergency situation, assessment.
Fig. 3. Tab. 1. Ref.: 3 titles.
Введение. Прогнозирование техногенных чрезвычайных ситуаций (ЧС) - опережающее отражение вероятности появления и развития техногенных ЧС и их последствий. Прогнозирование техногенных ЧС базируется на оценке состояния объекта, его оборудования, технологических процессов, человеческого фактора и окружающей среды. Итогом прогнозирования любой техногенной ЧС является определение величины риска ее возникновения, зависящего от многих факторов [1]. Рассмотрим учет этих факторов на примере оценки производственных сооружений и технологического оборудования, аварии на котором приводят к ЧС.
Известно, что технологическое оборудование имеет свой жизненный цикл [1], начинающийся с установки, наладки, иногда доработки на предприятии. Персонал, который его будет обслуживать, как правило, нуждается в обучении. С началом эксплуатации оборудования существует значительная вероятность аварий как по вине обслуживающего персонала, не
имеющего опыта эксплуатации, так и из-за несовершенства самого оборудования. На этом этапе обычно устраняются недостатки в работе оборудования, а обслуживающий персонал приобретает опыт его эксплуатации.
Очевидно, что в середине жизненного цикла вероятность риска аварий и катастроф минимальна. В дальнейшем, по мере износа оборудования, в конце жизненного цикла вероятность риска растет. Для более точного прогнозирования степени риска и возможных причин ЧС используют методику прогнозирования. Суть ее заключается в следующем. Прежде всего выявляются источники опасности, оборудование, которое может представлять угрозу, исключаются маловероятные случаи. Обычные виды опасности - источники энергии, процессы и условия эксплуатации оборудования.
Основные источники потенциальной опасности развития ЧС техногенного характера -это топливо, взрывчатые вещества, заряженные конденсаторы, емкости под давлением, пру-
Наука итехника, № 3, 2014
жинные механизмы, подвесные устройства, газогенераторы, аккумуляторные батареи, приводные устройства, катапультированные предметы, нагревательные приборы, вращающиеся механизмы, электрические генераторы, статические электрические заряды, насосы, вентиляторы, воздуходувки и другие, а также процессы и условия, представляющие опасность (разгон, коррозия, нагрев, охлаждение, давление, влажность, радиация, загрязнение, химическая диссоциация, химическое замещение, механические удары, окисление, утечки, электрический пробой, пожары, взрывы и др.) [1].
Типичными причинами ЧС техногенного характера являются события, вызванные человеческой деятельностью (ошибки оператора, водителя, ошибки при обслуживании и др.); события, имеющие отношение к оборудованию (отсутствие смазочного материала в механизме, дефекты конструкции, неправильные сигналы чувствительных элементов и др.); события, связанные с окружающей средой (удары молнии, пожары, наводнения и др.) [2]. В результате возникновения ЧС появляются опасные зоны: пожаров, взрывов, химического и радиоактивного заражений и т. д. Прогнозирование таких зон чаще всего производится путем моделирования ЧС.
Порядок оценки надежности и безопасности объекта на основе физико-механического состояния и прогноз его поведения в условиях конкретных эксплуатационных нагрузок включают следующие этапы [2]:
• анализ состояния объекта и поиск опасных зон и участков;
• диагностику состояния элементов конструкции и оборудования;
• определение напряженно-деформированного состояния объекта исследования;
• определение остаточного ресурса наиболее уязвимых элементов объекта с уточненными и конкретизированными значениями коэффициентов условий работы и надежности;
• оценку состояния объекта с учетом заданных критериев надежности и безопасности.
Моделирование аварии. В качестве примера рассмотрим выявление поражающих факторов путем моделирования аварии на железнодорож-
ной станции Минск-Сортировочная, а именно -взрыв цистерны с пропаном. В объеме одной цистерны (88 м3) помещается 46,6 т пропана. В результате взрыва произойдет перемешивание пропана с воздухом и образование взрывоопасной смеси. При взрыве возникает ударная волна, которая может вызывать разрушения зданий и сооружений.
Кроме воздушной ударной волны, при содержании паров пропана в воздухе более 13 % от места аварии будет распространяться волна горения, при этом давление в этой волне не повышается. Медленный режим горения с большим выделением лучистой энергии может привести к образованию пожаров [3].
В очаге взрыва газовоздушной смеси выделяют три круговые зоны (рис. 1) [3]: I - зона детонационной волны; II - зона действия продуктов взрыва; III - зона воздушной ударной волны.
/III
/
(i7 Vry -AVA
Г \ " Jktl
'}///}///)//////л У///MM J/?//)
Рис. 1. Зоны очага взрыва газовоздушной смеси: I - детонационной волны; II - действия продуктов взрыва; III - воздушной ударной волны; ^, гп, гш - радиусы внешних границ соответствующих зон
Зона детонационной волны I находится в пределах облака взрыва. Радиус ее приближенно может быть определен по формуле
Наука итехника, № 3, 2014
h = 17,5 3Q,
(1)
при у > 2
где Q - количество сжиженного пропана, т.
В пределах зоны I действует избыточное давление, которое может приниматься постоянным: Ар = 1700 кПа [3].
Зона действия продуктов взрыва II охватывает всю площадь разлета продуктов газовоздушной смеси в результате ее детонации. Радиус этой зоны гп равен
Гц = 1,7ri.
(2)
Избыточное давление в пределах зоны II Арп может быть определено по формуле [3]
Дрп = 13001 rL | + 50,
(3)
где г - расстояние от центра взрыва до рассматриваемой точки, м.
В зоне действия воздушной ударной волны III формируется фронт ударной волны, распространяющейся по поверхности земли. Избыточное давление Арш в зависимости от расстояния до центра взрыва Ь может быть определено по графику, приведенному на рис. 2, или рассчитано по формулам (4) и (5). Для этого предварительно из уравнения (4) определяется относительная величина у [3]
у = 0,24-^,
(4)
где г1 - радиус зоны I; гш - радиус зоны III или расстояние от центра взрыва до точки, в которой требуется определить избыточное давление воздушной ударной волны (гш > г1).
Избыточное давление Лрш рассчитывается по формулам: при у < 2
АРш =
700
3(^1 + 29,8^3 -1)'
(5)
Мп =
22
^у/lg У + 0,158 '
(6)
L, м 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200
0,1 0,3 0,5 1 2 3 5 10 20 30 50 100 200 500 1000 2000 10000
Q, т
Рис. 2. Зависимость радиуса внешней границы Ь зоны действия избыточного давления от количества взрывоопасной газовоздушной смеси Q
Для определения избыточного давления на определенном расстоянии от центра взрыва необходимо знать количество взрывоопасной смеси, хранящейся в емкости. Действие воздушной ударной волны при взрывах характеризуется величиной избыточного давления Арф, а также скоростным напором. При воздействии ударной волны на промышленные здания, оборудование и коммунально-энергетические сети объекта могут возникнуть разрушения разной степени, которые принято делить на слабые, средние и сильные [3].
Оценка устойчивости объекта к воздействию ударной волны сводится к определению Арф. Расчеты параметра ударной волны Арф на разных расстояниях от исследуемого объекта (рис. 3) позволили определить границы зон разрушений и их радиусы, визуально представить размещения зданий и сооружений производственного комплекса в этих зонах.
Согласно примененной методике расчетов [3], здания и сооружения исследуемого объекта попадают в зоны разрушений. Результаты воздействия ударной волны сведены в табл. 1.
Наука итехника, № 3, 2014
3
r
I
Рис. 3. Зоны разрушения, возникающие в результате действия ударной волны
Результаты оценки устойчивости объекта к воздействию воздушной ударной волны
Таблица 1
Наука итехника, № 3, 2014
Окончание табл. 1
Инструментальный цех
Газовая котельная
Склад готовой продукции
_2_
Технологическое оборудование станки средние
Прессовое оборудование
Электродвигатели мощностью до 10 кВт и более КЭС кабельная наземная электросеть Здание одноэтажное кирпичное Технологическое оборудование: газовый котел, газопровод и водопровод заглубленные Здание одноэтажное кирпичное
10
35
60
70
50
25
30
1000
30
11
30
25
25
30
12
В зоне средних разрушений требуется проводить текущий ремонт
- слабые разрушения;
■ средние разрушения;
- сильные разрушения.
3
В Ы В О Д Ы
Оценка полученных данных по воздействию воздушной ударной волны при взрыве одной цистерны пропана на производственные здания и сооружения показала (рис. 3, табл. 1):
• сборочный цех № 1 оказался в границах зон сильных, средних и слабых разрушений; выпуск продукции в нем невозможен;
• сборочный цех № 1 попал в зону слабых разрушений. Наиболее уязвимым элементом является ленточный конвейер. Выпуск продукции в цехе возможен после проведения текущего ремонта;
• инструментальный цех оказался в зонах средних и слабых разрушений. Наиболее уязвимым элементом является здание;
• газовая котельная частично попала в зону слабых разрушений;
• склады готовой продукции оказались в зоне средних и слабых разрушений;
• транспортный цех не пострадал.
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. Дорожко, С. В. Защита населения и объектов в чрезвычайных ситуациях. Радиационная безопасность: пособие: в 3 ч. Ч. 1: Чрезвычайные ситуации и их предупреждение / С. В. Дорожко, И. В. Ролевич, В. Т. Пусто-вит. - 2-е изд. - Минск: Дикта, 2008. - 284 с.
2. Харитонов, В. А. Надежность строительных объектов и безопасность жизнедеятельности человека: учеб. пособие / В. А. Харитонов. - М.: Абрис, 2012. - 367 с.
3. Защита объектов от оружия массового поражения: справ. / под ред. Г. П. Демиденко. - 2-е изд., перераб. и доп. - Киев: Высш. шк., Головное изд-во, 1989. - 287 с.
R E F E R E N C E S
1. Dorozhko, S. V., Rolevich, I. V., & Pustovit, V. T.
(2008) Protection of Population and Objects in Emergency Situations. Radiation Safety. Part 1. Emergency Situations and Their Prevention. Minsk: Dikta.
2. Kharitonov, V. A. (2012) Reliability of Construction Objects and Safety of Human Life and Activity. Moscow: Abris.
3. Demidenko, G. P. (1989) Protection of Objects Against Weapons of Mass Destruction. Kiev: Higher School, Main Publishing House.
Поступила 22.02.2013
Наука итехника, № 3, 2014
