Тема 3. Методи розрахунку зон ураження від техногенних вибухів і пожеж. Противибуховий і протипожежний захист об’єктів господарювання.

Мета: навчити проводити типові розрахунки зон ураження від техногенних вибухів і пожеж, організовувати протипожежний та противибуховий захист об’єктів господарювання.

Завдання: ознайомити з методами розрахунку характеристик зон ураження (радіусів зон руйнувань) при вибухах вибухо- та пожежонебезпечних речовин; визначити основні заходи захисту об’єкту господарювання від техногенних вибухів та пожеж; надати інформацію щодо планування дій персоналу підприємств та організацій при пожежах; навчити оцінювати масштаби, характер та наслідки від вибухів та пожеж.

Очікувані результати (компетенції): знання методів та інструментарію моніторингу НС, побудови моделей (сценаріїв) їх розвитку та оцінки їх соціально-економічних наслідків; здатність приймати рішення з питань цивільного захисту в межах своїх повноважень; проведення ідентифікації, дослідження умов виникнення і розвитку НС та забезпечення скоординованих дій щодо їх попередження на об’єкті господарювання відповідно до своїх професійних обов’язків; обрання і застосовування методик з прогнозування та оцінки обстановки в зоні НС, розрахунку параметрів уражальних чинників джерел НС, що контролюються і використовуються для прогнозування, визначення складу сил, засобів і ресурсів для подолання наслідків НС; розуміння, розробка і впровадження превентивних та оперативних (аварійних) заходів цивільного захисту.

Міждисциплінарні зв’язки: менеджмент, безпека життєдіяльності, основи охорони праці, фізика, хімія, психологія, математика, інформатика.

План практичних занять:

1. Класифікація вибухо-, пожежонебезпечних зон. Огляд методів розрахунку характеристик зон ураження (радіусів зон руйнувань) при вибухах вибухонебезпечних речовин. Характеристика ступенів руйнування.

2. Визначення категорій приміщень, будинків і споруд за вибухопожежною та пожежною небезпекою. Вимоги пожежної безпеки до шляхів евакуації. Противибуховий та протипожежний захист об’єкту господарювання, основні заходи захисту від техногенних вибухів та пожеж.

3. Планування дій персоналу підприємств та організацій при пожежах.

4. Оцінка стійкості роботи ОГ внаслідок вибуху газоповітряної суміші. Оцінка масштабу і характеру (виду) пожежі, прогнозування її розвитку, швидкості та напрямку поширення, площі зон задимлення і часу зберігання диму.

5. Методика розрахунку необхідного часу на евакуацію людей із приміщень різного призначення, у яких виникає пожежа. Розв’язування типових завдань з противибухового та протипожежного захисту оцінки інженерної та пожежної обстановки в зонах ураження, що створюються під час техногенних вибухів.

Задачі, завдання для практичних занять

Задача 1

Умова задачі. Визначити надлишковий тиск ΔР, очікуваний в районі об’єкта господарювання (механічного цеху) при вибуху ємності, у якій знаходиться 50 м³ зрідженого пропану (С₃Н₈), відстань від ємності до цеху 200 м.

Методика вирішення задачі.

Вихідні дані: об’єм ємності з пропаном − W, 50 м³; відстань від ємності до цеху – R₃, 200 м.

Порядок виконання розрахунків:

1. Визначення радіуса детонаційної хвилі R₁ (зони 1) за допомогою формули

R₁= 17,3 ,

R₁= 17,3 = 65 м.

2. Розрахунок радіусу зони дії продуктів вибуху (зони 2) за допомогою формули

м.

3. Визначення відносної характеристичної величини ψ за допомогою формули

ψ = 0,24 , де R₃ – відстань від ємності до цеху, м.

ψ = 0,24 · = 0,73.

4. Розрахунок максимально можливого надлишкового тиску (кПа) у районі об’єкта за допомогою двох формул в залежності від відносної характеристичної величини ψ:

Для випадку коли ψ ≤ 2

ΔР_а = ;

Для випадку коли ψ > 2

ΔР_ф = .

Так, для даного прикладу ψ < 2, то ΔР_ф3 розраховується за формулою

ΔР_ф3= = 91 кПа.

Відповідь: Отже, при вибуху 50 м³ зрідженого пропану (С₃Н₈) в районі об’єкту надлишковий тиск у фронті ударної хвилі може складати 91 кПа. Приймаючи до уваги, що зону поширення (дії) ударної хвилі розподіляють на п’ять складових з радіусами смертельних уражень та суцільних зруйнувань (R100) і надмірним тиском на зовнішній межі ΔР_ф1 ≥ 100 кПа; сильних зруйнувань (R50) відповідно з ΔР_ф2 ≥ 50 кПа; середніх зруйнувань (R20) з ΔР_ф3 ≥ 20 кПа, слабких зруйнувань (R10) з ΔР_ф4 ≥ 10 кПа і безпечну зону (R6−7). З ΔР_ф5 ≤ 6−7 кПа (за міжнародними нормами безпечна для людини ударна хвиля є така, що має ΔР_ф = 7 кПа).

Висновок: об’єкт знаходиться в зоні сильних руйнувань (ΔР_ф > 50 кПа).

Задача 2

Умови задачі. Визначити максимально можливий надлишковий тиск ΔР при можливому вибуху, що очікуваний в районі об’єкта господарювання (механічного цеху), якщо на відстані 200 м від нього знаходиться резервуар об’ємом 1000 м³ заповнений бензином на 30%. Концентрація бензину в паровій фазі по ємності 2%. Щільність бензину 0,75 т/ м³.

Методика вирішення задачі.

Вихідні дані: об’єм ємності з бензином – W_ємн., 1000 м³; відстань від ємності до цеху – R₃, 200 м; щільність бензину – ρ, 0,75 т/ м³.

Порядок виконання розрахунків:

1. Визначення об’ємів парів бензину у резервуарі

W_пар.= W_ємн.- W_бенз., де W_бенз. – об’єм бензину в ємності; W_пар. – об’єм пару повітряно-бензинового.

W_бенз.= 1000·30/100 = 300 м³;

W_пар.= 1000 – 300 = 700 м³;

2. Визначення об’єму бензину, що знаходиться в пароподібному стані за допомогою формули

W_{бенз.пар.}= , де Δm – концентрація бензину в паровій фазі по ємності

W_{бенз.пар.}= = 14 м³ ,

3. Визначення маси бензину, що знаходиться в пароподібному стані за допомогою формули

М_бенз. = W_{бенз.пар.} ρ, 0,75 т/ м³, де ρ – щільність бензину, т/ м³.

М_бенз. = 14 м³ ·0,75 т/ м³ = 10,5 т.

4. Визначення максимально можливого надлишкового тиску ΔР за допомогою графіка залежності радіуса зовнішньої границі зони дії надлишкового тиску від маси вибухової речовини при вибуху.

Для даної задачі з графіка ΔР= 40 кПа.

Відповідь: При вибуху резервуару об’ємом 1000 м³, що був заповнений бензином на 30%, надлишковий тиск у районі механічного цеху може скласти 40 кПа.

Завдання для практичних занять

Завдання 1

Умови завдання. При транспортуванні ємності з пропаном (С₃Н₈) об’ємом W, м³ на відстані R₃, м від об’єкта відбувся вибух.

Завдання. Визначити максимальний надлишковий тиск, що утворився в результаті вибуху. Нанести на карту-схему підприємства зони руйнування.

Вихідні дані за варіантами наведено в таблиці 1

Таблиця 1

Вихідні дані до Завдання 1

Показник	Варіанти
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Ємність з пропаном (С3Н8) об’ємом W, м3	20	15	30	40	50	75	100	150	10	15	40	50
Відстань R3 від об’єкта, м	300	250	350	400	400	400	500	500	250	300	300	50

Завдання 2

Умови завдання. На складі підприємства трапився вибух ємності з бензином. Ємність резервуара складала W_ємн., м³. Заповнення ємності бензином W_бенз., %. Концентрація бензину в паровій фазі по ємності Δm, %. Відстань від ємності до цеху R₃, м. Щільність бензину 0,75 т/ м³.

Завдання. Визначити максимальний надлишковий тиск, що утворився в результаті вибуху.

Вихідні дані за варіантами наведено в таблиці 2

Таблиця 2

Вихідні дані до Завдання 2

Показник	Варіанти
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Ємність резервуара з бензином об’ємом Wємн., м3	1000	1500	1500	1000	1500	1000	1000	1000	1500	1500	1200	1400
Заповнення ємності бензином Wбенз., %	73	70	57	60	65	45	75	64	54	75	77	79
Концентрація бензину в паровій фазі по ємності Δm, %	2,5	2,5	2,5	2,5	2,5	3	3	3	3	3	2,5	2,5
Відстань R3 від об’єкта, м	180	200	200	200	200	150	150	150	200	200	150	150

Методичні поради з вирішення задач і завдань для практичних занять

Задача 1, 2 розв'язується групою з допомогою викладача та розбором кожного з етапів методики розв’язання.

Завдання 1, 2 вирішуються за варіантами самостійно. Частина невирішених питань виноситься на самостійну роботу студента.