Расчет зон разрушений зданий и сооружений при взрывах топливно-воздушной смеси на опасных производственных объектах

Расчет зон разрушений зданий и сооружений при взрывах топливно-воздушной смеси на опасных производственных объектах Прудан Ф. М.1, Малиев Е. М.2, Гриценко Д. Г.3,

Бурданов И. В.4, Кривонос А. Н.5

1 Прудан Федор Михайлович /Prudan Fedor Mihajlovich - заместитель директора;

2Малиев Евгений Михайлович /Maliev Evgenij Mihajlovich - заместитель директора по качеству;

3Гриценко Дмитрий Геннадьевич / Gricenko Dmitrij Gennadievich - технический директор;

4Бурданов Игорь Васильевич /Burdanov Igor Vasiljevich - эксперт;

5Кривонос Андрей Николаевич / Krivonos Andrej Nikolaevich - технический директор,

ООО ЭКЦ «Дедал», г. Краснодар

Аннотация: сравниваются расчеты зон разрушения при внешних взрывах топливно-воздушных смесей, определяемых по методикам РД 03-409-01 и Приложения № 3 Приказа Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 11.03.2013 № 96. Предложен методический подход применения данных методик для разработки проектной и специальной документации.

Ключевые слова: аварийный выброс, топливно-воздушная смесь, ударная волна, взрывоустойчивость зданий.

Общие требования об учете риска взрыва, взрывных нагрузок и мероприятиях, связанных с локализацией и ликвидацией аварий при разработке специальной и проектной документации, изложены в Федеральном законе от 30 декабря 2009 г. № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» [1], Федеральном законе от 22 июля 2008 г. № 123-ФЗ «Технический регламент от требованиях пожарной безопасности» [2], в Общих правилах взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств [3], в Рекомендациях по разработке планов локализации и ликвидации аварий на взрывопожароопасных и химически опасных производственных объектах [5], в Методике оценки последствий аварийных взрывов топливно-воздушных смесей [4] и других нормативных документах.

Опыт экспертизы проектной документации, специальной документации, связанной с планированием локализации и ликвидации последствий аварий на взрывопожароопасных объектах, выявляет ошибки и трудности, связанные с расчетом процессов взрыва, выполненных по различным нормативным методикам. Расчет массы вещества, участвующего в аварии при разрушении технических устройств, массы вещества, участвующего в образовании поражающего фактора аварийного сценария - взрыва, критериев разрушения зданий и сооружений, параметров взрыва - окружающего пространства, агрегатного состояния вещества. Применение различных методик вызывает трудности прохождения экспертизы проектной документации, различие в организации планирования мероприятий и рекомендации в специальной документации, в том числе из-за отсутствия единого подхода и процедуры проверки их соответствия.

Верификация математических моделей взрывных процессов с экспериментальными данными затруднена из-за крайне малого количества экспериментов с большим количеством опасного вещества. Кроме того, отсутствие единого нормативного документа, утверждающего физико-химические параметры конкретных веществ, вносит путаницу при задании исходных параметров и значительно влияет на результаты конечного расчета, а также является поводом для двояких толкований и необоснованных решений, выдаваемых различными «экспертными» организациями или органами надзора.

Проведем численное моделирование взрыва топливно-воздушной смеси пропана массой 5000 кг по методикам РД 03-409-01 [4] и ФНП [3].

Моделирование выполнено на базе программного комплекса Токси+гик [10]. Диалоговое окно модуля Токси+risk для расчета по ФНП представлено на рисунке 1.

Детерминированные критерии поражения

ФНП Общие правила взрывобезопасности... Приложение 3

из Класс зоны разрушения 1 |100000 II Па W IJ 111,19 |м т |'

ИЗ Класс зоны разрушения 2 [70000 II Па W |[ 103,00 |м Т I

03 Класс зоны разрушения 3 [20000 | Па 2Ш |м -А

з Класс зоны разрушения 4 14000 |п» -3! 619,29 I-

ч Класс зоны рАзрушания 5 [2000 In* -4 1638,50 м.

Рис. 1. Диалоговое окно модуля Токси+п!!к ТНТ

Диалоговое окно модуля Токси+risk для расчета по РД 03-409-01 представлено на рисунке 2.

Рис. 2. Диалоговое окно модуля Токси+П!<к Взрыв ТВС

Сравнительные результаты моделирования по формулам 7, 8 приложения № 3 ФНП [3] демонстрируют консервативность полученных оценок зависимости избыточного давления во фронте ударной волны ЛРф от

расстояния r до центра взрыва, в то время как расчеты по методике РД 03-409-01 существенно менее консервативны.

Методика для определения радиуса зон поражения при взрыве приведенная в ФНП использует формулы 1 и 2, полученную путем аппроксимации границ различных степеней разрушения кирпичных зданий в результате бомбардировок Великобритании во время Второй мировой войны [12].

При массе вещества менее 5000 кг.

R

K

1 +

тЗ1/6

'3180^

I J

где K - безразмерный коэффициент, характеризующий воздействие взрыва на объект, WT - тротиловый

эквивалент, кг.

При массе вещества более 5000 кг.

R = K 3W

где W - тротиловый эквивалент, кг.

Основной недостаток данного подхода в том, что модель «тротилового эквивалента» не в полной мере отвечает реальным процессам, происходящим при промышленных авариях со взрывами опасного вещества, для которых характерен дефлаграционный и не детонационный режим взрывного превращения. Также ФНП не позволяет учитывать ряд других условий - агрегатное состояние вещества, характеристики окружающего пространства и положение точки инициирования взрывоопасного облака.

Однако минимальное количество исходных параметров и простота алгоритма при расчете лишает возможности превратного трактования результатов моделирования.

Результаты сравнительного моделирования показывают перекрытие радиусов зон поражения модели ФНП модели РД 03-409-01. Т. е. модель ФНП можно рекомендовать для расчетов с «запасом» в случаях (разработки планов мероприятий по локализации и ликвидации последствий аварий), когда точность расчетов, касающаяся обоснования взрывозащищенности зданий (если такой расчет не был произведен на этапе проектирования), не требуется, но при этом возможность поражения взрывной волной должна быть исключена. Расчет по модели ФНП будет трактоваться однозначно, без возможности манипулирования входными параметрами алгоритма, в особенности, когда речь идет о смесях различных веществ в топливновоздушной смеси, и определение точного значения исходных данных затруднено.

Литература

1. Федеральный закон от 30.12.2009 N 384 - ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и

сооружений». [Электронный ресурс] Режим доступа:

http://base.consultant.ru/cons/cgi/online.cgi?req=doc;base=LAW;n=148719;dst=0;ts=E044B3A70BE9287F543 ACFB642A5298C;rnd=0.8920997795648873 (Дата обращения 20.08.2015).

2. Федеральный закон от 22.07.2008 N 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной

безопасности». [Электронный ресурс] режим доступа:

http://base.consultant.ru/cons/cgi/online.cgi?req=doc;base=LAW;n=182705;dst=0;ts=2599DCF4D0348F9666E3 2F87701A94AC;rnd=0.031895719934254885 (Дата обращения 15.08.2015).

3. Приказ Ростехнадзора от 11.03.2013 N 96 «Об утверждении Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности «Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств». (Зарегистрировано в Минюсте России 16.04.2013 N 28138). [Электронный ресурс] Режим доступа: http://base.consultant.ru/cons/cgi/online.cgi?req=doc;base=LAW;n=145465;dst=0;ts=971D34BD5556CFE2C9A 003FD212F5CF2;rnd=0.5528322160243988 (Дата обращения 21.08.2015).

4. РД 04-409-01. Методика оценки последствий аварийных взрывов топливно-воздушных смесей. // Методики оценки последствий аварий на опасных производственных объектах. - Сер. 27. - Вып. 2 -М.:ГУП НТЦ «Промышленная безопасность», 2001.

5. Приказ Ростехнадзора от 26.12.2012 N 781 «Об утверждении рекомендаций по разработке планов

локализации и ликвидации аварий на взрывопожароопасных и химически опасных производственных объектах. [Электронный ресурс] Режим доступа:

http://base.consultant.ru/cons/cgi/online.cgi?req=doc;base=bAW;n=147686;dst=0;ts=98E223E912071C5270808 48C43358B89;rnd=0.86397999455221 (Дата обращения 10.07.2015).