Лекция 13. Модели и методики оценки последствий взрывов на химически опасных объектах. Методика оценки последствий аварийных взрывов топливно-воздушных смесей: назначение, основные расчетные соотношения, области применения при проектировании химических производств
Для проектирования химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств с учетом требований промышленной безопасности широко используются модели и методики оценки последствий взрывов топливно-воздушных смесей.

Ряд моделей [1 – 5] предназначен для грубой детерминированной оценки основных параметров поражающих факторов взрыва – давления во фронте ударной волны или массы горючего, участвующего во взрыве и возможных зон разрушений и повреждений, другие модели и методики [3,4,5] предполагают более точные расчеты зависимостей зон разрушений, повреждения зданий и сооружений и поражения людей различной степени тяжести от нескольких поражающих факторов – давления во фронте ударной волны, импульса фазы сжатия. Кроме того, в этих методиках учитываются ожидаемые режимы взрывного превращения, определяемые в зависимости от класса опасности вещества и класса окружающего пространства.

Взрыв – неконтролируемый быстропротекающий процесс выделения энергии, связанный с физическим, химическим или физико-химическим изменением состояния вещества, приводящий к резкому динамическому повышению давления или возникновению ударной волны, сопровождающийся образованием сжатых газов, способных привести к разрушительным последствиям [4, 6].

В химической и нефтехимической промышленности взрывам подвержены, как правило, топливно-воздушные смеси (ТВС) опасных веществ. Чтобы при воспламенении смеси произошел взрыв, необходимо, чтобы концентрация топлива в облаке лежала в пределе от 0,5 НКПВ до ВКПВ (включительно). При концентрации ниже 0,5 нижнего концентрационного предела воспламенения (НКПВ) не происходит зажигания смеси, а концентрация выше верхнего концентрационного предела воспламенения (ВКПВ) приводит к горению облака с поверхности, т.е. к явлению горения огненного шара.

Очевидно, для того, чтобы топливно-воздушная смесь достигла состояния, при котором ее воспламенение приведет к взрыву, необходимо, чтобы прошло некоторое время с момента выброса опасного вещества в окружающую среду. Минимальная продолжительность разбавления исходной, 100% по веществу субстанции, напрямую зависит от метеоусловий. Таким образом, взрыв - это последствие

---

отложенного (не мгновенного) воспламенения.

Рассмотрим одну из наиболее распространенных моделей – модель TNT (тринитротолуола – тротила) [5].

Основным положением модели является допущение об эквивалентности рассматриваемого вещества и тротила. Для известной массы вещества тротиловый эквивалент W (кг) рассчитывается по следующему соотношению [5]:

      (1)

В соотношении (1): – эмпирический показатель эффективности взрыва; M – масса топлива, кг; – удельная теплота сгорания топлива, кДж/кг; – удельная теплота сгорания тротила, 4437-4765 кДж/кг.

Безусловно, важным моментом расчета является выбор величины показателя эффективности взрыва. Наиболее распространенной экспертной оценкой является величина от 0,02 до 0,05. Авторами пособия [5] также высказано предложение принимать величину показателя в соответствии с реакционной способностью веществ, например, 0,05 для пропана, 0,1 для диэтилового эфира и 0,15 для ацетилена.

Для определения основных параметров взрывной волны, таких как избыточное давление (Па), время достижения взрывной волны рассматриваемой точки пространства (мс), длительность фазы сжатия (мс), импульс взрывной волны (Па*с), следует воспользоваться аналитическим выражением для расчета параметров ударной волны на различном приведенном расстоянии Z от эпицентра взрыва:

      (2)

В соотношении (2): φ - интересующая функция (

---

- избыточное давление (кПа), - импульс (Па∙с), - время достижения взрывной волной заданной концентрации (мс), - длительность фазы сжатия (мс)); a, b - эмпирические коэффициенты (см. таблицу 1); Z - приведенное расстояние ( ). Величина Z рассчитывается следующим образом:

      (3)

В соотношении (3): R - расстояние от эпицентра взрыва до места измерения параметров.

Таким образом, модель позволяет рассчитать параметры ударной волны, но не позволяет рассчитать зоны разрушений и поражения различной степени тяжести.

Таблица 1

К расчету параметров уравнения (2), модель TNT



В соответствии с рекомендациями [6] расчет зон поражения, разрушения (последствий взрыва) необходимо применять при выборе технических мероприятий по защите объектов и персонала от ударно-волнового воздействия взрыва парогазовых сред, а также твердых и жидких химически нестабильных соединений (перекисные соединения, ацетилениды, нитросоединения различных классов, продукты осмоления, трихлористый азот), способных взрываться.

Расчеты размеров зон поражения следует проводить по одной из двух методик:

1) методика оценки зон поражения, основанная на «тротиловом эквиваленте» взрыва ТВС [4, 6]

2) методика, учитывающая тип взрывного превращения (детонация/дефлаграция) при воспламенении ТВС [4].

Методика расчета «тротилового эквивалента» дает ориентировочные значения участвующей во взрыве массы вещества без учета дрейфа облака ТВС. В данной методике приняты следующие условия и допущения.

1) В расчетах принимаются общие приведенные массы парогазовых сред m и соответствующие им энергетические потенциалы E, полученные при определении категории взрывоопасности технологических блоков согласно приложению №2 к [6].

Общая масса горючих паров (газов) взрывоопасного парогазового облака m, приведенная к единой удельной энергии сгорания, равной 46000 кДж/кг:

---

(4)
Относительный энергетический потенциал взрывоопасности Q_в технологического блока находится расчетным методом по формуле:

(5)

По значениям относительных энергетических потенциалов Q_в и приведенной массе парогазовой среды m устанавливаются категории взрывоопасности технологических блоков.

Показатели категорий приведены в таблице №2.

Таблица №2

Показатели категорий взрывоопасности технологических блоков

Категория взрывоопасности	Qв	m, кг
I	>37	>5000
II	27-37	2000-5000
III	<27	<2000

Для конкретных реальных условий значения m и Е могут определяться другими методами с учетом эффекта диспергирования горючей жидкости в атмосфере под воздействием внутренней и внешней энергий, характера раскрытия технологической системы, скорости истечения горючего продукта в атмосферу и других возможных факторов.

Масса твердых и жидких химически нестабильных соединений W_k определяется по их содержанию в технологической системе, блоке, аппарате.

2) Масса парогазовых веществ, участвующих во взрыве, определяется произведением

(6)

где z – доля приведенной массы парогазовых веществ, участвующих во взрыве.

В общем случае для неорганизованных парогазовых облаков в незамкнутом пространстве с большой массов горючих веществ доля участия во взрыве может приниматься равной 0,1. В отдельных обоснованных случаях доля участия веществ во взрыве может быть снижена, но не менее чем до 0,02.

Для производственных помещений (зданий) и других замкнутых объемов значения z могут приниматься в соответствии с таблицей №3.

Таблица №3

Значение z для замкнутых объемов (помещений)

Вид горючего вещества	z
Водород	1,0
Горючие газы	0,5
Пары легковоспламеняющихся и горючих жидкостей	0,3

---

3) Источники воспламенения могут быть постоянные (печи, факелы, невзрывозащищённая электроаппаратура) или случайные (врмененные огневые работы, транспортные средства), которые могут привести к взрыву парогазового облака при его распространении.

4)Для оценки уровня воздействия взрыва может применяться тротиловый эквивалент. Тротиловый эквивалент взрыва парогазовой среды W_T (кг), определяемый по условиям адекватности характера и степени разрушения при взрывах парогазовых облаков, а так же твердых и жидких химически нестабильных соединений рассчитывается по формулам:

Для парогазовых сред

или (7)

где 0,4 – доля энергии взрыва парогазовой среды, затрачиваемая непосредственно на формирование ударной волны;

0,9 – доля энергии взрыва тринитротолуола (ТНТ), затрачиваемая непосредственно на формирование ударной волны;

- удельная теплота сгорания парогазовой среды, кДж/кг;

– удельная энергия взрыва ТНТ, кДж/кг.
Для твердых и жидких химически нестабильных соединений

, (8)

где W_k – масса твердых и жидких химически нестабильных соединений;

- удельная энергия взрыва твердых и жидких химически нестабильных соединений.

5) Зоной разрушения считается площадь с границами, определяемыми радиусами R, центром которой является рассматриваемый технологический блок или наиболее вероятное место разгерметизации технологической системы. Границы каждой зоны характеризуются значениями избыточных давлений по фронту ударной волны Р и соответственно безразмерным коэффициентом К.

Таблица №4

Классификация зон разрушения

Классы зон разрушения	К	Р, кПа	Вероятные последствия, характер повреждений зданий и сооружений
1	3,8	≥100	Полное разрушение зданий с массивными стенами
2	5,6	70	Разрушение стен кирпичных зданий толщиной в 1,5 кирпича; перемещение цилиндрических резервуаров; разрушение трубопроводных эстакад
3	9,6	28	Разрушение перекрытий промышленных зданий; разрушение промышленных стальных несущих конструкций; деформации трубопроводных эстакад
4	28	14	Разрушение перегородок и кровли зданий; повреждение стальных конструкций каркасов, ферм
5	56	≤2	Граница зоны повреждений зданий; частичное повреждение остекления

---

Смотрите также файлы

• Здоровый образ жизни Что такое здоровье.pptx

• Тема Причины, типы, виды конфликтов Стратегия поведения в конфликтной ситуации.docx

• Практическая работа 2 Транспортные машины для стройки По дисциплине мдк 01. 01. 02 Технология строительных процессов.docx

• Тематическое планирование по учебному предмету Окружающий мир 3 класс Тема урока Содержание урока Колво часов всего Конт роль знаний.docx

• Элементы содержания.docx