Устойчивость работы объектов экономики в чрезвычайных ситуациях

Оценка устойчивости объекта к воздействию ударной волны

В качестве критерия оценки воздействия ударной волны берется его основной поражающий параметр - избыточное давление во фронте ударной волны - $$\black \Delta$$Р_ф, кПа (кгс/см²).

Затем определяется (устанавливается) возможное максимальное значение $$\black \Delta$$Р_ф от источника ЧС на объекте и какие разрушения (слабые, средние, сильные) могут получить элементы объекта. Значение $$\black \Delta$$Р_ф , при которых происходят различные разрушения зданий, сооружений и оборудования, находится по таблицам и формулам. Данные расчетов заносятся в сводную таблицу и анализируются. При этом учитываются критерии устойчивости каждого элемента объекта.

На стадии проектирования объекта устанавливается предел физической устойчивости объекта, т. е. максимальное значение $$\black \Delta$$Р_ф , при котором объект продолжает функционирование без длительной остановки производства. Обычно это значение находится на границе слабых и средних разрушений наиболее уязвимого элемента.

По результатам анализа делаются выводы и определяются мероприятия по повышению устойчивости объекта.

Оценка устойчивости объекта к воздействию теплового излучения

В качестве основного параметра теплового воздействия светового излучения на элементы объекта берется световой импульс И, кДж/м² (кал/см²).

Устойчивость элементов объекта к тепловому воздействию зависит от величины светового импульса, огнестойкости этих элементов и пожаро- и взрывоопасности производства.

Радиусы зон теплового поражения людей, в случае горения смеси по дефлаграционному режиму, могут быть определены с использованием зависимостей, приведенных В. Маршалом:

получение ожогов III степени

получение ожогов II степени

где Q - масса газа смеси, т.

Расчет теплового воздействия возможного источника облучения производится по формуле (3.23).

Оценка устойчивости элементов объекта к воздействию теплового излучения сводится к следующему:

Результаты оценки теплового воздействия заносятся в сводную таблицу, анализируются, делаются выводы и определяются мероприятия по повышению устойчивости конструкций, предел физической устойчивости которых меньше установленных для объекта.

Оценка воздействия вторичных поражающих факторов

К вторичным ПФ могут относиться пожары, взрывы ГВС, заражение территории и атмосферы ОХВ, РВ и др.

Оценка воздействия пожаров производится с учетом категории объекта (А, Б, В, Г, Д), плотности застройки, а также величины избыточного давления $$\black \Delta$$ Р_ф , как первичного поражающего фактора.

Вероятность возникновения и распространения пожара на ОЭ категорий В, Г, Д в зависимости от $$\black \Delta$$ Р_ф , степени огнестойкости и плотности застройки (П_з) представлена в табл. 5.2.

Ориентировочно можно считать, что отдельные и сплошные пожары в зданиях I, II, III степени огнестойкости возникают при $$\black \Delta$$Р_ф до 30-50 кПа, а в зданиях IV и V степеней огнестойкости при $$\black \Delta$$Р_ф до 20 кПа, т. е. в основном при слабых и средних разрушениях зданий и сооружений.

Вероятность распространения пожара резко падает при расстояниях между зданиями более 30 м , а при расстояниях 90 м и более распространение огня маловероятно.

Оценка обстановки при аварии на ХОО производится по "Методике прогнозирования масштабов загрязнения при авариях на ХОО".

Оценка воздействия радиоактивного загрязнения осуществляется по специальным методикам. При этом критерием оценки устойчивости работы объекта в условиях РЗ является доза радиации (Д), которую может получить персонал объекта. Пределом устойчивости является максимально допустимая доза облучения. Так, однократной допустимой дозой облучения является доза в 50 рад.

Оценка устойчивости снабжения и управления сводится к определению их надежности и достаточности в условиях возможных масштабов ЧС.

Оценка достаточности имеющихся сил и средств для проведения аварийно-спасательных работ и аварийно-восстановительных работ осуществляется исходя из принципа необходимой достаточности при максимально возможном их использовании.

Пути повышения устойчивости работы объекта

Пути повышения устойчивости работы объекта зависят от факторов, определяющих устойчивость работы объекта. Основными из них являются:

Исследования по оценке устойчивости работы объекта

Исследования по оценке всех элементов, определяющих устойчивость работы объекта, - это всестороннее изучение условий, в которых будет протекать производственная деятельность объекта в ЧС.

Цель исследований - выявление слабых элементов объекта в условиях ЧС и изыскание наиболее эффективных и экономически оправданных путей и способов повышения их устойчивости.

Весь комплекс работ по исследованиям осуществляется в течение 2-3 месяцев, а повторяется не реже одного раза в 5 лет.

Общее руководство исследованиями осуществляет председатель комиссии по ГОЧС. Он определяет состав рабочих групп и утверждает план проведения исследований.

К исследованиям привлекаются инженерно-технический персонал объекта и работники отдела ГОЧС, а в необходимых случаях - сотрудники научно-исследовательских и проектных организаций.

При исследовательских работах оцениваются все факторы, определяющие устойчивость функционирования ОЭ в ЧС, возникающей от различных источников.

Руководство рабочими группами (главного механика, технолога, энергетика и др.) осуществляет главный инженер.

Результаты исследований анализируются в группе главного инженера и определяются основные пути повышения устойчивости в ФОЭ в ЧС. На основе исследований составляется "План-график наращивания мероприятий по повышению устойчивости работы объекта" (табл. 5.3). Фактически в этом "План-графике" отражаются все мероприятия по повышения устойчивости объекта:

5.2. Оценка устойчивости элементов объекта к воздействию поражающих факторов источников в ЧС

Оценка воздействия воздушной ударной волны на элементы объекта

Известно, что основными поражающими параметрами ВУВ являются избыточное давление $$\black \Delta$$Р_ф и скоростной напор $$\black \Delta$$Р_ск.

Зависимость между ними выражается формулой

(5.6)

где Р₀ - нормальное атмосферное давление = 1,013 x10⁵ Па.

Расчет радиуса зоны детонационной волны (r_о) и избыточного давления ($$\black \Delta$$Р_ф) дан в п. 3.5.

Избыточное давление в зоне воздушной ударной волны, как указано в п. 3.5, определяется по формулам 3.27 или 3.28.

Определение коэффициента поражения (Кп) элементов объекта

В зависимости от $$\black \Delta$$Р_ф элементы объекта могут получать слабые, средние, сильные и полные разрушения. Каждой степени разрушения соответствует коэффициент поражения (К_п), который для слабых разрушений < 35, средних = 35-56, сильных = 57-87, полных > 87.

Рассчитав $$\black \Delta$$Р_ф на расстоянии r по формулам (5.6), можно определить К _п из формул:

(5.7)

(5.8)

где К _к - тип конструкции: бескаркасная = 1; каркасная = 2; монолитная = 3,5;

К _с - сейсмостойкость: обычная = 1; сейсмостойкая = 1,5;

К _м - материал стен: дерево = 1; кирпич = 1,5; ж/б слабого армирования = 2; ж/б нормального армирования = 3;

К _в - высотность:

(5.9)

где Н _зд - высота здания;

К _кр - высота кранового оборудования.

где Q в тоннах.

Примечание. В формулах (5.7) и (5.8) для административных зданий вместо 140 берется коэффициент 280.

Рассмотрим на примере оценку устойчивости ИТК объекта экономики (рис. 5.1) к воздействию ВУВ.

Задание

Оценить последствия разрушения резервуара вместимостью Q_н = 300 т сжиженного углеводородного газа и взрыва образовавшейся газовоздушной смеси (коэффициент перехода в ГВС К_н = 0,45) для элементов инженерно-технического комплекса объекта экономики.

Определение радиуса зоны детонационной волны r₀ производится по формуле:

Задача 1

Определить коэффициент поражения здания цеха, находящегося на расстоянии r₁ = 1000 м от эпицентра взрыва. Цех расположен в здании сейсмостойкой конструкции высотой Н = 30 м . Стеновое заполнение - кирпич. В здании находится кран грузоподъемностью Q = 14 т.

1. Определение безразмерного радиуса $$\black \overline{R}$$ ударной волны на расстоянии r₁:

2. Определение $$\black \Delta$$Р_ф на расстоянии r₁ в зависимости от $$\black \overline{R}$$ :

При

3. Определение коэффициента поражения К_п из формулы:

где К_i - коэффициенты, учитывающие:

К_к = 1 - бескаркасная конструкция;

К_м = 1,5 - материал стен - кирпич;

К_в - высотность здания:

К_кр = 1 + 4,65 x 10-3 ^{x Q = 1,0651;}

К_с = 1,5 (сейсмостойкая конструкция).

= 12060/140 x 1 x 1,5 x 0,79 x 1,0651 x 1,5 = 45,5.

Вывод: степень разрушения здания цеха будет средней.

Под воздействием ВУВ элементы объекта могут смещаться, опрокидываться и получать ударное повреждение. На смещение рассчитываются элементы, имеющие малую площадь Миделя (т. е. видимую со стороны движения ВУВ - h x b, где h - высота, b - ширина элемента) (см. рис. 5.2).

На рис. 5.2. представлена схема действия $$\black \Delta$$Р_ф и $$\black \Delta$$Р_ск на предмет с малой площадью Миделя

Расчет элементов ОЭ на смещение

На предмет одновременно действуют две силы (рис. 5.3):

где С_х - коэффициент аэродинамического сопротивления, зависящий от формы предмета и его ориентации относительно ВУВ, может быть в пределах 0,25-1,6;

f - коэффициент трения, определяется по таблицам;

b - ширина предмета, м;

h - высота предмета, м;

m - масса оборудования, кг;

g - ускорение свободного падения, м/с² ;

G - вес оборудования, Н.

Если F_см < F_тр, смещение не происходит.

Отсюда можно определить предельное значение $$\black \Delta$$Р _ск , при котором смещение не произойдет:

(5.12)

Если F_см > F_тр , предмет необходимо закрепить усилием Q.

Задача 2

Определить необходимость и суммарное усилие крепления (болты, работающие на срез - Q _г) оборудования, расположенного на расстоянии r ₂ = 550 м от эпицентра взрыва. Длина оборудования L = 2,5 м , высота h = 0,8 м , масса m = 1800 кг . Коэффициент трения f _тр = 0,35. Коэффициент аэродинамического сопротивления С _х = 1,3.

1. Определение безразмерного радиуса $$\black \overline{R}$$ ударной волны на расстоянии r₂:

2. Определение $$\black \Delta$$Р_ф на расстоянии r₂ в зависимости от $$\black \overline{R}$$ :

При

3. Определение скоростного напора ($$\black \Delta$$Р_ск) воздуха:

4. Определение силы смещения F_см :

F_см = $$\black \Delta$$Р_ск x С_х x S = 7503,6 Н.

5. Определение удерживающей силы незакрепленного предмета F_тр:

F_тр = f_тр x m x g = 6180,3 Н.

6. Определение необходимости крепления оборудования производится из условия:

Q_кр $$\black \geq$$

F_см - F_тр = 7503,6-6180,3 = 1323,3 Н.

Вывод: т. к. F_с > F_тр , то смещение предмета произойдет.

Расчет элементов ОЭ на опрокидывание

На предмет одновременно действуют два момента (рис. 5.4):

Рис. 5.4. Схема действия сил на предмет при опрокидывании

Если F_см x h/2 < G x d/2, опрокидывание не происходит.

Если

(5.14)

можно определить $$\black \Delta$$Р_ск , при котором опрокидывание произойдет:

(5.15)

Для того чтобы опрокидывание не произошло, предмет необходимо закрепить усилием Q на плече d¹ и тогда будет выполнено условие:

Развернув формулу (5.15) и приняв d = d¹ , получим

(5.17)

Отсюда можно определить усилие Q:

(5.18)

Отрицательный ответ указывает, что при данном значении $$\black \Delta$$Р_ск предмет устоит без крепления.

Задача 3

Определить необходимость и суммарное усилие крепления (болты, работающие на растяжение - Q) дистилляционной колонны высотой h = 45 м и массой m = 280 т, расположенной на расстоянии r₃ = 770 м от эпицентра взрыва. Коэффициент аэродинамического сопротивления С_х = 1,3.

1. Определение безразмерного радиуса $$\black \overline{R}$$ ударной волны на расстоянии r ₃ :

$$\black \overline{R}$$ = 0,24 xr₃ /r₀ = 0,24 x 770/94,9 = 1,95.

2. Определение $$\black \Delta$$Р_ф на расстоянии r₃ в зависимости от $$\black \overline{R}$$ :

при

3. Определение скоростного напора ($$\black \Delta$$Р_ск) воздуха

= 2,5 x 16,791 ² /16,971 + 7 x 101,325 = 0,971 кПа.

4. Определение необходимости крепления дистилляционной колонны производится при сравнении опрокидывающего момента (F_cмx h/2) и удерживающего момента (G x d/2). Если F_cм x h/2 > G x d/2, то колонну необходимо закрепить усилием крепления Q x d. Q определяется из условия:

= 971 x 1,3 x 45 ² /2-280 000 x 9,81/2 = - 95 321,25 Н.

Вывод: Отрицательный ответ указывает на то, что при данном Р_ск предмет устоит без крепления.

Расчет на ударное (инерционное) повреждение

На прибор действует лобовая сила:

Р_лоб /S = $$\black \Delta$$ Р_лоб

$$\black \Delta$$Р_лоб = $$\black \Delta$$Р_ф + $$\black \Delta$$Р_ск .

Сила инерции (F_и) равна:

где m - масса прибора (кг);

a - ударное ускорение (м/с ²).

Развернув формулу (5.18), получим:

отсюда:

(5.23)

Очень часто на приборах кроме допустимого ударного ускорения (а_доп) указывается ударная перегрузка (п_уд):

(5.24)

Если а > а_доп или п_уд > п_доп , то прибор получит ударное повреждение.

Задача 4

Определить возможность инерционного повреждения прибора, рассчитанного на допустимую ударную перегрузку п_доп = 30 и расположенного на расстоянии r₄ = 880 м от эпицентра взрыва. Масса прибора m = 12,4 кг , его длина L = 0,63 м , высота h = 0,35 м .

1. Определение безразмерного радиуса $$\black \overline{R}$$ ударной волны на расстоянии r₄ :

2. Определение $$\black \Delta$$Р_ф на расстоянии r₄ в зависимости от $$\black \overline{R}$$ :

При

3. Определение скоростного напора ($$\black \Delta$$Р_ск) воздуха:

4. Определение возможного инерционного повреждения прибора осуществляется путем сравнения возможной расчетной ударной перегрузки (n _уд) от $$\black \Delta$$Р_ск и допустимой перегрузки (n_доп).

.

Ударное ускорение (a) определяется из условия:

F_лоб = m x a

где F_лоб = ($$\black \Delta$$P_ск + $$\black \Delta$$P_ф) xS.

Следовательно,

n_уд = 269,4/9,81 = 27,5.

Так как n_доп = 30, аn_уд = 27,5, прибор не получит повреждение.

Оценка воздействия светового излучения и других поражающих факторов на объект

Оценка воздействия светового излучения

Оценка устойчивости объекта к световому излучению осуществляется по критическому параметру-величине светового импульса (плотности теплового потока).

В качестве критерия устойчивости объекта в данном случае принимается максимальная величина светового (теплового) импульса, не приводящая к его возгоранию. Критерием устойчивости людей является минимальное значение импульса, вызывающего ожоги I степени (без потери трудоспособности).

Оценка уязвимости объекта к воздействию светового (теплового) излучения заключается в определении максимального значения светового импульса, ожидаемого на объекте по таблицам или по формуле:

U = 111 x qxе ^{- к (R - r)} /R² , кДж/м² ,

где q - тротиловый эквивалент возможного ядерного взрыва, кт;

R - расстояние до возможного центра взрыва, км;

R - средний радиус светящейся области, км;

К - средний коэффициент ослабления излучения, км^{- 1}.

Оценка устойчивости объекта к воздействию проникающей радиации и радиоактивного заражения

Воздействие проникающей радиации и радиоактивного заражения на производственную деятельность объекта проявляется главным образом через их действие на людей, а также материалы и приборы, чувствительные к радиации.

Критерием устойчивости работы объекта при воздействии ПР и РЗ на людей является не превышение максимальных доз облучения (Д_доп), т. е. не приводящих к потери работоспособности, как при однократном (50 рад), так и многократном (за месяц - 100 рад, квартал - 200 рад, год - 300 рад) облучении.

Таким образом, оценка устойчивости функционирования объекта к воздействию ИИ заключается в расчете возможных доз облучения персонала и сравнении их с критериальными значениями. В случае превышения допустимых доз облучения вырабатываются варианты дополнительной радиационной защиты и оптимальные режимы работы.

Оценка устойчивости объекта к воздействию опасных природных явлений (ОПЯ)

Максимальный ущерб промышленному объекту может быть причинен при землетрясениях. Поэтому при оценке устойчивости его работы в условиях ЧС, вызываемых ОПЯ, особое внимание должно уделяться именно землетрясениям.

Оценка возможных масштабов разрушений при землетрясениях может быть проведена аналогично оценке разрушений при ядерном взрыве, с той лишь разницей, что в качестве критического параметра (показателя) используется не значение избыточного давления, а интенсивность землетрясения в баллах в районе объекта. Возможную интенсивность (I) землетрясения на конкретном объекте по 12-балльной шкале можно рассчитать в зависимости от амплитуды землетрясения (М), расстояния (R) до эпицентра (км), глубины очага (Н) (км) и региональных констант а, в, с по формуле:

Для России константы имеют значения: а = 3; b = 1,5; с = 3,5. Величины М, Н и R можно узнать в региональных сейсмических центрах (станциях).

При наводнениях особую опасность для объектов представляют катастрофические затопления (при разрушении гидротехнических сооружений).

Исходными данными для оценки устойчивости объекта к катастрофическому затоплению являются:

При оценке устойчивости объекта определяются:

t_пр = R / V, час,

где R - расстояние от водоема до объекта, км;

V - скорость движения волны прорыва, м/с.

Средняя скорость движения волны прорыва принимается: от 2,5 до 5 м/с - для зон чрезвычайно опасного и опасного затопления; от 1,5 до 2,5 м/с - для участков возможного подтопления.

h_в = К₁ x Н, м,

где К ₁ - коэффициент, зависящий от расстояния от водоема до объекта;

Н - глубина воды перед плотиной (глубина прорана), м.

t = К ₂ x Т, час.,

где К₂ - коэффициент, зависящий от расстояния до водоема;

Т - время опорожнения водоема определяется по формуле:

Т = W/N x ·В· x 3600, час,

Где W - объем водоема, м³;

N - максимальный расход воды на 1 м ширины прорана (участка перелива воды через уровень плотины), м³ /с x м;

В - ширина прорана или участка перелива воды через гребень плотины, м.