Чрезвычайная ситуация на автодороге, связанная с разгерметизацией автоцистерны подвозящей жидкое моторное топливо (ЖМТ) (ЛВЖ)
Исходные данные для расчетов:
1. Легко воспламеняющаяся жидкость - бензин
2. Общий объем цистерны бензовоза – 15,8 м3
3. Степень заполнения цистерны (α) – 0,8
4. Объем ЛВЖ – 12,64 м3
Расчет интенсивности теплового излучения пожара пролива ЛВЖ
Интенсивность теплового излучения пожара пролива ЛВЖ q, (кВт/м2), рассчитывается по формуле:
где: Ef – среднеповерхностная плотность теплового излучения пламени, равная 47 кВт/м2. Определяется на основе имеющихся экспериментальных данных или по таблице 5.
Таблица
ЛВЖ
|
Среднеповерхностная плотность теплового излучения пламени, Ef, кВт/м2 при диаметре пролива d, м
|
10
|
20
|
30
|
40
|
50
|
Бензин
|
60
|
47
|
35
|
28
|
25
|
Примечание – Для диаметров очага менее 10 м или более 50 м следует принимать Ef такой же, как и для очагов диаметром 10 м и 50 м соответственно
|
Fq – угловой коэффициент облученности. Рассчитывается по формуле:
где: FV – определяется по формуле:
где: S1 = 2r/d (r – расстояние от геометрического центра пролива до облучаемого объекта, м);
h = 2H/d = 2.8;
А = (h2 + S12 + 1)/2S1.
FH – определяется по формуле:
где: B = (1+S12)/2S1.
τ – коэффициент пропускания атмосферы. Рассчитывается по формуле:
Результаты вычисления радиусов зон поражения при воздействии теплового излучения пожаров пролива представлены в таблице 6.
Таблица - Радиусы зон поражения при воздействии теплового излучения пожаров пролива
Степень поражения
|
Интенсивность
теплового
излучения,
кВт/м2
|
Радиус зон поражения при разгерметизации автоцистерны, м
|
Летальный исход
|
≥50
|
3,8
|
Летальный исход с вероятностью 50% при длительном воздействии около 10 сек.
|
44,5
|
6,5
|
Непереносимая боль через 3-5 с
Ожог 1-й степени через 6-8 с
Ожог 2-й степени через 12-16 с
|
10,5
|
22,6
|
Непереносимая боль через 20-30 с
Ожог 1-й степени через 15-20 с
Ожог 2-й степени через 30-40 с
Воспламенение хлопка-волокна через 15 мин
|
7,0
|
24,7
|
Безопасно для человека в брезентовой одежде
|
4,2
|
31,6
|
Без негативных последствий в течение длительного времени
|
1,4
|
49,9
|
Расчет радиусов зон повреждения при воздействии избыточного давления воздушной ударной волны при взрыве ТВС
Избыточное давление Δp, кПа, развиваемое при сгорании газопаровоздушной смеси, рассчитывается по формуле:
где: p0 – атмосферное давление, кПа (допускается принимать равным 101 кПа);
r – расстояние от геометрического центра газопаровоздушного облака, м;
mпр – приведенная масса газа, кг. Рассчитывается по формуле:
где: Qсг - удельная теплота сгорания паров бензина 4,36∙107 Дж/кг;
Q0 - константа, равная 4,52∙106 Дж/кг;
Z – коэффициент участия, который допускается принимать равным 0,1.
mГ – масса паров испарившихся с поверхности разлива и поступивших в результате аварии в окружающее пространство, кг. Рассчитывается по формуле:
где: S – площадь испарения, м2
Т – время испарения, с , но не более 3600 с
W – интенсивность испарения, кг/с∙м2. Для ЛВЖ определяется по формуле:
где: η - коэффициент, учитывающий скорость и температуру воздушного потока над поверхностью испарения, допускается принимать равным 1;
М – молярная масса, гмоль-1, равная 114,2;
РН - давление насыщенного пара при расчетной температуре жидкости, кПа, равное 66,7кПа
Радиусы зон повреждений зданий при воздействии избыточного давления воздушной ударной волны при взрыве паров ТВС представлены в таблице 7.
Таблица - Радиусы зон повреждений зданий при воздействии избыточного давления воздушной ударной волны при взрыве паров ТВС
Характеристика повреждения зданий
|
ΔР,
кПа
|
Радиус зон повреждения при разгерметизации автоцистерны, м
|
Полное разрушение зданий
|
100
|
22,5
|
50%-ное разрушение зданий
|
53
|
31,5
|
Средние повреждения зданий
|
28
|
46,1
|
Умеренные повреждения зданий (повреждение внутренних перегородок, рам, дверей и т.п.)
|
12
|
82,1
|
Нижний порог повреждения человека волной давления
|
5
|
164,0
|
Малые повреждения (разбита часть остекления)
|
3
|
255,6
|
Оценка риска аварий
Оценка риска заключается в определении вероятности причинения вреда персоналу и населению и ущербу имуществу и окружающей природной среде.
Оценка вероятности причинения вреда персоналу и населению сводится к определению индивидуального, коллективного и социального риска его поражения (в основном, необратимого).
Оценка вероятности нанесения вреда имуществу и окружающей среде заключается в определении потенциальной возможности реализации сценария аварии, последствия которой могут нанести указанный ущерб.
Для рассмотренной ЧС наиболее показательным является потенциальный территориальный риск - частота реализации поражающих факторов в рассматриваемой точке территории. Потенциальный территориальный, или потенциальный риск, не зависит от факта нахождения объекта воздействия (например, человека) в данном месте пространства. Предполагается, что условная вероятность нахождения объекта воздействия равна единице (т.е. человек находится в данной точке пространства в течение всего рассматриваемого промежутка времени). Потенциальный риск не зависит от того, находится ли опасный объект в многолюдном или пустынном месте и может меняться в широком интервале. Потенциальный риск, в соответствии с названием, выражает собой потенциал максимально возможной опасности для конкретных объектов воздействия (реципиентов), находящихся в данной точке пространства.
Величина потенциального риска Р(х) (1/год) в определенной точке местности х, где расположено предприятие, определяется с помощью соотношения:
 , где
 - частота возникновения i-й аварии на рассматриваемом блоке, 1/год;
 - условная вероятность определенного вида поражения человека, находящегося в зоне аварии, при реализации указанной аварии i-го типа;
n- количество типов рассматриваемых аварий.
При этом допускается учитывать только одну наиболее неблагоприятную аварию, величина QB для которой принимается равной годовой частоте возникновения пожара с горением газо-, паро- или пылевоздушных смесей.
Для определения условной вероятности определенного вида поражения человека, находящегося в зоне аварии, используется функция Гаусса (функция ошибок), записываемая в виде формулы:
 ,
в которой верхний предел интегральной функции является так называемой пробит-функцией, отражающей связь между вероятностью поражения и поглощенной дозой.
Пробит-функция является фактически критерием поражения людей и (или) зданий и сооружений.
В общем случае пробит-функция Рr выражена формулой:
 ,
где a и b – константы для каждого вещества или процесса, характеризующие специфику и меру опасности его воздействия,
D – поглощенная субъектом доза негативного воздействия.
Пробит для условной вероятности поражения человека избыточным давлением определяется по формуле:
 ,
где  – безразмерное избыточное давление;
 – безразмерный импульс УВ.
Пробит для условной вероятности поражения человека тепловым излучением определяется по формуле:
 ,
где t – эффективное время экспозиции, с;
q – интенсивность теплового излучения, кВт/м2.
Эффективное время экспозиции определяют для пожаров проливов ЛВЖ, ГЖ и твердых материалов определяется по формуле:
 ,
где t0 – характерное время обнаружения пожара, с;
х – расстояние от места расположения человека до зоны (интенсивность теплового излучения не превышает 4 кВт/м2), м;
v – скорость движения человека, м/с (v=5 м/с).
Частота аварийной ситуации может быть определена по статистическим значениям отказов и условных вероятностей различных сценариев аварий. Значения частот рассмотренных аварий приведены ниже в таблице 8.
Таблица
Наименование оборудования
|
Горение пролива
|
Пожар-вспышка
|
Взрыв ТВС
|
Без горения
|
Автоцистерна ЖМТ
|
2,34E-05
|
5,46E-07
|
7,54E-07
|
1,30E-06
|
Обобщенный уровень безопасности можно оценить по таблице 9, в которой приведена матрица для определения опасности территорий (зон) по критерию «частота реализации – социальный ущерб» (из СП 11-113-2002 (приложение Д)).
Таблица - Матрица для определения опасности территорий (зон) по критерию «частота реализации – социальный ущерб»
Частота реализации опасности,
случаев/год
|
Социальный ущерб
|
Погибло более одного человека, имеются пострадавшие
|
Погиб один человек, имеются пострадавшие
|
Погибших нет, имеются серьезно пострадавшие
|
Серьезно пострадавших нет, имеются потери трудоспособности
|
Лиц с потерей трудоспособности нет
|
>1
|
Зона неприемлемого риска,
|
Зона
|
1-10-1
|
необходимы неотложные меры
|
жесткого контроля,
|
10-1-10-2
|
по уменьшению риска
|
необходима оценка
|
|
10-2-10-3
|
|
целесообразности
|
Зона приемлемого
|
10-3-10-4
|
мер по уменьшению
|
|
риска, нет
|
10-4-10-5
|
риска
|
|
необходимости в мероприятиях
|
10-5-10-6
|
|
|
по уменьшению риска
|
Для рассмотренных вариантов аварий по данным проведенного анализа, получены результаты, соответствующие зоне приемлемого риска (таблица 9).
С этой точки зрения не требуется разработка мер по его уменьшению. Необходимо проведение мероприятий по поддержанию риска на имеющемся уровне.
На территории сельского поселения крупных ДТП не зафиксировано.
Чрезвычайные ситуации, связанные с разгерметизацией газопровода
Аварийные ситуации на рассматриваемом объекте заключаются в том, что в случае отказа с потерей герметичности системы происходит выброс в атмосферу природного газа, что при определенных благоприятствующих условиях и наличии источника зажигания может привести к взрыву образовавшегося облака ТВС с последующим негативным воздействием на людей, окружающую среду.
Любой сценарий начинается с инициирующего события (утечки различной интенсивности), которое может возникнуть с некоторой частотой.
Возможные повреждения на газопроводе: истечение газа через отверстие в 1дюйм и разрушение трубопровода на полное сечение – «гильотинный взрыв». Как наиболее опасный вариант аварии рассматривается разрушение трубопровода на полное сечение.
Эти аварии сопровождаются выбросом природного газа (98,68% метана) в атмосферу.
Зоны загазованности образуются по направлению истечения струи газа из отверстия при разрушении трубопровода на полное сечение вдоль оси газопровода.
Размер зоны загазованности зависит от параметров газопровода (диаметр и давление газа).
Расчеты выполнены согласно «Методики оценки последствий аварии на пожаро-взрывоопасных объектах» (книга2) Москва 1994 г
Независимо от характера разгерметизации образующееся облако ТВС в 2-% случаев рассеивается. В остальных случаях происходит воспламенение облака. Это с равной вероятностью приводит к взрывному превращению облака или образованию огненного шара.
Природные газы по токсикологической характеристике относятся к веществам 4 класса опасности по ГОСТ 12.1.007-76.
Массу горючего газа, вышедшего в атмосферу из газопровода определяем по Методике оценки последствий аварий на пожаро-взрывоопасных объектах (МЧС РФ. Сборник методик по прогнозированию возможных аварий, катастроф, стихийных бедствий в РСЧС. Книга 2. 1994г.), по формуле
m = 66∙S∙√(Р0∙ρг) , кг
где:
Р0 – абсолютное давление в газопроводе, Па;
S - площадь сечения газопровода, м.
ρг - плотность газа в газопроводе под давлением;
Плотность газа в газопроводе под давлением ρг определяется из соотношения:
ρг = МV Р0 / RT, кг/м3
где:
МV- молекулярный вес, 16,7 кг/кмоль;
Р0 – абсолютное давление в газопроводе, Па;
R - газовая константа, 8314 Дж/кМоль/К;
Т - температура,293К. (273+20)0С.
Таблица - Результаты вычислений массы горючего газа в облаке, вышедшего в атмосферу из газопровода
Диаметр газопровода
и толщина стенки,мм
|
Абсолютное давление в газопроводе,
P0, МПа
|
Плотность газа в газопроводе под давлением,
ρ, кг/м3
|
Площадь внутреннего сечения газопровода,
S, м
|
Масса газа в облаке,
mг, кг
|
Высокое давление,
|
325х8,0
|
0,701
|
4,57
|
0,075
|
8859,8
|
273х7,0
|
0,701
|
4,57
|
0,053
|
6260,9
|
159х4,0
|
0,701
|
4,57
|
0,018
|
2126,3
|
108х3,5
|
0,701
|
4,57
|
0,008
|
945,0
|
89х3,5
|
0,701
|
4,57
|
0,005
|
590,6
|
57х3,5
|
0,701
|
4,57
|
0,002
|
236,3
|
25х3,2
|
0,701
|
4,57
|
0,0002
|
23,6
|
Низкое давление,
|
219х5,0
|
0,104
|
0,68
|
0,034
|
596,7
|
159х4,5
|
0,104
|
0,68
|
0,018
|
315,9
|
89х4,0
|
0,104
|
0,68
|
0,005
|
87,7
|
76х3,5
|
0,104
|
0,68
|
0,004
|
70,2
|
57х3,5
|
0,104
|
0,68
|
0,002
|
35,1
|
25х3,2
|
0,104
|
0,68
|
0,0002
|
3,5
|
Избыточное давление p, кПа, развиваемое при сгорании газовоздушной смеси, рассчитывается в соответствии с ГОСТ Р 12.3.047-98 «Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля» по формуле
где:
р0- атмосферное давление, кПа (допускается принимать равным 101 кПа);
r- расстояние от геометрического центра газовоздушного облака, м;
mпp - приведенная масса газа, кг, рассчитанная по формуле
mпр = (Qсг / Q0)∙m∙Z
где:
Qсг - удельная теплота сгорания газа, 48,6∙106 Дж/кг;
Z - коэффициент участия, который допускается принимать равным 0,1;
Q0 - константа, равная 4,52∙106 Дж/кг;
m - масса горючего газа, поступившего в результате аварии в окружающее пространство, кг.
Таблица - Предельно допустимое избыточное давление при сгорании газовоздушных смесей в открытом пространстве
Степень поражения
|
Избыточное давление, кПа
|
Полное разрушение зданий
|
100
|
50 %-ное разрушение зданий
|
53
|
Средние повреждения зданий
|
28
|
Умеренные повреждения зданий (повреждение внутренних перегородок, рам, дверей и т.п.)
|
12
|
Нижний порог повреждения человека волной давления
|
5
|
Малые повреждения (разбита часть остекления)
|
3
|
Учитывая предельно допустимое избыточное давление при сгорании газовоздушных смесей в открытом пространстве определяются радиусы зон повреждений зданий и людей при воздействии избыточного давления воздушной ударной волны.
Таблица - Радиусы зон разрушений, повреждений зданий и нижнего порога повреждения человека при воздействии воздушной ударной волны (м)
Диаметр газопровода
|
Приведенная масса газа в облаке,mпр, кг
|
Степень разрушения и поражения
|
Зона полного разрушения
|
Зона 50% разрушения
|
Зона средних повреждений
|
Зона умеренных повреждений
|
Нижний порог повреждения человека волной давления
|
Зона малых повреждений
|
Высокое давление, сталь
|
325х8,0
|
9526,1
|
55,4
|
77,6
|
113,2
|
201,3
|
401,9
|
626,0
|
273х7,0
|
6731,7
|
49,4
|
69,1
|
100,9
|
179,5
|
358,3
|
558,1
|
159х4,0
|
2286,2
|
34,5
|
48,4
|
70,6
|
125,7
|
250,0
|
390,9
|
108х3,5
|
1016,1
|
26,4
|
37,0
|
54,0
|
96,1
|
192,0
|
299,0
|
89х3,5
|
635,0
|
22,6
|
31,6
|
46,2
|
82,3
|
164,4
|
256,0
|
57х3,5
|
254,1
|
16,7
|
23,4
|
34,1
|
60,8
|
121,5
|
189,3
|
25х3,2
|
25,4
|
7,8
|
10,9
|
15,9
|
28,4
|
56,8
|
88,6
|
Низкое давление, сталь
|
219х5,0
|
641,6
|
22,7
|
31,8
|
46,4
|
82,6
|
164,9
|
257,0
|
159х4,5
|
339,7
|
18,4
|
25,7
|
37,6
|
66,9
|
133,7
|
208,2
|
89х4,0
|
94,3
|
12,0
|
16,8
|
24,6
|
43,8
|
87,6
|
136,4
|
76х3,5
|
75,5
|
11,1
|
15,6
|
22,9
|
40,7
|
81,5
|
126,9
|
57х3,5
|
37,7
|
8,9
|
12,4
|
18,1
|
32,4
|
64,7
|
100,8
|
25х3,2
|
3,8
|
4,1
|
5,8
|
8,5
|
15,1
|
30,3
|
47,2
|
Расчет импульса волны давления i, Па∙с проводится по формуле:
где: mпр - приведенная масса газа, кг.
r - расстояние от геометрического центра газовоздушного облака, м
Таблица - Значения импульса волны давления в зависимости от расстояния от геометрического центра газовоздушного облака, (i, Па∙с)
Диаметр газопровода
|
Приведенная масса газа в облаке,
mпр, кг
|
Расстояние от геометрического центра газовоздушного облака, м;
|
10
|
50
|
100
|
200
|
300
|
400
|
500
|
600
|
Высокое давление, сталь
|
325х8,0
|
7805,5
|
4559,2
|
911,8
|
455,9
|
228,0
|
152,0
|
114,0
|
91,2
|
76,0
|
273х7,0
|
5515,85
|
3625,5
|
725,1
|
362,5
|
181,3
|
120,8
|
90,6
|
72,5
|
60,4
|
159х4,0
|
1873,3
|
1777,6
|
355,5
|
177,7
|
88,9
|
59,2
|
44,4
|
35,5
|
29,6
|
108х3,5
|
832,54
|
1040,8
|
208,2
|
104,1
|
52,0
|
34,7
|
26,0
|
20,8
|
17,3
|
89х3,5
|
520,32
|
763,2
|
152,6
|
76,3
|
38,2
|
25,4
|
19,1
|
15,3
|
12,7
|
57х3,5
|
208,18
|
417,0
|
83,4
|
41,7
|
20,8
|
13,9
|
10,4
|
8,3
|
6,9
|
25х3,2
|
20,8
|
91,1
|
18,2
|
9,1
|
4,5
|
3,0
|
2,3
|
1,8
|
1,5
|
Низкое давление, сталь
|
219х5,0
|
525,7
|
768,4
|
153,7
|
76,8
|
38,4
|
25,6
|
19,2
|
15,4
|
12,8
|
159х4,5
|
278,31
|
505,0
|
101,0
|
50,5
|
25,2
|
16,8
|
12,6
|
10,1
|
8,4
|
89х4,0
|
77,26
|
216,7
|
43,3
|
21,7
|
10,8
|
7,2
|
5,4
|
4,3
|
3,6
|
76х3,5
|
61,85
|
187,1
|
37,4
|
18,7
|
9,3
|
6,2
|
4,7
|
3,7
|
3,1
|
57х3,5
|
30,92
|
118,4
|
23,7
|
11,8
|
5,9
|
3,9
|
3,0
|
2,7
|
2,0
|
25х3,2
|
3,1
|
25,9
|
5,2
|
2,6
|
1,3
|
0,9
|
0,6
|
0,5
|
0,4
|
По таблицам 2,3,4 «Методики оценки последствий аварии на пожаро-взрывоопасных объектах», (МЧС, Москва, 1994) определяем, что класс окружающего пространства -4, класс топлива - 4, а вероятный режим взрывного превращения - 5.
В соответствии с выбранным режимом взрывного превращения, а также в зависимости от массы топлива содержащегося в облаке по графику определяются границы зон степени поражения людей, находящихся на открытой местности при воздействии ВУВ.
Таблица - Радиусы зон степени поражения людей при воздействии воздушной ударной волны при аварии на газопроводе, (м).
Диаметр газопровода
|
Степень поражения людей
|
99%
|
90%
|
50%
|
10%
|
1%
|
Порог
поражения
|
Высокое давление, сталь
|
325х8,0
|
51,0
|
58,25
|
65,5
|
72,75
|
80,0
|
100,0
|
273х7,0
|
45,0
|
51,25
|
57,5
|
63,75
|
70,0
|
90,0
|
159х4,0
|
32,0
|
36,5
|
41,0
|
45,5
|
50,0
|
62,0
|
108х3,5
|
26,0
|
29,25
|
32,5
|
35,75
|
39,0
|
50,0
|
89х3,5
|
23,0
|
25,5
|
28,0
|
30,5
|
33,0
|
42,0
|
57х3,5
|
17,0
|
19,25
|
21,5
|
23,75
|
26,0
|
30,0
|
25х3,2
|
7,0
|
8,75
|
10,5
|
12,25
|
14,0
|
17,0
|
Низкое давление, сталь
|
219х5,0
|
24,0
|
26,5
|
29,0
|
31,5
|
34,0
|
43,0
|
159х4,5
|
19,0
|
21,25
|
23,5
|
25,75
|
28,0
|
36,0
|
89х4,0
|
13,0
|
14,75
|
16,5
|
18,25
|
20,0
|
24,0
|
76х3,5
|
11,0
|
12,75
|
14,5
|
16,25
|
18,0
|
23,0
|
57х3,5
|
8,0
|
9,75
|
11,5
|
13,25
|
15,0
|
18,0
|
25х3,2
|
4,0
|
4,62
|
5,25
|
5,87
|
6,5
|
8,0
|
|
