Выполнение расчетно-графических работ по прогнозированию и оценке обстановки при чрезвычайных ситуациях

Министерство транспорта Российской Федерации Федеральное Агентство железнодорожного транспорта Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Омский государственный университет путей сообщения цикл «Гражданская оборона и защита в ЧС»

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

к выполнению расчетно-графических (контрольных) работ

по прогнозированию и оценке обстановки при чрезвычайных ситуациях.

Омск 2007

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ И ОЦЕНКА ОБСТАНОВКИ ПРИ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЯХ

Прогнозирование и оценка обстановки при чрезвычайных ситуациях проводятся для заблаговременного принятия мер по предупреждению чрезвычайных ситуаций, смягчению их последствий, определению сил и средств, необходимых для ликвидации последствий аварий, катастроф и стихийных бедствий.

Целью прогнозирования и оценки последствий обстановки чрезвычайных ситуаций является определение размеров зоны чрезвычайной ситуации, степени разрушения зданий и сооруже-ний, а также потерь среди персонала объекта и населения.

Как правило, эта работа проводится в три этапа.

На первом этапе производится прогнозирование последствий наиболее вероятных чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, осуществляемое для среднестатистических условий (среднегодовые метеоусловия; среднестатистическое распределение населения в домах, на улице, в транспорте, на работе и т. п.; средняя плотность населения и т. д.). Этот этап работы проводится до возникновения чрезвычайных ситуаций.

На втором этапе осуществляется прогнозирование последствий и оценка обстановки сразу же после возникновения источника чрезвычайных ситуаций по уточненным данным (время возникновения чрезвычайной ситуации, метеорологические условия на этот момент и т. д.).

На третьем этапе корректируются результаты прогнозирования и фактической обстановки по данным разведки, предшествующей проведению аварийно-спасательных и других неотложных работ.

В настоящем пособии рассматриваются методы прогнозирования последствий опасных явлений, соответствующие первому этапу.

Независимо от источника чрезвычайной ситуации можно выделить шесть основных поражающих факторов, воздействующих на людей, животных, окружающую природную среду, инженерно-технические сооружения и т. д. Это:

— барическое воздействие (взрывы взрывчатых веществ, газовоздушных облаков, технологических сосудов под давлением, взрывы обычных и ядерных средств массового поражения и т. д.);

— термическое воздействие (тепловое излучение при техногенных и природных пожарах, огненный шар, ядерный взрыв и т. д.);

— токсическое воздействие (техногенные аварии на химически опасных производствах, шлейф продуктов горения при пожарах, применение химического оружия, выбросы токсических газов при извержениях вулканов и т. д.);

— радиационное воздействие (техногенные аварии на радиационно-опасных объектах, ядерные взрывы и т. д.);

— механическое воздействие (осколки, обрушения зданий, сели, оползни и т. д.);

— биологическое воздействие (эпидемии, бактериологическое оружие и т. д.).

При прогнозировании последствий опасных явлений, как правило, используют детерминированные или вероятностные методы.

В детерминированных методах прогнозирования определенной величине негативного воздействия поражающего фактора источника чрезвычайной ситуации соответствует вполне конкретная степень поражения людей, инженерно-технических сооружений и т. п.

Так, например, величина избыточного давления на фронте ударной волны Рф = 10 кПа принимается безопасной для человека. При величине избыточного давления на фронте ударной волны Рф > 100 кПа будет иметь место смертельное поражение людей.

При токсическом воздействии такими величинами являются пороговая токсодоза и летальная токсодоза.

Область, ограниченная линией, соответствующей определенной степени негативного воздействия, носит название зоны воздействия этого уровня (летального, среднего, порогового и т. п.).

В действительности при воздействии одной и той же дозы негативного воздействия на достаточно большое количество людей, зданий и сооружений, компонентов окружающей природной среды и т. д. поражающий эффект будет различен и приведенные выше значения соответствуют математическому ожиданию данной степени негативного воздействия.

Другими словами, негативное воздействие поражающих факторов носит вероятностный характер. Величина вероятности поражения (эффект поражения) Рпор (см. табл.П.1_) измеряется в долях единицы или процентах и определяется, как правило, по функции Гаусса (функции ошибок) через «пробит-функцию» Рr

где f— функция Гаусса; a, b — константы, зависящие от вида и параметров негативного воздействия; D — доза негативного воздействия, равная:

— при термическом воздействии;

— при барическом воздействии;

— при токсическом воздействии;

— при радиационном воздействии;

Здесь q — плотность теплового потока, — время воздействия; Рф — избыточное давление на фронте ударной волны; I₊ — импульс фазы сжатия ударной волны;

С — концентрация, токсиканта; D_Эф — эффективная доза ионизирующего излучения; n — показатель степени.

Поскольку чрезвычайные ситуации природного характера и техногенные чрезвычайные ситуации имеют свою специфику, рассмотрим методики прогнозирования их последствий раздельно.

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ И ОЦЕНКА ОБСТАНОВКИ ПРИ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЯХ ПРИРОДНОГО ХАРАКТЕРА

Основными характеристиками землетрясений являются магнитуда и интенсивность.

Магнитуда землетрясения является мерой общего количества энергии, излучаемой при сейсмическом толчке в форме упругих волн, в гипоцентре землетрясения, расположенном в очаге землетрясения на глубине до 730 км. Проекция гипоцентра на поверхность земли определяет эпицентр землетрясения, вокруг которого располагается область, называемая эпицентральной и испытывающая наибольшие колебания грунта.

Интенсивность землетрясения определяется величиной колебания грунта на поверхности земли. Интенсивность в разных пунктах наблюдения различна, однако магнитуда у толчка только одна.

Сила землетрясения исчисляется в баллах, причем, обычно применяют либо шкалу Рихтера, использующую величину магнитуды (1 < М < 9), либо международную шкалу MSK (или близкую к ней шкалу Меркалли), использующие величину интенсивности землетрясения (1 < J< 12).

Землетрясения в зависимости от интенсивности колебаний грунта на поверхности земли классифицируются следующим образом: слабые (1—3 балла); умеренные (4 балла), довольно сильные (5 баллов); сильные (6 баллов); очень сильные (7 баллов); разрушительные (8 баллов); опустошительные (9 баллов); уничтожающие (10 баллов); катастрофические (11 баллов); сильно катастрофические (12 баллов).

Интенсивность землетрясение J ® определяется по формуле

; (5.3)

где Rрасстояние от эпицентра землетрясения, км; h — глубина гипоцентра землетрясения, км;

М — магнитуда землетрясение, равная:

; (5.4)

где Z_m — амплитуда земных колебаний, мкм.

Реальная интенсивность (J_реал) землетрясения и степень разрушения зданий и сооружений будет зависеть от типа грунта как под застройкой, так и на остальной окружающей местности:

; (5.5)

Где J_пост — приращение балльности для грунта (по сравнению с гранитом), на котором построена здание; J_о.м. — приращение балльности для грунта в окружающей местности (табл. 5.1)

ЗНАЧЕНИЕ J_пост, J _о.м

Таблица 5.1

Все здания и типовые сооружения традиционной постройки (без антисейсмических мероприятий) подразделяются на три группы, каждой из которых свойственна определенная сейсмостойкость (табл. 5.2).

Классификация зданий и сооружений по сейсмостойкости (J_c)

Таблица 5.2

Примечание. При сочетании в одном здании признаков двух или трех типов здание в целом следует относить к слабейшему из них.

Состояние зданий и сооружений после землетрясения оцени-вается степенью повреждения I (табл. 5.3).

Степени (I) разрушений зданий при землетрясениях Таблица 5.3

Примечание. В зданиях, возведенных с антисейсмическими мероприятиями, при оценке степени повреждения учитываются только повреждения несущих элементов конструкций.

Люди, находящиеся в момент землетрясения внутри зданий, поражаются преимущественно обломками строительных конструкций. Вероятность общих (Р^общ) и безвозвратных {Р^безв) потерь в зависимости от степени повреждения зданий представлена в табл. 5.4.

Вероятность общих () и безвозвратных () потерь.

Таблица 5.4

Для группы однотипных зданий в зависимости от их сейсмостойкости Jс и реальной интенсивности землетрясения J_реал может быть найдена осредненная степень разрушения (табл. 5.5), которая используется для приближенной оценки потерь населения, нахо-дящегося в этих зданиях, по данным табл. 5.4.

Зависимость осредненной степени разрушения однотипных зданий (I_ср) от приведенной интенсивности (J_реал — J_с) землетрясения Таблица 5.5

Так как степени разрушения зданий тоже являются случайными величинами (см. табл. П.2), поэтому более точно потери населения с учетом данных табл. 5.4 следует оценивать по их математическим ожиданиям. Для этого сначала вычисляются вероятности людских потерь различных видов (структура потерь) по формулам:

вероятность общих потерь населения

(5.6)

вероятность безвозвратных потерь населения

(5.7)

Вероятность санитарных потерь населения

(5.8)

где — вероятность получения зданиями степеней поражения от 3…5 (см. табл. 5.4)

Далее, учитывая, что по своей физической сущности величины Р^общ, Р^безв и Р^сан представляют собой относительные потери населения, под которыми понимают отношение численности пострадавшего населения (по видам поражения) в зданиях к его общей численности в них, то абсолютные потери населения в зданиях при землетрясении определяются по формулам:

(5.9)

где N^общ,, N^безв, N^сан — абсолютные общие, безвозвратные и санитарные потери;

N_з — численность населения, находящегося в зданиях.

Бескаркасные здания из местного материала без фундамента на песчаном грунте.

Так как грунт, на котором построены эти здания, и грунт окружающей местности одинаков, то приращение балльности J_пост и Jо. м (см. табл. 5.1) одинаково, и для песчаного грунта составляет 1,6, поэтому

(балла).

Для зданий рассматриваемого типа параметр сейсмостойкости Jс = 4 (см. табл. 5.2),

Jреал — Jс= 7,3 — 4 = 3,3 и, согласно табл. 5.5, Iср = 2,8. При I=Iср = 2,8 3 вероятность общих потерь населения в домах рассматриваемого типа при условии, что все дома получат третью степень разрушения, по данным табл. 5.4. составит = 0,05, а безвозвратных — = 0,01.

Для более точного определения структуры потерь населения по табл. П. 2 по разности величин Jреал — Jс3,3 (принимаем Jреал — Jс 3,0) находим вероятность возникновения различных степеней повреждения зданий: для первой степени = 0,1; для второй степени = 0,3; для третьей степени = 0,5 и для четвертой = 0,1. Далее по формулам (5.6)—(5.8) находим структуру потерь:

Примем для определенности, что землетрясение произошло ночью, когда 94% населения (табл. П. 3.1) находится в жилых домах, и в бескаркасных зданиях из местных материалов проживает 20% жителей населенного пункта (N₃= 0,94 * 0,2 * 50 000 = 9 400 человек).

Тогда по формулам (5.9):

(чел.);

(чел.);

(чел.).

Кирпичные малоэтажные здания на полускальных грунтах.

Так как грунт, на котором построены эти здания, полускальный, то приращение балльности для грунта (по сравнению с гранитом), на котором построено здание, составляет =1,36 (см. табл. 5.1), а приращение балльности для песчаного грунта в окружающей местности составляет 1,6 поэтому

(балла).

Для зданий рассматриваемого типа параметр сейсмостойкости Jс = 5,5 (см. табл. 5.2), тогда Jреал — Jс = 7,54 — 5,5 = 2,04, и, согласно табл. 5.5, Iср = 1,5. При I= Iср — 1,5 < 2 вероятности общих и безвозвратных потерь населения в домах рассматриваемого типа при условии, что все дома получат разрушения не более 2 степени, по данным табл. 5.4 составят и, т. е. люди не пострадают.

В соответствии с данными табл. П. 2 по разности величин Jреал — Jс = 2,04

(принимаем Jреал — Jс 2) находим вероятность возникновения различных степеней повреждения зданий: для первой степени; для второй степени; для третьей степени.

Крупнопанельные здания, построенные на полускальных грунтах.

Так как грунт, на котором построены эти здания, полускальный, то приращение балльности для грунта (по сравнению с гранитом), на котором построено здание, составляет

Jпост = 1,36 (см. табл. 5.1), а приращение балльности для песчаного грунта в окружающей ме-стности J_о.м составляет 1,6, поэтому

(балла).

Для зданий рассматриваемого типа параметр сейсмостойкости Jс = 6,5 (см. табл. 5.2), тогда Jреал — Jс = 7,54 — 6,5 = 1,04 и, согласно табл. 5.5, Iср = 0,5. При I= Iср = 0,5 < 2 люди не пострадают (см. табл. 5.4).

Легко убедиться в том (см. табл. П.2), что при Jреал — Jс = 1,04 40% зданий рассматриваемого типа вообще не получит повреждений, 50% зданий получит повреждения первой степени, 10% —второй.

Таким образом, наибольшую опасность представляют бескар-касные здания без фундамента из местных материалов, жители которых могут серьезно пострадать.

Прогнозирование и оценка обстановки при чрезвычайных ситуациях природного характера осуществляется с использованием специальных методик и рекомендаций, часть некоторых из них изложена в данной методичке и в учебном пособии «Безопасность жизнедеятельности в ЧС природного и техногенного характера" — М.;Высш. шк., 2006 г. В. А. Акимов, Ю. Л. Воробьев.

Прогнозирование и оценка обстановки при чрезвычайных ситуациях техногенного характера

При заблаговременном прогнозировании обстановки в чрезвычайных ситуациях техногенного характера, как правило, принимают следующие допущения

— рассматривают негативные события (источники чрезвычайных ситуаций), наносящие наибольший ущерб;

— масса (объем) выброса (сброса) вещества (энергии) при техногенной аварии соответствует максимально возможной величине или объему наибольшей емкости;

— метеоусловия (класс устойчивости атмосферы, скорость и направление ветра, температура воздуха, влажность и т. п.) принимаются наиболее благоприятными (инверсия, скорость ветра 1 м/с, температура 20°С) для распространения пыле-паро-газово-го облака (радиоактивного, токсического, взрывоопасного);

— распределение населения в домах, на улице, в транспорте, на производстве принимается соответствующим среднестатистическому, с равномерной плотностью населения (персонала) в пределах населенного пункта (объекта экономики).

Рассмотрим методы прогнозирования последствий некоторых техногенных аварий.

Прогнозирование и оценка обстановки при авариях, связанных со взрывами.

Прогнозирование обстановки при взрывах заключается в определении размеров зон возможных поражений, степени поражения людей и разрушения объектов. Для этого обычно используют один из двух методов прогнозирования последствий взрывов: детерминированный (упрощенный) и вероятностный.

При детерминированном способе прогнозирования поражающий эффект ударной волны определяется избыточным давлением во фронте ударной волны Рф (кПа), в зависимости от величины которого находятся степени поражения людей:

Рф, кПа Менее 10 10−40 40−60 60−100 Более 100

Степень Безопасное Легкая Средняя (кровоТяжелая Смертельное поражения людей избыточное давление (ушибы., потеря слуха) течения, вывихи, (контузии) поражение сотрясения мозга) и степени разрушения зданий (табл. 5.19)

Избыточное давление во фронте ударной волны Рф (кПа), при котором происходит разрушение объектов Таблица 5.19

Примечания: слабые разрушения — повреждение или разрушение крыш, оконных и дверных проемов. Ущерб—10—15% от стоимости здания; средние разрушения — разрушения крыш, окон, перегородок, чердачных перекрытий, верхних этажей. Ущерб — 30—40%; сильные разрушения — разрушение несущих конструкций и перекрытий. Ущерб — 50%. Ремонт нецелесообразен; полное разрушение — обрушение зданий.

При вероятном способе прогнозирования поражающее действие ударной волны определяется как избыточным давление на фронте ударной волны Рф (кПа), так и импульсом фазы сжав ударной волны I+ (кПа * с).

Степень поражения (разрушения) Рпор (%) (см. табл. П. 1) опре-деляется в зависимости от пробит-функции Рr, являющейся функ-цией Рф (кПа) и I+ (кПа * с) (табл. 5.20).

Выражение пробит-функций для разных степеней поражения (разрушения) Таблица 5.20

При полном разрушении зданий под действием взрыва образу-ются завалы, форма и размеры которых зависят от размеров здания и особенностей взрыва. При взрыве внутри здания обломки разле-таются во все стороны равномерно, а при взрыве вне здания — смещаются в направлении распространения ударной волны (рис. 5.4).

При сильном разрушении зданий можно принять, что объем завалов составляет примерно 50% объема завалов при полном раз-рушении здания.

При приближенных оценках размеры завалов, образующихся при взрыве внутри здания размером ABE, можно определить по формулам:

длина завала, А (м)

(5.42)

ширина завала В_зав (м)

(5.43)

где L — дальность разлета обломков, принимается равной половине высоты здания (L =H/2).

При внешнем взрыве размеры завала определяют по формулам

(5.44)

(5.45)

Для определения высоты завала h (м) используется формула

(5.46)

где — удельный объем завала на 100 м³ строительного объема зда-ния (табл. 5.21);

— константа, равная k = 2 — для взрыва вне зда-ния и k =2,5 — для взрыва внутри здания.

Объемномассовые характеристики завалов Таблица 5.21

Примечания: 1. Пустотность завала () — объем пустот на 100 м³ завала, м³. 2. Объемный вес завала () — вес 1 м³ завала, т/м³

Для ориентировочного определения безвозвратных потерь N^безв (чел) населения (персонала) вне зданий и убежищ можно ис-пользовать формулу

(5.47)

где Р — плотность населения (персонала), тыс. чел. /км²; G_тнт— тротиловый эквивалент, т.

Санитарные потери N^сан (чел.) принимаются равными

(5.48)

а общие потери N^общ (чел.)

(5.49)

Для ориентировочного определении потерь людей, находя-щихся в зданиях, в зависимости от степени их разрушения можно использовать следующие формулы:

(5.50)

(5.51)

(5.52)

где Ni — количество персонала в i-м здании, чел.; n — число зда-ний (сооружений) на объекте; — общие потери при разруше-нии i-го здания; К_1i, K_2i — коэффициенты для нахождения потерь в i-м здании, определяемые по табл. 5.22.

Значения коэффициентов К_1, К₂

Таблица 5.22

Взрыв конденсированных ВВ.

Для определения зависимости избыточного давления на фронте ударной волны Рф (кПа) от рас-стояния R (м) до эпицентра взрыва конденсированного взрывча-того вещества наиболее часто используют формулу М.А. Садов-ского для наземного взрыва при условии 1 R 100:

(5.53)

Величину импульса фазы сжатия I₊ (кПа * с) на расстоянии R (м) от эпицентра взрыва для ориентировочных расчетов можно определить по приближенной формуле

(5.55)

Здесь G_ТНТ — тротиловый эквивалент, равный массе тринитро-толуола (тротила), при взрыве которой выделяется такое же коли-чество энергии, как и при взрыве рассматриваемого взрывчатого вещества G, кг. Величина G_ТНТ (кг) определяется по формуле (5.55)

Где и — энергии взрывов, соответственно, рассматриваемого взрывчатого вещества и тротила, кДж/кг, приведенные в табл. 5.23.

Энергии взрыва (кДж)/кг конденсированных взрывчатых веществ Таблица 5.23

Взрыв парогазовоздушного облака в неограниченном пространстве

Парогазовоздушные (ПГВ) облако образуется при авариях в системах переработки, транспортировки и хранения перегретых жидкостей и сжатых газов, а также при испарении разлившейся горючей жидкости (нефть, бензин и т. п.).

При аварии агрегата, содержащего горючие жидкости или газы, принимается, что все содержимое аппарата поступает в окружающее пространство и одновременно происходит утечка вещества из подводящего и отводящего трубопроводов в течение времени, необходимого для отключения трубопроводов (табл. 5.24).

Расчетное время отключения трубопроводов Таблица 5.24

Масса газа m_г (кг), поступившего в окружающее пространство при аварии аппарата, равна

(5.56)

где Vа = 0,01P₁V₁ — объем газа, вышедшего из аппарата, м³; Р₁ -давление в аппарате, кПа; V₁ — объем аппарата, м³; Vт = Vт₁ + Vт₂ — объем газа, вышедшего из трубопровода, м³; Vт₁ = — объем газа, вышедшего из трубопровода до его отключения, м³; — расход газа, определяемый в соответствии с технологическим регламентом в зависимости от давления в трубопроводе, его диаметра, температуры газа и т. п., м³ /с;

— время, определяемое по табл. 5.24; — объем газа, вышедшего из трубопровода после его отключения, м³; Р₂ — максимальное давление в трубопроводе по технологическому регламенту, кПа; — внутренний! радиусго участка трубопровода, м; — длинаго участка трубопровода от аварийного аппарата до задвижек, м; n — число поврежденных участков трубопровода; — плотность паров газа, кг/м³.

При аварии аппарата с жидкостью часть жидкости может находиться в виде пара, вырывающегося при аварии в окружающее пространство, образуя первичное облако. Оставшаяся часть жидкости разливается либо внутри обваловки (поддона), либо на грун-те с последующим испарением с зеркала разлива с образованием вторичного облака.

Масса пара в первичном облаке m_{п, 1} (кг) равна

(5.57)

где — объемная доля оборудования, заполненная газовой фазой; (Па), и (Па) — то же, что и в формуле (5.56); — температура жидкости в аппаратуре, К; М— молекулярная масса жидкости, кг/кмоль; R — универсальная газовая постоянная газа, равная 8310 Дж/(К * кмоль).

Если разлившаяся жидкость имеет температуру Т_ж выше, чем температура кипения Т_кип и температура окружающей среды то она кипит за счет перегрева с образованием пара с массой (кг)

(5.58)

где — удельная теплота кипения жидкости при температуре перегрева, Дж/кг; Ср — удельная теплоемкость жидкости при температуре перегрева Т_ж, Дж/(кг*К); — масса перегретой жидкости, кг.

Разлившаяся жидкость с температурой Тж < T_КИП испаряется с образованием пара массой (кг) во вторичном облаке

(5.59)

где W— интенсивность испарения жидкости, кг/(м * с); — площадь испарения (разлива), м², равная площади обваловки (поддона) или площади поверхности, занимаемой разлившейся жидкостью исходя из расчета, что 1 л смесей и растворов, содержа-щих 70% и менее (по массе) растворителей, разливается на 0,1 м², остальные жидкости на 0,15 м²; _ИСП — время испарения разлив-шейся жидкости, с, равное либо времени полного испарения, либо ограничиваемое временем 3600 с, в тече-ние которых должны быть приняты меры по устранению аварии.

Интенсивность испарения разлившейся жидкости W, кг/(м² * с), определяется по справочным или экспериментальным данным. Например, согласно документу НПБ 107−97 при обосновании взрывопожарной опасности наружных установок для ненагретых легко воспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ) используется формула

(5.60)

где — давление насыщенного пара, кПа, определяемое по формуле

(5.61)

Поступающий в окружающее пространство горючий газ или пар ЛВЖ массой или (кг) образует взрывоопасное облако, горизонтальные размеры которого ограничены линией, соответствующей нижнему концентрационному пределу распространения пламени Снкпр (кг/м3) (табл. 5.25). При этом радиус облака Rнкпр (м) определяется по формулам:

для горючих газов

(5.62)

Характеристики взрываемости некоторых газов (паров) Таблица 5.25

Примечание: НКПР — нижний концентрационный предел распространения пламени;

ВКПР — верхний концентрационный предел распространения пламени.

для паров ненагретых ЛВЖ

(5.63)

Плотность газа (пара) (кг/м³⁾ определяется по формуле

(5.64)

где — мольный объем, равный 22,4 м³/кмоль; — расчетная температура, °С, принимаемая равной максимально возможно температуре воздуха в соответствующей климатической зоне. При отсутствии соответствующих данных допускается принимать равной 61 °C.

Внутренние границы ПГВ облака определяются внешними га-баритными размерами аппаратов, резервуаров, установок и т. п. Во всех случаях R _НКПР принимается не менее 0,3 м.

При расчете избыточного давления на фронте ударной волны при взрыве ПГВ облака принимают, что внутри облака имеется зона детонационного взрыва радиусом R₀:

(5.65)

где k — коэффициент, зависящий от способа хранения горючего вещества (1 — для газа; 0,6 — для сжиженного газа под давлением; 0,1 —для сжиженного газа при пониженной температуре (изотермическое хранение); 0,06 — аварийный разлив ЛВЖ); — стехиометрическая концентрация газа в смеси, объемные % (см. табл. 5.25).

В пределах зоны детонационного взрыва Рф = 1750 кПа.

Избыточное давление Рф (кПа) на фронте ударной волны, об-разующейся при взрыве ПГВ облака, равно

(5.66)

(5.67)

где m_ПР — приведенная масса пара или газа, участвующих во взрыве, кг; R — расстояние от эпицентра взрыва, м; и — соответственно энергии взрыва газа (пара) и тротила (тринитротолуола), кДж/кг (значение приведено в табл. 5.23, а значения энергий взрыва некоторых газов (паров) — в табл. 5.25); Z— коэффициент участия горючих газов и паров в горении, который допускается принимать равным 0,1.

Величина импульса волны давления I₊ (кПас * с) вычисляется по формуле

(5.68)

Взрыв парогазовоздушного облака в ограниченном пространстве

При авариях с технологической аппаратурой, содержащей горючие газы и жидкости, но находящейся в ограниченном пространстве, масса поступающих в помещение горючих газов (ГГ), горючих (ГЖ) и легко воспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ) определяют по формулам (5.57) и (5.58).

Массу паров ГЖ, поступающих в помещение при испарении разлившейся жидкости, находят по формуле (5.59), в которой пло-щадь испарения F{u2) определяется исходя из расчета, что 1 л смесей и растворов, содержащих по массе 70% и менее растворителей разливается по площади 0,5 м² пола помещения, а остальных жидкостей — на 1 м² пола помещения. Длительность испарения © принимается равной времени полного испарения, но не более 3600 с.

Интенсивность испарения разлившейся жидкости в помещении W_кг / (m2 * с), согласно НПБ-105−95, определяется по формуле где — коэффициент, зависящий от скорости и температуры воздушного потока над поверхностью испарения (табл. 5.26); Ммолекулярная масса жидкости, кг/моль; Р нас. — по формуле (5.61), кПа.

Значение коэффициента

Таблица 5.26

Избыточное давление взрыва Рф (кПа) для индивидуальный горючих веществ, состоящих из атомов углерода, водорода, кислорода, хлора, брома и фтора, определяется по формуле

(5.69)

где: — максимальное давление взрыва стехиометрической газоили паровоздушной смеси в замкнутом объеме, определяемой по справочным данным (при отсутствии данных допускается принимать равным 900 кПа); — начальное давление, принимаемое равным 101,3 кПа; m — масса горючего газа или паров ЛВЖ в помещении, кг; Z — коэффициент участия горючего во взрыве, принимаемый равным 1 для водорода, 0,5 — для других горючих газов, 0,3 — для паров ЛВЖ и ГЖ; Vсв — свободный объем помещения, м³ (можно принять равным 80% помещения); — плотность газа или пара при расчетной температуре, кг/м³; — коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатность процессов горения, принимаемый равным 3; С _СТХ — стехиометрическая концентрация горючего, % об., вычисляемая по формуле

(5.70)

где стехиометрический коэффициент кислорода в реакции горения число атомов углерода, водорода, кислорода и галоидов в молекуле горючего).

Прогнозирование и оценка обстановки при авариях, сопровождающихся пожарами

Основным поражающим факторам пожаров является термическое воздействие, обусловленное тепловым излучением пламени.

Термическое воздействие определяется величиной плотности потока поглощенного излучения q^ПОГЛ (кВт/м²) и временем теплового излучения ©.

Плотность потока поглощенного излучения q^ПОГЛ связана с плотностью потока падающего излучения q^ПАД соотношением q^ПОГЛ = q^ПАД, где — степень черноты (поглощательная способность) тепловоспринимающей поверхности. Чем ниже степень черноты (больше отражательная способность), тем меньше при прочих равных условия величина q^ПОГЛ (далее q, кВт/м²).

Человек ощущает сильную (едва переносимую) боль, когда температура верхнего слоя кожи превышает 45 °C. Время достижения «порога боли» © определяется по формуле (5.71)

Различают три степени термического ожога кожи человека (табл. 5.27).

Характеристики ожогов кожи человека Таблица 5.27

Время воспламенения горючих материалов © при воздействии на них теплового потока плотностью q (кВт/м²) определяется по формуле

(5.72)

где q_кр — критическая плотность теплового потока, кВт/м²; А, n — константы для конкретных материалов (например, для древесины A = 4300, n = 1,61).

Значения q_кр для разных материалов и результаты расчета по формуле (5.72) приведены в табл. П. 6.

Особенно опасным является нагрев резервуаров с нефтепродуктами, которые могут воспламеняться при воздействии теплового излучения (табл. 5.28).

Время воспламенения резервуара с нефтепродуктами в зависимости от величины плотности потока теплового излучения q

Таблица 5.28

При применении вероятностного подхода к определению поражающего фактора теплового воздействия на человека значения Рпор определяют по табл. П. 1 с использованием для случая летального исхода при термическом поражении следующее выражение для пробит-функции Рr:

(5.73)

Время термического воздействия © для случаев пожара разлития и горения здания (сооружения, штабеля и т. п.) равно

(5.74)

где — характерное время обнаружения пожара (допускается принимать 5 с); х — расстояние от места расположения человека до зоны, где плотность потока теплового излучения не превышает 4 кВт/м², м; и — скорость движения человека (допускается принимать 5 м/с).

Для случая огненного шара время термического воздействия принимается равным времени существования огненного шара.

Пожар разлития

При нарушении герметичности сосуда, содержащего сжиженный горючий газ или жидкость, часть (или вся) жидкости может заполнить поддон или обваловку, растечься по поверхности грунта или заполнить какую-либо естественную впадину.

Если поддон или обваловка имеют вертикальный внутренний откос, то глубину заполнения h (м) можно найти по формуле:

(5.75)

где масса и плотность разлившейся жидкости; F_ПОД -площадь поддона.

При авариях в системах, не имеющих защитных ограждений, происходит растекание жидкости по грунту и (или) заполнение естественных впадин. Обычно при растекании на грунт площадь разлива ограничена естественными и искусственно созданными границами (дороги, дренажные канавы и т. п.), а если такая информация отсутствует, то принимается толщина разлившегося слоя, равной h = 0,05 м, и определяют площадь разлива Fpaз (м²) по формуле

(5.76)

Отличительной чертой пожаров разлития является «накрытие» (рис. 5.6.) с подветренной стороны, которое может составлять 25—50% диаметра обвалования

Пламя пожара разлития при расчете представляется в виде на-клоненного по направлению ветра цилиндра конечного размера (см. рис. 5.6), причем угол наклона зависит от безразмерной ско-рости ветра W_В:

(5.77)

Геометрические параметры факела пожара разлития находятся по формуле Томаса:

(5.78)

где Wв = — безразмерная скорость ветра; m_ВЫГ — массовая скорость выгорания, кг/(м² * с); — плотность пара и воздуха, соответственно, кг/м³; g — ускорение силы тяжести, м/с²; D — диаметр зеркала разлива, м; — скорость ветра, м/с.

Эмпирические коэффициенты по формуле Томаса (а = 55; b = 0,67 и с = — 0,21) получены по результатам экспериментов, выполненных для широкого диапазона изменения параметров:

Скорость выгорания жидкостей определяют, как правило, экспериментально. Для экспертной оценки скорости выгорания m_ВЫГ (кг/(м² * с)) можно воспользоваться эмпирической формулой

(5.79)

где — плотность жидкости, кг/м³; — низшая теплота сгорания топлива, Дж/кг; L_ИСП — скрытая теплота испарения жидкости, Дж/кг, С — коэффициент пропорциональности, значение которого, равное 1,25 *10^-6 м/с, получено путем обработки многочисленных экспериментальных данных по выгоранию большинства органических жидкостей и их смесей (рис. 5.7).

Плотность теплового потока, падающего на элементарную площадку, расположенную на уровне грунта (см. рис. 5.6), (кВт/м²) вычисляется по формуле:

(5.80)

где — угловой коэффициент излучения с площадки на боковой поверхности пламени пожара разлива на единичную площадку, расположенную на уровне грунта (рис. 5.6), определяемый по графику на рис. 5.8; q^СОБ — средняя по поверхности плотность потока собственного излучения пламени кВт/м.³

Для ориентировочных расчетов можно принять следующие значения q^СОБ (кВт/м²):

Сжиженный природный газ (метан) — 150…170

Сжиженный нефтяной газ — 50…60

Бензин — 120…140

Нефть — 60…80

Мазут — 50…70

Керосин — 80…00

Горение парогазовоздушного облака

Крупномасштабное диффузионное горение парогазовоздушного (ПГВ) облака, реализуемое при разгерметизации резервуара с горючей жидкостью или газом под давлением, носит название «огненный шар». Плотность теплового потока, падающего с поверхности «огненного шара» на элементарную площадку на поверхности мишени q^{пад .}(кВт/м²), равна

q^пад =q^собехр, где q^соб— платность потока собственного излучения «огненного шара», кВт/м² (допускается принимать равной 450 кВт/м²);

— угловой коэффициент излучения с «огненного шара» на единую площадку на облучаемой поверхности; Х — расстояние от точки на поверхности земли непосредственно под центром «огненного шара» до облучаемого объекта, м; Н — высота центра «огненного шара», м, которую допускается принимать равной 0,5D_эф — эффективный диаметр «огненного шара», м, определяемый по формуле

D_эф= 5,33m^0,327,

Где m — масса горючего вещества, кг.

Угловой коэффициент излучения с «огненного шара» на единичную площадку на облучаемой поверхности при Н=0,5D_эф определяется по формуле

.

Время существования «огненного шара» r © рассчитывается по формуле

r = 0,92m^0,303.

Рассчитав значения q^пад и r по формулам (5.81) и (5.84), по формуле Определяется величина пробит-функции, а по таблице П. 1 вероятность летального исхода при термическом поражении Р_пор.

Таблица П. 1.

Значения пробит-функции

Таблица П. 2.

Вероятность Р₁³ получения зданиями различной степени повреждения (I)

Таблица П. 3.1.

Среднесуточное распределение городского населения по месту его пребывания

Таблица П. 3.2.

Среднесуточное распределение сельского населения по месту пребывания

Прогнозирование и оценка обстановки при авариях, сопровождающихся пожарами и взрывами осуществляется с использованием данной методической разработки и «Руководства по определению зон воздействия опасных аварий с сжиженными газами, горючими жидкостями и АХОВ на объектах железнодорожного транспорта» (Приложение 3)

Оценка радиационной обстановки

Общие положения

Радиационная безопасность населения — состояние защищенности настоящего и будущего поколения людей от вредного для их здоровья воздействия ионизирующего излучения.

Человек подвергается облучению двумя способами. Радиоактивные вещества могут находиться вне организма и облучать его снаружи (внешнее облучение), и если радиоактивные вещества пополи внутрь человека с воздухом, водой, через открытую рану или другим путем (внутреннее облучение).

Внутреннее и внешнее облучение человека происходит от природных и искусственных источников ионизирующего излучения.

Источник ионизирующего излучения — устройство или радиоактивное вещество, испускающее или способное испускать ионизирующее излучение.

Радиационная безопасность населения обеспечивается ограничением воздействия от всех основных видов облучения. Свойства источников и возможности регулирования различных видов облучения существенно разнятся. Поэтому регламентация обеспечения радиационной безопасности производится для каждого источника отдельно с использованием различных методологических подходов и технических способов.

Радиоактивное загрязнение при разрушении (аварии) объектов ядерно-топливного цикла и перевозке радиоактивных материалов

В случае возникновения аварии, при которой облучение людей превысит основные пределы доз от техногенного источника облучения (приведенные в НРБ-99), должны быть приняты практические меры для восстановления контроля над источником и сведения к минимуму доз облучения, количества облучаемых лиц из населения, радиоактивного загрязнения окружающей среды, экономических и социальных потерь, вызванных радиоактивным загрязнением.

Процесс принятия решения по мерам защитных мероприятий (вмешательство)чрезвычайно сложен и включает множество факторов, в том числе и не связанных с радиацией. Обычно к основным факторам относят следующие: масштаб аварии, безопасность проживания, проблемы здравоохранения, стрессы, переселение, низкий уровень доверия и понимания, риск загрязнения водных ресурсов и т. д.

При принятии решения о характере вмешательства руководствуются следующими принципами.

1. Принцип обоснования — предполагаемое вмешательство должно принести обществу и прежде всего облучаемым лицам больше пользы, чем вреда, т. е. уменьшение ущерба в результате снижения дозы должно быть достаточным, чтобы оправдать вред самого вмешательства и затраты на него, в том числе социальные.

2. Принцип оптимизацииформа, масштаб и длительность вмешательства должна быть оптимизированы таким образом, чтобы чистая польза от снижения дозы, т. е. польза от снижения радиационного ущерба за вычетом ущерба, связанного с вмешательством, была максимальной.

Исходя из принципов планирование вмешательства (защитных мероприятий) на случай радиационной аварии, органами Госсанэпиднадзора устанавливаются уровни вмешательства (дозы и мощности доз облучения, уровни радиоактивного загрязнения) применительно к конкретному РОО и условиям его размещения с учетом вероятных типов аварий, сценария развития аварийной ситуации и складывающейся радиационной обстановки.

Срочное вмешательство согласно НРБ-99 требуется, если за двое суток дозы достигают приведенных в таблице уровней, при превышении которых возможны детерминированные эффекты.

Таблица 1.

Прогнозируемые уровни облучения, при которых безусловно необходимо срочное вмешательство.

При хроническом облучении в течении жизни вмешательство обязательно, если годовые поглощенные дозы превышают значения, приведенные в таблице.

В случае крупной аварии решение о мерах защиты населения принимаются по результатам сравнения прогнозируемой дозы, предотвращаемой защитным мероприятием, с уровнями, А и Б по таблицам 2,3.

Таблица 2.

Критерии для принятия неотложных решений в начальном периоде радиационной аварии.

· только для щитовидной железы

·

Таблица 3.

Критерии для принятия решений об отселении и ограничении потребления загрязненных пищевых продуктов