Наводнение наносит прямой и косвенный ущерб. К прямому ущербу относится:

- повреждение и разрушение жилых и производственных зданий, железных и автомобильных дорог, линий электропередач и связи, мелиоративных систем;

- гибель скота и урожая сельскохозяйственных культур, уничтожение и порча сырья, топлива, продуктов питания, кормов, удобрений;

- затраты на временную эвакуацию населения перевозку материальных ценностей в безопасный район;

- смыв плодородного слоя почвы.

К косвенному ущербу относится:

- затраты на приобретение и доставку в пострадавшие районы продуктов питания, одежды, медикаментов, строительных материалов и техники;

- сокращение выработки промышленной и сельскохозяйственной продукции и замедление темпов развития экономики;

- ухудшение условий жизни местного населения;

- невозможность рационального использования территорий, подверженной затоплениям;

- увеличение амортизационных расходов на содержание в нормальном состоянии зданий и производственных помещений;

- повышенный износ капитальных зданий и сооружений, периодически попадающих в зону затопления.

Обычно прямой и косвенный ущерб находятся в соотношении 70-ти и 30-ти процентов.

Город в современных условиях более чувствителен к наводнениям, чем старый с деревянными строениями. Из-за неравномерной просадки грунта во время стихии происходят многочисленные разрывы канализационных и водопроводных труб, газовых магистралей, электрических, телеграфных и телефонных сетей. При частых затоплениях срок до капитального ремонта кирпичных зданий уменьшается на 15 лет, а стоимость ремонта возрастает в 3-и раза. После каждого значительного наводнения балансовая стоимость деревянных строений падает на 5-10 процентов.

Для сельского хозяйства решающее значение имеют время (сезон) и продолжительность наводнения. При затоплении сельскохозяйственных культур вытесняется воздух из почвы, ей прекращается нормальный газообмен, и в воду от корней растений поступает углекислота, в результате происходит отравление ею растений. Из-за этого падает урожайность сельскохозяйственных культур или они вовсе гибнут.

2 АНАЛИЗ ЧРЕЗВЫЧАЙНОЙ СИТУАЦИИ В МИКРОРАЙОНЕ НИЖЕГОРОДКА

Цель данного раздела - прогнозирование сценария развития чрезвычайной ситуации.

Для решения поставленной цели необходимо рассмотреть объект исследования, исходные данные о районе ЧС, природу возникновения и классификацию факторов ЧС.

2.1 Объект исследования

Объектом исследования является водосборный бассейн р. Белой - притока II порядка р. Волги. Суммарные ресурсы поверхностных вод бассейна р. Белой в средний по водности год - 30,3 кмі, что составляет 12% водных ресурсов р. Волги. Бельский водосборный бассейн большей своей частью расположен в пределах экономически развитой и густонаселенной части России - Республики Башкортостан и формирует до 82% годового республиканского речного стока.

Речная сеть рассматриваемо территории относится к трем наиболее крупным бассейнам: Волги, Урала и Оби. К бассейну р. Волги относятся левые притоки р. Камы: рр. Белая, Буй, Западный Ик, общая площадь водосборов которых занимает около 79% территории республики. Данные реки имеют типичный облик равнинных рек. Долины хорошо разработаны, имеют широкие поймы и террасированные склоны. Уклоны русел рек и скорости течения небольшие. В соответствии с этим сами русла характеризуются неустойчивостью и разветвленностью.

Природно-климатические условия территории. Рельеф рассматриваемой территории сложен и разнообразен по форме и происхождению; сильно расчленен. Высотные отметки варьируют в широких пределах - 60м в устье реки Белой до 1640м в горах (г. Ямантау). Основной отличительной особенностью является довольно четкое подразделение территории на два типа мегарельефа - равнинный и горный.

Климатические условия рассматриваемой территории определяются расположением в умеренном климатическом поясе внутри огромного Евроазиатского материка вдали от океанов. Характерной особенностью является преобладание западного переноса воздушных масс как в среднем за год, так и по сезонам, благодаря чему сюда поступают основные запасы влаги, зимой переносящих оттепели, летом - прохладу. Климат отличается резко выраженной континентальностью, который характеризуется: продолжительной суровой зимой, теплым летом, большой амплитудой колебания температуры воздуха, быстрой сменой погоды в переходные сезоны, частыми возвратами холодов, значительными отклонениями по отдельным годам от средних норм по тепловому режиму, количеству выпадающих осадков.

В пределах территории наблюдаются многолетние колебания атмосферных осадков в среднем от 450мм до 800 мм. Устойчивый снежный покров в пределах рассматриваемой территории появляется в среднем 15 ноября. Наибольшая высота снежного покрова в бассейне р. Белой доходит до 50-70см.

Почвенный покров и растительность. В настоящее время лесистость рассматриваемой территории уменьшилась и составляет около 38%. Леса представлены смешанными, широколиственными, дубовыми формациями, березовыми колками и др. В растительном покрове преобладают дуб, липа мелколистая, клен. Травяные сообщества занимают 15-25% площади. Наибольшая высота снежного покрова в бассейне р.Белой доходит до 50-70см.

Гидрография бассейна р.Белой. Река Белая берет начало в пределах восточного подножия хр. Аваляк в Учалинском районе Башкортостана. Она впадает в р. Каму на 177км выше ее устья, является одной из крупных ее притоков, как по длине, так и по водности.

Площадь водосбора реки Белая составляет 142 000 кмІ. Ее длина - 1430км, средний уклон 0,00039. Среднегодовой расход воды в устье - 950мі/с. По водному режиму исследуемый водоток относится к типу рек с четко выраженным весенним половодьем, летне-осенними дождевыми паводками и длительной устойчивой зимней меженью. В питании реки преимущественное значение имеют снеговые воды, доля которых составляет 55-75% от годового объема водотока. В пределах всего бассейна реки насчитывается 12725 притоков общей длиной 57366км, из них 11 рек имеют длину более 200км. В бассейне реки Белой насчитывается около 2720 озер общей площадью зеркала приблизительно 428кмІ.

Бассейн реки отличается резкой асимметричностью, правобережная часть вдвое больше левобережной. Густота речной сети в пределах бассейна р. Белой изменяется в значительных соотношениях: 0,2-0,7км/кмІ. По общему характеру течения река Белая может быть разделена на 3 характерных участка.

На первом участке длиной 550км река имеет явно выраженные черты горного водотока, протекающего на юг по межгорной долине. Долина реки в верховьях трапециидальная, местами V-образная и ящикообразная. На этом участке река Белая принимает многочисленные притоки: Авняр, Нура, Северный Узян, Кухтур, Кага, Авзян, Иргизла и другие. Высокая лесистость водсборов в условиях хорошей увлажненности местности способствует развитию довольно густой сети рек, характеризующихся высокой водностью в меженные периоды. К концу участка средняя ширина меженного русла достигает до 100м, глубина на плесах - от 1 до 2,5м и на перекатах уменьшается до 0,2м. Скорость течения воды в русле во время весеннего половодья превышает 2,5м/с, а в межень на плесах снижается до 0,5м/с.

Второй участок имеет протяженность около 390км. При выходе из гор река резко меняет направление на север. При этом существенно изменяется гидрологический режим, характер берегов и строение русла. Здесь река Белая приобретает черты типичной равниной реки с небольшими уклонами, развитой поймой (шириной до 7-8км возле городов Мелеуз и Стерлитамак) и незначительными скоростями в межень. На этом участке река принимает притоки Мелеуз, Большой Нугуш, Ашкадар, Зиган, Зилим, Сим, Кармасан, Уршак и др. Ширина меженного рула колеблется в пределах от 100 до 300м. Глубина на плесах в межень достигает 2м, на перекатах - 0,25-0,60м. Скорость течения водного потока во время весеннего половодья увеличивается до 2м/с, в межень - 0,7м/с.

Третий участок имеет протяженность около 490км. Здесь река Белая принимает самый большой приток - р. Уфу, становится шире и многоводнее. Средняя ширина увеличивается до 400м. Средняя глубина в межень на плесах достигает до 5м. Скорость течения во время весеннего половодья достигает до 1,7м/с, а межень на превышает 0,6-0,8м/с. Долина реки широкая, неярко выраженная. Наиболее крупными притоками, кроме реки Уфа, являются реки Дема, Кармасан, Бирь, Быстрый Танып, База, Сюнь и др.

2.1.1 Прогнозирование максимального уровня воды в реке Белой в створе городского округа г.Уфа

Для оценки режима стока р.Белой в створе городского округа г.Уфа проводился анализ динамики среднегодовых значений расходов воды в створе за период инструментального мониторинга БашУГМС (1878-2000гг.). На рисунке 2.1 приведена графическая интерпретация динамики стока р.Белой в створе городского округа г.Уфа.



Рисунок 2.1 - Изменение среднегодовых расходов воды р.Белой в створе городского округа г.Уфа (1878-2000гг)

Из графической интерпретации хода среднегодовых значений расходов воды р.Белой в створе городского округа г.Уфа, приведенной на рисунке 2.1, видно, что среднегодовой сток р.Белой в створе за весь период (1878-2000гг.) составляет 757,4 м³/с (объем годового стока 23,9км³). Из рисунка видно, что среднегодовой расход воды в рассматриваемом створе существенно изменяется. Однако для оценки обстановки в микрорайоне Нижегородка при наводнении необходимо прогнозировать максимальный уровень воды в р.Белой в створе, который наблюдается в период половодья. Под максимальным уровнем воды в реке за период половодья следует понимать максимальную высоту поверхности воды в реке над условной горизонтальной плоскостью сравнения (над нулем поста (см), или над средним уровнем Балтийского моря у г.Кронштадта (мБС)).

Как показано в работах [10, 11, 12, 13], в течение периода функционирования Павловского гидроузла, расположенного на р.Уфе (приток р.Белой) наблюдается увеличение скорости подъема уровня воды в р.Белой в период половодья (март-апрель). Увеличение интенсивности подъема уровня воды в р.Белой в зарегулированный период (1961-2000гг.) наблюдается одновременно со срезкой пиков уровня воды в период половодья.

С целью определения вероятности превышения определенных уровней воды в р.Белой в створе г.Уфы при половодье построена теоретическая кривая обеспеченности ежегодных (1878-2000гг.) значений величины максимального уровня воды в реке. Кривая обеспеченности представлена на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 - Кривая обеспеченности максимального уровня воды в р. Белой в створе городского округа г.Уфа за период 1878-2000гг

Как видно из рисунка 2.2, вероятность превышения отметки выхода воды на пойму р.Белой, на территории которой расположен микрорайон Нижегородка Ленинского района городского округа г.Уфа, составляет %.

2.2 Общие сведения о городском округе г. Уфа

Территория республики занимает площадь более 143 тыс. кв. км. Протяженность ее с севера на юг - 550 км и с запада на восток - 450 км.

ГО г.Уфа - столица Республики Башкортостан, крупный промышленный и культурный центр, важный транспортный узел.

Территория г. Уфы расположена в пределах Прибельской равнины в 100км к западу от передовых хребтов южного Урала.

Положение города, характер его застройки связаны с особенностями геологического строения, рельефа, а также историческими условиями формирования города. Для геологического строения характерны условия восточной окраины Русской платформы, где ее складчатый фундамент перекрыт мощной толщей разнообразных осадочных пород: глин, песчаников, мергелей, известняков, доломитов, а также, легкорастворимых гипсов и ангидритов. Последние, имея большую мощность, частично вскрываются в высоких правых берегах рек Белой и Уфы.

Основная часть города расположена на Бельско-Уфимском водоразделе, имеющим вид плато, сильно расчлененного, в долине притоков рек Белой и Уфы с многочисленными оврагами. Плато значительно приподнято над окружающими его с трех сторон речными поймами и долинами, вытянуто с юго-запада на северо-восток.

2.2.1 Сведения о природно-климатических условиях городского округа г. Уфа

ГО г. Уфа расположен в центре Евроазиатского континента, в южном Предуралье и поэтому на его климат оказывает влияние как суша, так и Атлантический океан. Уфа относится к умеренной климатической зоне с атлантико-континентальным климатом.

В формировании климата г. Уфы большую роль играют Сибирские антициклоны и циклоническая деятельность на арктических фронтах. Климат достаточно влажный, лето теплое, зима умеренно суровая.

Осенью и в первую половину зимы отмечается активность атлантических циклонов. Резкие изменения в погоде обычно обуславливаются вторжениями арктических масс воздуха в тылу циклонических серий. Нередко на погоду г. Уфы оказывают влияние южные циклоны, перемещающиеся со Средиземного, Чёрного и Каспийского морей, а также ныряющие циклоны с северо-западных районов Европейской части России.

Ветровой режим приземного слоя в районе г. Уфы в значительной степени зависит от рельефа местности. Вблизи города происходит слияние трёх крупных рек - Белой, Уфы и Дёмы. Их долины ориентированы с юго-востока на северо-запад и с юго-запада на северо-восток. Здесь в течение всего года наиболее ярко выражены ветры северных и южных направлений. Повторяемость южных ветров составляет 34%, юго-западных - 18%, северных и северо-западных - соответственно 10 и 13%. Наиболее отчётливо преобладание южных и юго-западных ветров проявляется в зимнее время.

Среднегодовая скорость ветра в г. Уфе равна 3,3 м/с. Наибольшее количество штилей в зимнее время - 27%. Повторяемость штилей в год составляет 20%. Термический режим воздуха обуславливается, в основном, радиационным балансом и адвекцией тепла и холода. Средняя месячная температура самого холодного месяца в г. Уфе - января, 14,6° С. Средняя годовая температура воздуха в районе города составляет 2,5° С.

2.2.2 Описание Ленинского района городского округа г. Уфа

Географическое положение района. Микрорайоны расположены по обе стороны реки Белой.

В Ленинском районе проживает 74 тысячи жителей, он занимает территорию 70,9 кв. километров.

На территории Ленинского района городского округа город Уфа РБ зарегистрирован 4051 хозяйствующий субъект, функционирует 61 крупное и среднее предприятие. На экономической карте района можно отметить предприятия энергетики, машиностроения, строительных материалов, лесной, деревообрабатывающей, легкой и пищевой промышленности, автомобильного и речного транспорта.

В районе функционирует 326 предприятий торговли и общественного питания. Свои услуги предлагает 119 непродовольственных и 80 продовольственных магазинов, 51 предприятие общественного питания. Наиболее значимые объекты торговли, действующие на территории района - ООО "Александровский пассаж", торгово-развлекательный комплекс "Новостав", центр сложной бытовой техники "Техно", универсальный торгово-сервисный комплекс "Заречный", популярный эконом-магазин "Пятерочка", пиццерия "Престо", Дом башкирской кухни ООО "Пышка", Ресторация компании «Даско».

В районе действует шестнадцать образовательных учреждений, в числе которых тринадцать школ, две гимназии, лицей, воскресные школы. В них обучается восемь с половиной тысяч человек. Семнадцать дошкольных образовательных учреждений района охватывают почти две тысячи детей..

Потенциально опасных объектов в Нижегородке нет.

В районе находятся следующие больницы: №4, Республиканский перинатальный центр, Уфимский гарнизонный военный госпиталь, Уфимский НИИ глазных болезней, городской госпиталь ветеранов войн.

В микрорайоне Нижегородка, по улицам Дзержинского и Трактовая, возможен проезд в период наводнения.

2.3 Анализ развития рассматриваемой чрезвычайной ситуации в Ленинском районе, микрорайоне Нижегородка

Наводнение в долине реки Белая возникло в результате весеннего паводка. Ширина зоны затопления 1000-1500м, глубина потока у берегов 1,5-3м, в русле реки Белая до 8м, скорость потока 1,8-2,2 м/с. Температура воды во время весеннего паводка в рассматриваемой ситуации 2-3 ⁰С. Увеличился уровень воды в Южной части озера Долгое. В район затопления входят следующие улицы: Благоварская, Кирзаводская, 2-я Перевалочная, 3-я Перевалочная, средняя Перевалочная, Смоленская, Деревенская переправа, Лесозаводская, Саляма, Марата, Морозовская, Низовая, Нехаева, Щорса, Болотная, Заозерная, Рабочая, Астраханская, Баумана, Зигазинская. Заслонова.

Схема местности представлена на рисунке 2.3



Площадь затопления составляет 3,6кмІ. Общее число пострадавших при наводнении составляет 9000 человек. По статистическим данным состав населения подлежащего дальнейшей эвакуации, состоит из:

· мужчин - 3500 человек;

· женщин - 4500 человек;

· детей (от 3 до 16 лет) - 900 человек;

· грудных младенцев - 100 человек.

Система оповещения в районе чрезвычайной ситуации. Практически во всех субъектах Российской федерации, созданы и находятся на постоянном дежурстве территориальные системы централизованного оповещения.

Непосредственное оповещение населения об угрозе или возникновении чрезвычайной ситуации в системе оповещения РСЧС осуществляется комбинированным путем, для чего используются электросирены, проводные средства связи и оповещения, местные сети проводного и эфирного радиовещания, телевидение. Учитывая, что основным средством оповещения населения, особенно в сельской местности, являются сети проводного вещания, которые из-за нерентабельности приобретают устойчивую тенденцию к сокращению, процент охвата населения средствами оповещения в некоторых регионах снижается.

При возникновении чрезвычайной ситуации в микрорайоне Нижегородка для оповещения населения используют местные сети проводного и эфирного радиовещания и телевидение.

Развитие и состояние транспортной сети в микрорайоне Нижегородка. Большая часть дорог размыты, проезд по ним возможен только на машинах высокой проходимости или на плавсредствах. (см. рисунок 2.3)

В данном разделе рассмотрен объект исследования, которым является водосборный бассейн реки Белой. Спрогнозирован сценарий чрезвычайной ситуации в микрорайоне Нижегородка. Приведена схема местности микрорайона.

3 ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПОЖАРОВЗРЫВОЕЗОПАСНОСТИ МЕЛЬНИЦЫ В ЗОНЕ ЗАТОПЛЕНИЯ МИКРОРАЙОНЕ НИЖЕГОРОДКА

В данном разделе рассчитываются показатели пожаровзрывоопасности горючих пылей, определяется категория здания мельницы по пожаровзрывоопасности, приводятся основные огнетушащие средства, используемые при тушении горючих пылей, оценивается социальный и индивидуальный риски, разрабатываются мероприятия по предупреждению пожаров и взрывов.

3.1 Общие сведения о мельнице

Мельница расположена в Нижегородке, на правобережной пойме реки Белой (рисунок 3.1). Мельница состоит из зерноочистительного, размольного, выбойного отделений и склада готовой продукции (рисунок 3.2).

1 - зерноочистительное отделение; 2 - размольное отделение; 3 - выбойное отделение; 4 - склады готовой продукции

Рисунок 3.2 - Схема мельницы

Источниками зажигания пылевоздушных, газовоздушных и пылегазовоздушных смесей могут быть:

1) электродуга, факел газовой горелки, искры, капли расплавленного металла, раскаленные поверхности элементов конструкций - при проведении электросварочных, газосварочных или других огневых работ;

2) раскаленные поверхности элементов конструкций, искры от удара или трения, очаги тлеющего или горящего продукта, тлеющие или горящие элементы конструкций - в неисправном технологическом или транспортном оборудовании;

3) разряды статического электричества.



3.2 Обеспечение пожаровзрывобезопасности мельницы в зоне затопления

Чрезвычайные ситуации, возникающие в результате наводнения, характеризуются основным поражающим фактором - потоком воды и затоплением местности. Существует возможность возникновения также и вторичных поражающих факторов, одними из которых являются пожары - вследствие обрывов и короткого замыкания электрических проводов.

Ниже приведен анализ распределения пылевых взрывов и тяжести последствий на различных типах производств (таблица 3.1)

Таблица 3.1 - Анализ распределения пылевых взрывов и тяжести последствий на различных типах производств

Тип производства	Взрывы с тяжелыми последствиями, %
Элеваторы	50
Мукомольные заводы	40
Комбикормовые заводы, в том числе склады силосного типа для комбикормового сырья и продукции	30

К наиболее тяжелым последствиям приводят взрывы на элеваторах, а также на мукомольных заводах старой постройки. Низкий уровень обеспечения пожаровзрывобезопасности создает повышенную вероятность возникновения на них взрыва.

При проектировании новых мукомольных и комбикормовых заводов, относящихся к взрывопожароопасным производствам, в соответствии с требованиями нормативно-технических документов предусмотрены мероприятия по взрывозащите.

В микрорайоне Нижегородка имеется несколько объектов с возможностью взрыва пыли, некоторые из них находятся в непосредственной близости к зоне затопления.

3.2.1 Описание расчетной ситуации

В результате весеннего паводка большая часть Нижегородки оказалась затопленной. В связи с несвоевременным отключением электроснабжения, затопление некоторых электроустановок вызвало короткое замыкание. В помещении мельницы размерами 40м Ч 100м Ч 7м, которая не попала в зону непосредственного затопления, произошла аварийная разгерметизация технологического аппарата, за которой последовал аварийный выброс всей находившейся пыли - 100 тонн пшеничной муки высшего сорта, а в результате короткого замыкания произошло ее возгорание. Число работающих смены - 25 человек.

3.2.2 Особенности пожаровзрывоопасности горючих пылей

Согласно ГОСТ 12.1.041 - 83 «Пожаровзрывобезопасность горючих пылей. Общие требования» (с изменениями 1988г., 1990 г.) горючие пыли, находящиеся во взвешенном состоянии в газовой среде характеризуются следующими показателями пожаровзрывоопасности:

- нижним концентрационным пределом воспламенения (НКПР);

- минимальной энергией зажигания (W_min);

- максимальным давлением взрыва (P_max);

- температурой самовоспламенения (t_св); =380єC

- минимальным взрывоопасным содержанием кислорода (МВСК);

- скоростью нарастания давления при взрыве .

В данном случае для пшеничной муки высшего сорта показатели следующие:

НКПР =28,8 г ·мі

= 13000 кПа · с­№

P_max = 650 кПа

МВСК = 11,0%

W_min = 50 _МДж

t_св =380єC.

Промышленные пыли классифицируются по степени пожаровзрывоопасности с учетом их взрыво- или невзрывоопасности в состоянии аэрозоля и с учетом пожароопасности в состоянии аэрогеля. При этом классификация осуществляется из возможности определения взрывоопасности по величине нижнего предела распространения пламени, а пожароопасности - по величине температуры самовоспламенения отложенной пыли. В соответствии с этими представлениями все промышленные пыли разделены на четыре класса.

1 класс - наиболее взрывоопасные пыли с нижним пределом распространения пламени 15 г/м³ и ниже.

11 класс - взрывоопасные пыли с нижним пределом распространения пламени от 16 до 65 г/м³.

Пыли с нижним пределом распространения пламени выше 65 г/м³ отнесены к Ш и IV классам. Разделение внутри них производится следующим образом.

111 класс - наиболее пожароопасные пыли с температурой самовоспламенения (в осевшем состоянии) не выше 250 °С.

1V класс - пожароопасные пыли с температурой самовоспламенения (в осевшем состоянии) выше 250 °С.

Горючая пыль - дисперсная система, состоящая из твердых частиц размером менее 850 мкм, находящихся во взвешенном или осевшем состоянии в газовой среде, способная к самостоятельному горению в воздухе нормального состава.

По природе образования пыли делятся на две группы: органическую и неорганическую. К первой относятся: пыли растительного происхождения (древесины, хлопка, льна, различных видов муки и др.), животного (шерсти, волоса, размолотых костей и др.), химического (пластмасс, химических волокон и других органических продуктов химических реакций). В группу неорганических пылей входят пыль металлов и их окислов, различных минералов, неорганических солей и других химических соединений. В зависимости от происхождения пыли она может быть растворимой и нерастворимой в воде и в других жидкостях, включая и биосреды (кровь, лимфу, желудочный сок и т. п.). От происхождения пыли зависит также ее химический состав, удельный вес и ряд других свойств.

Механизм образования пыли определяет в основном ее дисперсный состав, то есть размерность пылинок. Структура пыли, то есть форма пылинок, зависит и от природы и от механизма образования пыли. По структуре пыль может быть аморфной (пылинки округлой формы), кристаллической (пылинки с острыми гранями), волокнистой (пылинки удлиненной формы), пластинчатой (пылинки в виде слоистых пластинок) и др.

При измельчении твердого вещества образующиеся пылинки получают то или иное количество электричества вследствие частичного перехода механической энергии в электрическую, кроме того, пылинки получают электрический заряд, адсорбируя на себе ионы из воздушной среды. Таким образом, пыль, находящаяся в воздухе, в той или иной степени несет на себе электрический заряд. Степень электрозаряженности оказывает существенное влияние на поведение пыли в воздухе. Электрозаряженные пылинки с противоположным знаком соединяются между собой, образуя более крупные частицы, за счет чего быстрее осаждаются; пылинки с одинаковым зарядом, наоборот, отталкиваются друг от друга, что усиливает их движение в воздухе и замедляет осаждение. Исследования показывают, что высокодисперсная пыль в большей степени подвержена электрическим зарядам. Электрозаряженности способствует также нагревание пыли. Повышенная влажность воздуха или самой пыли снижает ее электрозаряженность.

Высокодисперсная пыль вследствие электрозаряженности обладает активной поверхностью, поэтому на ней сорбируются газы и другие мелкие частицы, находящиеся в воздухе. Чем меньше пылевые частицы, тем больше их активность. Газы, обволакивая пылевую частицу, способствуют более длительному витанию ее в воздухе, то есть сорбирование на пылевых частицах газов замедляет осаждение пыли.

При значительной запыленности воздуха высокодисперсной пылью электрические заряды пылевых частиц могут суммироваться и, достигнув определенного потенциала, образовывать электрические разряды -- взрывы. Чаще всего такие взрывы пыли возникают при наличии огня или сильно нагретого предмета в чрезмерно запыленной атмосфере, так как при повышении температуры резко увеличивается заряженность пылевых частиц, быстрее и с большей силой происходит электрический разряд.

3.3 Расчет критериев пожаровзрывоопасности

Методика расчета критериев пожарной опасности при сгорании взрывоопасной пыли определена в ГОСТ Р 12.3.047-98 «Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля», а также НПБ 105-03 «Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности». Приложение А, таблица 1.

3.3.1 Расчет избыточного давления при сгорании муки в помещении

Одним из поражающих факторов является избыточное давление, служащее количественным критерием категории опасности.

Избыточное давление при сгорании пылевоздушной смеси p, кПа, рассчитывается по формуле:

(3.1)

где М - расчетная масса взвешенной в объеме помещения горючей пыли, образовавшейся в результате аварийной ситуации, кг;

Н_т - теплота сгорания истекающего вещества, Дж/кг;

Р₀ - начальное атмосферное давление, кПа;

Z - доля участия взвешенной горючей пыли при сгорании пылевоздушной смеси (0,5 при газе и пыли; 0,3 при парах жидкости; 1 при водороде);

V_п - свободный объем помещения, который принимается как 80 % от геометрического объема помещения, м³;

_в - плотность воздуха до сгорания пылевоздушной смеси при начальной температуре Т_о, кг/м³;

С_в - теплоемкость воздуха,;

Т₀ - начальная температура воздуха в помещении, К;

К_н - коэффициент учитывающий негерметичность помещения (принимается равным 3);

К пылям, способным образовывать горючие пылевоздушные смеси, относят дисперсные материалы, характеризующиеся наличием показателей пожарной опасности: нижним концентрационным пределом распространения пламени, максимальным давлением, развиваемым при сгорании пылевоздушной смеси (более 50 кПа), и скоростью его нарастания, минимальным пожароопасным содержанием кислорода (менее 21 %).

Определим значения приведенных составляющих формулы (3.1) для определения избыточного давления:

а) атмосферное давление Р₀ = 101 кПа;

б) коэффициент участия горючего вещества во взрыве Z = 0,5 (при газе и пыли при отсутствии возможности получения сведений для расчета);

в) свободный объем помещения V_п = 0,8 · 40 · 100 ·7 = 22400 м³;

г) плотность воздуха _в = 1,2 кг/м³;

д) теплоемкость воздуха С_в = 1010 Дж/(кг*К);

е) температура в помещении Т₀ = 293 К;

ж) коэффициент негерметичности К_н = 3;

з) теплота сгорания истекающего вещества Н_т= 93,37 · 10⁶ Дж/кг;

и) расчетную массу М, кг, принимаем равной М = 0,008·100 000 =800 кг.

Учитывая заданные условия расчетной ситуации согласно формуле (3.1) определяем избыточное давление:

Таким образом, избыточное давление, рассчитанное для заданной ситуации составляет 158 кПа, то здание мельницы получит средние разрушения. Категория помещения мельницы по взрывопожарной и пожарной опасности (НПБ 105-03) - Б взрывопожароопасная.

3.3.2 Расчет интенсивности теплового излучения

Интенсивность теплового излучения q, кВт/м² при горении пылевоздушной смеси вычисляют по формуле:

q = Е_f F_q ? (3.2)

где Е_f - среднеповерхностная плотность теплового излучения пламени, кВт/ м²;

F_q - угловой коэффициент облученности;

- коэффициент пропускания атмосферы.

Значение Е_f принимается на основе имеющихся экспериментальных данных. При отсутствии данных допускается принимать величину Е_f равной 100 кВт/м² для пыли.

Рассчитывают эффективный диаметр пожара d, м, по формуле:

(3.3)

Площадь возможного пожара F_пож определяют по формуле:

, (3.4)

где V_л - линейная скорость распространения пламени, м/с, (принимаем 0,12 м/с)

ф_р - расчетное время развития пожара, с (равно 120 с)

Тогда F_пож = 3,14 (0,12 120)І = 651,1 м².

Тогда диаметр пожара

Вычисляют высоту пламени Н, м, по формуле:

(3.5)

где М - удельная массовая скорость выгорания топлива, кг/(м²с)

p_В - плотность окружающего воздуха, кг/м³;

g = 9,81 м/с² - ускорение свободного падения.

Подставляя значения в формулу (3.5) находим высоту пламени Н = 9,21 м

Определяют угловой коэффициент облученности F_q по формулам:

(3.6)

где F_v, F_н - факторы облученности для вертикальной и горизонтальной площадок соответственно, определяемые с помощью выражений:

(3.7)

(3.8)

А = (h²+S²+1) / 2S; (3.9)

B = (1+S²) / 2S; (3.10)

S = 2r / d; (3.11)

h = 2H / d, (3.12)

где r - расстояние от геометрического центра пожара до облучаемого объекта, м (расстояние до склада готовой продукции равно 100м) [20].

Находим безразмерные величины А, В, S, h по формулам (3.9 - 3.13):

h = 0,64;

S = 6,94;

В = 3,54;

А = 3,57.

Находим по формулам (3.7) и (3.8) F_v и F_н:

F_v= 8,05;

F_n= 4,57.

По формуле (3.6) находим угловой коэффициент F_q = 8,05²+4,57² = 9,25.

Определяют коэффициент пропускания атмосферы по формуле:

? =ехр [-7,0? 10^-4? (r - 0,5d)]. (3.13)

Тогда = exp[710^-4(1000,528,8)] = 1,06

По формуле (3.3) вычисляем интенсивность теплового излучения:

q= 100 9,25 1,06 = 980 кВт/м².

Дозу теплового излучения Q, Дж/м², рассчитывают по формуле:

Q = q ф_р (3.14)

Q = 980 • 120 = 117600 Дж/м².

3.3.3 Расчет размеров возможного пожара и его потенциальной энергии

Размер пожара и его потенциальную энергию определяют на основе учета особенностей муки, технологического оборудования и конструктивного исполнения мельницы. Площадь возможного пожара F_пож, его диаметр и высота пламени определены по формулам (3.3),(3.4) и (3.5):

Продолжительность пожара ф рассчитывают исходя из условия, что (мука) горит размещенная на 100мІ без условия тушения.

ф =N/n, (3.15)

где N- количество горючего вещества, кг;

n - скорость выгорания муки, кг/(мІ·ч) (равна 100).

Тогда при условии, что 800кг муки размещены на 40 · 100 = 4000мІ, откуда следует что на 100мІ приходится N = 200кг,

ф = 200/100 = 2 часа.

Рассчитаны критерии пожаровзрывоопасности горючей пыли, значения которых представлены в таблице 3.2

Таблица 3.2 - Показатели критериев пожаровзрывоопасности

№ пп	Наименование критерия	Обозначение	Значение	Единица измерения
1.	Избыточное давление	p	158	кПа
2.	Интенсивность теплового излучения	q	980	кВт/м2
3.	Площадь пожара	Fпож	651,1	м2
4.	Диаметр пожара	d	28,8	м
5.	Высота пламени	h	9,21	м
6.	Продолжительность пожара	ф	2	ч

3.4 Оценка индивидуального и социального рисков

Оценим индивидуальный и социальный риск для людей, работающих на мельнице. В процессе расчетов необходимы следующие данные:

В цехе размером 40м х 100м х 7м произошла аварийная разгермитизация оборудования и загорание пылевоздушной смеси на площади 420м². На мельнице работают 25 человек в две смены, на четырех участках. Здание имеет два эвакуационных выхода посередине. Ширина центрального прохода между механическими участками равна 7м, а ширина проходов между оборудованием и стенами равна 4м.

Расчетная схема эвакуации представлена на рисунке 3.3

-- место пожара; I, II -- эвакуационные выходы;

1, 2-- участки эвакуационного пути.

Рисунок 3.3 -- Расчетная схема эвакуации

Характеристики горения муки, взятые из литературных источников, следующие: низшая теплота сгорания Q = 93,37МДж/кг; дымообразующая способность (показатель дымообразующей способности - коэффициент дымообразования - для пылей не применим).

Эвакуацию осуществляют в направлении первого эвакуационного выхода, так как второй заблокирован очагом пожара.

Плотность людского потока на первом участке эвакуационного пути:

м²

где N₁ -- число людей на первом участке, чел;

f -- средняя площадь горизонтальной проекции человека, м², (0,100 -- взрослого в рабочей одежде);

-- ширина первого участка пути, м;

l₁ -- длина первого участка пути, м [25].

Время движения людского потока по первому участку:

мин,

Интенсивность движения людского потока по второму участку:

q₂ м/мин.

Время движения людского потока по второму участку, так как q₂ = 3,5 < q_max = 16,5:

 мин

Расчетное время эвакуации:

t_р = t₁ + t₂ = 0,92 + 0,96 = 1,88 мин.

Геометрические характеристики помещения:

V= 0,8 · 40 ·100 · 7 = 22400 м³

По рекомендуемым данным принимаем значения t_кр при аварии со сходными веществами и условиями:

- по повышенной температуре t_кр^Т= 362 с;

- по потере видимости t_кр^пв= 435 с;

- по пониженному содержанию кислорода - 366 с

t_крmin (362, 435,366) = 362c = 6,03 мин.

Необходимое время эвакуации людей из помещения:

t_нб = К_б t_кр ( 3.16)

t_нб = 0,8 · 6,03 = 108 с = 4,83 мин.

Из сравнения t_р с t_нб получается, что t_р = 1,88 < t_нб = 4,83, тогда вероятность эвакуации по эвакуационным путям Р_э.п = 0,999.

Вероятность эвакуации по эвакуационным путям Рэ.п рассчитывается по формуле:

 (3.17)

t_р + _н.э. = 1,88 +0,50 = 2,38 < _бл = t_нб = 4,83,

(время от начала пожара до блокирования эвакуационных путей в результате распространения на них опасных факторов пожара _бл допускается принимать равным t_нб), тогда вероятность эвакуации по эвакуационным путям: Р_э.п = 0,999

Вероятность эвакуации:

Р_э = 1 (1 Р_э.п ) (1 Р_д.в), (3.18)

где Р_д.в - вероятность эвакуации по наружным эвакуационным лестницам, переходам в смежные секции здания (для цеха Р_д.в= 0).

Р_э =1 (1 0,999) (10) = 0,999.

Расчетный индивидуальный риск:

Q_в = Q_n P_пp (1 - Р_э) (1 - Р_п.з), (3.19)

где Q_n - вероятность пожара в здании в год, Q_п=0,03;

P_пp - вероятность присутствия людей в здании, при работе, в две смены Р_пр=0,67;

Р_п.з - вероятность эффективной работы технических решений противопожарной защиты (выбирается наихудший вариант Р_п.з=0);

Q_в = 0,03 0,67 · (1 0,999) · (1 0) = 2,01 10^-5;

Q_в = 2,01 10^-5 > Q_в^н = 10^-6.

То есть условие безопасности людей не выполнено, значение индивидуального риска больше допустимого. Необходимо внедрение систем взрывопредупреждения и взрывозащиты.

Для зальных помещений вероятность Q₁₀ гибели 10 и более человек рассчитывают по формуле [10]:

(3.20)

где М-- максимально возможное количество погибших в результате пожара, чел.

(3.21)

где N-- количество работающих в помещении (здании), чел.

t_р -- расчетное время эвакуации людей, мин. (согласно расчетам равно 1,88 мин.);

Так как t_р=1,88 < _бл = t_нб = 4,83, Q₁₀=0, следовательно вероятность гибели в результате пожара 10 и более человек в помещении цеха равна 0 [21].

3.5 Обеспечение пожаровзрывобезопасности мельницы в микрорайоне Нижегородка

Уровень взрывоопасности мельницы характеризуется энергией сгорания суммарного количества взрывоопасной пылевоздушной смеси, способной образоваться внутри оборудования, в объеме производственного помещения и наружной установки в результате отклонения от норм технологического режима или возникновения аварийных ситуаций, связанных с разгерметизацией системы. Границами технологического блока могут быть автоматические пламеотсекатели, секторные затворы, шнековые питатели и другие механизмы, обеспечивающие надежное запирание блока при повышенных давлениях в условиях внутреннего взрыва.

Рекомендации по обеспечению пожаровзрывоопасности мельницы могут быть сформулированы следующим образом:

- технологический процесс должен быть организован таким образом, чтобы образование пыли, особенно мелких фракций, было минимальным;

- необходимо предусмотреть регулярную очистку оборудования, трубопроводов и помещения цеха от накапливающейся пыли;

- отсасывать пыль от мест ее выделения необходимо с помощью эффективно действующей вентиляции;

- технологическое оборудование и трубопроводы необходимо выполнять пыленепроницаемыми, без собирающих пыль «карманов»;

- технологическое оборудование и трубопроводы необходимо оснащать взрыворазрядными устройствами;

- необходимо выявлять возможные источники зажигания и принимать меры против их появления, для чего предусматривать заземление оборудования, максимальное увлажнение воздуха в помещении цеха, устранение искр удара и трения и т. д.;

- в особых случаях следует предусматривать инертизацию среды внутри оборудования или устройство систем взрывоподавления;

- в помещении цеха должны быть предусмотрены пути эвакуации для обслуживающего персонала на случай возникновения аварийной ситуации.

3.5.1 Обеспечение пожаровзрвобезопасности мельницы способом обеспыливания

Наибольшей разрушительной силой обладают взрывы пыли, происходящие в цехах мукомольного завода. В связи с этим обеспыливание становится основным фактором, обеспечивающим пожаровзрывобезопасность цехов.

Наиболее кардинально проблема обеспыливания решается созданием герметичного оборудования, эксплуатация которого в нормальных условиях технологического процесса исключает выделение пыли в помещение цеха. Однако при длительной эксплуатации оборудования или при наличии операций выгрузки, затаривания и т. п. избежать выхода мелкодисперсных (наиболее опасных) частиц из оборудования в помещение не удается. В этих случаях необходимо принимать меры для своевременного удаления пыли, не допуская скопления ее в опасных количествах.

Уменьшению скоплений пыли способствует устройство внутренних конструкций помещения (полов, потолков и стен) максимально гладкими, устранение из помещений балок, ферм и других выступающих конструкций.

Для предотвращения скоплений значительных количеств отложений пыли используют промышленную вентиляцию, с помощью которой обеспечивают удаление пыли из помещения цеха в специальные пылеуловители.

Пыль улавливается в фильтрах, циклонах и другом оборудовании. Как правило, пылеулавливающее оборудование, внутри которого скапливается большое количество горючей пыли, обладает высокой пожаровзрывоопасностью. Поэтому его целесообразно размещать вне помещения цеха, например, на кровле здания. Во всех случаях пылеуловители должны снабжаться предохранительными мембранами для сброса давления при взрыве внутри них или установками активного взрывоподавления.

Вентиляторы, отсасывающие запыленный воздух, необходимо располагать за фильтрами, в которых очищается воздух. Если по каким-либо причинам это сделать не удается, то следует исключить возможность зажигания пылевоздушной смеси внутри вентилятора. Для этого его лопасти и корпус изготавливают из неискрящих материалов; между лопастями и кожухом предусматривают достаточный зазор. Двигатель вентилятора и подшипниковый узел располагают в безопасном месте.

Фильтры, предназначенные для улавливания пыли, целесообразно снабжать устройствами для непрерывного ее удаления.

3.5.2 Обеспечение пожаровзрвобезопасности мельницы способом снижения горючести дисперсных систем

Снижение горючести дисперсных систем до уровня, когда они становятся неспособными распространять пламя, является наиболее радикальным способом обеспечения пожаровзрывобезопасности оборудования, внутри которого возможно образование горючих аэрозолей.

Флегматизация может быть осуществлена добавлением к горючим аэрозолям инертных частиц или частичной заменой кислорода воздуха на инертный газ - азот, диоксид углерода и др.

Первый способ практически не используют, поскольку для флегматизации требуется добавление 70-80% (масс.) инертного вещества.

Флегматизацию азотом, диоксидом углерода, топочными газами довольно широко используют в технологических процессах. При этом способе, достаточно надежно обеспечивающем пожаровзрывобезопасность, необходимо постоянно контролировать содержание кислорода в аэрозоле; оно не должно превышать МВСК (минимальное взрывоопасное содержание кислорода)

3.5.3 Обеспечение пожаровзрвобезопасности мельницы способом исключения источников зажигания

Воспламенение отложенной пыли становится возможным при воздействии на нее источников зажигания с температурой, превышающей температуру тления (или самовоспламенения). Пожары и взрывы пылей зачастую инициируются случайными источниками, связанными с нарушениями обслуживающим персоналом правил пожарной безопасности: искрами электро- и газосварки, тлеющими сигаретами, открытым пламенем, высоконагретыми поверхностями.

Развитая поверхность отложений пыли обусловливает их легкую воспламеняемость от воздействия практически любых источников зажигания. Очень часто процесс их горения протекает в виде тления, которое не всегда можно своевременно обнаружить. При возникновении условий перехода отложений пыли во взвешенное состояние очаги тления могут инициировать взрыв образующегося аэрозоля.

Вероятность зажигания аэрозолей искрами удара возникает в оборудовании с движущимися частями: аппаратах с мешалками, дробилках, мельницах, вентиляторах и т. п., которое постоянно представляет собой источник повышенной опасности. Безопасность подобного оборудования должна обеспечиваться постоянным контролем за его техническим состоянием, проведением регулярных осмотров и профилактического ремонта.

Для исключения образования искр при попадании внутрь аппаратов металлических предметов целесообразно применять специальные защищающие устройства: предохранительные фрикционные муфты, легкосрезаемые элементы, приспособления для блокировки и др.

Одним из возможных источников зажигания внутри технологического оборудования может быть разряд статического электричества.

Наиболее распространенный способ борьбы со статическим электричеством - заземление оборудования. Во многих случаях оно оказывается достаточно эффективной мерой защиты.

Иногда для предупреждения электростатической электризации оказывается полезным увлажнение среды внутри аппаратуры и внутри помещения цеха. Практика показывает, что поддержание относительной влажности воздуха на уровне 70-75% обеспечивает стекание электростатических зарядов.

3.5.4 Обеспечение пожаровзрвобезопасности мельницы с помощью использования взрыворазрядных устройств

Одним из возможных способов обеспечения сохранности оборудования при взрыве пылевоздушных смесей является использование предохранительных мембран (взрыворазрядников), которые имеют ряд очевидных достоинств: простоту конструкции, высокую надежность защиты оборудования, быстродействие, обеспечение герметичности защищаемого оборудования, отсутствие ограничений на площадь проходного сечения. Для предохранительных мембран характерен один недостаток: после срабатывания необходима их замена.

Взрыворазрядные устройства (взрыворазрядители) предназначены для предотвращения роста давления взрыва в защищаемом оборудовании выше допустимого, в целях его защиты от разрушения и недопущения возможности распространения продуктов горения в помещение цеха. Предотвращают рост давления взрыва выше допустимого уровня отводом продуктов горения и несгоревшей пылевоздушной смеси из защищаемого оборудования в безопасную зону за пределы производственного здания.

В защищаемом оборудовании следует предусматривать специальные отверстия и переходные патрубки для присоединения взрыворазрядителей. Форма и расположение переходных патрубков не должны способствовать накоплению пыли или продукта перед мембраной со стороны взрыворазрядного устройства. Взрыворазрядитель состоит из взрыворазрядного устройства с предохранительной мембраной и отводящего трубопровода. Предохранительную мембрану, перекрывающую проходное сечение взрыворазрядителя, следует устанавливать на минимальном расстоянии от корпуса защищаемого оборудования.

В качестве разрывных предохранительных мембран рекомендуется применять полиэтиленовые пленки марок Т, СТ, СНК, СК, В или Н . Толщину д разрывных мембран из полиэтиленовой пленки выбирают в зависимости от диаметра D проходного сечения взрыворазрядителя. Зависимость D от д получена экспериментально из условия необходимости обеспечения вскрытия (разрыва) мембран при давлении 10…15 кПа.

При использовании предохранительных мембран другого типа или из других материалов расчет взрыворазрядителей должен быть проведен при условии определения статического давления их вскрытия, рекомендуемые значения которого составляют 10…15 кПа. Отводящие трубопроводы взрыворазрядителей должны быть прямыми, минимальной длины. Общая длина трубопровода от корпуса защищаемого оборудования до наружного среза не должна превышать 12м. В качестве отводящих трубопроводов взрыворазрядителей рекомендуется использовать стальные сварные трубы с толщиной стенок не менее 1,0мм или трубы любых типов, выдерживающие остаточное давление взрыва. Внутренний диаметр отводящего трубопровода должен быть не менее диаметра проходного сечения взрыворазрядителя. При вертикальном выведении из здания отводящего трубопровода на его срезе для защиты от атмосферных осадков устанавливают диффузор с зонтом. Отводящие трубопроводы от нескольких единиц оборудования допускается объединять в единый коллектор, диаметр которого должен быть не менее наибольшего диаметра трубопроводов из числа объединяемых в коллектор[24]. Конструктивная схема взрыворазрядителя представлена на рисунке 3.4.



Рисунок 3.4 - Конструктивная схема взрыворазрядителя:

1 - кассета со створчатым клапаном; 2 - выходной патрубок; 3 - подвижной патрубок; 4 - входной патрубок; 5 - уголок; 6 - резина; 7 - створка клапана.

В качестве взрыворазрядных устройств обычно применяют взрыворазрядители шиберного типа, с бандажным креплением предохранительных разрывных мембран и с легкоразъемным соединением отводящих трубопроводов комбинированные, устанавливаемые при объединении отводящих трубопроводов в общий коллектор. Во взрыворазрядителях шиберного типа применяют разрывные мембраны из алюминиевой фольги толщиной 0,04мм. Возможно изготовление мембран из полиэтиленовых пленок, которые применяют обычно во взрыворазрядителях с бандажным креплением разрывных мембран.

3.6 Огнетушащие средства, используемые при тушении пылей

Наиболее эффективными огнетушащими веществами для тушения горящей промышленной пыли является вода со смачивателем и воздушно-механическая пена, основанные на принципах охлаждающего, и изолирующего действия соответственно. Нельзя использовать компактные струи, так как объем помещения может заполняться пылью, что создаст условия для взрыва пылевоздушной смеси от источника воспламенения. При объемном тушении (в бункерах, сушилках, пылеосадительных устройствах, подвалах и т. п.) эффективнее применять газовые огнегасительные составы и высокократную пену. Можно также использовать технологический пар и дымовые газы (с содержанием кислорода не более 8-10% об.). Следует иметь в виду, что углекислота не тушит тлеющие материалы, в этом случае необходимо предусматривать тушение тлеющих очагов распыленной водой со смачивателем.

Вода является наиболее широко применяемым средством тушения пожаров различных веществ и материалов. К достоинствам воды, как средства тушения, относятся доступность, дешевизна, значительная теплоемкость, высокая скрытая теплота испарения, подвижность, химическая нейтральность и отсутствие ядовитости.

Вода не только обеспечивает тушение многих объектов, но и, эффективно охлаждая их, защищает от возгорания соседние с горящим объекты.

Для повышения смачивающей способности воды, в нее вводят 0,5-2% поверхностно-активных веществ - сульфонаты, сульфонолы НП-1 и НП-3, смачиватели ДБ, НБ, ОП-7 и ОП-10, пенообразователи.