Поражающие факторы при авариях на взрывопожароопасных объектах экономики

.

В качестве поражающих факторов пожаров и взрывов на про­мышленных объектах приняты наиболее характерные для таких аварий:

- непосредственное действие огня на горящий предмет (горение);

- дистанционное воздействие на предметы и объекты высоких температур за счет светового излучения. В результате происходит сгорание предметов и объектов, их обугливание, разрушение, выход из строя. Действие высоких температур вызывает пережог, деформацию и обрушение металлических ферм, балок перекрытий и других конструктивных деталей сооружений. Кирпичные стены и столбы деформируются. В кладке из силикатного кирпича при длительном нагревании до 500–600 °С наблюдается расслоение кирпича и разрушение материала;

- воздействие токсичных продуктов горения. При пожаре в современных зданиях, при строительстве которых применялись полимерные и синтетические материалы, человек испытывает воздействие токсичных продуктов горения. Хотя в продуктах горения содержится 50–100 видов химических соединений, оказывающих токсическое воздействие, основной причиной гибели людей на пожарах является отравление оксидом углерода. Оксид углерода опасен тем, что он реагирует с гемоглобином крови в 200–300 раз активнее, чем кислород, вследствие чего красные кровяные тельца утрачивают способность снабжать организм кислородом. В 50–80 % случаев гибель людей на пожарах вызывается отравлением оксидом углерода и недостатком кислорода. Понижение концентрации кислорода всего лишь на 3 % вызывает ухудшение двигательных функций организма;

- воздушная ударная волна, возникающая при разного рода взрывах газо-воздушных и топливно-воздушных смесей, резервуаров с перегретой жидкостью и резервуаров под давлением;

- тепловое излучение и разлетающиеся осколки.

Основным параметром, характеризующим поражающее действие светового излучения, является световой импульс «И» - количество световой энергии, падающей за все время огненного свечения на 1м² освещаемой поверхности, перпендикулярной к направлению излучения. Световой импульс измеряется в Дж/м² или ккал/см². Световое излучение вызывает ожоги открытых участков тела, поражение глаз (временное или полное), пожары.

В зависимости от величины светового импульса различают ожоги разной степени:

1. Ожоги 1-й степени вызываются световым импульсом, равным 2...4 ккал/см² (84...168 кДж/м²). При этом наблюдается покраснение кожных покровов. Лечение обычно не требуется.

2. Ожоги 2-й степени вызываются световым импульсом, равным 5...8 ккал/см² (210...336 кДж/м²). На коже образуются пузыри, наполненные прозрачной белой жидкостью. Если площадь ожога значительная, то человек может потерять работоспособность и нуждаться в лечении. Выздоровление может наступить даже при площади ожога до 60% поверхности кожи.

3. Ожоги 3-й степени наблюдаются при величине светового импульса, равного 9...15 ккал/см². (368...630 кДж/м²). Тогда происходит омертвление кожи с поражением росткового слоя и образованием язв. Требуется длительное лечение.

4. Ожоги 4-й степени имеют место при световом импульсе свыше 15 ккал/см² (630 кДж/м²). Происходит омертвление более глубоких слоев ткани (подкожной клетчатки, мышц, сухожилий, костей).

При взрыве ТВС (топливно-воздушные смеси) образуется очаг поражения с ударной волной и световым излучением («огненный шар»). В очаге взрыва ТВС можно выделить три сферические зоны (рис. 1).

Зона I - зона детонационной волны. Находится в пределах облака взрыва. Радиус зоны определяется формулой:

(1)

где R₁ - радиус зоны I, м;

Q - масса сжиженного газа, т.

В пределах зоны I избыточное давление можно считать постоянным и равным 1700 кПа.

Зона II - зона действия продуктов взрыва, которая охватывает всю площадь разлета продуктов взрыва ТВС в результате ее детонации. Радиус зоны II в 1,7 раза больше радиуса зоны I, то есть R₂= 1,7R₁, а избыточное давление по мере удаления уменьшается до 300 кПа.

Зона III - зона действия УВВ. Здесь формируется фронт УВВ.

Ударная воздушная волна (УВВ) - наиболее мощный поражающий фактор при взрыве. Она образуется за счет колоссальной энергии, выделяемой в центре взрыва, что приводит к возникновению здесь огромной температуры и давления. Раскаленные продукты взрыва при стремительном расширении производят резкий удар по окружающим слоям воздуха, сжимают их до значительного давления и плотности, нагревая до высокой температуры.

 

 

Рис. 1. Зоны в очаге поражения при взрыве ТВС (r ₁, r₂, r₃, - радиусы внешних границ соответствующих зон).

 

Такое сжатие происходит во все стороны от центра взрыва, образуя фронт УВВ. Вблизи центра взрыва скорость распространения УВВ в несколько раз превышает скорость звука. Но по мере движения скорость ее распространения падает. Снижается и давление во фронте. В слое сжатого воздуха, называемого фазой сжатия УВВ наблюдаются наибольшие разрушительные последствия. По мере движения давление во фронте УВВ падает и в какой-то момент достигает атмосферного, но будет продолжать уменьшаться из-за снижения температуры. При этом воздух начнет движение в обратном направлении, то есть к центру взрыва. Эта зона пониженного давления называется зоной разрежения.

Параметры УВВ:

1. Избыточное давление (см. рис. 2) определяется разностью между фактическим давлением воздуха в данной точке и атмосферным давлением:

Р_изб = Р_ф – Р_атм, (2)

Измеряется в кг/см² или Паскалях (1 кг/см² = 100 кПа). При проходе фронта УВВ избыточное давление воздействует на человека со всех сторон.

2. Скоростной напор воздуха (динамическая нагрузка). Обладает метательным действием. Измеряется в кг/см² или Паскалях. Совместное воздействие этих двух параметров УВВ приводят к разрушениям объектов и человеческим жертвам.

Скоростной напор воздуха зависит от скорости и плотности воздуха за фронтом УВВ и равен:

(3)

где V - скорость частиц воздуха за фронтом УВВ, м/с;

ρ - плотность воздуха за фронтом УВВ, кг/м³.

3. Время распространения УВВ (Т_р, с).

4. Продолжительность действия фазы сжатия на объект (τ⁺, с).

Воздействие УВВ на человека может быть косвенным или непосредственным. При косвенном поражении УВВ, разрушая постройки, вовлекает в движение огромное количество твердых частиц, осколков стекла и других предметов массой до 1,5 г при скорости до 35 м/с. Так, при величине избыточного давления порядка 60 кПа плотность таких опасных частиц достигает 4500 шт/м². Наибольшее количество пострадавших - жертвы косвенного воздействияУВВ.

При непосредственном поражении УВВ наносит людям крайне тяжелые, тяжелые, средние или легкие травмы:

- крайне тяжелые травмы (обычно несовместимые с жизнью) возникают при воздействии избыточного давления величиной свыше 100 кПа;

- тяжелые травмы (сильная контузия организма, поражение внутренних органов, потеря конечностей, сильное кровотечение из носа и ушей) возникают при избыточном давлении 100...60 кПа;

- средние травмы (контузии, повреждения органов слуха, кровотечение из носа и ушей, вывихи) имеют место при избыточном давлении 60...40 кПа;

- легкие травмы (ушибы, вывихи, временная потеря слуха, общая контузия) наблюдаются при избыточном давлении 40...20 кПа.

Эти же параметры УВВ приводят к разрушениям, характер которых зависит от нагрузки, создаваемой УВВ, и реакции предмета на действия этой нагрузки. Поражения объектов, вызванные УВВ, можно характеризовать степенью их разрушений.

Зона полных разрушений. Восстановить разрушенные объекты невозможно. Массовая гибель всего живого. Занимает до 13% всей площади очага поражения. Здесь полностью разрушены строения, до 50% противорадиационных укрытий (ПРУ), до 5% убежищ и подземных коммуникаций. На улицах образуются сплошные завалы. Сплошных пожаров не возникает из-за сильных разрушений, срыва пламени ударной волной, разлета воспламенившихся обломков и засыпки их грунтом. Эта зона характеризуется величиной избыточного давления свыше 50 кПа.

Зона сильных разрушений занимает площадь до 10% очага поражения. Строения сильно повреждены, убежища и коммунальные сети сохраняются, 75% укрытий сохраняют свои защитные свойства. Есть местные завалы, зоны сплошных пожаров. Зона характеризуется избыточным давлением 0,3...0,5 кг/см² (30...50 кПа).

Зона средних разрушений наблюдается при избыточном давлении 0,2...0,3 кг/см² (20...30 кПа) и занимает площадь до 15% очага поражения. Строения получают средние разрушения, а защитные сооружения и коммунальные сети сохраняются. Могут быть местные завалы, участки сплошных пожаров, массовые санитарные потери среди незащищенного населения.

Зона слабых разрушений характеризуется избыточным давлением 0,1...0,2 кг/см² (10...20 кПа) и занимает до 62% площади очага поражения. Строения получают слабые повреждения (разрушения перегородок, дверей, окон), могут быть отдельные завалы, очаги пожаров, а у людей - травмы.

За пределами зоны слабых разрушений возможны нарушения остекления и несущественные разрушения. Население способно оказывать самопомощь. Рельеф местности влияет на распространение УВВ: на склонах холмов, обращенных в сторону взрыва, давление выше, чем на равнинной местности (при крутизне склона 30° давление на нем на 50% выше), а на обратных склонах - ниже (при крутизне склона 30° - в 1,2 раза ниже). В лесных массивах избыточное давление может оказаться на 15% выше, чем на открытой местности, но по мере углубления в лес скоростной напор уменьшается. Метеоусловия оказывают влияние только на слабую УВВ, то есть с избыточным давлением менее 10 кПа. Летом наблюдается ослабление УВВ по всем направлениям, а зимой - ее усиление, особенно в направлении ветра. Дождь и туман оказывают влияние на УВВ при избыточном давлении до 300 кПа (при 30 кПа и среднем дожде УВВ ослабляется на 15%, а при ливне - на 30%). Снегопад не снижает давления в УВВ.