Обобщенные характеристики резервуаров
Министерство образования и науки, молодежи и спорта Украины
Национальная академия природоохранного и курортного строительства
Факультет Водного хозяйства и энергетики
Кафедра Гражданской защиты населения и территорий
МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ
Для разработки домашней расчетно-графической работы
По дисциплине «Безопасность жизнедеятельности»
«Оценка риска проживания населения в АР Крым с учетом угроз природного и техногенного характера»
Для студентов, обучающихся по специальностям:
строительство, архитектура, нефтегазовое дело,
электротехника и электротехнологии
г. Симферополь – 2011 г.
Министерство образования и науки, молодежи и спорта Украины
Национальная академия природоохранного и курортного строительства
Факультет Водного хозяйства и энергетики
Кафедра Гражданской защиты населения и территорий
МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ
Для разработки домашней расчетно-графической работы
По дисциплине «Безопасность жизнедеятельности»
«Оценка риска проживания населения в АР Крым с учетом угроз природного и техногенного характера»
(для студентов заочной формы обучения)
Направление подготовки:6.060101 Строительство.
Специальности:
7.06010101, 8.06010101 Промышленное и гражданское строительство
7.06010104, 8.06010104 Технология строительных конструкций,
изделий и материалов
|
|
|
7.06010107, 8.06010107 Теплоснабжение и вентиляция
Направление подготовки:6.060102 Архитектура
Специальность:
7.06010202, 8.06010202 Градостроительство
Направление подготовки:Нефтегазовое дело
Направление подготовки: Электротехника и электротехнологии
Специальность:
7.05070107, 8.05070107 Нетрадиционные и возобновляемые
источники энергии
Рассмотрена и одобрена
на заседании кафедры ГЗНТ
Протокол № _____________
«___»______________2011 г.
Заведующий кафедрой ГЗНТ
_____________ В.У.Стоянов
«___» _____________ 2011 г.
г. Симферополь - 2011 г.
Методика оценки территориального и индивидуального рисков для работающего персонала и населения при техногенных авариях, связанных со взрывами
Введение
Наибольшую опасность для работающего персонала и населения представляют взрывы газопаровоздушных смесей (ГПВС) сжиженных газов и легковоспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ).
Взрывы ГПВС в помещениях возникают в результате утечки газа из элементов оборудования. Взрывы ЛВЖ могут также возникать при проливе из емкостей (резервуаров, цистерн, грузовых отсеков танкеров), предназначенных для хранения и транспортировки этих веществ.
Взрывы ГПВС и ЛВЖ могут возникать как в ограниченном, так и в неограниченном пространстве.
|
|
|
При этом надо учитывать, что взрывоопасные сжиженные вещества, в соответствии с их расположением в зонах диаграммы состояния, делятся на:
1-ой категории – вещества с критической температурой ниже температуры среды (криогенные вещества – сжиженный природный газ, содержащий в основном метан, азот, кислород);
2-ой категории – вещества с критической температурой и точкой кипения ниже, чем температура окружающей среды (сжиженный нефтяной газ, пропан, бутан, аммиак, хлор). Их особенностью является «мгновенное» испарение жидкости при разгерметизации и охлаждении оставшейся доли до точки кипения при атмосферном давлении;
3-ю категорию составляют ЛВЖ, у которых критическое давление выше атмосферного и точка кипения выше температуры окружающей среды (вещества, находящиеся в обычных условиях в жидком состоянии);
4-ю категорию составляют вещества, содержащиеся при повышенных температурах (водяной пар в котлах, циклогексан и другие жидкости под давлением и при температуре, превышающей их точку кипения при атмосферном давлении).
При полном разрушении емкостей с веществами 1-ой и 2-ой категорий происходит их выброс в атмосферу, вскипание с быстрым испарением и образованием ГПВС.
|
|
|
Расчеты могут применяться при выборе основных направлений управления риском, разработке мероприятий по защите объектов и персонала от воздействия взрыва парогазовых сред и ЛВЖ.
Прогноз возможных последствий при взрыве газопаровоздушных смесей и легковоспламеняющихся жидкостей в открытом пространстве
Характеристика условий:
На объекте экономики в емкости хранится сжиженный газ. Рассчитать возможное значение избыточного давления и удельного импульса в воздушной ударной волне на расстоянии 
от центра при аварии со взрывом. Определить вероятности разрушения зданий, токсического и термического воздействия на работающий персонал, население и окружающую среду при авариях, связанных со взрывом емкости.
Особенностью расчета последствий взрывов ГПВС является необходимость рассмотрения пяти этапов развития сценария аварии, включающих определение параметров детонационной волны расширяющихся продуктов детонации, параметров воздушной ударной волны, токсического и термического воздействия на человека и окружающую среду, оценки территориального и индивидуального рисков.
Первый этап.
Определяем параметры детонационной волны расширяющихся продуктов смеси опасного химического вещества (приложение 6) с воздухом:
|
|
|
1.1. Объем облака ГПВС:
| (1) |
где: 
- объем 1 кмоля идеального газа;
- коэффициент вязкости:
для газов при атмосферном давлении;
для газов, сжиженных под давлением;
для газов, сжиженных охлаждением;
- масса горючей компоненты 
- молекулярная масса горючей компоненты (приложение 2);
- объемная концентрация газовой смеси стехиометрического состава (приложение 2).
1.2. Начальный радиус 
полусферического облака ГПВС:
| (2) |
1.3. Скорость распространения детонационной волны:
| (3) |
где: 
- показатель адиабаты продуктов детонации (приложение 2);
- теплота взрыва единицы массы (приложение 2).
1.4. Избыточное давление детонационной волны:
 МПа,
| (4) |
где 
- атмосферное давление 
.
1.5. Масса облака ГПВС:
 кг,
| (5) |
где 
- плотность газовой смеси, кг/м3 (приложение 2).
1.6. Масса ПГВС, участвующей во взрыве, определяется произведением:
| (6) |
где 
- доля приведенной массы парогазовых веществ, участвующих во взрыве. В общем случае, для неорганизованных парогазовых облаков в незамкнутом пространстве доля участия во взрыве может приниматься равной 
. Для производственных помещений (замкнутых объемов) значение может приниматься для горючих газов 
.
1.7. Тротиловый эквивалент наземного взрыва полусферического облака, кг:
| (7) |
где: - см. приложение 2;
Дж/ кг – теплота взрыва тротила.
1.8. Радиус воздействия детонационной волны 
:
| (8) |
где: 
Второй этап.
Определяем основные параметры воздушной ударной волны, созданной детонационной волной 
2.1. Зависимость избыточного давления в воздушной ударной волне с увеличением расстояния от эпицентра взрыва ГПВС:
 (Па),
| (9) |
где: 
где 
, м/кг1/3 – «приведенное» расстояние к массе тротилового эквивалента.
2.2. Зависимость удельного импульса давления от расстояния при взрыве облака ГПВС:
 Па·с;
| (10) |
где: 
2.3. При выполнении прогнозных расчетов радиусы зон разрушения соседних объектов и поражения людей ударной волной определяются выражениями:
если масса паров, участвующих во взрыве 
кг
 ;
| (11) |
если общая приведенная масса ГПВС 
кг
| (12) |
где: 
- радиус зоны разрушения, центром которой является эпицентр взрыва;
- тротиловый эквивалент ГПВС, рассчитываемый по формуле:
 кг,
| (13) |
где: 
- доля энергии взрыва ГПВС, затрачиваемой непосредственно на формирование ударной волны;
- доля энергии взрыва тринитротолуола (ТНТ), затрачиваемой непосредственно на формирование ударной волны;
- удельная теплота сгорания ПГВС, кДж/ кг;
- удельная энергии взрыва ТНТ, 4520 кДж/ кг;
- безразмерный коэффициент, характеризующий воздействие взрыва на объект, и равный:
- для полного разрушения зданий – 1 зона;
- 
зданий полностью разрушено – 2 зона;
- здания не пригодны для обитания – 3 зона;
- умеренные разрушения, повреждения внутренних перегородок – 4 зона;
- малые повреждения зданий, разбито 
стекол – 5 зона.
2.4. Значения радиусов зон, характеризующих различную степень воздействия 
, определим, используя зависимости:
1-я зона, характеризуемая полным разрушением зданий, сооружений, оборудования:
2-я зона, характеризуемая 50% разрушением зданий, сооружений, оборудования:
3-я зона, характеризуемая тем, что здания и оборудование не пригодны для эксплуатации без замены несущих конструктивных элементов и основных деталей:
4-я зона, характеризуемая умеренными разрушениями внутренних не несущих элементов конструкций и незначительным повреждением, сдвигом машин и механизмов:
5-я зона – незначительные повреждения (разбито до 10% стекол), не влияющие на технологические и производственные процессы:
2.5. Величина избыточного давления и импульса давления ГПВС в каждой из вышеперечисленных зон, с учетом (9-10), определяется выражением:
 ;
| (14´) |
;
 ,
| (14´´) |
,
где - атмосферное давление, 
Примечание:
В случае прогноза последствий взрыва ЛВЖ расчет энергетических параметров взрыва проводится по методике [1].
Характеристика условий:
В емкости находится ЛВЖ. Для оценки максимально возможных последствий принято, что в результате разгерметизации ЛВЖ вылилась и произошел взрыв ее паров. Требуется определить параметры воздушной ударной волны 
и 
на различных расстояниях от места аварии 
и рассчитать вероятности возможных разрушений и ущербов для жизни работающего персонала и людей на близлежащей территории.
Исходные данные:
- объем пролива – задание (приложение 6);
- удельная теплота сгорания ЛВЖ - 
кДж/кг;
- доля приведенной массы парогазовых веществ, участвующих во взрыве 
;
- высота слоя жидкости, пролитой на грунт, 
;
- удельная энергия взрыва тринитротолуола (ТНТ) 
кДж/кг;
- 
- безразмерный коэффициент, характеризующий воздействие взрыва на объект.
Для расчета параметров взрыва над проливом ЛВЖ используются следующие выражения:
- общий энергетический потенциал смеси ЛВЖ с воздухом, кДж:
; 
м2,
где 
- площадь пролива жидкости, м2;
- общая приведенная масса паров, кг:
; 
,
где: 
кДж – единая удельная энергия сгорания;
- масса паров, участвующих во взрыве, кг;
- доля приведенной массы парогазовых веществ, участвующих во взрыве. В общем случае для неорганизованных парогазовых облаков в незамкнутом пространстве, доля участия во взрыве может приниматься равной . Для производственных помещений (замкнутых объемов) значение может приниматься для паров ЛВЖ ;
- величина избыточного давления 
взрыва ЛВЖ в зонах поражения, кПа:
;
- величина удельного импульса взрыва ЛВЖ, Па·с:
Последующий расчет по оценке последствий взрыва ЛВЖ проводится аналогично методике для прогноза последствий взрыва ГПВС.
При оценке воздействия ударной волны на здания и сооружения принимаем четыре степени разрушений:
- слабые разрушения – повреждение или разрушение крыш, оконных и дверных проемов. Ущерб 10-15% от стоимости здания;
- средние разрушения – разрушение крыш, окон, перегородок, чердачных перекрытий, верхних этажей. Ущерб 30-40%;
- сильные разрушения – разрушение несущих конструкций и перекрытий. Ущерб 50%. Ремонт не целесообразен;
- полное разрушение – обрушение зданий и сооружений.
Зависимость степени разрушения объектов от величины избыточного давления 
на фронте ударной волны для других объектов представлены в приложении 5.
2.6. Величина вероятности поражения (эффект поражения) 
(измеряется в долях единицы или процентах) выражается функцией Гаусса вида:
| (15) |
где значение 
(функция Лапласа) определяется из приложения 3.
Верхним пределом интеграла является так называемая пробит-функция 
отражающая связь между вероятностью поражения и дозой негативного воздействия (избыточное давление, токсодоза, плотность теплового потока).
Пробит-функции разрушения зданий и сооружений средней и сильной степени при воздействии избыточного давления описываются выражениями:
| (16) |
| (17) |
Установлены следующие значения избыточного давления , вызывающие поражения человека различной степени:
Таблица 1.
| , кПа
| Результат воздействия |
| < 10 | Для человека безопасно |
| 20 ¸ 40 | Легкое поражение (ушибы, вывихи, временная потеря слуха, общая контузия). Условно поражение 1-ой степени. |
| 40 ¸ 60 | Среднее поражение (контузия головного мозга, повреждение органов слуха, разрыв барабанных перепонок). Общее сотрясение организма, болезненный удар по голове, кровоизлияние в легкие, межмышечное кровоизлияние, гиперемия мозга, иногда перелом ребер. (Поражение 2-ой степени). |
| 60 ¸ 100 | Сильное поражение (давление, труднопереносимое организмом, вызывающее состояние сильной контузии, потеря сознания, повреждение внутренних органов. (Поражение 3-ей степени). |
| 100 | Порог смертельного поражения. |
| 250 ¸ 300 | Летальный исход в 50% случаев. |
| > 300 | Безусловное смертельное поражение. |
Вероятность поражения той или иной степени при воздействии избыточного давления на человека можно определить по формуле (15) с использованием соответствующих формул пробит-функций, приведенных в таблице 2.
Таблица 2.
| Степень поражения | Пробит-функция | |
| Вероятность длительной потери управляемости у людей (состояние нокдауна). | 
 – масса тела человека,  кг
| (18) |
| Разрыв барабанных перепонок. | 
| (19) |
| Вероятность отброса людей волной давления (летальный исход). | 
 , Па – избыточное давление;
 , Па×с – импульс фазы сжатия
| (20) |
Третий этап.
3.1. В наиболее общем случае острого токсического воздействия на человека эффект поражения 
представляют в виде формулы (15). В случае пребывания человека в атмосфере с постоянной концентрацией опасного химического вещества (ОХВ) значение пробит-функции можно определить по соотношению:
| (21) |
где: 
- времявоздействия, мин.;
, 
, 
- коэффициенты, приведенные в таблице 3;
- концентрация токсиканта, связанная с концентрацией 
(мг/л) следующим соотношением:
где: 
- температура смеси, °С;
М - молекулярная масса токсиканта;
- концентрация вещества (таблица 3).
Приведенные в таблице 3 значения коэффициентов а, b и n являются усредненными, поскольку результаты токсикологического воздействия существенно зависят от текущего состояния человека, его возраста, физических данных и т.п.
Таблица 3.
Значения коэффициентов а, b и n
| Вещество | а | b | n | Смертельная концентрация, мг/л | Экспозиция |
| Акролеин | -9,931 | 2,049 | 1,000 | ||
| Акрилонитрил | -29,420 | 3,008 | 1,430 | ||
| Аммиак | -35,900 | 1,850 | 2,000 | 7 | 30 мин |
| Бензол | -109,780 | 5,300 | 2,000 | ||
| Бром | -9,040 | 0,920 | 2,000 | ||
| Угарный газ | -37,980 | 3,700 | 1,000 | ||
| Четыреххлористый углерод | -6,290 | 0,408 | 2,500 | ||
| Хлор | -8,290 | 0,920 | 2,000 | 0,1…0,2 | 1 ч |
| Формальдегид | -12,240 | 1,300 | 2,000 | ||
| Соляная кислота | -16,850 | 2,000 | 2,000 | ||
| Цианистоводородная кислота | -29,420 | 3,008 | 1,430 | ||
| Фтористоводородная кислота | -35,870 | 3,354 | 1,000 | 1,5 | 5 мин |
| Сероводород | -31,420 | 3,008 | 1,430 | ||
| Бромистый метил | -56,810 | 5,270 | 1,000 | ||
| Метилизоционат | -5,642 | 1,637 | 0,653 | ||
| Диоксид азота | -13,790 | 1,400 | 2,000 | ||
| Фосген | -19,270 | 3,686 | 1,000 | 0,4…0,5 | 10 мин |
| Оксид пропилена | -7,415 | 0,509 | 2,000 | ||
| Диоксид серы | -15,670 | 2,100 | 1,000 | ||
| Толуол | -6,794 | 0,408 | 2,500 |
При совместном действии многих токсикантов используют метод сложения (аддитивности) эффектов, что относительно справедливо только при однонаправленном действии опасных химических веществ.
3.2. Основные характеристики резервуаров и возможные варианты хранения опасных химических веществ представлены в таблице 4.
В случае разгерметизации емкости под воздействием ударной волны (приложение 5) основными источниками опасности являются залповые выбросы опасных химических веществ атмосферу с последующим осаждением по следу распространения облака зараженного воздуха. Данные для прогноза химической обстановки при воздействии различных избыточных давлениях ударной волны на расстояниях от эпицентра 
представлены в приложении 7.
Таблица 4.
Обобщенные характеристики резервуаров
Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 379; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!