Расчет параметров взрыва газовоздушных смесей

 

При взрыве газовоздушных смесей (ГВС) зону детонационной волны, ограниченную радиусом r₀, можно определить по формуле

 

r₀ = , м, (2.24)

 

где 1/ 24 - коэффициент, м/кДж^1/3;

Э - энергия взрыва смеси, определяемая из выражения

Э = , кДж, (2.25)

где С - стехиометрическая концентрация горючего по объему в %, для метана 9,45 об.%;

r_стх - плотность смеси стехиометрического состава, кг/м³, для метана составит 1,232 кг/м³;

Q_стх - энергия взрывчатого превращения единицы массы смеси стехиометрического состава, кДж/кг;

V₀ - свободный объем помещения, м³.

Произведем расчет параметров взрыва газовоздушных смесей для наиболее опасного сценария С1:

Данные для расчета: Q_стх – для метана 2,763∙10³ кДж/кг,

 

V₀ =0,8∙V_п=0,8∙55250=44200 м³.

 

Э = =1592,1∙10⁶, кДж,

 

r₀ = =48,7, м,

 

Зона действия воздушной ударной волны (ВУВ) начинается сразу за внешней границей облака ГВС. Давление во фронте ударной волны DР_ф зависит от расстояния до центра взрыва и определяется таблице 2.2, исходя из соотношения

 

DР_ф = f (r / r₀),  (2.26)

 

где r - расстояние от центра взрыва до рассматриваемой точки.

 

Таблица 2.2- Зависимость DР_ф от расстояния до центра взрыва

r/r0	0 – 1		1,01		1,04		1,08		1,2		1,4		1,8		2,7
DРф,кПа	1700		1232		814		568		400		300		200		100
r/r0		3		4		5		6		8		12		20
DРф,кПа		80		50		40		30		20		10		5

 

Данные определенные по формуле 2.10 в соответствии с таблицей 2.2 занесем в таблицу 2.3.

 

Таблица 2.3 – Зависимость избыточного давления на фронте ударной волны и расстояния до центра взрыва

Расстояние до центра взрыва, м	r/r0	DPф, кПа
20	1,4	300
40	1,8	200
60	2,2	100
100	3	80
150	4	50
200	5	40
250	6	30
350	8,2	20
500	12	10

 

Рассмотрим воздействие избыточного давления ударной волны на человека.

 

Таблица 2.4 – Воздействие избыточного давления ударной волны на человека

Уровень поражения	Величина избыточного давления, кПа	Расстояние до центра взрыва, м
Летальный исход	300	27
Перелом ребер	130	40
Состояние контузии	70	54.5
Общее сотрясение организма, кровоизлияние в легкие, мышечное кровоизлияние	50	65.5
Разрыв барабанных перепонок	20	114

 

Избыточным давлением ударной волны будет поражен персонал компрессорной станции.

Рассчитаем уровни разрушений при взрыве в здании компрессорной станции.

2.9 Расчет уровней разрушений при взрыве

 

Произведем расчет уровней разрушений при взрыве для наиболее опасного сценария С1 развития аварии.

Расстояние от предполагаемого центра взрыва до объекта, т.е. радиус разрушений, который определяют по формуле:

 

, (2.27)

 

где W – тротиловый эквивалент взрыва, кг;

К – константа соответствующих разрушений;

Выделяют шесть основных зон опасности для следующих значений константы:

1) К=1 – условный радиус полного разрушения.

2) К=3,8 – зона полного разрушения зданий.

3) К=5,6 – зона 50%-го разрушения зданий.

4) К=9,6 – зона разрушений зданий без обрушения.

5) К=28 – зона умеренного разрушения зданий с разрушением дверей, оконных переплетов, внутренних перегородок.

6) К=56 – зона малого повреждения с разрушением около 10% остекления.

Тротиловый эквивалент взрыва рассчитывается по формуле:

 

W= , (2.28)

 

где Z – доля приведенной массы паров, участвующих во взрыве (принимается Z=0,1),

q – низшая теплота сгорания, кДж/кг (для прир. газа q = 53082,492 кДж/кг)

q_t – удельная энергия взрыва тротила, кДж/кг (q_t = 4520 кДж/кг),

m – общая масса газа, кг.

 

W = = 1212 кг.

 

Отсюда, согласно формуле 3.13 находим радиус разрушений:

 

R = K· = K·7,55.

 

Результаты расчетов по всем зонам опасности сведены в таблице 2.5.

 

Таблица 2.5 – Зоны разрушений при взрыве природного газа

№ п/п	Зоны разрушений	Радиус разрушений, м
1	Зона полного разрушения, К=1	7,6
2	Зона полного разрушения зданий, К=3,8	28,7
3	Зона 50%-го разрушения зданий, К=5,6	42,3
4	Зона разрушения зданий без обрушений, К=9,6	72,5
5	Зона умеренного разрушения зданий, К=28	211,4
6	Зона повреждения около 10 % остекления, К=56	423

 

Ситуационный план рассматриваемого сценария развития аварии представлен в приложении А.

Все полученные данные сведем в таблицу.

 

Таблица 2.6 – Сводная таблица

Наименование показателя	Разгерметизация газопровода в помещении
Масса горючих газов, вышедших в атмосферу, кг	2322
Удельная теплота сгорания газа, кДж/кг	35996,03
Расстояние от эпицентра взрыва, м, соответствующее избыточному давлению: DPф = 100 кПа DPф = 50 кПа DPф = 30 кПа DPф = 12 кПа	60 150 250 500
Среднее число людей в соответствующей зоне действия ударной волны, чел.	0
	0
	2
	3
Число пораженных от действия ударной волны, чел.	5
Радиус зоны, ограниченной НКПР, м	85
Число пораженных от действия открытого пламени в результате взрыва, чел.	0

 

В связи с тем, что наличие очагов возгорания возможно, применение средств пожаротушения необходимо. Но на территории компрессорной станции располагается сеть пожарных гидрантов.

 

2.10 Расчет параметров завала, образовавшегося в результате взрыва

 

Рассчитаем параметры завала, образовавшегося в результате взрыва, для наиболее опасного сценария С1.

Высота завала (h) – расстояние от уровня земли до максимального уровня обломков в пределах контура здания.

Основными факторами, определяющими высоту завала, являются этажность здания и величина действующего давления во фронте воздушной ударной волны. Чем больше давление, тем дальше разлетаются обломки, что приводит к уменьшению высоты завала (рисунок 2.2). Максимальной по величине высота завала будет в том случае, если на здание подействует минимальное давление, вызывающее разрушение стен здания. За минимальное давление обычно принимают P_ф=0,05МПа.

Высоту завала можно определить из условия равенства объема образовавшегося завала

 

, (2.29)

 

и объема обелиска

 

, (2.30)

 

где А, В, Н - длина, ширина и высота здания, м;

g - объем завала на 100 м³ строительного объема здания, принимаемый: для промышленных зданий – g = 20 м³; для жилых зданий – g = 40 м³;

h – высота завала;

L – дальность разлета обломков (при авариях со взрывом L=0,5H);

А_зав, В_зав – длина и ширина завала.

 

Рисунок 2.2 – Расчетная схема образования завала при различных давлениях

Размеры завалов при взрыве в здании определяются по формулам

 

А_зав= А+2L; В_зав=В+2L (2.31)

 

Вне здания: А_зав= А+L; В_зав=В+L (2.32)

Приравняв правые части формул (2.22) и (2.23), найдем высоту завала

 

, (2.33)

 

Из приложения Б видно, что полному разрушению подвергнутся здание компрессорной станции (А=85 м, В=65 м, Н=10 м, А_зав=95 м, В_зав=75 м) и установка подготовки газа (А=4 м, В=5 м, Н=4 м, по формулам 3.17: А_зав=6 м, В_зав=7 м). Таким образом, подставив значения получим высоту и объем завала, образовавшегося при полном разрушении строения

 

;

 

;

 

;

 

;

 

;

.

 

Объем завала зданий, получивших сильную степень разрушения, принимают равным половине от объема завала полностью разрушенного здания. В зоне сильных разрушений находятся установка охлаждения газа (А=45м, В=20 м, Н=4 м, А_зав=47 м, В_зав=22 м), здание ремонтного управления (А=30 м, В=10 м, Н=3 м, А_зав=33 м, В_зав=13 м) и установка очистки газа (А=38 м, В=15 м, Н=4 м, А_зав=40 м, В_зав=17 м).

 

;

 

;

 

;

 

;

 

;

 

;

 

;

;

 

;

 

Общие потери людей на объекте будут суммироваться из чисел пострадавших в зданиях и вне зданий

 

N_об = N_об.зд + N_{об.откр.}, (2.34)

 

где N_об.зд – пострадавшие, находившиеся в зданиях (17 человек);

N_{об.откр} – пострадавшие, находившиеся вблизи здания (0 человек).

Следовательно,

N_об = 17+0=17 чел.

Безвозвратные потери людей под завалами составят

N_б = 0,6∙N_об (2.35)

N_б = 0,6×17=10 чел.,

а санитарные потери в завалах

N_с = N_об – N_б  (2.36)

N_с = 17 – 10=7 чел.

Таким образом, общее число пострадавших при ЧС на компрессорной станции будет определяться как сумма пострадавших от избыточного давления ударной волны взрыва и пострадавших, находящихся под завалами:

 

N_сан=7+5=12; N_{безвозвр}=10+0=10.

 

Общее число пострадавших при ЧС на компрессорной станции составит– 22 человека.