Оценка устойчивости работы различных опасных промышленных предприятий в результате чрезвычайной ситуации

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Стихийные бедствия, промышленные аварии и катастрофы на транспорте, экологические последствия антропогенного воздействия на биосферу, применение противником в случае военных действий различных видов оружия, создают ситуации, опасные для жизни и здоровья населения.

Возникновение любой чрезвычайной ситуации вызывается сочетанием действий объективных и субъективных факторов.

В законе Российской Федерации "О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера" чрезвычайная ситуация определяется как "обстановка на определенной территории, сложившаяся в результате аварии, опасного природного явления, катастрофы, стихийного или иного бедствия, которые могут повлечь или повлекли за собой человеческие жертвы, ущерб здоровью людей или окружающей природной среде, значительные материальные потери и нарушения условий жизнедеятельности людей".

В условиях чрезвычайных ситуаций общество, движимое естественным стремлением к самосохранению, предпринимает осознанные, заранее предусмотренные меры, направленные на обеспечение безопасности жизнедеятельности. Проблема защиты в чрезвычайных ситуациях включает в себя множество аспектов, которые необходимо учитывать при разработке мероприятий по обеспечению безопасности населения, устойчивости объектов народного хозяйства и охране биосферы от антропогенного воздействия.

Выбор мероприятий, сил и средств защиты зависит от вида, специфики, протекания чрезвычайных ситуаций, характера порождающих факторов и тяжести последствий.

Актуальность темы исследования обусловлена целым рядом обстоятельств. В последние годы на развитие мировой цивилизации всё большее влияние оказывают природные бедствия, техногенные катастрофы, экологические проблемы, этнические конфликты, войны, несущие серьёзные угрозы для человечества.

Государственная политика в области ЧС - совокупность научно обоснованных теоретических положений, правовых и экономических норм, относящихся к предупреждению и ликвидации ЧС в целях защиты жизни и здоровья людей и окружающей среды, а также организационных мер для разработки долгосрочных целевых программ и планов мероприятий с предназначенными для этого органами, силами и средствами.

На основе государственной политики в области ЧС разработана концепция Российской системы предупреждения и действий в ЧС (РСЧС) - система взглядов, принципов и общих положений, определяющих на ограниченный период времени цели и задачи, замысел создания и структуру Российской системы предупреждения и действий в ЧС, формирования её органов управления, сил и средств для организации защиты населения и окружающей среды в ЧС. [10, стр. 4].

Предупреждение чрезвычайных ситуаций - это комплекс мероприятий, проводимых заблаговременно и направленных на максимально возможное уменьшение риска возникновения чрезвычайных ситуаций, а также на сохранение здоровья людей, снижение размеров ущерба окружающей среде и материальных потерь в случае их возникновения.

Ликвидация чрезвычайных ситуаций - это аварийно-спасательные и другие неотложные работы, проводимые при возникновении чрезвычайных ситуаций и направленные на спасение жизни и сохранение здоровья людей, снижение размеров ущерба окружающей среде и материальных потерь, а также на локализацию зон чрезвычайных ситуаций, прекращение действия характерных для них опасных факторов[2, стр.1].

Объектом исследования в данной работе является предложенная ЧС. Предметом - объект, который оказался в зоне действия предложенной ЧС.

Целью данной работы является оценка устойчивости работы различных опасных промышленных предприятий в результате чрезвычайной ситуации, а также оценка радиационной обстановки при ядерном взрыве.

Задачами данной работы являются:

1. Ознакомится с порядком оценки устойчивости объекта в случаях, предложенных ЧС.

2. Ознакомится с порядком расчета возможных потерь персонала, находящегося на объекте при возникновении рассматриваемых ЧС.

3. Проанализировать сложившуюся ситуацию и сделать соответствующие выводы об повышении устойчивости объекта и предотвращении указанной ситуации.

4. Выработки способов ликвидации последствий химического заражения.



1. Оценка устойчивости работы объекта экономики в условиях возможного заражения атмосферы аварийно химически опасным веществом

Оценка химической обстановки проводится для организации защиты людей, которые могут оказаться в зонах химического заражения.

Для решения задач по повышению устойчивости работы предприятия в условиях возможного химического заражения оценка обстановки проводится методом прогнозирования на основе фактических (разведанных) данных в случае аварии на объекте.

Определение границ возможных очагов поражения (с поражающей или со смертельной концентрацией ОХВ) осуществляется графическим способом. Для этого необходимо иметь карту или схему района размещения химически опасного объекта.

При оценке обстановки методом прогнозирования в основу должны быть положены данные по одновременному выбросу в атмосферу всего запаса ОХВ, имеющегося на объекте, при благоприятных для распространения зараженного воздуха метеоусловиях (инверсия, скорость ветра 1 м/с).

Размеры зон химического заражения (глубина, ширина и площадь) зависят от вида и количества ядовитого вещества, находящегося на объекте, его физических и токсических свойств, условий хранения и рельефа местности.

При скорости ветра более 1 м/с вводятся поправочные коэффициенты. В этом случае глубина зоны химического заражения , км, будет определяться по формуле:

(1.1)

где К_в - поправочный коэффициент на ветер;

- глубина зоны химического заражения, км (при V=1 м/с)

Если аварийная емкость обвалована, то вводится еще одна поправка в значение глубины зоны заражения:

(1.2)

Глубину зоны заражения, км, можно приближенно рассчитывать в зависимости от известных поражающих концентраций по уравнению:

(1.3)

где G - количество ОХВ в аварийной емкости, т; Д_пор - поражающая токсидоза, мгмин/м³; Д_пор= С_порпор (С_пор - поражающая концентрация ОХВ в воздухе мг/м³; _пор - экспозиция или время воздействия ядовитого вещества данной концентрации, мин);

V_в -скорость воздуха в приземном слое воздуха, м/с.

Глубина зоны со смертельной концитрацией рассчитывается с помощью выражений:

Г_см=0,25Г_пор (1.4)

(1.5)

Д_см - смертельная токсидоза, мгмин/м³.

Расчет ширины зон с поражающими Ш_пор и смертельными концентрациями Шсм ядовитых веществ проводится со следующей зависимости:



0,8Г при конвекции;

Ш= 0,15Г при изотермии;

0,03Г при инверсии, 1.6)

где для зоны с поражающим воздействием ОХВ Г=Г_пор;

для зоны со смертельным воздействием ОХВ Г=Г_см.

Площадь зон S заражения определяются по формуле

, км² , (1.7)

Время подхода зараженного воздуха к объекту или населенному пункту t, мин, определяется делением расстояния от места разлива ОХВ до данного объекта R, м, на среднюю скорость переноса облака воздушным потоком V_п, м/с:

(1.8)

Время поражающего действия ОХВ в зонах химического заражения ф_зар, ч, в основном определяется временем испарения ядовитых веществ с поверхности разлива (для жидкого ОХВ) или из разгерметизированой ёмкости (для газообразных ОХВ) , то есть

(1.9)

При скорости ветра, отличной от 1 м/с, время поражающего действия ОХВ в зонах заражения корректируется с помощью коэффициента К_в:

(1.10)

Последовательность расчета времени поражающего действия для ОХВ:

1. Сначала вычисляется скорость испарения ОХВ V_исп, т/мин, по зависимости:

(1.11)

где S_p - площадь разлива ОХВ, м²;

Р_s - давление насыщенного пара ОХВ в емкости хранения, кПа;

М - молекулярная масса ОХВ, г/моль;

Vв - скорость ветра, м/с.

Для необвалованных ёмкостей площадь разлива равна:

(1.12)

2. Затем вычисляется время поражающего действия ОХВ, ф_зар ч, по уравнению:

(1.13)

где G - количество ядовитого вещества в аварийной ёмкости, т.

Предполагаемые потери рабочих, служащих и населения в очагах химического поражения зависят от численности людей, оказавшихся на площади очага, степени их защищенности, степени поражения и своевременного использования средств индивидуальной защиты (противогазов и респираторов - потери в очагах поражения ОХВ определяются в основном по воздействию их на органы дыхания).

Число рабочих и служащих, оказавшихся в очаге поражения, подсчитывается по их наличию на территории объекта по зданиям, цехам, площадкам; количество населения - по жилым кварталам города (населенного пункта).

Различают три степени защищенности людей: высокую, среднюю и слабую, которые характеризуются следующими качественными признаками:

1. высокая - население хорошо обучено пользованию средствами защиты, оборудованы у6ежнща, проводится систематический контроль за состоянием средств защиты и подгонкой лицевых частей противогазов;

2. средняя - люди удовлетворительно подготовлены к пользованию средствами защиты, большая часть их расположена в производственных помещениях и домах, контроль за состоянием средств защиты и подгонкой лицевых частей противогазов проводится не систематически

3. слабая - подготовка населения к пользованию средствами защиты низкая, контроль за исправностью средств защиты и подгонкой лицевых частей противогазов почти отсутствует, люди находятся на открытой местности.

Степеней поражения людей различают тоже три: смертельная и тяжёлая, средняя, лёгкая.

При легких степенях поражения люди теряют трудоспособность на срок до 2 - 3 суток, поражения средней степени и выше включают тяжелые состояния и смертельные исходы.

Токсодозу ОХВ в очаге поражения для инверсионного состояния атмосферы на открытой местности и в случае разрушения необвалованной ёмкости можно рассчитать по формуле:

(1.14)

Формула для расчета концентрации ОХВ в очаге поражения для инверсионного состояния атмосферы:

(1.15)

Концентрация при конвекции в 2, а при изотермии в 1,5 раза меньше, чем при инверсии.

Превышение концентрации ОХВ в очаге химического поражения над его ПДК:

(1.16)

Под устойчивостью функционирования объекта экономики понимают его способность выпускать в условиях чрезвычайной ситуации продукцию в запланированных объёме и номенклатуре (для объектов, непосредственно не производящих материальные ценности, - выполнять свои функции в соответствии с назначением), а в случае повреждения (аварии) - восстанавливать производство в минимально короткие сроки.

На устойчивость работы объекта в чрезвычайных ситуациях влияют следующие факторы:

- надёжность защиты производственного персонала от последствий стихийных бедствий, аварий, катастроф, а также поражения оружием массового поражения и другими средствами поражения;

- способность инженерно-технического комплекса объекта противостоять воздействию чрезвычайной ситуации;

- надежность системы снабжения объекта всем необходимым для производства продукции (сырьё, топливо, энергия и т.п.);

- устойчивость непрерывного управления производством и гражданской обороной объекта;

- подготовленность объекта к ведению спасательных и других неотложных работ по восстановлению производства и так далее.

На основе анализа результатов оценки химической обстановки определяются возможные последствия в очаге поражения, исходя из обеспеченности производственного персонала и населения средствами защиты. Анализируются условия работы предприятия относительно влияния ядовитых веществ на производство, материалы и сырьё. Устанавливается возможность герметизации цехов и других помещении, где работают люди, а также возможность работы в средствах индивидуальной защиты. Определяются пути обеззараживания территории объекта, зданий и сооружений и способы проведения санитарной обработки людей в случае необходимости[13].

Задача 1

Ночью возможна авария (на транспорте, разрушение ёмкости на объекте, выброс ОХВ из технологических систем и т.п.) на расстоянии от завода (населённого пункта) R = 3,2 км при в = 140^о, в результате которой выльется, смешается с воздухом и двинется по ветру G = 5 т хлора (ОХВ). Метеоусловия: ясно, скорость приземного ветра V_в= 0,5 м/с, его азимут б_в =143^о; местность - закрытая; емкость - обвалованная; в очаг поражения попадут 78 рабочих и служащих, из них в момент заражения 5% окажутся вне помещений; обеспеченность персонала средствами индивидуальной защиты (СИЗ) составит 10 %; площадь территории завода равна 300Ч500 м².

Оценить устойчивость работы завода в случае предложенной (прогнозируемой) чрезвычайной ситуации.

Решение:

1. Для оценки возможной химической обстановки на заводе и местности сначала по графику прогноза погоды находим, что при указанных метеоусловиях степень вертикальной устойчивости атмосферы - инверсия.

А. Глубину зоны заражения можно рассчитать в зависимости от известных поражающих концентраций по уравнению ,

,

где G - количество АХОВ в аварийной емкости, т; Д_пор - поражающая токсодоза, мг.мин/м³; Д_пор = С_пор ф_пор (С_пор - поражающая концентрация АХОВ в воздухе мг/м³; ф_пор - экспозиция или время воздействия ядовитого вещества данной концентрации, мин); V_в - скорость ветра в приземном слое воздуха, м/с.

Таким образом, для 5 т хлора, содержащегося в обвалованной ёмкости на закрытой местности при скорости ветра 0,5 м/с, рассчитываем глубину зоны заражения

Глубина распространения зараженного хлором воздуха в поражающих концентрациях составляет 8,86 км. Находим ширину этой зоны:

Ш_пор=0,03Г_пор=0,03?8,86=0,3 км.

Для расчета площади зоны воспользуемся уравнением:

Рассчитываем размеры зоны химического заражения со смертельными концентрациями хлора:

Г_см=0,25?Г_пор=0,25?8,86=2,215 км

Ш_см=0,03? Г_см=0,03?2,215=0,066 км

Б. Для расчёта времени ф, за которое облако зараженного воздуха дойдёт от места аварии до завода:

V_п = 1,0 м/с.

По формуле (8) рассчитаем время подхода зараженного воздуха к заводу:

мин.

В. Время испарения хлора из обвалованной ёмкости ф_исп равно 22 ч.

По формуле (10) рассчитываем продолжительность поражающего действия разлившегося хлора:

ф_зар = 0,7?ф_исп = 15,4 ч =924мин.

Г. Для выявления расчетной границы возможного очага поражения на заводе нужно нарисовать схему химической обстановки на местности.

Д. При подсчете возможных потерь в очаге поражения сначала определяем, что в зоне заражения окажутся 78 человек. Из них на открытой местности будут находиться 4 чел., в помещении 74 чел. (по условию)

Определяем возможное число пораженных в помещениях 74?0,8=59 чел., из них со смертельным исходом будет 59?0,35=21 чел., средней и тяжелой степени 59?0,4=24 чел, легкой степени 59?0,25=15 чел.; всего с длительным отравлением и со смертельным исходом 21+24=45 чел.

Общие потери в этом очаге поражения составят 45 чел.

Е. Для определения ориентировочного превышения концентрации хлора в очаге поражения над его ПДК воспользуемся формулой (1.14) для расчете токсодозы, которую могут получить люди в зоне заражения

мг мин/м³.

Определяем концентрацию хлора в очаге поражения при инверсии



мг/м³.

По формуле (16) находим величину превышения концентрации хлора в очаге поражения по сравнению с его предельно допустимой концентрацией

2. Для анализа результаты расчётов оценки химической обстановки, которая может сложиться на заводе в случае аварии на водоочистной станции с выливом 5 т жидкого хлора, сведём в таблицу.

Таблица 1

РЕЗУЛЬТАТЫ ОЦЕНКИ ХИМИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ

Источник заражения	Тип АХОВ	Количество АХОВ, т	Площадь очага поражения, км2	Число людей в очаге, чел.	Потери, чел.
Разрушенная ёмкость	Хлор	5	1,329	74	45

Анализ результатов оценки возможной химической обстановки позволяет сделать следующие выводы об устойчивости работы завода в прогнозируемых условиях:

а) ориентировочно концентрация хлора в очаге поражения на заводе превысит его предельно допустимую концентрацию в 442,3 раз;

б) в условиях, которые могут сложиться, потери рабочего персонала составят 45 чел., что может вызвать затруднение в работе завода на длительное время

Для повышения устойчивости работы машиностроительного завода нужно осуществить следующие мероприятия:

а) снабдить рабочих и служащих на рабочих местах противогазами с коробками марок В, БКФ, Е или Г, которые обеспечат защиту органов дыхания при концентрации хлора в воздухе равной 442,3 ПДК в течение 50-150 ч;

б) из цехов, работу которых можно прервать на 15 ч и более, рабочих и служащих, одевших средства защиты органов дыхания, эвакуировать из зоны химического заражения; в цехах, технологический процесс которых прерывать нельзя, работу следует организовать в средствах защиты органов дыхания укороченными сменами с отдыхом персонала в убежищах;

в) заблаговременно провести работы по герметизации цехов и других помещения (уплотнить закрытие дверей, окон, форточек, вентиляционных отверстий и т.п.);

г) обеспечить надёжную связь между диспетчерскими службами завода и водоочистной станции, а также с другими предприятиями города, использующими или производящими аварийно химически опасные вещества, с аварийно-спасательными службами или формированиями[5];

д) для дегазации местности, зданий, сооружений и оборудования, иметь на заводе достаточное число поливомоечных машин и дегазирующих веществ (гашёная известь, щелочные отходы и вода);

е) предусмотреть развёртывание обмывочных пунктов и площадок для санитарной обработки персонала, выходящего из очага поражения, организовать социальное и медицинское обслуживание в соответствии с трудовым кодексом РФ.

ж) по мере возможности удалить источник аварии.

Предложенные мероприятия по повышению устойчивости работы завода в условиях заражения атмосферы хлором практически исключат потери от отравления производственного персонала и остановку работы завода.

Задача 2

На расстоянии R=2,4 км =38° от объекта (завода, автотранспортного предприятия, населенного пункта и т.д.) установлена емкость, в которой содержится G=25 т сероуглерода . Размеры объекта 80Ч100 м². Местность- открытая. Диаметр обваловки d=6,5 м. Авария произойдет днем в 13:45 20.05.2009. Метеоусловия: ясно, скорость приземного ветра V_в=3,2 м/с, его азимут б_в=, температура воздуха t=16^оС. В очаг поражения попадут 68 рабочих и служащих, из них на открытой местности будут находиться 10%. Обеспеченность средствами индивидуальной защиты (СИЗ) органов дыхания (противогазами и респираторами) составит 60%. Предельно допустимая концентрация ОХВ равна 1 мг/м³.

Оценить устойчивость работы объекта в случае указанной аварии.

Решение:

1. Для оценки возможной химической обстановки на заводе и местности по графику прогноза погоды находим, что при заданных метеоусловиях степень вертикальной устойчивости атмосферы - конвекция.

А. Сероуглерод не указан в приложении, поэтому при расчёте размеров зон заражения глубину его распространения по ветру в поражающих концентрациях определяем по формуле:

,

но сначала рассчитаем поражающую токсодозу (характеристика вещества указана в приложении):

Д_пор = С_пор ф_пор = 1500 90 = 135 000 мг мин/м³,

затем находим

км.

Полученное значение справедливо при оценке глубины распространения АХОВ при условии, когда ёмкость необвалована, находится на открытой местности и авария произошла при инверсионном состоянии атмосферы. Чтобы определить глубину зоны распространения паров сероуглерода в поражающих концентрациях согласно условию примера, нужно в значение ввести поправки на обваловку и конвекцию:

км.

По формуле (1.6) находим ширину этой зоны

Ш_пор = 0,8 Г_пор = 0,8 0,0214= 0,017 км.

Для расчета площади зоны воспользуемся уравнением:

S_пор = Г_пор Ш_пор = 0,0214 0,017 = 0,000182 км².

Определяем глубину зоны заражения со смертельными концентрациями:

Д_см = С_см ф_см = 10000 90 = 900000 мг мин/м³,

км,

Г_см = 0,144 0,67: 16 = 0,006 км.

Находим ширину и площадь этой зоны:

Ш_см = 0,8 Г_см = 0,8 0,006 = 0,0048 км,

S_см = Г_см Ш_см = 0,006 0,0048 = 0,000015 км².

Б. Для расчёта времени ф, за которое облако зараженного воздуха дойдёт от места аварии до завода, сначала найдём, что скорость переноса зараженного воздуха V_п равна 5 м/с, затем рассчитаем промежуток времени, за который зараженный воздух распространится до завода:

мин.

В. Время поражающего действия сероуглерода ф на заводе вычисляем в следующей последовательности:

· вычисляем скорость испарения V_исп, т/мин, по зависимости:

,

где S_p - площадь разлива кислоты, равная площади обваловки (поддона)

S_p = S_обв = р (d/2)І = 3,14 (6,5/2)І = 33,17 м².

P_s - давление насыщенного пара в ёмкости находим по графику (прил. 10), оно равно 34 кПа,

М - молекулярная масса cероуглерода, её величину рассчитываем по формуле с помощью таблицы периодической системы химических элементов:

= + = 12 + 2?32 = 76 г/моль,



тогда

т/мин;

· найдём возможную продолжительность поражающего действия сероуглерода на заводе:

ф_зар = 0,53?ф_исп = 0,53?19= 10,1ч = 604,2 мин.

Г. Для выявления возможной границы очага поражения на заводе нужно нарисовать схему химической обстановки на местности.

Д. При подсчёте возможных потерь в очаге поражения на заводе определяем, что в момент заражения в помещениях будут находиться 68-68?0,1=61 чел. (по условию).

Находим число поражённых 61 0,4 = 24 чел., из них:

  со смертельным исходом будет 24 0,35 = 8 чел.

  средней и тяжёлой степени - 24 0,4 = 10 чел.

  лёгкой степени - 24 0,25 = 6 чел.

Всего с длительным заболеванием и со смертельным исходом: 8+10 = 18 чел.

Число пораженных на открытой местности составит 7?0,4 = 3 чел., из них со смертельным исходом будет 3?0,35 = 1 чел., средней и тяжёлой степени 3?0,4 = 1 чел., лёгкой степени 3?0,25 = 1 чел., всего с длительным заболеванием и со смертельным исходом 1+1 = 2 чел.

Общие потери в этом очаге составят 18+2=20 чел.

Е. Для определения ориентировочного превышения концентрации сероуглерода в очаге поражения над его ПДК воспользуемся формулой (1.14) для расчёта токсодозы сероуглерода, которую могут получить люди в зоне заражения, но сначала нужно откорректировать расстояние от места возможной аварии до завода на обваловку по формуле (1.2) и примечанию к прил.5



R_I = R : 0,67 = 2,4 : 0,67 = 3,6 км

тогда

мг мин/м³.

Определяем концентрацию сероуглерода в очаге поражения при инверсии

мг/м³.

Для конвекции концентрация сероуглерода на заводе составит:

мг/м³.

Находим величину превышения концентрации сероуглерода в очаге поражения по сравнению с её предельно допустимой концентрацией:

раз.

2. Для анализа результаты расчётов оценки химической обстановки, которая может сложиться на заводе по производству синтетических волокон в случае разрушения ёмкости с 25 т сероуглерода, сведём в табл.2.



Таблица 2

РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЁТОВ ОЦЕНКИ ХИМИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ

Источник заражения	АХОВ	Количество АХОВ, т	Площадь очага поражения, км2	Число людей в очаге, чел.	Потери, чел.
Разрушенная ёмкость	Сероуглерод	25	0,000182	68	20

При анализе результатов оценки возможной химической обстановки на заводе можно сделать следующие выводы:

1) время подхода зараженного воздуха к заводу после возможной аварии равно 8 мин. Этого времени недостаточно для полного оповещения персонала завода об опасности. Следовательно, ёмкость с сероуглеродом расположена слишком близко к предприятию;

2) возможные потери в очаге поражения составят 20 чел из 68 рабочих и служащих. А это значит, что обеспеченность персонала противогазами на 60 % недостаточна.

3. Для повышения устойчивости работы завода (предотвращения потерь людей) нужно заблаговременно провести следующие мероприятия:

а) снабдить всех рабочих и служащих противогазами с коробками марок В или БКФ;

б) из цехов, работу которых можно прервать, персонал эвакуировать из зоны заражения; в цехах, технологический процесс которых останавливать нельзя, работу следует предусмотреть в противогазах укороченными сменами;

в) удалить хранилище сероуглерода от завода на безопасное расстояние;

г) для дегазации местности, зданий и оборудования иметь на заводе достаточное количество поливомоечных машин и дегазирующих веществ (водных растворов щелочей и аммиака);

д) предусмотреть развёртывание обмывочных пунктов и площадок для санитарной обработки людей, выходящих из очага поражения, а также организовать медицинское и социальное обеспечение и связь с аварийно-спасательными службами или формированиями[5].



2. Расчет ударной волны ядерного взрыва

Ударная волна ядерного взрыва - один из основных поражающих факторов. В зависимости от того, в какой среде возникает и распространяется ударная волна - в воздухе, воде или грунте, ее называют соответственно воздушной ударной волной, ударной волной (в воде) и сейсмовзрывной волной (в грунте).

Воздушной ударной волной называется область резкого сжатия воздуха, распространяющаяся во все стороны от центра взрыва со сверхзвуковой скоростью. Обладая большим запасом энергии, ударная волна ядерного взрыва способна наносить поражения людям, разрушать различные сооружения.

Характер изменения давления в точке пространства при прохождении через нее воздушной ударной волны показан на рис. 3. Как только ударная волна спустя некоторое время после взрыва достигает определенной точки пространства (расстояние R), мгновенно в этой точке повышаются давление и температура, воздух начинает распространяться в направлении ударной волны. С течением времени давление снижается и через время + после момента подхода фронта волны становится равным атмосферному. Дальнейшее уменьшение давления приводит к разрежению. В это время воздух начинает двигаться в сторону взрыва. Как только действие пониженного давления закончится, прекратится и движение воздуха.



Рис. 1. Изменение давления при прохождении воздушной ударной волны через точку пространства

На рис. 3 показаны также основные параметры, определяющие механическое действие ударной волны на объект:

1. Максимальное избыточное давление воздуха непосредственно за фронтом ударной волны . Это основная характеристика воздушной ударной волны, поскольку определяет скачок давления, который происходит практически мгновенно при подходе волны к месту регистрации давления.

2. Время действия избыточного давления+. Время действия ударной волны в фазе разрежения обычно не учитывается из-за его второстепенного значения.

Кроме указанных параметров, воздушная ударная волна характеризуется скоростью распространения фронта, скоростью воздуха во фронте ударной волны , температурой воздуха во фронте Т_ф, скоростным напором .

Различные разрушения, вызываемые действием воздушной ударной волны, определяются в основном величиной , однако во многих случаях имеет значение и время действия избыточного давления.

Изменение избыточного давления воздушной ударной волны в зависимости от расстояния R и мощности взрыва q подчиняется закону подобия, согласно которому расстояние от места взрыва до точки с заданными параметрами во фронте воздушной ударной волны пропорционально корню кубическому из тротилового эквивалента, т. е. если R₁ - расстояние от центра ядерного взрыва мощностью q₁, то при взрыве мощностью q₂ одинаковые величины избыточного давления а также всех остальных параметров будут на расстоянии R₂,определяемом из выражения

(2.1)

По данной формуле с использованием данных табл. 3 можно определить ориентировочные значения радиусов зон поражения для различных мощностей взрыва.

Таблица 3

Значение основных параметров ударной волны ядерного взрыва мощность 30 тыс. т

Параметры	Расстояние от центра взрыва R, м
	500	750	1000	1500	2000	2500
Избыточное давление , кгс/см2	1,35	0,75	0,43	0,26	0,17	0,12
Скорость распространения фронта , м/с	494	432	402	374	364	357
Скорость воздуха во фронте , м/с	310	189	124	68	43	31

В зависимости от вида взрыва распространение воздушной ударной волны будет иметь свои особенности.

При наземном взрыве воздушная ударная волна имеет форму полусферы с центром в точке взрыва ядерного боеприпаса. За счет уменьшения объема светящейся области плотность энергии во фронте воздушной ударной волны (величина ) будет примерно удваиваться по сравнению с воздушным взрывом. Это усиливает поражающее действие ударной волны при наземном взрыве, что особенно заметно в ближней зоне. Однако радиус зоны выхода из строя малопрочных объектов, которые разрушаются при небольших значениях при наземных взрывах будет меньше, чем при воздушных взрывах одинаковой мощности.

При воздушном ядерном взрыве ударная волна, достигая поверхности земли, отражается от нее. Форма фронта отраженной волны близка к полусфере с центром в точке, которая является зеркальным отображением места взрыва заряда относительно поверхности земли. На близких расстояниях от эпицентра взрыва угол наклона падающей волны относительно поверхности земли весьма мал и точка, из которой исходят падающая и отраженная волны, перемещается вдоль поверхности земли. Эта зона называется зоной регулярного отражения. На расстояниях R_э>Н в результате того, что отраженная волна движется в воздухе, уже нагретом падающей волной, она имеет большую скорость и постепенно «набегает» на падающую волну, образуя головную ударную волну. Сложение волн усиливает избыточное давление во фронте головной волны. Такая картина распространения ударных волн наблюдается при взрывах зимой, когда приземной слой воздуха почти не прогревается световым излучением. При прогреве приземного слоя воздуха (в результате его запыления и задымления) скачок избыточного давления во фронте головной ударной волны уменьшается, но время действия фазы сжатия увеличивается. При этом увеличивается скорость движущегося воздуха и, как следствие, усиливается метательное действие ударной волны.

Для определения возможного характера разрушений и установления объема спасательных и неотложных аварийно-восстановительных работ, обусловленных воздействием воздушной ударной волны, очаг ядерного поражения условно делят на четыре зоны.

Зона полных разрушений 1 возникает там, где избыточное давление во фронте ударной волны достигает 50 кПа (0,5 кгс/см²) и более. Hа ее долю приходится около 12 % всей площади очага поражения. В этой зоне полностью разрушаются жилые дома, промышленные здания и противорадиационные укрытия. Вокруг центра (эпицентра) взрыва разрушаются убежища, получают различные разрушения или повреждения подземные сети коммунально-энергетического хозяйства. Большинство убежищ (75 %) в зоне полных разрушений сохраняется. В результате разрушений зданий и сооружений на территории населенных пунктов и объектов образуются сплошные завалы.

Пожары в зоне полных разрушений не возникают, так как воспламенившиеся от светового излучения постройки и предметы будут разбросаны и засыпаны обломками, а пламя сбито ударной волной. Поэтому будет наблюдаться горение и тление в завалах.

Для зоны полных разрушений характерны массовые потери среди незащищенного населения.

Зона сильных разрушений 2 образуется при избыточном давлении во фронте ударной волны от 50 до 30 кПа (0,5 - 0,3 кгс/см²) и составляет около 10 % всей площади очага. Наземные здания и сооружения в основном имеют сильные разрушения; убежища и подземные сети коммунально-энергетического хозяйства, а также большинство противорадиационных укрытий сохраняются. Подвалы в зданиях не повреждаются, если перекрытия их удержат статическую нагрузку от обрушенных стен и междуэтажных перекрытий. В результате разрушений зданий и сооружений образуются местные завалы, переходящие ближе к границе зоны полных разрушений в сплошные. Возможно возникновение сплошных пожаров и даже огненных штормов.

Для зоны характерны массовые в значительной части безвозвратные потери среди незащищенной части населения. Люди, оставшиеся в разрушенных зданиях, могут быть завалены, либо получат травмы и ожоги, вне зданий - легкие и средней тяжести травмы и ожоги. Кроме того, возможны поражения обломками построек, осколками стекла и другими летящими предметами, а также «вторичные ожоги» от пламени горящих зданий, горючесмазочных материалов и т. п. При попадании в зону радиоактивного заражения, образующуюся при наземных и подземных взрывах, люди подвергнутся воздействию радиоактивных веществ[14].

Задача 3

Определить избыточное давление во фронте ударной волны , радиус поражения R₂.

Дано: расстояние R₁=670 м от места взрыва ядерного боеприпаса; ожидаемая мощность ядерного боеприпаса q₁=52 тыс. т.; мощность взрыва q₂=30 тыс. т.

Решение:

Найдем расстояние R₂, м, для взрыва мощностью q₂=30 тыс. т, чтобы затем, определить значение избыточного давления во фронте ударной волны

=> R₂=558,33 м

По данным табл.3, расстоянию R₂=558,33 м соответствует значение



3. Оценка устойчивости типичных объектов к воздействию волны ядерного взрыва

В качестве показателя устойчивости объекта к воздействию ударной волны принимается значение избыточного давления , при котором здания, сооружения, оборудование и т.д. сохраняются или получают слабые и средние разрушения. Это значение избыточного давления принято считать пределом устойчивости объекта к воздействию ударной волны.

Оценка устойчивости объекта к воздействию ударной волны сводится к определению .

Для рассматриваемой оценки требуются следующие исходные данные: месторасположение источника ударной волны; удаление объекта от места взрыва; вероятное максимальное отклонение центра взрыва от точки прицеливания; характеристика объекта и его элементов.

Оценка устойчивости проводится в следующей последовательности:

1. Определяется максимальное значение избыточного давления ударной волны , ожидаемого на объекте.

2. Выделяются основные элементы объекта (цехи, участки, системы), от которых зависит функционирование производства и выпуск продукции.

3. Оценивается устойчивость каждого элемента объекта (цеха, участка, системы).

Порядок оценки следующий:

1) выделяются основные элементы цеха, например, здание цеха, технологическое оборудование, элементы электроснабжения и т.п.;

2) на основе изучения технической и строительной документации, внешнего осмотра и измерений составляются характеристики каждого элемента здания, цеха;

3) определяется степень разрушения элементов цеха в зависимости от воздействия ударной волны;

4) рассчитывается предел устойчивости к воздействию ударной волны каждого элемента цеха, избыточное давление , при котором элемент получит такую степень разрушения, когда возможно восстановление его силами объекта и возобновление производства продукции в короткие сроки, это может быть в случае, если элемент получит не более чем среднюю степень разрушения;

5) определяется предел устойчивости цеха в целом к ударной волне по минимальному пределу устойчивости входящих в него элементов;

6) находится предел устойчивости объекта в целом к воздействию ударной волны по минимальному пределу входящих в его состав основных цехов, участков, систем -;

7) делается заключение об устойчивости объекта к воздействию ударной волны, то есть сравнивается найденный предел устойчивости объекта с ожидаемым максимальным значением избыточного давления , при объект устойчив к воздействию ударной волны, если - объект неустойчив;

8) определяется степень разрушения по таблице результатов оценки устойчивости при вероятном значении ожидаемого ;

9) делаются выводы и предложения на основе анализа результатов оценки устойчивости объекта по каждому цеху, участку и объекту в целом. В них отражаются предел устойчивости объекта; наиболее уязвимые элементы объекта; характер и степень разрушений, ожидаемых на объекте от ударной волны при максимально избыточном давлении; предел целесообразного повышения устойчивости наиболее уязвимых элементов объекта; предложения (мероприятия) по повышению предела устойчивости объекта к воздействию ударной волны[14].

Задача 4

Оценить устойчивость автотранспортного цеха машиностроительного завода к воздействию ударной волны атомного взрыва, если завод расположен на расстоянии 8,2 км от вероятной точки прицеливания R_r=8,2 км; ожидаемая мощность ядерного боеприпаса q=1,3 Мт; взрыв наземный; вероятность максимального отклонения ядерного боеприпаса от точки прицеливания r_отк=0,6 км. Характеристика цеха - здание одноэтажное, кирпичное, бескаркасное, перекрытие из железобетонных плит; технологическое оборудование включает мостовые краны и крановое оборудование, тяжелые станки; коммунально-энергетические сети (KЭС) состоят из систем подачи воздуха для пневмоинструмента (трубопроводы на металлических эстакадах) и кабельной наземной электросети.

Решение:

1. Определяем ?Р_фmax, ожидаемого на объекте. Для этого находим минимальное расстояние от возможного центра взрыва:

R_х = R_г - r_отк = 8,2 - 0,6 = 7,6 км

Находим избыточное давление ?Р_ф на расстоянии 7,6 км для боеприпаса с q = 1,3 Мт при наземном ядерном взрыве (менее благоприятном). Это давление будет равно: ?Р_фmax = 20 кПа.

2. Выделяем основные элементы автотранспортного цеха и определяют их характеристики. Основными элементами этого цеха являются: здания, технологическое оборудование - мостовые краны и тяжелые станки, система воздухоподачи и электросеть.

Их характеристики берем из исходных данных и записывают в сводную таблицу 4.

3. По соответствующему приложению находим для каждого элемента цеха ?Р_ф, вызывающее слабые, средние, сильные и полные разрушения. Результаты вносим в сводную табл.4.

4. Находим предел устойчивости каждого элемента цеха - ?Р_фlim. Здание цеха имеет ?Р_фlim = 20 кПа, краны и крановое оборудование - 30 кПа, тяжелые станки - 40 кПа, воздуховоды - 30 кПа, электросеть - 30 кПа.

5. Определяем предел устойчивости цеха в целом по минимальному пределу устойчивости входящих в его состав элементов. Сопоставляя пределы устойчивости всех элементов цеха, находим, что предел устойчивости автотранспортного цеха ?Р_фlim = 20 кПа.

Таблица 4

Результаты оценки устойчивости сборочного цеха к воздействию ударной волны

Наименование элемента объекта	Элементы цеха и их краткая характеристика	Степень разрушения ДPф, кПа	Предел устойчивости, кПа	Примечания
		10	20	30	40	50	60	70	80	90
Автотранспортный цех	Здание: одноэтажное, кирпичное, бескаркасное, перекрытие из железобетонных элементов										20	Предел устойчивости сборочного цеха ДPф.lim=20 кПа
	Технологическое оборудование: краны и крановое оборудование: тяжелые станки										30 40
	КЭС: воздуховоды на металлических эстакадах, электросеть кабельная наземная										30 30
				1

	Слабые разрушения		Сильные разрушения
	Средние разрушения		Полные разрушения

6. Анализ результатов оценки, выводы и предложения по повышению устойчивости цеха к воздействию ударной волны взрыва ядерного боеприпаса q = 1,3 Мт:

- автотранспортный цех может оказаться в зоне слабых разрушений очага ядерного поражения с вероятным ?Р_фmax = 30 кПа, а ?Р_фlim сборочного цеха равен 20 кПа, что меньше ?Р_фmax. Следовательно, сборочный цех неустойчив к воздействию ударной волны; наиболее слабый элемент - здание цеха;

- для повышения устойчивости работы автотранспортного цеха к воздействию ударной волны необходимо повысить устойчивость цеха устройством контрфорсов, подкосов, дополнительных рамных конструкций; кабельную электросеть и воздуховоды проложить под землей; уязвимые узлы кранов и кранового оборудования закрыть защитными кожухами; установить дополнительные колонны кранов.

- обеспечить повышение устойчивости оборудования путем усиления его наиболее слабых элементов, прочное закрепление на фундаментах станков, установок и другого оборудования, имеющего большую высоту и малую площадь опоры.

Для полного представления возможной обстановки на объекте и в районе его расположения целесообразно нанести на план местности границы зон разрушений в очаге ядерного поражения при заданной мощности взрыва. Для этого определяем радиусы зон разрушений для боеприпаса мощностью 1,3 Мт.

Зона:

- полных разрушений R₁ = 3,6 км;

- сильных разрушений R₂ = 4,5 км;

- зона средних разрушений R₃ = 5,4 км;

- зона слабых разрушений R₄ = 7 км;

R_г = 8,2 км; r_отк = 7,6 км.



4. Оценка устойчивости объектов и их элементов к воздействию ударной волны, возникающей при взрывах газовоздушных смесей

заражение ядерный взрыв устойчивость

При авариях на предприятиях со взрывоопасной и пожароопасной технологией, на складах и хранилищах, где хранятся, и на транспорте, на котором перевозятся взрывоопасные и пожароопасные вещества, вследствие истечения газообразных или сжиженных углеводородных продуктов и перемешивании их с воздухом образуются взрывоопасные и пожароопасные газовоздушные смеси. Смеси горючих газов (метана, пропана, бутана и др.) с воздухом взрывоопасны при любой температуре окружающей среды. Смеси паров легковоспламеняющихся жидкостей с воздухом относятся к взрывоопасным, если температура вспышки их ниже или равна 45°С. Взрыв или возгорание этих газовоздушных смесей происходит при определенном содержании газа в воздухе (от нижнего концентрационного порога воспламенения до верхнего концентрационного порога воспламенения). Взрывоопасны также смеси горючих пылей с воздухом с нижним концентрационным порогом воспламенения (НКПВ) ниже 15 г/м³ и менее взрывоопасны - с НКПВ =15 - 65 г/м³.

При взрыве газовоздушной смеси образуется очаг взрыва с ударной волной, вызывающей разрушения зданий, сооружений и оборудования аналогично тому, как это происходит от ударной волны ядерного взрыва.

В очаге взрыва газовоздушной смеси принято выделять три круговые зоны (рис. 2):



Рис. 2. Зона очага взрыва газовоздушной смеси

1 - зона детонационной волны; 2 - зона действия продуктов взрыва; 3 - зона воздушной ударной волны.

3она детонационной волны находится в пределах облака взрыва. Радиус этой зоны r_i, м, приближенно может быть рассчитан по формуле

r₁ = 17,5 , (4.15)

где Q - количество сжиженного углеводорода, т.

В пределах зоны 1 действует избыточное давление, которое может приниматься постоянным, ДP₁ =1700 кПа.

Зона действия продуктов взрыва охватывает всю площадь разлёта продуктов взрыва газовоздушной смеси в результате её детонации. Радиус этой зоны

r₂ = 1,7 r₁. (4.16)

Избыточное давление в пределах этой зоны ДP₂ изменяется от 1350 до 300 кПа и может быть определено по формуле



ДP₂ = 1300 + 50, (4.17)

где r - расстояние от центра взрыва до рассматриваемой точки, м.

В зоне действия воздушной ударной волны формируется фронт ударной волны, распространяющийся по поверхности земли.

Избыточное давление в этой зоне в зависимости от расстояния до центра взрыва r₃ может быть рассчитано. Для этого предварительно определяется относительная величина K:

K = 0,24 , (4.18)

где r₃ - радиус зоны 3 или расстояние до точки, в которой требуется определить избыточное давление ударной волны ДP₃, кПа; r₁ - радиус зоны 1.

При K 2: ДP₃ = ; (4.19)

при K > 2 ДP₃ =. (4.20)

Для определения избыточного давления на определенном расстоянии от места взрыва необходимо знать количество взрывоопасного вещества, хранящегося в ёмкости или ушедшего из трубопровода и смешавшегося с воздухом[14].

Задача 5

На определенном расстоянии R=500 м от объекта планируется расположение емкостей с углеводородной жидкостью определенной массы Q=15 кт. Необходимо проанализировать устойчивость объекта в случае разгерметизации емкости и возможного взрыва. Характеристика объекта: здания и сооружения из сборного железобетона; оборудование - тяжелые и легкие станки, подъемно-транспортное оборудование, генераторы на 30…100 кВт; коммунально-энергетические сооружения и сети - кабельные наземные линии, воздушные линии низкого напряжения на деревянных опорах, трубопроводы наземные; средства транспорта, строительная техника, мосты, плотины - грузовые автомобили, автоцистерны, автобусы и специальные машины с кузовами автобусного типа; защитные сооружения - подвалы без усиления несущих конструкций.

Решение

1. Рассчитают радиус детонационной зоны (зона 1):

r₁ = 17,5

2. Вычисляют радиус зоны действия продуктов взрыва (зона 2):

r₂ =1,7•r₁= 1,7 • 431,6 = 734 м

Следовательно, цех находится в зоне действия воздушной ударной волны (зона 3).

3. Находят избыточное давление ДP₃ на расстоянии 500 м от центра взрыва, принимая r₃ = 500 м.

Для этого определяют относительную величину K.

К = 0,24 (r₃/r₁) = 0,24 (500/431,6) = 1,16.

Так как K < 2, то



ДP₃ = = = 40,23 кПа.

Это значение и есть ДP_фmax, относительно которого нужно оценить устойчивость каждого элемента механического цеха.

4. Выделяем основные элементы объекта и определяют их характеристики. Основными элементами этого цеха являются: здания и сооружения, технологическое оборудование, коммунально-энергетические сооружения и сети, защитные сооружения, средства транспорта, мосты, плотины, строительная техника.

Их характеристики берем из исходных данных и записывают в сводную таблицу 5.

5. По соответствующему приложению находим для каждого элемента цеха ?Р_ф, вызывающее слабые, средние, сильные и полные разрушения. Результаты вносим в сводную табл.5.

6. Находим предел устойчивости каждого элемента цеха - ?Р_фlim. Здания и сооружения из сборного железобетона цеха имеет ?Р_фlim = 20 кПа, легкие станки - 12 кПа, тяжелые станки - 40 кПа, подъемно-транспортное оборудование - 30 кПа, генераторы на 30…100 кВт - 40 кПа, кабельные наземные линии - 30 кПа, воздушные линии низкого напряжения на деревянных опорах - 40 кПа, трубопроводы наземные - 20 кПа, легковые автомобили - 20 кПа, гусеничные тягачи и тракторы - 40 кПа, подвалы без усиления несущих конструкций - 30кПа

7. Определяем предел устойчивости цеха в целом по минимальному пределу устойчивости входящих в его состав элементов. Сопоставляя пределы устойчивости всех элементов цеха, находим, что предел устойчивости автотранспортного цеха ?Р_фlim = 26 кПа.

8. Анализ результатов оценки, выводы и предложения по повышению устойчивости цеха к воздействию ударной волны взрыва ядерного боеприпаса q = 15 кт:

- объект окажется в зоне сильных разрушений очага ядерного поражения с вероятным ?Р_фmax = 40,23 кПа, а ?Р_фlim сборочного цеха равен 26 кПа, что значительно меньше ?Р_фmax. Следовательно, объект крайне неустойчив к воздействию ударной волны; наиболее слабый элемент - легкие станки;

- для повышения устойчивости работы объекта к воздействию ударной волны необходимо повысить устойчивость объекта устройством контрфорсов, подкосов, дополнительных рамных конструкций; кабельную электросеть и воздуховоды проложить под землей; уязвимые узлы оборудования закрыть защитными кожухами и при возможности заменить легкие станки; установить дополнительные опоры; усилить несущие конструкции.

Таблица 5

Результаты оценки устойчивости объекта к воздействию ударной волны

Наименование объекта	Элементы объекта и их краткая характеристика	Степень разрушения	Предел устойчивости	примечание
		1-10	11-20	21-30	31-40	41-50	51-60	61-70	71-80	81-90
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
Механический цех	Здание из сборного железобетона										20	Предел устойчивости объекта ДPф.lim=26 кПа
	Оборудование: тяжелые станки легкие станки ПТО Генераторы										40 12 30 40
	КЭСиС: Кабельные наземные линии Воздушные линии низкого напряжения на деревянных опорах Трубопроводы наземные										30 40 20
	Транспорт: Легковые автомобили Гусеничные тягачи и тракторы										20 40
	Защитные сооружения: Подвалы без усиления несущих конструкций										30

Для полного представления возможной обстановки на объекте и в районе его расположения целесообразно нанести на план местности границы зон разрушений в очаге ядерного поражения при заданной мощности взрыва. Для этого определяем радиусы зон разрушений для боеприпаса мощностью 1кт.

Зона:

- полных разрушений R₁ = 0,4 км;

- сильных разрушений R₂ = 0,54 км;

- зона средних разрушений R₃ = 0,69 км;

- зона слабых разрушений R₄ = 1,1 км;



Заключение

заражение ядерный взрыв устойчивость

Цель работы заключалась в определении оценки устойчивости работы различных опасных промышленных предприятий в результате чрезвычайной ситуации.

Поставленная цель достигалась путем решения ряда задач: ознакомится с порядком оценки устойчивости объекта в случаях, предложенных ЧС; ознакомится с порядком расчета возможных потерь персонала, находящегося на объекте при возникновении рассматриваемых ЧС; проанализировать сложившуюся ситуацию и сделать соответствующие выводы об повышении устойчивости объекта и предотвращении указанной ситуации; выработки способов ликвидации последствий химического заражения.

Проанализировав первую и вторую задачу, можно сделать вывод о том, что для повышения устойчивости работы машиностроительного завода нужно осуществить следующие мероприятия: снабдить рабочих и служащих на рабочих местах противогазами с коробками марок В, БКФ, Е или Г, которые обеспечат защиту органов дыхания при концентрации хлора в воздухе равной 442,3 ПДК в течение 50-150 ч; эвакуировать из зоны химического заражения персонал; в цехах, технологический процесс которых прерывать нельзя, работу следует организовать в средствах защиты органов дыхания укороченными сменами с отдыхом персонала в убежищах; заблаговременно провести работы по герметизации цехов и других помещения (уплотнить закрытие дверей, окон, форточек, вентиляционных отверстий и т.п.); обеспечить надёжную связь между диспетчерскими службами завода и водоочистной станции, а также с другими предприятиями города, использующими или производящими аварийно химически опасные вещества, с аварийно-спасательными службами или формированиями; для дегазации местности, зданий, сооружений и оборудования, иметь на заводе достаточное число поливомоечных машин и дегазирующих веществ (гашёная известь, щелочные отходы и вода); предусмотреть развёртывание обмывочных пунктов и площадок для санитарной обработки персонала, выходящего из очага поражения, организовать социальное и медицинское обслуживание; по мере возможности удалить источник аварии.