Основы безопасности в чрезвычайных ситуациях

ЗАДАЧА 1

Определить избыточное давление, ожидаемое в районе при взрыве емкости, в которой содержится 105 т сжиженного бутан-пропана. Расстояние от емкости до района 390−1140 м. Коэффициент перехода жидкого продукта в ГВС Кн=0,6?1. Сделать оценку характера разрушений объектов при взрыве газовоздушной смеси; оценить возможную тяжесть поражения людей при взрыве газовоздушной смеси

Решение

При взрыве газовоздушной смеси образуется очаг взрыва, ударная волна которого способна вызвать весьма большие разрушения на объекте. В наземном взрыве газовоздушной смеси принято выделять три полусферические зоны

Рис. 1. Зоны очага взрыва газовоздушной смеси:

— радиусы внешних границ соответствующих зон:

1 — зона детонационной волны;

2 — действия продуктов взрыва;

3 — воздушной ударной волны.

Зона детонационной волны (зона 1) находится в пределах облака взрыва.

1. Определим радиус зоны детонационной волны (зоны 1), м,

2. Рассчитаем радиус зоны действия продуктов взрыва (зона 2), м,

Сравнивая расстояние от центра взрыва до промышленного объекта (390- до 1140 м) с найденными радиусами зоны 1 (82,56 м) и зоны 2 (140,35 м), делаем вывод, что промышленный объект находится за пределами этих зон, следовательно, может оказаться в зоне воздушной ударной волны (зона 3).

Чтобы определить избыточное давление на расстоянии 390−1140 м, используя расчетные формулы для зоны 3. Принимаем r3=390−1140 м.

3. Определим относительную величину y:

4. Определим избыточное давление, кПа

при

при

Так как y<2, то

5. Сделаем оценку степени разрушения.

При взрыве 105 т сжиженного бутан-пропана промышленный объект окажется в зоне воздействия воздушной ударной волны с избыточным давлением от 41,42 кПа до 9,73 кПа. В соответствии с табл. 1, 2 (прил. 2) делаем оценку степени разрушения: на расстоянии 390 м — полное разрушение, на расстоянии 1140 м — разрушений нет.

6. Сделаем оценку степени поражения людей.

В данном случае возможны крайне тяжелые и тяжелые травмы людей, 50−60% пораженных нуждаются в медицинской помощи.

ЗАДАЧА 2

Произошел физический взрыв баллона с кислородом. Рассчитать энергию взрыва баллона, тротиловый эквивалент, избыточное давление во фронте ударной волны на расстоянии 55 м от эпицентра взрыва и скоростной напор воздуха

Решение

1. Определим энергию взрыва баллона, кДж,

где Р — давление в сосуде перед разрушением (определяется при испытаниях), принимаем согласно табл. 4, прил. 2;

— атмосферное давление, =101 кПа;

V — объем баллона (табл. 4, прил. 2), ;

— показатель адиабаты (табл. 4, прил. 2).

2. Определим тротиловый эквивалент, кг,

3. Найдем избыточное давление во фронте ударной волны, кПа,

где R — расстояние от эпицентра взрыва, R=55 м.

Для свободно распространяющейся в атмосфере ударной волны воздушного взрыва:

4. Найдем скоростной напор воздуха, кПа,

При взрыве баллона с кислородом объект окажется в зоне воздействия ударной волны с избыточным давлением 0,902 кПа. В данных условиях разрушений не будет, люди не пострадают

ЗАДАЧА 3

В результате аварии на объекте разрушилась обвалованная емкость, содержащая 5 т хлора. Промышленный объект расположен в 2000 м от места аварии. Местность открытая. Численность работающих на промышленном объекте 90 чел., обеспеченность противогазами составляет 30%. Метеоусловия: ясный день, ветер западный 4 м/с. Оценить химическую обстановку и наметить меры по защите персонала объекта

Решение

1. Определим степень вертикальной устойчивости воздуха по табл. 5, (прил. 2) — конвекция.

2. Определим глубину распространения зараженного воздуха с поражающей концентрацией, км,

где 1,96 — глубина распространения зараженного воздуха при скорости ветра 1 м/с

0,55 — поправочный коэффициент на ветер при конвекции Для обвалованных емкостей глубина распространения облака зараженного воздуха уменьшается в 1,5 раза.

Г=1,078/1,5=0,72

3. Найдем ширину зоны химического заражения, км,

Ширина зоны химического заражения определяется

— при конвекции.

4. Площадь зоны химического заражения, км2,

5. Определим время подхода зараженного облака к промышленному объекту, мин,

где R — расстояние от места разлива АХОВ до данного объекта, м;

W — средняя скорость переноса облака воздушным потоком, м/с (табл. 9, прил. 2).

6. Вычислим время поражающего действия АХОВ, час,

где 1,3 — время испарения АХОВ (ч) при скорости ветра 1 м/с

0,55 — поправочный коэффициент на скорость ветра

7. Определим площадь разлива АХОВ, м2,

где В — объем разлившейся жидкости, т;

0,85 — толщина слоя, м.

8. Найдем возможные потери людей в очаге химического заражения.

В соответствии с примечанием табл. 11 структура потерь рабочих и служащих на объекте будет:

со смертельным исходом ;

средней и тяжелой степени ;

легкой степени ;

Всего со смертельным исходом и потерявших работоспособность 45 человек. Результаты расчетов сводим в табл. 1.

Таблица 1

Результаты оценки химической обстановки

ЗАДАЧА 4

Определить допустимое время начала преодоления на автобусе со скоростью 75 км/ч участка радиоактивного заражения протяженностью 98 км. Измеренные через 10 ч после ядерного взрыва уровни радиации на маршруте движения составляли: 0,6 Р/ч; 1,2 Р/ч; 1,8 Р/ч; 3 Р/ч; 5,2 Р/ч; 3,8 Р/ч; 2,1 Р/ч. Доза облучения (Дуст) не должна превышать 1,7 Р.

Решение

1. Определим средний (условно постоянный) уровень радиации на маршруте через 10 часов, Р/ч,

где Р — измеренные уровни радиации, Р/ч,

N — количество измерений.

2. Время движения на маршруте, мин,

где R — протяженность участка радиоактивного заражения, км,

V — скорость движения объекта, км/ч.

3. Возможная доза облучения на маршруте при движении через 10 часов, Р,

где — коэффициент ослабления радиации = 1,5

2,184Р >

4. Приводим уровень радиации на Р1, Р/ч,

где — коэффициент пересчета уровня радиации на любое время суток 10 = 0,4

5. Возможная доза облучения на 1 ч, Р,

6. Вычислим коэффициент пересчета уровня радиации (Кt)

7. По табл. 13 это соответствует 20 часам. Таким образом, начало движения группы (через 18 часов 42 минут после взрыва), т. е. после измеренных уровней радиации на 10 ч надо переждать 8 ч 16 мин, чтобы уменьшилась радиация.

ЗАДАЧА 5

Оценить устойчивость работы энергоблока ГРЭС к воздействию электромагнитного импульса (ЭМИ). ГРЭС расположена на расстоянии R=5,4 км от вероятного центра взрыва. Ожидаемая мощность ядерного боеприпаса q=200 кт, взрыв наземный.

Элементы системы:

1. Питание электродвигателей энергоблока (запитаны от распредустройства собственных нужд) напряжением 380 В и 6000 В по подземным неэкранированным кабелям длиной l=100 м. Кабели имеют вертикальное отклонение к электродвигателям высотой 1,5 м. Допустимые колебания напряжения ±18%, коэффициент экранирования кабелей ?=2.

2. Система автоматического управления энергоблоком состоит из устройства ввода, ЭВМ, блока управления исполнительными органами, разводящей сети управления исполнительными агрегатами.

3. Устройства ввода, ЭВМ, блока управления выполнены на микросхемах, имеющих токопроводящие элементы высотой 0,05 м. Рабочее напряжение микросхем 5 В. Питание — от общей сети напряжением 220 В через трансформатор.

4. Допустимые колебания напряжения ±18%. Разводящая сеть управления имеет горизонтальную линию l=50 м и вертикальные ответвления высотой 2 м к блокам управления. Рабочее напряжение 220 В. Допустимые колебания напряжения ±18%. Коэффициент экранирования разводящей сети ?=2

Решение

1. Рассчитаем ожидаемые на ГРЭС максимальные значения вертикальной Ев и горизонтальной Ег составляющих напряженности электрического поля, В/м,

где R — расстояние от центра взрыва до объекта, км;

q — мощность ядерного боеприпаса, кт.

2. Определим максимальные ожидаемые напряжения наводок, В,

· в кабелях, питающих электродвигатели.

где l — расстояние по горизонтали или по вертикали, м;

? — коэффициент экранирования кабелей.

· для разводящей сети управления.

· в устройстве ввода, ЭВМ, блока управления.

3. Определим допустимые максимальные напряжения сети UA, В,

· в кабелях питания электродвигателей.

· в разводящей сети управления.

· в устройстве ввода, ЭВМ, блоке управления.

4. Рассчитаем коэффициент безопасности для каждого элемента системы, дБ,

· в кабелях питания электродвигателей.

· в разводящей сети управления.

· в устройстве ввода, ЭВМ, блоке управления.

5. Полученные данные сведем в табл. 2.

Таблица 2

Результаты оценки устойчивости энергоблока ГРЭС к воздействию ЭМИ

взрыв радиация детонационный поражение

Примечание: Результаты воздействия — возможен выход из строя от вертикальной составляющей электрического поля.

6. Сделаем вывод:

1. Наиболее уязвимые элементы энергоблока — устройство ввода, ЭВМ, блок управления.

2. Энергоблок неустойчив к воздействию ЭМИ:

Предложения по повышению устойчивости энергоблока:

— кабели питания электродвигателей на 380 В поместить в металлические трубы, на вводах к двигателям установить разрядники;

— разводящую сеть управления и кабели ввода информации от датчиков проложить в стальных заземленных трубах;

— устройство ввода, ЭВМ, блок управления разместить в металлических пассивных экранах с коэффициентом безопасности >40 дБ;

— на вводах ЭВМ, блока управления установить быстродействующие отключающие электронные устройства.

ЗАДАЧА 6

На участке длиной 30 м, шириной 34 м и высотой 9 м в результате аварии произошла разгерметизация баллона с уайт-спиритом C10,5H21 и в атмосферу поступило 27 м³ уайт-спирита

Требуется определить:

1. Давление взрыва паровоздушной смеси;

2. Категорию пожароопасности участка;

3. Категорию взрывоопасности технологического блока.

Решение

1. По табл. 17, 18 прил. 2 принимаем:

Pmax=900 кПа; P0=101кПа; z=0,3; =6,140 кг/м3; Kн=3; Hт=43 620 кДж/кг.

2. Масса поступившего газа, кг,

3. Стехиометрическая концентрация, %,

где — стехиометрический коэффициент кислорода в реакции горения; nc, nн, n0, nх — число атомов углерода, водорода, кислорода и галоидов в молекуле горючего.

4. Свободный объем помещения, м3,

5. Избыточное давление взрыва, кПа,

где Рmax — максимальное давление взрыва смеси в замкнутом объеме;

Р0 — давление воздуха до взрыва, кПа, допускается принимать 101 кПа;

z — коэффициент участия горючего во взрыве

VСВ — свободный объем помещения, за вычетом объема, занимаемого оборудованием (м3) допускается принимать условно равным 80% геометрического объема помещения;

— плотность пара или газа, кг•м-3;

КН — коэффициент учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса, допускается принимать равным 3;

ССТ — стехиометрическая концентрация горючего в воздухе, % по объему;

Так как давление взрыва больше 5 кПа, помещение относится к категории либо А, либо Б. но так как у уайт-спирита температура вспышки 33−36С, то можно отнести помещение к категории Б.

где

Нт — теплота

6. Тротиловый эквивалент, кг,

7. Энергетический потенциал блока:

Вывод: поскольку mТР< 2000 и QБ< 27, блок относится к III категории взрывоопасности

Библиографический список

1. Демиденко Г. П., Кузьменко Е., Орлов П. П. и др. Защита объектов народного хозяйства от оружия массового поражения: Справочник/ Под. ред. Г. П. Демиденко. Киев: Высш. шк., 1987, 256 с.

2. Атаманюк В. Г. и др. Гражданская оборона: Учебник для вузов/ В. Г. Атаманюк, Л. Г. Шершнев, Н. И. Акимов; Под ред. Д. И. Михайлика, — М: Высш. шк., 1986, 207 с.

3. Афанасьева А. И., Груздева С. Е. Защита окружающей среды в чрезвычайных ситуациях. Метод. указ. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2002, 58 с.

4. Горбунова Л. Н., Калинин А. А., Кондрасенко В. Я. и др. Чрезвычайные ситуации, их поражающие факторы и устойчивость объектов. Учеб. пособие в 2 ч, Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2000, 304 с.

5. Журавлев В. П., Пушенко С. Л., Яковлев А. М. Защита населения и территорий в чрезвычайных ситуациях. — М.: Изд. Ассоциации строительных вузов, 1999.

6. В. Я. Кондрасенко, А. И. Жуков. Безопасность жизнедеятельности. — Красноярск: ИПЦ КГТУ, 1999, 245 с.

7. С. А. Ковалев, В. С. Сердюк. Основа безопасности в чрезвычайных ситуациях. Учеб. пособие 2 ч., Омск, изд-во ОмГТУ, 1999, 232 с.