Научная статья на тему 'ОЦЕНКА ОБСТАНОВКИ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ АВАРИЯХ СО ВЗРЫВОМ'

ОЦЕНКА ОБСТАНОВКИ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ АВАРИЯХ СО ВЗРЫВОМ Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
348
40
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ВЗРЫВНОЕ ГОРЕНИЕ / EXPLOSIVE BURNING / ДЕФЛАГРАЦИОННОЕ / DEFLAGRATION / ДЕТОНАЦИОННОЕ / DETONATION / МАССА И ТИП ВЗРЫВООПАСНОГО ВЕЩЕСТВА / WEIGHT AND TYPE OF EXPLOSIVE SUBSTANCES / ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС / TECHNOLOGICAL PROCESS / ГАЗОВОЗДУШНАЯ СМЕСЬ / GAS-AIR MIXTURE / ПЫЛЕВОЗДУШНАЯ СМЕСЬ / DUST-AIR MIXTURE

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Савинов В. И.

Приводятся особенности горения газопаровоздушной смеси в результате разрушения резервуаров, трубопроводов и технологического оборудования с горючими веществами, а также методика расчета последствий при взрыве газовоздушных смесей в открытом пространстве и газовоздушных и пылевоздушных смесей в производственных помещениях.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Савинов В. И.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

ASSESSMENT OF THE SITUATION IN THE INDUSTRIAL ACCIDENT WITH EXPLOSION

Are particularly gas-air mixture burning mixture in the destruction of tanks, pipelines and process equipment with combustible substances, as well as methods for calculating the effects of the explosion of a gas-air mixtures in the open air and gas-and dust-air mixtures in the production facilities.

Текст научной работы на тему «ОЦЕНКА ОБСТАНОВКИ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ АВАРИЯХ СО ВЗРЫВОМ»

In article are considered: use of standard products and parametric models, conditions of designer activities, necessary information flows, some provisions of design, signs of specialization of a product.

УДК 656.382.3:620.206

В.И. Савинов, к.т.н., доцент ФГБОУВО «ВГАВТ» 603950, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5а

ОЦЕНКА ОБСТАНОВКИ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ АВАРИЯХ СО ВЗРЫВОМ

Ключевые слова: Взрывное горение, дефлаграционное, детонационное, масса и тип взрывоопасного вещества, технологический процесс, газовоздушная смесь, пылевоз-душная смесь.

Приводятся особенности горения газопаровоздушной смеси в результате разрушения резервуаров, трубопроводов и технологического оборудования с горючими веществами, а также методика расчета последствий при взрыве газовоздушных смесей в открытом пространстве и газовоздушных и пылевоздушных смесей в производственных помещениях.

Пожар - неконтролируемое горение. Пожары, как правило, приводят к значительным людским и материальным потерям как на береговых объектах, так и на судах. Так, в 2007 г. зарегистрировано 211163 пожаров, погибли - 15924 чел. (в том числе 597 детей), получили травмы - 13646 человек, прямой материальный ущерб составил 8551,2 млн. руб. [1]

Сложная пожарная обстановка состоит и на флоте. Так, за 2011 г. пожарами повреждено 80 морских и речных судов, уничтожено 4 морских и речных судов. Возникло 23396 пожаров, прямой материальный ущерб составил 379 млн руб., при этом 90% всех пожаров на судах, происходят при их стоянке у пирсов, в портах, при ремонте в доках. [2]

В настоящей работе приводятся особенности прогнозирования инженерной обстановке при пожарах со взрывом.

В результате разрушения резервуаров, трубопроводов и технологического оборудования с горючими веществами возможен их выброс внутрь здания или на открытую площадку с образованием газопаровоздушной смеси (ГПВС). Серьезную опасность для персонала, зданий, сооружений и технологического оборудования представляет взрыв образовавшейся ГПВС.

Процесс горения со стремительным высвобождением энергии и образованием при этом избыточного давления (более 5 кПа) называется взрывным горением.

Различают два принципиально разных режима взрывного горения: дефлаграцион-ный и детонационный.

При дефлаграционном горении распространение пламени происходит в слабо возмущенной среде со скоростями значительно ниже скорости звука, давление при этом возрастает незначительно.

При детонационном горении (детонации) распространение пламени происходит со скоростью, близкой к скорости звука или превышающей ее.

Инициирование (зажигание) газовоздушной смеси с образованием очага горения возможно при следующих условиях:

- концентрация горючего газа в газовоздушной смеси должна быть в диапазоне между нижним и верхним концентрационными пределами распространения пламени;

- энергия зажигания от искры, горячей поверхности должна быть не ниже минимальной. Для большинства взрывчатых смесей энергия зажигания не превышает 30 Дж.

Нижний концентрационный предел (Снкп) распространения пламени - это такая концентрация горючего газа в смеси с окислительной средой, ниже которой смесь становится неспособной к распространению пламени.

Верхний концентрационный предел (Свкп) распространения пламени - это такая концентрация горючего в смеси с окислительной средой, выше которой смесь становится неспособной к распространению пламени.

Минимальная энергия инициирования (зажигания) (Эи) - наименьшее значение энергии электрического разряда, способное воспламенить смесь стехиометрического состава.

Концентрация газа стехиометрического состава (Ссх) - концентрация горючего газа в смеси с окислительной средой, при которой обеспечивается полное без остатка химическое взаимодействие горючего и окислителя смеси.

При сгорании газовоздушной смеси стехиометрического состава образуются только конечные продукты реакции горения и выделившаяся теплота их сгорания не расходуется на нагревание несгоревших окислителя или горючего - последних не образуется. По этой причине продукты сгорания нагреваются до максимальной температуры.

В случае дефлаграционного горения такой смеси в замкнутом герметичном и теплоизолированном объеме образуются максимальные температура и давление. Величина максимального давления является характеристикой соответствующей газовоздушной смеси.

Режим дефлаграционного горения может переходить в режим детонационного горения (при быстром росте скорости распространения пламени). Такому переходу способствует турбулизация процесса горения при встрече фронта пламени с препятствиями. При этом поверхность фронта пламени становится неровной, а толщина пламени увеличивается - все это вызывает рост скорости распространения пламени.

В режиме детонационного горения нагрузки значительно возрастают. Поэтому режим детонационного горения принят за расчетный случай для прогнозирования инженерной обстановки при авариях со взрывом.

К основным факторам, влияющим на параметры взрыва, относят: массу и тип взрывоопасного вещества, его параметры и условия хранения или использования в технологическом процессе, место возникновения взрыва, объемно-планировочные решения сооружений в месте взрыва. [3]

С целью проведения расчетов с гарантированным запасом по объему инженерно-спасательных работ, при обосновании исходных данных принимают такой случай разрушения резервуара, чтобы образовавшийся при этом взрыв газовоздушной смеси произвел максимальное поражающее воздействие. Этот случай соответствует разрушению того резервуара, в котором хранится максимальное количество горючего вещества на рассматриваемом объекте.

При взрыве газовоздушных смесей различают две зоны действия: детонационной волны - в пределах облака ГВС и воздушной ударной волны - за пределами облака ГВС. В зоне облака действует детонационная волна, избыточное давление во фронте которой принимается постоянным в пределах облака ГВС и приблизительно равным АР = 17 кгс/см2 (1,7 МПа).

В расчетах принимают, что зона действия детонационной волны ограничена радиусом г0, который определяется из допущения, что ГВС после разрушения емкости образует в открытом пространстве полусферическое облако.

Объем полусферического облака может быть определен по формуле

— з"

V = — г3, мз,

(1)

где п = 3,14.

Учитывая, что киломоль идеального газа при нормальных условиях занимает

——,4 м , объем образовавшейся ГВС при аварийной ситуации составит

тл ——,4 ■ к ■ О-100 з

V = —----, мз,

тк- С

где

к - коэффициент, учитывающий долю активного газа (долю продукта, участвующего во взрыве);

О - количество сжиженных углеводородных газов в хранилище до взрыва, кг; С - стехиометрическая концентрация газа в % по объему (табл. 1); тк - молярная масса газа, кг/кмоль.

Из условия равенства полусферы и объема образовавшейся смеси, получим

г « 10■ 3 °*-, м.

\тк 'С

(3)

При подстановке значений для метана тк = 16 и С = 9,45 (см. табл. 2), получим формулу

го = 18,5 ■ з/к^О. где О - количество метана до взрыва в тоннах.

м,

(4)

Эта формула получила широкое распространение при проведении расчетов по определению последствий взрывов для углеводородных газов.

Значение коэффициента к принимают в зависимости от способа хранения продукта:

к = 1 - для резервуаров с газообразным веществом;

к = 0,6 - для газов, сжиженных под давлением;

к = 0,1 - для газов, сжиженных охлаждением (хранящихся в изотермических емкостях);

к = 0,05 - при аварийном разливе легковоспламеняющихся жидкостей.

Зона действия воздушной ударной волны (ВУВ) начинается сразу за внешней границей облака ГВС. Давление во фронте ударной волны ДРф зависит от расстояния до центра взрыва и определяется по рис. 1 или по таблице 1, исходя из соотношения

ДРф = / (г / Г0),

где г - расстояние от центра взрыва до рассматриваемой точки.

(5)

Таблица 1

г/г0 0-1 1,01 1,04 1,08 1,— 1,4 1,8 —,7

ДРф,кПа 1700 1—3— 814 568 400 300 —00 100

г/г0 3 4 5 6 8 1— —0

ДРф,кПа 80 50 40 30 —0 10 5

Таблица 1 и рис. 1 аппроксимируют известные формулы, характеризующие зависимость давления от расстояния до центра взрыва.

Рис. 1. Изменение значений ДРфв (кгс/см2) при взрыве пропанобутановых ГВС в зависимости от массы сжиженного газа 2 (кг) и расстояния г (м)

Аварии со взрывом могут произойти на пожаровзрывоопасных объектах. К пожа-ровзрывоопасным объектам относятся объекты, на территории или в помещениях которых находятся (обращаются) горючие газы, легковоспламеняющиеся жидкости и горючие пыли в таком количестве, что могут образовывать взрывоопасные горючие смеси, при горении которых избыточное давление в помещении может превысить 5 кПа.

Последствия взрыва на пожаровзрывоопасных предприятиях определяются в зависимости от условия размещения взрывоопасных продуктов. Если продукты размещаются вне помещений, то принимается, что авария развивается по сценарию взрыва в открытом пространстве.

Если технологический аппарат со взрывоопасными продуктами размещен в зданиях, то авария развивается по сценарию взрыва в замкнутом объеме.

Наиболее типичными аварийными ситуациями в этом случае считаются:

- разрушение аппарата или трубопровода со смешанными газами или жидкостями; 70

- потеря герметичности трубопроводов (разрыв сварного шва, прокладки, отрыв штуцера);

- разлив жидкостей по полу помещения или по рельефу местности;

- образование или выброс горючей пыли.

В этом случае газо-, паро-, пылевоздушная смесь займет частично или полностью весь объем помещения. Затем этот объем заменяется расчетной сферой (в отличии от полусферы в открытом пространстве), радиус которой определяется с учетом объема помещения, типа и массы опасной смеси. При прогнозировании последствий считают, что процесс в помещении развивается в режиме детонации.

При взрыве газопаровоздушных смесей (ГВС) зону детонационной волны, ограниченную радиусом г0, можно определить по формуле

г0 = —, м, (6)

24

где 1/ 24 - коэффициент, м/кДж1/3;

3 - энергия взрыва смеси, определяемая из выражения

3 — КГПВС Х рстх Х бсл» кДж, (7)

где КГПВС - объем смеси, равный

Кгпвс = 100 К / С, (8)

где Кг - объем газа в помещении;

С - стехиометрическая концентрация горючего по объему в % (табл. 2);

А™ - плотность смеси стехиометрического состава, кг/м3 (табл. 2);

2стх - энергия взрывчатого превращения единицы массы смеси стехиометрического

состава, кДж/кг; К0 - свободный объем помещения, равный К0=0,8Кп, м3; Кп - объем помещения;

при КГПВС > К0 объем смеси КГПВС принимают равным К0.

В нормативной литературе по взрывозащите зданий взрывобезопасности производств существуют специальные методики по определению массы и объема газа, распространяющегося в помещении при аварийной ситуации. Эти методики предусматривают тщательное изучение технологического процесса. Для оперативного прогнозирования последствий взрыва в производственных помещениях расчеты целесообразно проводить для случая, при котором будут максимальные разрушения, то есть когда свободный объем помещения, где расположены емкости с газом, будет полностью заполнен взрывоопасной смесью стехиометрического состава.

Тогда уравнение (7) по определению энергии взрыва можно записать в виде

100-К-р • 2

3 — -0 кстх ^стх , кДж, (9)

Далее принимается, что за зоной детонационной волны с давлением 17 кгс/см2, действует воздушная ударная волна. Давление во фронте воздушной ударной волны определяется с использованием данных табл. 1 или рис. 1.

При нарушении герметичности технологических аппаратов пыль выбрасывается в помещение, где вместе с накопившейся пылью смешивается с воздухом, образуя пы-левоздушную смесь (ПВС), способную гореть. Искровой разряд приводит к взрывному горению смеси.

Таблица 2

Характеристики газопаровоздушных смесей

Вещество, характеризующее смесь Формула вещества, образующего смесь Характеристики смеси

тк кг/кмоль ^стх; кг/м3 бстх, МДж/кг С, об. %

Газовоздушные смеси

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Аммиак СН3 15 1,180 2,370 19,72

Ацетилен С2Н2 26 1,278 3,387 7,75

Бутан С4Н10 58 1,328 2,776 3,13

Бутилен С4Н8 56 1,329 2,892 3,38

Винилхлорид С2Н3С1 63 1,400 2,483 7,75

Водород Н2 2 0,933 3,425 29,59

Дивинил С4Н6 54 1,330 2,962 3,68

Метан СН4 16 1,232 2,763 9,45

Окись углерода СО 28 1,280 2,930 29,59

Пропан С3Н8 44 1,315 2,801 4,03

Пропилен С3Н6 42 3,314 2,922 4,46

Этан С2Н6 30 1,250 2,797 5,66

Этилен С2Н4 28 1,285 3,010 6,54

Паровоздушные смеси

Ацетон СзНбО 58 1,210 3,112 4,99

Бензин авиационный 94 1,350 2,973 2,10

Бензол С6Н6 78 1,350 2,937 2,84

Гексан С6Н14 86 1,340 2,797 2,16

Дихлорэтан С2Н4О2 99 1,49 2,164 6,54

Диэтиловый эфир С4Н10О 74 1,360 2,840 3,38

Ксилол С6Н10 106 1,355 2,830 1,96

Метанол СН4О 32 1,300 2,843 12,30

Пентан С5Н12 72 1,340 2,797 2,56

Толуол С7Н8 92 1,350 2,843 2,23

Циклогексан С6Н12 84 1,340 2,797 2,28

Этанол С2Н6О 46 1,340 2,804 6,54

В отличие от газовых смесей образование взрывоопасного облака пыли в помещении может происходить в процессе самого горения. Взрыву в большинстве случаев предшествуют локальные микровзрывы (хлопки) в оборудовании, резервуарах и воспламенение в отдельных участках здания, что вызывает встряхивание пыли, осевшей на полу, стенах и других строительных конструкциях и оборудовании. Это приводит к образованию взрывоопасных концентраций пыли во всем объеме помещения, взрыв которой вызывает сильные разрушения.

Взрывное горение может происходить по одному из двух режимов - дефлаграци-онному или детонационному.

При оперативном прогнозировании последствий принимают, что процесс развивается в детонационном режиме.

Зону детонационной волны, ограниченную радиусом г0, можно определить по формуле (3.3), в которой энергия взрыва определяется из выражения

3 — т ■ 2, кДж, (10)

где 2 - удельная теплота сгорания вещества, образовавшего пыль, кДж/кг (табл. 3); т - расчетная масса пыли, кг.

При оперативном прогнозировании расчетная масса пыли определяется из условия, что свободный объем помещения будет полностью заполнен взвешенным дисперсным продуктом, образуя при этом пылевоздушную смесь стехиометрической концентрации

К •с

т = -, кг, (11)

1000

где К0 - свободный объем помещения, (К0=0,8 Кп ), м3; С - стехиометрическая концентрация пыли, г / м3,

С « 3 ■ ^нкпр, (12)

где ^нкпр - нижний концентрационный предел распространения пламени - это минимальное содержание пыли в смеси с воздухом, при котором возможно возгорание.

Значение /рнкпр для различных веществ находится в пределах:

неорганических веществ (сера, фосфор) (£ипр=2-30 г/м3;

пластмасс (£ипр=20-100 г/м3;

пестицидов и красителей ($жпр=30-300 г/м3;

шерсти (£ипр=100-200 г/м3.

Значения характеристик некоторых аэрозолей приведены в табл. 3.

Таблица 3

Показатели взрывных явлений пыли

Вещество йжпр, г/м3 2, МДж/кг

Полистирол 27,5 39,8

Полиэтилен 45,0 47,1

Метилцеллюлоза 30,0 11,8

Полиоксадиазол 18,0 18,0

Пигмент зеленый (краситель) 45,0 42,9

Пигмент бордо на полиэтилене 39,0 42,9

Нафталин 2,5 39,9

Фталиевый ангидрид 12,6 21,0

Уротропин 15,0 28,1

Адипиновая кислота 35,0 19,7

Сера 2,3 8,2

Алюминий 58,0 30,13

Давление во фронте воздушной ударной волны определяется с использованием данных табл. 1.

Список литературы:

[1] Статика пожаров в Российской Федерации // Безопасность в техносфере. - 2008. - Вып. 5. -с. 18.

[2] Пожары на флоте-удар по безопасности России // Морские порты. - 2013. - Вып. 4. - с. 26.

[3] Оперативное прогнозирование инженерной обстановки в чрезвычайных ситуациях : учебных для слушателей и курсантов Военно-инженерной академии МО РФ и Академии Гражданской защиты МЧС России / Г.П. Саков [и др.] ; под общ. ред. С.К. Шойгу. - М. ЗАО «Папирус», 1998. - 166 с.

ASSESSMENT OF THE SITUATION IN THE INDUSTRIAL ACCIDENT WITH EXPLOSION

V.I. Savinov

Keywords: Explosive burning, deflagration, detonation, weight and type of explosive substances, technological process, gas-air mixture, dust-air mixture.

Are particularly gas-air mixture burning mixture in the destruction of tanks, pipelines and process equipment with combustible substances, as well as methods for calculating the effects of the explosion of a gas-air mixtures in the open air and gas-and dust-air mixtures in the production facilities.

УДК 65.162

В.Н. Щепетова, к.э.н., доцент ФГБОУВО «ВГАВТ»

К.С. Шамонина, ассистент кафедры учёта, анализа и аудита ФГБОУ ВО «ВГАВТ» 603950, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5а

О НЕОБХОДИМОСТИ УЧЕТА, АНАЛИЗА И ОЦЕНКИ РИСКОВ В ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПРЕДПРИЯТИЙ ВНУТРЕННЕГО ВОДНОГО ТРАНСПОРТА

Ключевые слова: риск, классификация рисков, факторы происхождения рисков, риски на внутреннем водном транспорте, управление рисками.

В статье рассматривается само понятие «риск» на современном предприятии; подробно раскрывается классификация рисков по степени возникновения; характеризуется учёт внешних и внутренних рисков; подразделение на коммерческий и финансовый риск; специфика рисков на водном транспорте и причины их возникновения.

Любая коммерческая деятельность сопровождается определёнными рисками. Для того чтобы расти и расширяться, компании постоянно вынуждены меняться. Причины изменений могут быть различны: снизился спрос на продукт, изменились предпочтения потребителей, появились новые технологии и т.д. Чтобы достичь успеха и победить в конкурентной борьбе, приходится внедрять в производство новые продукты, предлагать новые услуги и, как следствие этого, иметь дело с риском.

В процессе своей деятельности компании часто сталкиваются с ситуациями, которые предполагают несколько возможных вариантов решений. Проанализировав их, компания выбирает либо более рискованное (но и более доходное) мероприятие, либо более надежное. Известно, что чем больше прибыль, получаемая предприятием, тем выше вероятность потерь. Это своеобразная закономерность [2, а 11].

В каждом виде бизнеса есть набор параметров, которые характеризуют способность фирмы к развитию и достижению целей. К ним можно отнести прибыль, долю рынка, объем оборотов и другое. Однако для разных предприятий все эти характери-

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.