2.2. Характеристика производственник аварий, катастроф

В современной производстве с повышенными требованиями к параметрам технологических процессов могут возникать условия, приводящие к нарушению работы, выходу из строя агрегатов, машин, энергетических коммуникаций и в итоге, к повреждению или уничтожению огромных материальных ценностей, что и принято называть производственными авариями.

В настоящее время крупные производственные аварии и катастрофы по своим последствиям не уступают стихийным бедствиям.

При крупной производственной аварии разрушаются производственные и жилые здания, возникают пожары, взрывы котлов, баллонов, трубопроводов, находящихся под высоким давлением. Особенно опасны такие аварии на предприятиях нефтехимической, химической, химико-фармацевтической промышленности, содержащих сильнодействующие ядовитые вещества (СДЯВ) и относящихся к химически опасным объектам (ХОО). Так как они создают наибольшую угрозу населению и окружающей среде, этот вопрос требует отдельного рассмотрения.

Характер последствий производственных аварий зависит от их вида, масштаба распространения, особенностей предприятий различных отраслей и т. п. Основными причинами производственных аварий, катастроф являются:

• стихийные бедствия: землетрясения, наводнения, ураганы, лесные пожары;

• проектно-производственные дефекты сооружений, ошибки проектирования, низкое качество строительных материалов и конструкций;

• воздействие технологических процессов производства на конструкции, оборудование, воздействие внешних температур, давлений, вибраций и т. п.;

• воздействие внешних природных факторов, приводящих к коррозии, старению материалов конструкций, снижению физико-химических показателей;

• нарушения правил эксплуатации сооружений и технологических процессов.

Наиболее опасными следствиями крупных аварий являются пожары и взрывы, в результате которых разрушаются производственные, жилые помещения, техника, оборудование. Эти зоны разрушений несут огромную опасность для людей.

Одним из основных поражающих факторов пожара является непосредственное воздействие высоких температур огня на объекты, конструкции, людей. В результате происходит обугливание, сгорание, уничтожение, разрушение конструкций, обрушение перекрытий, их деформация и т. п.

Вторичными последствиями пожаров являются взрывы. Известно, что вероятной причиной и источником взрыва является взрывоопасная газовоздушная смесь. Взрывоопасными считаются смеси с воздухом углеводородных газов: метана, этана, пропана, бутана, этилена, пропилена, бутилена, ацетилена, легких бензинов и др.

Для того, чтобы оценить возможность появления и развития взрыва на технологическом объекте, блоке предприятия, необходимо определить общий энергетический потенциал взрывоопасности данного объекта, массу вещества, участвующую во взрыве.

Общий энергетический потенциал взрывоопасности Е (кДж) определяется суммой энергии адиабатического расширения парогазовой фазы (ПГФ) и полного сгорания имеющихся и образующихся паров за счет внутренних и внешних источников:

(2.1)

где — энергия адиабатического расширения и сгорания ПГФ, находящаяся в аварийном блоке, кДж;

—энергия сгорания ПГФ, поступившая от смежных блоков, кДж;

—энергия сгорания ПГФ, образующаяся за счет энергии перегрева жидкой фазы (ЖФ) рассматриваемого блока, кДж;

—энергия сгорания ПГФ, образующаяся из ЖФ за счет тепла экзотермических реакций, кДж;

—энергия сгорания ПГФ, образующаяся из ЖФ за счет теплопритока от внешних теплоносителей, кДж;

—энергия сгорания ПГФ, образующаяся из пролитой на твердую поверхность ЖФ за счет теплоотдачи от окружающей среды, кДж.

Указанные составляющие рассчитывают по специальным методикам. Относительный энергетический потенциал взрывоопасности блока (производства) рассчитывают по формуле:

(2.2)

Тротиловый эквивалент взрыва парогазовой среды — W_т определяется по формуле:

(2.3)

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

0,9 — доля энергии взрыва тринитротолуола, затрачиваемая на ударную волну;

—удельная теплота сгорания парогазовой среды, кДж/кг;

—удельная энергия взрыва, кДж/кг;

—доля массы паров, участвующей во взрыве;

—масса парогазовой среды, кг.

На рис. 2.1 представлены графики значений относительного энергетического потенциала взрывоопасности — (кривая 1) и радиусов разрушений —R от взрыва (кривая 2) в зависимости от энергетических потенциалов взрывоопасности — Е и массы парогазовой среды — m.

Рис. 2.1. Зависимости иR от энергетических потенциалов взрывоопасности и массы парогазовой среды

В очаге взрыва принято выделять три зоны (см. рис. 2.2).

Рис. 2.2. Зоны действия взрыва

Первая зона — зона бризантного действия, детонационная волна; вторая зона — зона действия продукта взрыва, осколков конструкций, резервуара; третья зона — зона действия воздушной ударной волны.

Ударная волна — это область резкого сжатия среды, которая в виде сферического слоя распространяется во все стороны от места взрыва, как показано на рис. 2.3. Образовавшийся слой сжатого воздуха называют фазой сжатия — . Зона пониженного давлений называется фазой разряжения — . Разность между максимальным давлением во фронте ударной волны и нормальным атмосферным давлением — Р_о есть избыточное давление во фронте ударной волны — (кг/см²).

Радиус первой зоны определяется по формуле :

(2.4)

где Q — количество сжиженного газа, т.

В пределах первой зоны избыточное давление во фронте ударной волны =1700 кПа.

Радиус второй зоны определяется по формуле:

(2.5)

Для определения избыточного давления в третьей зоне вначале определяют относительную величину

(2.6)

где R₃ — расстояние от центра взрыва до искомой точки.

При α ≤ 2

(2.7)

При α > 2

(2.8)

Радиусы зон поражения можно определить, используя формулу закона подобия при взрывах:

(2.9)

где — известное и определяемое расстояния от центра взрыва, м;

—массы продукта взрыва, т.

Радиусы поражающего действия при взрыве газовоздушной смеси в зависимости от количества продуктов можно определить по табл. 2.2.

Таблица 2.2

Радиусы поражения при взрыве бензина представлены в табл. 2.3.

Таблица 2.3

Таким образом, при пожарах и взрывах люди получают термические и механические повреждения, ожоги тела, переломы и тому подобное, а здания, сооружения, коммуникации разрушаются, уничтожаются. Для подтверждения приведем только некоторые примеры.

В июне 1974 г. произошел мощный взрыв на территории завода в Англии. Завод полностью был разрушен, более 100 домов обрушились, 130 человек погибло, 70 получили тяжелые ранения.

В 1979 г. на фабрике в ФРГ произошел взрыв. Фабрика была разрушена, погибло 24 человека, 27 человек получили тяжелые ранения.

В РФ в 1988 г. (г. Арзамас) взорвались вагоны со взрывчаткой, погибло 92 человека, тяжело ранены и получили увечья 250 человек, разрушено 190 домов.

Авария на продуктопроводе в Башкирии в 1989 г. охватила территорию более 2 км². В результате были разрушены железнодорожные пути, уничтожены контактные сети, опоры, два пассажирских состава в количестве 37 вагонов, погибло 703 человека, получили тяжелые ранения, ожоги 677 человек.

Из всего сказанного следует, что, в первую очередь, усилия людей в борьбе с авариями и катастрофами должны быть направлены на предупреждение чрезвычайных ситуаций, повышение устойчивости противостояния основным поражающим факторам.