Однією з причин великих виробничих аварій і катастроф є вибухи, які на промислових підприємствах супроводжуються обвалами і деформаціями споруд, пожежами, виходами з ладу обладнання енергопідприємств.
Найчастіше спостерігаються вибухи котлів у котельнях, маслонаповненого обладнання на підприємствах електроенергетики, газів, апаратів, продукції і напівфабрикатів на хімічних підприємствах, пари бензину і інших складових палива, лакофарбових розчинників, нерідкі випадки вибуху побутового газу.
Причинами вибухів трансформаторного масла, газу тощо можуть служити відкритий вогонь, електрична іскра в тому числі від статичної електрики.
Вражаючим фактором будь-якого вибуху є ударна хвиля. Дія ударної хвилі на елементи споруд характеризуються складним комплексом навантажень: прямий тиск, тиск відбиття, тиск обтікання, тиск затікання, навантаження від сейсмовибухових хвиль.
Дію ударної хвилі прийнято оцінювати надлишковим тиском у фронті ударної хвилі DР (кПа).
Розрахунок точного значення надлишкового тиску при вибуху парогазоповітряної суміші поза приміщенням надзвичайно складний. Це пов'язано з невизначеністю багатьох факторів, які впливають на утворення хмари суміші. Це – напрямок і швидкість руху повітря при даній щільності забудови, стан турбулентності атмосфери, температура і вологість повітря тощо. Тому можна говорити лише про оціночний характер розрахунків.
Одна з методик полягає в оцінці значення надлишкового тиску вибухової хвилі, яка виникає при вибуху суміші повітря з вуглеводневими газами: метаном, пропаном, бутаном, етиленом, пропіленом тощо.
Мета розрахунку – оцінка ступеня руйнування енергоспоруд після вибуху біля них газоповітряної суміші, можливості продовження експлуатації об’єкта з метою обґрунтування заходів із підвищення стійкості інженерно-технічного комплексу.
Порядок виконання завдання.
19.1. Визначення розмірів зон вибухової хвилі, дії продуктів вибуху та повітряної ударної хвилі.
При вибуху газоповітряної суміші утворюються три зони:
Зона детонаційної хвилі з постійним значенням надлишкового тиску ΔРІ = 1700 кПа і радіусом
(м), (19.1)
де Q – маса газу, що вибухнув (т).
Зона дії продуктів вибуху радіусом
(м), (19.2)
Надлишковий тиск в межах зазначених зон змінюється згідно з формулою
(кПа), (19.3)
де r – відстань від епіцентру вибуху до даного об’єкта, що розташований у зоні, м.
Зона повітряної ударної хвилі rІІІ > rІІ. Значення надлишкового тиску в цій зоні знаходиться з наступних формул:
при Ψ ≤ 2 надлишковий тиск визначається за формулою:
(кПа), (19.4)
а при Ψ > 2 надлишковий тиск визначається за формулою:
(кПа), (19.5)
де — допоміжний коефіцієнт.
19.2. По заданій відстані від епіцентру вибуху визначається зона, в якій розташований об'єкт.
19.3. Визначається значення надлишкового тиску в місці розташування об'єкта залежно від величини допоміжного коефіцієнту за формулою (19.4) або (19.5).
19.4. Визначення ступеня руйнування споруд.
Від впливу ударної хвилі на будови і споруди можуть утворитися різні ступені руйнувань. Залежно від величини надмірного тиску можуть виникнути повні, сильні, середні та слабкі руйнування, характеристика яких відображена у табл. 19.1.
19.5. Визначення характеристики руйнувань (по табл. 19.2).
19.6. Розробка пропозицій з підвищення стійкості об'єкта.
З наступного переліку здійснюється вибір відповідних заходів.
Заходи з підвищення стійкості об'єкта:
19.6.1. Можливі заходи з підвищення стійкості інженерно-технічного комплексу:
а) Будови і споруди:
ü зміцнення несучих конструкцій;
ü встановлення захисних валів або заглиблення споруд.
б) Цінне обладнання:
l розташування у захисних спорудах або в спорудах з підвищеною стійкістю;
l встановлення обладнання на фундаментах;
l використання захисних конструкцій (ковпаків, козирків, навісів, тощо).
в) Системи енерго-, газо- та водопостачання:
u розподіл схеми електромереж на незалежно працюючі частини та підключення підприємства до кількох енергоджерел;
u заміна повітряних мереж на підземні кабельні лінії з встановленням автоматичних роз'єднувачів для відключення пошкоджених ділянок;
u створення резерву автономних джерел живлення;
u водопостачання з двох незалежних джерел;
u захист вододжерел і резервуарів питної і технічної води;
u створення обхідних ліній навколо водонапірних веж;
u влаштування газорозподільних станцій і опорних пунктів обхідних газопроводів у підземному виконанні;
u встановлення у вузлових точках системи газопостачання автоматичних пристроїв, які спрацьовують при аварії.
г) Виключення або зменшення дії вторинних вражаючих факторів:
ü обваловування та заглиблення ємностей та складів;
ü підготовка і раціональне розташування засобів для гасіння пожеж.
19.6.2. Заходи з підвищення стійкості виробничої діяльності об'єкта:
а) Захист працівників і службовців:
l будівництво захисних споруд;
l розсередження;
l використання засобів індивідуального захисту.
б) Управління, оповіщення, зв'язок:
u завчасне створення і обладнання запасних пунктів управління, оповіщення, зв'язку;
u дублювання систем управління, оповіщення, зв'язку.
в) Постачання:
ü - встановлення надійного зв'язку з підприємствами- постачальниками;
ü - пошук можливостей переходу на місцеві джерела палива та сировини;
ü дублювання шляхів постачання палива та сировини.
г) Запаси матеріально-технічних засобів:
l завчасне визначення необхідного об'єму запасів сировини, палива, обладнання, матеріалів та комплектуючих виробів;
l забезпечення надійного зберігання запасів на об'єкті.
д) Підготовка до відновлення порушеного виробництва:
u завчасна розробка документації з відновлення об'єкта;
u створення необхідних запасів матеріальних засобів для відновлення виробництва;
u завчасне створення бригад для проведення ремонтно-відновлювальних робіт.
19.7. Робиться висновок щодо можливості відновлення споруд.
Таблиця 19.1 — Ступені руйнувань елементів промислового об’єкта при різних значеннях надлишкового тиску ударної хвилі, кПа
Елементи об’єкта
Руйнування
слабке
середнє
сильне
повне
1. Виробничі, адміністративні та житлові будови
l масивні промислові будови з металевим каркасом і крановим обладнанням вантажопідйомністю 25-50 т
20-30
30-40
40-50
50-70
l те саме з крановим обладнанням вантажопідйомністю 60-100 т
20-40
40-50
50-60
60-80
l бетонні та залізобетонні будови і будови антисейсмічної конструкції
25-80
80-120
120-200
> 200
l будови з легким металевим каркасом та безкаркасною конструкцією
10-20
20-30
30-50
50-70
l промислові будови з металевим каркасом та бетонним заповненням
10-20
20-30
30-40
40-50
l промислові будови з металевим каркасом та суцільним заповненням стін та даху
10-20
20-30
30-40
40-50
Продовження таблиці 19.1
Елементи об’єкта
Руйнування
слабке
середнє
сильне
повне
l багатоповерхові залізобетонні будови з великою площею засклення
8-20
20-40
40-90
90-100
l будови зі збірного залізобетону
10-20
20-30
30-50
50-60
l одноповерхові будови з металевим каркасом і стінним заповненням із листового металу
5-7
7-10
10-15
>15
l те саме, з дахом і стінним заповненням ыз хвильової сталі
7-10
10-15
15-25
25-30
l цегляні безкаркасні виробничо-допоміжні будови з перекриттям (покриттям) із залізобетонних збірних елементів одно- і багатоповерхові
10-20
20-35
35-45
45-60
l те саме з перекриттям із дерев’яних елементів
l
8-15
15-25
25-35
>35
l будови фідерної або трансформаторної підстанції з цегли або бетонних блоків
l
10-20
20-40
40-60
60-80
l складські цегляні будови
10-20
20-30
30-40
40-50
Продовження таблиці 19.1
Елементи об’єкта
Руйнування
слабке
середнє
сильне
повне
l легкі склади-навіси з металевим каркасом і шиферним дахом
10-25
25-35
35-50
>50
l адміністративні багатоповерхові будови з металевим або залізобетонним каркасом
20-30
30-40
40-50
50-60
l цегляні малоповерхові будинки (один-два поверхи)
8-15
15-25
25-35
35-40
l звичайне засклення будов
0,5-1,0
1-1,5
1,5-3
-
l засклення будов армованим склом
1-1,5
1,5-2
2-5
-
2. Деякі види обладнання
ü крани і кранове обладнання
20-30
30-50
50-70
ü підйомно-транспортне обладнання
50-60
60-80
ü стрічкові конвеєри в галереї на залізобетонній естакаді
5-6
6-10
10-20
20-40
ü ковшові конвеєри в галереї на залізобетонній естакаді
8-10
10-20
20-30
30-50
ü гнучкі шланги для транспортування сипучих матеріалів
7-15
15-25
25-35
35-45
ü електродвигуни потужністю до 2 кВт, відкриті
20-40
40-50
50-60
60-80
ü ті самі, герметичні
30-50
50-70
70-80
80-100
ü електродвигуни потужністю від 2 до 10 кВт, відкриті
30-50
50-70
-
80-90
ü ті самі, герметичні
40-60
60-75
75-85
85-100
Продовження таблиці 19.1
Елементи об’єкта
Руйнування
слабке
середнє
сильне
повне
ü електродвигуни потужністю 10 кВт і більше, відкриті
50-60
60-80
80-100
100-120
ü ті самі, герметичні
60-70
70-80
80-100
100-120
ü трансформатори від 100 до 1000 кВт
20-30
30-50
50-60
> 60
ü трансформатори блочні
30-40
40-60
-
-
ü контрольно-вимірювальна апаратура
5-10
10-20
20-30
> 30
ü електролампи у плафонах
-
-
-
10-20
ü електролампи відкриті
-
-
-
5-7
ü парові котли, парогенератори
50-70
70-100
100-150
>150
3. Технологічні та комунально-енергетичні споруди і мережі
u газгольдери та наземні резервуари для паливо-мастильних та хімічних речовин
15-20
20-30
30-40
> 40
u підземні металеві та залізобетонні резервуари
20-50
50-100
100-200
u частково заглиблені резервуари
40-50
50-80
80-100
> 100
Продовження таблиці 19.1
Елементи об’єкта
Руйнування
слабке
середнє
сильне
повне
u наземні металеві резервуари та ємності
30-40
40-70
70-90
> 90
u відкрито розміщене обладнання артезіанських свердловин
70-110
110-130
130-170
>170
u водонапірні вежі
10-20
20-40
40-60
>60
u металеві вежі суцільної конструкції
20-30
30-50
50-70
>70
u трансформаторні підстанції закритого типу
30-40
40-60
60-70
70-80
u кабельні підземні лінії
200-300
300-600
600-1000
1000-1500
u кабельні наземні лінії
10-30
30-50
50-60
>60
u повітряні лінії напругою більше 1 кВ
25-30
30-50
50-70
>70
u повітряні лінії напругою до 1 кВ
20-60
60-100
100-160
>160
u підземні сталеві трубопроводи діаметром до 350 мм
600-1000
1000-1500
1500-2000
>2000
u те ж саме діаметром понад 350 мм
200-350
350-600
600-1000
>1000
Продовження таблиці 19.1
Елементи об’єкта
Руйнування
слабке
середнє
сильне
повне
u підземні чавунні та керамічні трубопроводи на розтрубах, азбоцементні на муфтах
200-600
600-1000
1000-2000
>1000
u трубопроводи, заглиблені на 20 см
150-200
250-350
-
u трубопроводи наземні
-
u трубопроводи на металевих та залізобетонних естакадах
20-30
30-40
40-50
-
u оглядові колодязі та засувки на мережах комунального господарства
200-400
400-600
600-1000
u мережі комунального господарства (водопровід, каналізація, газопровід) заглиблені
100-200
400-1000
1000-1500
4. Захисні споруди
l сховища, які розташовані окремо та розраховані на надлишковий тиск ударної хвилі 500 кПа
l
500-600
600-700
700-900
>900
l сховища, які розташовані окремо та вбудовані, що розраховані на надлишковий тиск ударної хвилі 300 кПа3,
300-400
400-550
550-650
>650
l ті самі, що розраховані на 200 кПа
200-300
300-370
370-450
>450
Продовження таблиці 19.1
Елементи об’єкта
Руйнування
слабке
середнє
сильне
повне
l ті самі, що розраховані на 100 кПа
100-140
140-180
180-220
>220
l ті самі, що розраховані на 50 кПа
50-70
70-90
90-110
>110
l протирадіаційні укриття (ПРУ), розраховані на 30 кПа
30-40
40-60
60-90
>90
l підвали без підсилення несучих конструкцій
20-30
30-60
60-80
>80
5. Засоби транспорту, будівельна техніка, мости, загати
ü вантажні автомобілі і автоцистерни
20-30
30-55
55-90
90-130
ü автобуси і спецавтомашини з кузовами автобусного типу
15-20
20-45
45-60
60-80
ü гусеничні тягачі і трактори
30-40
40-80
80-110
110-130
ü шосейні дороги з асфальтовим та бетонним покриттям
120-300
300-1000
1000-2000
2000-4000
ü залізничні колії
100-150
150-200
200-300
300-500
ü металеві мости з довжиною прольоту 30-40 м
50-100
100-150
150-200
200-300
ü те саме з прольотом 100 м і більше
40-80
80-100
100-150
150-200
ü мости залізничні з прольотом 20 м
50-60
60-110
110-200
200-300
ü те саме з прольотом 10 м
50-100
100-350
350-380
380-400
ü дерев’яні мости
40-60
60-110
110-200
200-250
ü бетонні греблі
1000-2000
2000-5000
5000-10000
>10000
ü земляні загати шириною 80-100 м
150-700
700-1000
>1000
Таблиця 19.2 — Характеристика ступенів руйнування ударною хвилею елементів промислового об’єкта
Елементи об’єкта
Руйнування
слабкі
середні
сильні
Виробничі, адміністративні та житлові будови
Руйнування найменш міцних конструкцій будинків, споруд і агрегатів: заповнень дверних і віконних прорізів, зрив покрівлі; основного устаткування, що ушкоджене у незначній мірі. Відбудовні роботи зводяться до середнього відбудовного ремонту.
Руйнування покрівлі, перегородок, а також частини устаткування, ушкодження підіймально-транспортних механізмів. Відновлення можливе при капітальному відбудовному ремонті з використанням збережених основних конструкцій і устаткування.
Значні деформації несучих конструкцій, руйнування більшої частини перекриття, стін і устаткування. Відновлення елемента можливе, але, власне кажучи, зводиться до нового будівництва з використанням деяких збережених конструкцій і устаткування.
Продовження таблиці 19.2
Елементи об’єкта
Руйнування
слабкі
середні
сильні
Промислове обладнання
Ушкодження шестерень і передавальних механізмів, обриви маховиків і важелів управління. Розрив приводних ременів. Відновлення можливе без повного розбирання, з заміною ушкоджених частин.
Ушкодження й деформація основних деталей, ушкодження електропроводки, приладів автоматики. Використання устаткування можливе після капітального ремонту.
Зсув із фундаментів, деформація станин, тріщини в деталях, вигин валів і вісей, ушкодження електропроводки. Ремонт і відновлення, як правило, недоцільні.
Газгольдери, резервуари і ємності для нафтопродуктів, зріджених газів і хімічних продуктів
Невеликі вм'ятини на оболонці, деформація трубопроводів, ушкодження арматури. Використання можливе після середнього (поточного) ремонту і заміни ушкоджених деталей.
Зсув на опорах, деформація оболонок, трубопроводів, ушкодження арматури. Використання можливе після капітального ремонту.
Зрив із опор, перекидання, руйнування й деформація оболонок, обриви трубопроводів і арматури. Використання й відновлення неможливе.
Продовження таблиці 19.2
Елементи об’єкта
Руйнування
слабкі
середні
сильні
Технологічні та комунальні споруди й мережі
Часткове ушкодження стиків труб, контрольно-вимірювальної апаратури, верхньої частини стінок оглядових колодязів. При відновленні міняються ушкоджені елементи.
Розрив і деформація труб у окремих місцях, ушкодження стиків, фільтрів, відстійників, баків, вихід з ладу контрольно-вимірювальних приладів. Руйнування і сильна деформація резервуарів вище рівня рідини. При відновленні виконується капітальний ремонт із заміною ушкоджених елементів.
Руйнування й деформація більшої частини труб, ушкодження відстійників, насосного й іншого устаткування. Ушкодження арматури. Відновлення неможливе.
Продовження таблиці 19.2
Елементи об’єкта
Руйнування
слабкі
середні
сильні
Рухомий поїзд, автотранспорт, інженерна техніка, підіймально-транспортні механізми, кранове обладнання
Часткове руйнування і деформація обшивання й даху, ушкодження скла кабін, фар і приладів. Необхідний поточний (середній) ремонт.
Руйнування кузовів, критих вагонів, ушкодження кабін (кузовів), відривання дверей і ушкодження зовнішнього устаткування, розрив трубопроводів систем живлення, охолодження й змащення. Використання можливе після ремонту із заміною ушкоджених вузлів.
Перекидання, відривання окремих частин, загальна деформація рами, руйнування кабіни (кузова,
вантажної платформи), відривання й пошкодження радіаторів, крил, підніжок, зовнішнього устаткування двигуна. Використання неможливе, необхідний капітальний ремонт у заводських умовах.
Продовження таблиці 19.2
Елементи об’єкта
Руйнування
слабкі
середні
сильні
Захисні споруди
Часткове руйнування ходу сполучення, що примикає до споруди, незначні зрушення й тріщини в з'єднаннях конструктивних елементів. Споруда придатна до повторного використання після розчищення входу.
Руйнування ділянки, що примикає до споруди, ходу сполучення, деформація і зсув стін, покриттів, рам, дверей, без значного обвалення ґрунту й засипання ним внутрішніх приміщень. Для використання споруд за призначенням необхідний середній відбудовний ремонт.
Значна деформація основних несучих конструкцій, руйнування захисних дверей і внутрішнього устаткування, обвалення, завал входів ґрунтом. Відновлення й використання споруд для захисту людей неможливі.
Примітка: при повних руйнуваннях в будовах і спорудах повністю зруйновані всі основні несучі конструкції і перекриття, трубопроводи й кабелі розірвані, опори зруйновані, обладнання деформоване, відновлення елементів неможливе.