Тема 6. ХАРАКТЕРИСТИКА ВОГНИЩ УРАЖЕННЯ ПРИ ПОЖЕЖОВИБУХОНЕБЕЗПЕЧНИХ ІНЦИДЕНТАХ.

Учбова мета:ознайомитися зі станом пожежовибухонебезпеки в Україні, знати загальні характеристики основних видів пожежовибухонебезпечних інцидентів, вміти прогнозувати втрати серед населення під час цих інцидентів та використовувати засоби запобігання та захисту населення.

 

На даний час, такі види техногенних надзвичйних ситуацій, як пожежі та вибухи зустрічаються відносно часто, як на виробництві так і в побуті. При цьому гине значна кількість людей, наприклад за даними статистики в Україні за 2008 р. від пожеж та вибухів на виробництві загинуло приблизно 40 осіб, а у побуті від пожеж загинуло близько 2700 осіб.

Підпрємства, які виробляють, зберігають, транспортують або використовують у технологічному процесі пожежовибухонебезпечні речовини є потенційно небезпечними об’єктами, на території яких може відбутися пожежа і вибух. Основними такими об’єктами є нафтогазодобувні та нафтопереробні підприєвства, бензо- та газотранспортні засоби й сховища, хімічні, хіміко-фармацевтичні, лакофарбові заводи та фабрики, які використовують у технологічному процесі легкозаймисті органічні розчинники тощо. При цьому можуть постраждати не тільки будівлі і люди, які знаходяться на території цього об’єкту, а й за його межами. Крім того є ризик вибуху вибухових речовин під час іх зберігання на військових складах або терористичного акту.

Пожежа – це неконтрольоване горіння, яке розвивається у просторі та часі і загрожує здоров’ю й життю людей і чинить матеріальні збитки.

Вибух – це виділення значної кількості енергії в обмеженому просторі за короткий проміжок часу з формуванням сильно розігрітих газів та ударної хвилі. Розжарені гази з температурою від 1500 до 3000ºС випромінюють тепло у навколишне середовище і можуть призвести до термічних травм людини та пожеж. Ударна хвиля характеризується такими параметрами, як надлишковим тиском у фронті, швидкісним напором (швидкість повітря за фронтом ударної хвилі або питомий імпульс ударної хвилі) та тривалістю дії і призводить до різних видів механічних травм у людини.

Надлишковий тиск ΔР_Ф у фронті ударної хвилі – це різниця між максимальним тиском у фронті ударної хвилі Р_Ф і нормальним атмосферним тиском Р_о перед цим фронтом і вимірюється у кПа чи кг/см² (100 кПа дорівнює 1 кг/см²).

При наземному вибуху вибухівки надлишковий тиск на фронті ударної хвилі можна розраховувати за формулою [4]:

де ΔР_ФВР – надлишковий тиск, кг/см²;

q_ВР – маса вибухівки, кг;

k_еф – коефіцієнт ефективності заряду вибухівки, для амоніту – 0,94; для ТЕНу – 1,35; для ТНТ – 1,0; для гексогену – 1,28.

R – відстань від центру вибуху, м.

Для прогнозування можливих наслідків при наземному вибуху вибухівки, розміри зон дії вибухової хвилі з заданим надлишковим тиском можна визначити за формулою:

де R – відстань від центру вибуху, м;

ΔР_ФВР – надлишковий тиск, кПа;

q_ВР – кількість вибухової речовини (вибухівки), т.

Приблизний час дії ударної хвилі при наземному вибуху вибухівки можна обрахувати за наступною формулою [4]:

де t⁺ – час дії ударної хвилі, сек;

R – відстань від центру вибуху, м;

q – кількість вибухівки, кг.

При вибуху газоповітряної суміші (ГПС, наприклад метану, пропану, бутану з повітрям) надлишковий тиск на заданій відстані від вибуху можна розрахувати за таким алгоритмом [9], спочатку визначається безрозмірний коефіцієнт:

де К – безрозмірний коефіцієнт;

q_ГПС – кількість палива у ГПС, т;

R – відстань від центру вибуху, м;

Потім в залежності від його значення визначається надлишковий тиск за різними формулами.

Так при К < 2 надлишковий тиск визначаємо за формулою:

При К > 2 за формулою:

де К – безрозмірний коефіцієнт;

R – відстань від центру вибуху, м;

ΔР_ФГПС – надлишковий тиск, кПа.

Для прогнозування можливих наслідків аварій на підприємствах з вибухо- та пожежонебезпечною технологією (де використовують метан, пропан, бутан) розміри зон дії вибухової хвилі з заданим надлишковим тиском можна визначити за формулою [32]:

де R – відстань від центру вибуху, м;

ΔР_ФГПС – надлишковий тиск, кПа;

q_ГПС – кількість палива у ГПС, т.

Умовний радіус вогняної кулі під час вибуху ГПС може бути розраховано за формулою [30]:

де R₀ – радіус вогняної кулі, м;

m – кількість палива у ГПС, кг;

Приблизний час існування вогняної кулі ГПС можна знайти за рівнянням [30]:

де t₀ – час існування вогняної кулі, сек;

m – кількість палива у ГПС, кг.

Питому інтенсивність теплового випромінювання на поверхні вогняної кулі ГПС можна розрахувати за формулою:

де q₀ – питома інтенсивність теплового випромінювання поверхні вогняної кулі ГПС, Дж/м²;

k₀ – ступінь чорноти поверхні вогняної кулі 0,7-0,9;

σ – константа Стефана-Больцмана , Дж/(с·м²·К⁴);

Т₀ – температура поверхні вогняної кулі від ГПС ≈ 1250÷2500 К;

t₀ – час існування вогняної кулі, сек;

Для прогнозування можливих наслідків ураження людей, будівель, техніки при заданій величині інтенсивності теплового випромінювання вогняної кулі ГПС розміри зон ураження можна визначити за формулою:

де І – інтенсивність теплового випромінювання на заданій відстані, Дж/м²;

k_п – коефіцієнт поглинання випромінювання в атмосфері можна прийняти в межах 0,0007 м^-1, для спрощення розрахунків експоненційний вираз можна прийняти за константу 0,9-0,95;

q₀ – питома інтенсивність теплового випромінювання поверхні вогняної кулі ГПС, Дж/м²;

R₀, R – радіус вогняної кулі ГПС та задана відстань від центру вогняної кулі, м.

Питомий імпульс ударної хвилі від вибухівки можна обрахувати за формулами [4]:

де J_У – питомий імпульс ударної хвилі, Па·с;

t⁺ – час дії ударної хвилі, сек;

R – відстань від центру вибуху, м;

q – кількість вибухівки, кг.

Імпульс ударної хвилі від вибухівки відносно людини можна обрахувати за формулою відносного імпульсу [4]:

де J^* – відносний імпульс;

J_У – питомий імпульс ударної хвилі, Па·с;

J_Л – питомий імпульс тіла людини, Па·с;

q – маса вибухівки, т;

R – відстань від центру вибуху на якій діє питомий імпульс ударної хвилі (обраховують за вищенаведеними формулами), м;

M – маса людини, кг.

Визначення можливої кількості постраждалих людей від вибуху як при дії надлишкового тиску так і теплового випромінювання можна проводити за формулою:

де N_П – кількість постраждалих людей, чол.;

S_і – площа ураженя ударною хвилею або тепловим випромінюванням із заданою величиною надлишкового тиску або інтенсивності теплового випромінювання, км²;

π – число пи, яке дорівнює 3,14;

γ_мі – щільність населення на території ураження вибухом, чол./км²;

R_і – відстань із заданим надлишковим тиском ударної хвилі від центру вибуху при детонації вибухівки або газоповітряної суміші або заданим індексом дози випромінювання чи інтенсивністю випромінювання (обчислюють за вищенаведеними формулами), км.

Ступінь ураження будівель та людей в залежності від надлишкового тиску наведена нижче в таблиці 6.1.

 

 

Таблиця 6.1 Характеристика ураження деяких об’єктів ударною хвилею
Об’єкт	Ступінь ураження при надлишковому тиску, кПа
Легка	Середня	Сильна (важка)	Повна (вкрай важка)
Людина	20-40 кПа	40-60 кПа	60-100 кПа	>100 кПа Смертність до 100%
Будівлі	10-20 кПа	20-30 кПа	30-50 кПа	>50 кПа

 

Ступінь термічного ураження матеріалів та людей в залежності від величини теплового випромінювання наведена в нижче в таблиці 6.2.

Таблиця 6.2 Характеристика ураження деяких об’єктів тепловим випромінюванням
Об’єкт	Ступінь ураження людини та матеріалів при величині інтенсивність теплового випромінювання, кДж/м²
80-160	160-400	400-600	≥600
Людина: Незахищена шкіра Літній одяг Зимній одяг	Опік І ст. - -	Опік ІІ ст. Опік І ст. -	Опік ІІІ ст. Опік ІІ ст. -	Опік ІV ст. Опік ІІІ ст. Опік І ст.
Матеріали: Дерев’яні будівлі Хвойні ліса Зрілі злаки Покрівля даху (руберойд) Двері, рами Автомобільна гума	- - Займання - - -	- - Горіння - Займання Займання	Займання Займання Горіння - Горіння Горіння	Горіння Горіння Горіння Займання Горіння Горіння

 

Оскільки уразливі органи для ударної хвилі є ті, в яких присутні повітряні порожнини, то коректно проводити визначення постраждалих за найбільш уразливими з них, а саме для органів слуху та легень. Причому ураження органів слуху можна віднести до санітарних втрат, а ураження легень - до безповоротних втрат серед населення, яке піддалося дії вибухової хвилі.

Імовірний відсоток людей з ушкодженням барабанних перетинок при дії ударної хвилі з заданим надлишковим тиском можна знайти за формулою [4]:

де φ – імовірний відсоток людей з ушкодженням барабаних перетинок, %;

N – кількість постраждалих людей, чол;

N₀ – загальна кількість людей, яка знаходиться в зоні дії надлишкового тиску, чол;

ΔР_Ф – надлишковий тиск, кПа.

Імовірний відсоток загиблих людей під час ушкодження легень від заданого відносного імпульсу при дії ударної хвилі або навпаки відносний імпульс від заданого відсотка загиблих можна знайти за формулами [4]:

де ψ – імовірний відсоток загиблих людей від серйозних ушкоджень легень, %;

N – кількість загиблих людей від серйозних ушкодженнь легень, чол;

N₀ – загальна кількість людей, яка знаходиться в зоні дії ударної хвилі, чол;

ψ_max – умовно максимальний відсоток загиблих, 97±1 %.

k – константа, яка дорівнює 31;

J^*, J_с^* – відповідно відносний імпульс на заданій відстані та його середне значення, яке дорівнює 0,372.

Імовірний відсоток загиблих людей від опіків при заданому індексі дози випромінювання або навпапаки індекс дози випромінювання від заданого імовірного відсотка загиблих можна знайти за формулами, які були емпірично знайдені з даних [30]:

де ψ – імовірний відсоток загиблих людей від серйозних опіків, %;

N – кількість загиблих людей від серйозних опіків, чол;

N₀ – загальна кількість людей, яка знаходиться в зоні дії теплового випроиінювання, чол;

ψ_max – умовно максимальний відсоток загиблих, 99±1%.

k – константа, яка дорівнює 0,00031;

J, J_с – відповідно індекс дози випромінювання на заданій відстані та його середне значення, яке дорівнює 22310.

Індекс дози випромінювання на заданій відстані можна знайти за формулою:

де q₀ – питома інтенсивність теплового випромінювання поверхні вогняної кулі ГПС, кДж/м²;

t₀ – час існування вогняної кулі, сек;

R₀, R – радіус вогняної кулі ГПС та задана відстань від центру вогняної кулі, м.