Оценка устойчивости промышленного объекта к воздействию воздушной ударной волны при взрыве газовоздушной

5





МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

Национальная Металлургическая академия Украины

Кафедра безопасности жизнедеятельности















Расчётно-графическая работа

по дисциплине: "Гражданская оборона".

Тема: "Оценка устойчивости промышленного объекта к воздействию воздушной ударной волны при взрыве газовоздушной смеси".











Выполнила: ст. гр. ХТ-06

Скрыльникова Е.В.

Проверил: доц. Лукин Е.В.













Днепропетровск 2010


Содержание



Вступление

1. Характеристика воздействия воздушной ударной волны при взрыве газовоздушной смеси

2. Оценка устойчивости работы промышленного предприятия

3. Мероприятия по повышению устойчивости объекта

Выводы

Литература


Вступление



Строительство многих промышленных объектов в настоящее время невозможно без учёта их реакции на динамические нагрузки. Исследование их прочности экспериментальными методами без глубокого теоретического анализа не даёт необходимых результатов.

Наиболее часто возникающей чрезвычайной ситуацией при производственных авариях, катастрофах и стихийных бедствиях является взрыв газовоздушной смеси. Поражающее действие при взрыве производит ударная волна, механическое воздействие на предмет. Подвергшийся действию ударной волны предмет может быть перемещён, откинут, деформирован или повреждён.

Данная работа позволяет определить наиболее слабый объект к воздействию ВУВ и разработать мероприятия по повышению его устойчивости, что является необходимым условием обеспечения непрерывной работы в условиях чрезвычайных ситуаций.


1. Характеристика воздействия воздушной ударной волны при взрыве газовоздушной смеси



Трудно представить, что воздух без которого человек не способен прожить и нескольких минут, может нанести живому организму страшные повреждения. Разумеется, что собственно воздух при нормальном атмосферном давлении никакой опасности не представляет, наоборот, даёт возможность дышать и жить. Но при определённых условиях он способен не только лёгким ветерком распахнуть форточку на кухне, но и смерчем сорвать крышу с дома. Взрыв же в состоянии превратить эту безобидную, на первый взгляд, субстанцию в сжатый кулак, сметающий всё и вся на своём пути. А по статистическим данным, именно взрывы, а также вызванные ими пожары, прочно удерживают лидирующее положение среди катастроф техногенного характера.

Воздушная ударная волна - это область резкого сжатия воздуха, распространяющаяся во все стороны от центра взрыва со сверхзвуковой скоростью. Источником возникновения ВУВ являются высокое давление в области взрыва (миллиарды атмосфер) и температура, достигающая миллионов градусов.

Раскалённые газы, стремясь расшириться, сильно сжимают и нагревают окружающие слои воздуха, в результате чего от центра взрыва волна сжатия или ударная волна. Вблизи центра взрыва скорость распространения ВУВ в несколько раз превышает скорость звука в воздухе. С увеличением расстояния от центра взрыва скорость снижается, и ударная волна трансформируется в звуковую волну.

Наибольшее давление в сжатой области наблюдается на передней её кромке, которая называется фактором ударной воздушной волны. Разность между нормальным атмосферным давлением и давлением на передней кромке ударной волны составляет величину избыточного давления.

Непосредственно за фронтом ударной волны образуются сильные потоки воздуха, скорость которых достигает нескольких сотен километров в час. При встрече с преградой создаётся нагрузка скоростного напора или нагрузка торможения, которая усиливает разрушающее действие ВУВ. Действие ВУВ на объекты носит довольно сложный характер и зависит от многих причин: угла падения, реакции объекта, расстояния от центра взрыва и т.д.

Когда фронт ударной волны достигает передней стенки объекта, происходит её отражение. Давление в отражённой волне повышается в несколько раз, что и определяет степень разрушения данного объекта.

Для характеристики разрушений зданий, сооружений приняты четыре степени разрушения: полные, сильные, средние и слабые.

Полные разрушения - когда разрушаются все основные элементы здания, в том числе и несущие конструкции. Подвальные помещения могут частично сохраниться.

Сильные разрушения - когда разрушаются несущие конструкции и перекрытия верхних этажей, деформируются перекрытия нижних этажей. Использование здания невозможно, а восстановление нецелесообразно.

Средние разрушения - когда разрушаются крыши, внутренние перегородки и частично перекрытия верхних этажей. После расчистки часть помещений нижних этажей и подвалы могут быть использованы. Восстановление зданий возможно при проведении капитального ремонта.

Слабые разрушения - когда разрушаются оконные и дверные заполнения, кровля и лёгкие внутренние перегородки. Возможны трещины в стенах верхних этажей. Здание может эксплуатироваться после текущего ремонта.

Степень разрушения техники (оборудования):

Полные разрушения - объект не может быть восстановлен.

Сильные повреждения - повреждения, которые могут быть устранены капитальным ремонтом в заводских условиях.

Средние повреждения - повреждения, устраняемые силами ремонтных мастерских.

Слабые повреждения - это повреждения, существенно не влияющие на использование техники и устраняются текущим ремонтом.

При оценке воздействия ВУВ на людей и животных различают непосредственные и косвенные поражения. Непосредственные поражения возникают в результате действия избыточного давления и скоростного напора, в результате чего человек может быть отброшен, травмирован. Косвенные поражения могут быть нанесены в результате действия обломков зданий, камней, стекла и других предметов, летящих под воздействием скоростного напора.

Воздействие ВУВ на людей характеризуется лёгкими, средними и крайне тяжёлыми поражениями.

Лёгкие поражения наступают при избыточном давлении 20 - 40 кПа. Они характеризуются временным нарушением слуха, лёгкими контузиями, вывихами, ушибами.

Поражения средней тяжести возникают при избыточном давлении 40-60кПА. Они проявляются в контузиях головного мозга, повреждении органов слуха, кровотечении из носа и ушей, вывихах конечностей.

Тяжёлые поражения возможны при избыточном давлении от 60 до 100кПА. Они характеризуются сильными контузиями всего организма, потерей сознания, переломами; возможны повреждения внутренних органов.

Крайне тяжёлые повреждения наступают при избыточном давлении свыше 100 кПА. У людей отмечаются травмы внутренних органов, внутреннее кровотечение, сотрясение мозга, сильные переломы. Эти поражения часто приводят к смертельному исходу.

У человека одним из наиболее характерных явлений при воздушной контузии является мгновенная потеря сознания, которая стирает из памяти сам момент контузии. Пострадавшие чаще помнят блеск и дым взрыва и никогда не помнят звука взрыва, поскольку скорость ВУВ больше скорости звука.

Следовательно, потеря сознания является результатом сотрясения мозга, непосредственного раздражения частей головного мозга и его аналитического аппарата при действии ВУВ на голову. В лёгких случаях сознание возвращается к пострадавшему через 30-120 минут, а в тяжёлых этот процесс затягивается до нескольких суток.

Защитой от ударной волны являются убежища. На открытой местности действие ударной волны снижается различными углублениями, препятствиями.



2. Оценка устойчивости работы промышленного предприятия



Q = 60 m., rоб = 550 м.

I. Определение избыточного давления во фронте воздушной ударной волны, действующего на объект:

1) Определение размеров зон: определение радиуса зоны детонационной волны:



r1 = 17,5 * = 17,5 *  = 17,5 * 3,9 = 68, 25 м.



определение радиуса внешней границы зоны действия продуктов взрыва:



r2 = 1,7 * r1 = 1,7 * 68,25 = 116,03 м.



2) Объект находится в зоне действия ВУВ

3) Рассчитываем вспомогательный показатель:



Ψ = 0,24,rоб - r1. = 0,24 *  = 1,93 < 2

𝛥Рф. об. =,700-3 (,-1+29,8 ×,Ψ-3. −1). =,700-3 (,-1+29,8 ×.,1,93-3−1). = 41 кПа.



II. Определение границы устойчивости объекта.

В качестве количественного показателя устойчивости объекта к действию ВУВ применяется избыточное давление, при котором здания, сооружения и оборудование объекта сохраняются либо получают слабые и средние разрушения, при которой восстановление разрушенного объекта возможно силами персонала и восстановление его функционирования в короткий срок. Это значение избыточного давления принято считать границей стойкости объекта к действию ВУВ.



Таблица 1. Определение границы стойкости объекта к действию ВУВ

№

Элементы объекта и их краткая характеристика

Степень разрушения при 𝛥Рф., кПа



Предел устойчивости







 элемента

 объекта

1. 

Многоэтажные здания с металлическим каркасом



 30

 30





2. 

Крановое оборудование



 30



 30





3. 

Кабельные наземные линии



 30



 30





4.

Наземные трубопроводы



 50

 30





слабые разрушения___________

средние разрушения______________

сильные разрушения______________

полные разрушения_______________

Так как Рф. об. пред. < Рф. об. (30 < 41 кПа), то можно сделать вывод, что объект не устойчив к действию воздушной ударной волны и необходимо разрабатывать мероприятия по повышению устойчивости объекта.



3. Мероприятия по повышению устойчивости объекта



Одна из основных задач в области ГО - проведение мероприятий, направленных на повышение устойчивости работы объектов в условиях чрезвычайных ситуаций мирного и военного времени.

Под устойчивостью функционирования объекта понимают способность его в условиях военного времени и чрезвычайных ситуаций выпускать продукцию в запланированном объёме и номенклатуре, а при получении слабых и средних разрушений или нарушении связей восстанавливать производство в минимальные сроки.

Рассмотренный мною объект является не устойчивым к действию ВУВ, следовательно, необходимо разрабатывать ряд мероприятий по повышению его устойчивости.

Из рассмотренных элементов только наземные трубопроводы являются устойчивыми к избыточному давлению в 41 кПа, остальные, а именно, многоэтажное здание с металлическим каркасом, крановое оборудование и кабельные наземные линии, являются неустойчивыми к действию ВУВ. Следовательно, необходимо повысить предел устойчивости элементов до уровня, который бы позволил выдержать избыточное давление ударной волны в 41кПа. Для этого необходимо сделать следующее:

1. Повысить устойчивость многоэтажного здания путём установки более прочного металлического каркаса, установки более прочных рам для дверей и окон, уменьшение пролёта несущих конструкций, а также укрепление стен здания более прочными материалами.

2. Для повышения устойчивости кранов и кранового оборудования к воздействию ударной волны целесообразно обеспечить их жёсткую фиксацию на прочном фундаменте, располагать оборудование за прочными элементами здания и сооружений на вероятном направлении действия ударной волны, обеспечить дополнительные точки фиксации и крепления. Также необходимо устанавливать контрфорсы, повышающие устойчивость оборудования к действию скоростного напора ударной волны.

3. Для повышения устойчивости кабельных наземных линий следует поместить их под землю, также возможно их укрепление за счёт укладки их внутрь, а также за счёт применения бронированных кабелей.


Выводы



Проводить расчёт оценки устойчивости объекта к действию воздушной ударной волны необходимо для повышения теоретических знаний в вопросах ГО и для практических навыков в самостоятельной оценке устойчивости объекта и его различных элементов к действию поражающих факторов, которые возникают при взрывах газовоздушных смесей, а также в разработке мероприятий по повышению работы предприятий в условиях Ч.С.

Проводя все эти мероприятия, будет надёжно защищён производственный персонал, инженерно-технический комплекс, системы снабжения, что позволит в случае ЧС быстро восстановить все силы предприятия и восстановить нарушенное производство.


Литература



1. Депутат О.П., Коваленко И.В., Мужик И.С. Гражданская оборона: Учебное пособие / Под ред. полковника В.С. Франчука - 2-е изд., доп. - Львов, 2001. - 336 с.

2. В.Г. Атаманюк, Л.Г. Ширгиев, Н.И. Акимов. Гражданская оборона: Учебник для вузов / Под ред. Д.И. Михайлика. - М.: Высшая школа, 1986. - 207 с.

3. Защита объектов народного хозяйства от оружия массового поражения: Справочник / Под ред. Г.П. Демиденко. - К.: Высшая школа. Главное издательство, 1987. - 256 с.