CC BY
02024;9(1):32-44
XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY
ISSN 2500-1582 (print) ISSN 2500-1574 (online)
ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
Научная статья УДК 614.819
DOI: 10.21285/2500-1582-2024-9-1-32-44 EDN: IALLED
Прогнозный анализ аварийных пожарных рисков для котельной
Т.И. Дроздова^, В.А. Засухина, Н.А. Филиппов
Иркутский национальный исследовательский технический университет, г. Иркутск, Россия
Аннотация. Обеспечение пожарной безопасности опасных производственных объектов является приоритетной задачей для сохранения здоровья, жизни человека, а также материальных ценностей и окружающей среды. Поэтому на таких объектах актуально прогнозирование аварийных ситуаций и минимизирование их рисков. Целью работы было оценивание пожарных рисков и степени поражающих факторов при аварийной ситуации в котельной. Исследование выполнено на основе статистических данных предприятий теплоэнергетики, с помощью регламентированных (нормативных) методов определения пожарных рисков, учета степени поражения от аварии на угольной котельной. Дана прогнозная оценка пожарных рисков на примере двух сценариев аварий. Определены зоны поражения и возможное количество пострадавших людей. Показаны размеры опасных зон - смертельное поражение на расстоянии от эпицентра взрыва 20 м с вероятностью поражения 97 процентов. Установлена вероятность слабого разрушения зданий в населенном пункте порядка 17 процентов. При прогнозной аварии в виде взрыва парового котла поражающие факторы могут оказывать воздействие на производственные здания и персонал котельной.
Ключевые слова: угольная котельная, авария, взрыв, пожарный риск, зона поражения
Для цитирования: Дроздова Т.И., Засухина В.А., Филиппов Н.А. Прогнозный анализ аварийных пожарных рисков для котельной // XXI век. Техносферная безопасность. 2024. Т. 9. № 1. С. 32-44. https://doi.org/10.21285/2500-1582-2024-9-1-32-44. EDN: IALLED.
FIRE SAFETY
Original article
Predictive analysis of emergency fire risks for the boiler room
Tatyana I. Drozdova^, Vera A. Zasukhina, Nikita A. Filippov
Irkutsk National Research Technical University, Irkutsk, Russia
Abstract. In the technosphere, ensuring fire safety of hazardous production facilities is a priority task for preserving human health, life, material values, and the environment. Therefore, it is important to predict emergency situations and minimize their risks. The purpose of the study is to assess fire risks and the degree of damage in an emergency situation in the boiler room. The study was based on statistical data on accidents at thermal power plants and regulated methods for determining fire risks and the degree of damage from an accident at coal boiler houses. A predictive assessment of fire risks was based on the example of two accident scenarios, the affected areas and the
© Дроздова Т.И., Засухина В.А., Филиппов Н.А., 2024
-у.
32ля
Ш
https://journals.istu.edu/technosfernaya_bezopastnost/
Дроздова Т.И., Засухина В.А., Филиппов Н.А. Прогнозный анализ аварийных пожарных... Drozdova T.I., Zasukhina V.A., Filippov N.A. Predictive analysis of emergency fire risks...
possible number of injured people are determined. The dimensions of the danger zones are shown - a fatal injury at a distance of 20 m from the epicenter of the explosion with a 97 percent probability of injury. The probability of weak destruction of buildings in a populated area of 17 percent was established. In case of a predicted accident in the form of an explosion of a steam boiler, damaging factors can affect industrial buildings and boiler room personnel.
Keywords: coal boiler house, accident, explosion, fire risk, affected area
For citation: Drozdova T.I., Zasukhina V.A., Filippov N.A. Predictive analysis of emergency fire risks for a boiler room. XXI vek. Tekhnosfernaya bezopasnost' = XXIcentury. TechnosphereSafety. 2024;9(1):32-44. (In Russ.). https:// doi.org/10.21285/2500-1582-2024-1-32-44. EDN: IALLED.
ВВЕДЕНИЕ
Обеспечение населения теплом и горячей водой во многих муниципальных образованиях Иркутской области осуществляется котельными. Паровые и водогрейные котлы, трубопроводы пара и горячей воды, находящиеся в цехе котельной, являются техническими устройствами опасного производственного объекта (ОПО). Котельная вырабатывает насыщенный пар с рабочим давлением 1,4 МПа. В соответствии с Федеральным законом «О промышленной безопасности опасных производственных объектов»1 котельная относится к ОПО, вследствие использования оборудования, работающего под давлением более 0,07 МПа, при температуре нагрева воды более 115 °С, применения топлива (мазут, уголь, горючие газы).
Согласно данным Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору (Ростехнадзор) в 2023 году в России насчитывалось 3 924 ОПО, среди них были и котельные. Здесь аварии по статистике являются частыми чрезвычайными ситуациями. Наиболее опасны газовые котельные, аварии на которых составляют 43,2 % от общего количества аналогичных
котельных, работающих на других видах топлива2. Причинами аварий, в первую очередь, является износ оборудования и систем коммуникации. Согласно данным статистики, средняя величина износа коммуникации в теплоснабжении составляет 65 %. Аварии могут быть вызваны и другими причинами. Например, взрыв парового котла при нарушении режима эксплуатации; возгорание топлива при перенасыщении горючей смеси; уменьшение уровня воды, приводящее к перегреву оборудования и труб, их разрушению; нарушение подготовки воды, ее химического качества, влияющего на образование накипи, ржавчины, разрушения оборудования; нарушение правил разогрева котла, приводящего к повышенным нагрузкам и разгерметизации; износ элементов оборудования, в том числе коррозийный; некачественное изготовление и (или) некачественный ремонт оборудования; прекращение подачи электроэнергии и другие. Все они связаны прежде всего с нарушениями требований Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности3.
Анализ статистики аварий на паровых и тепловых сетях объектов теплоэнергетики
Федеральный закон от 21.07.1997 № 116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» (ред. от 11.06.2021).
2Аварии в котельных: статистика и причины происшествий (vawilon.ru). Режим доступа: https://vawilon.ru/statistika-avarij-na-kotelnyh (дата обращения: 21.02.2024).
3Приказ Ростехнадзора от 25.03.2014 № 116 «Об утверждении Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности "Правила промышленной безопасности опасных производственных объектов, на которых используется оборудование, работающее под избыточным давлением» (зарегистрировано в Минюсте России 19.05.2014 № 32326).
https://journals. istu. edu/technosfernaya_bezopastnost/
33
4LJ
2024;9(1):32-44
XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY
ISSN 2500-1582 (print) ISSN 2500-1574 (online)
Таблица 1. Динамика количества аварий на паровых и тепловых сетях в Российской Федерации Table 1. Dynamics of the number of accidents on steam and heat networks in the Russian Federation
Федеральный округ Год
2015 2016 2017 2018 2019 2020
РФ 4480 4286 3819 3432 3881 3688
Центральный 1148 891 784 706 726 777
Северо-Западный 669 605 386 340 429 379
Южный 167 313 165 147 171 136
Северо-Кавказский 51 34 144 157 165 336
Приволжский 571 508 626 459 807 788
Уральский 576 461 511 384 393 431
Сибирский 1085 1170 748 775 854 578
Дальневосточный 213 304 455 464 336 263
Федеральных округов России (табл. 1) показал, что, например, в Приволжском, Северо-Кавказском округах число аварий растет. Их всплеск отмечен во многих округах в 2020 году.
После 2020 года количество аварий не прекратилось. В городе Челябинске в январе-феврале 2021 года произошло пять аварий, при которых без тепла оставались детские сады, школы, многоквартирные дома. В городе Подольске Московской области 6 января 2024 года остались без тепла и горячей воды 20 тыс. чел. Аварии на электрических сетях 14 февраля 2024 года в Ростовской области привели к отключению 15 котельных. В отопительный сезон 20232024 гг. аварии были в котельных некоторых муниципальных образований в Иркутской области. Приведенные примеры указывают на необходимость принятия превентивных мер, к которым относится риск-ориентиро-
4Федеральный закон от 22 июля 2008 № 123-Ф3 «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» (ред. от 27 декабря 2018).
5Приказ Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 28 ноября 2022 г. № 412 «Об утверждении Руководства по безопасности «Методика оценки последствий аварийных взрывов топливно-воздушных смесей».
6Федеральный закон от 02.06.2016 № 170-ФЗ «О внесении изменений в Федеральный закон «О промышленной безопасности опасных производственных объектов».
7Приказ МЧС РФ от 10.07.2009 № 404 «Об утверждении методики определения расчетных величин пожарного риска на производственных объектах».
8Приказ Ростехнадзора от 13.05.2015 № 188 «Об утверждении руководства по безопасности «Методические основы по проведению анализа опасностей и оценки риска аварий на опасных производственных объектах».
ванный подход к реализации безопасной эксплуатации ОПО, минимизации аварий и инцидентов, нарушающих условия труда с травмирующим для работников исходом.
В аварийных условиях возрастают риски пожаров, поэтому существуют требования обеспечения пожарной безопасности объектов теплоэнергетики в различных нормативных документах4-8. Кроме того, имеются исследования проблемы обеспечения противопожарной защиты для котельных [1,2]. Проведены анализ и идентификация реальных и потенциальных опасностей на котельных различных типов с применением риск-ориентированного подхода [3-6], а также предложены логико-вероятностные модели управления безопасностью [7, 8], исследованы возможные риски [9-14]. Однако с учетом сохранения значительной степени аварийности на котельных различных технологий и режимов эксплуатации актуальным
-у.
34„
ш
https://journals.istu.edu/technosfernaya_bezopastnost/
Дроздова Т.И., Засухина В.А., Филиппов Н.А. Прогнозный анализ аварийных пожарных... Drozdova T.I., Zasukhina V.A., Filippov N.A. Predictive analysis of emergency fire risks...
является изучение и оценивание аварийных пожарных рисков для котельных на основе существующих сегодня нормативных требований с целью поиска путей сохранения техносферной безопасности.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Объектом исследования было котельное оборудование, включая паровой котел типа КЕ-50-14С, в типовом котельном цехе одной из котельных муниципального образования Иркутской области. Для режимных условий эксплуатации котла оценивали пожарный риск, используя метод статистического анализа, требования нормативных документов и методики по оценке пожарных рисков9.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Известно, что каждая аварийная ситуация при сочетании определенных факторов может иметь несколько стадий развития. Приостановить ее можно на одной из менее или более опасной стадии. При строгом соблюдении требований технологического режима, своевременном и качественном проведении ремонтов и технического освидетельствования, постоянном контроле со стороны обслуживающего персонала за состоянием оборудования и коммуникаций ограничение доступа на территорию котельной лиц, не связанных с технологией выработки энергоносителей, можно сократить до минимума вероятность возникновения аварии.
Возникновение аварии может иметь два уровня. На первом (А) она возникает и развивается в пределах одного технологического блока без влияния на смежные конструкции. В данном случае локализация последствий возможна силами производственного персонала без привлечения спецподразделений, но с
9ГОСТ Р12.3.047 - 2012. «Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля».
немедленным уведомлением должностных лиц, предусмотренных списком и схемой оповещения согласно «Плану мероприятий ликвидации аварий (ПМЛА)» на котельной. На втором уровне (Б) авария развивается с выходом за пределы блока и возможным продолжением ее в пределах объекта. Локализация последствий возможна с привлечением пожарных и других специализированных подразделений согласно тому же ПМЛА на котельной.
При эксплуатации котельного оборудования наиболее опасной ситуацией может быть разгерметизация парового котла в результате:
- взрыва топки котла;
- физического взрыва парового котла от превышения давления.
Важно отметить технологические особенности подачи топлива на сжигание, которые заключаются в следующем: куски угля поступают по галерее топливоподачи подъема в дробильное отделение, где они превращаются во фракцию максимального размера 25 мм. Затем по галерее подъема этот уголь поступает в одну из двух мельниц типа ММТ-1000, где куски топлива превращаются в угольную пыль, которая впоследствии попадает в топку котла через пылеу-гольные горелки. Взрыв в топке котла может произойти вследствие обрыва пламени на пылеугольной горелке при перенасыщении топочного пространства угольной пылью. При этом температура пылевоздушной смеси нагреется до температуры самовозгорания, что может спровоцировать хлопок с последующим взрывом.
Рассмотрено два наиболее вероятных и опасных сценария развития возможности взрыва топки котла в угольном котельном цехе.
https://journals. istu. edu/technosfernaya_bezopastnost/
^35
A;
XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ISSN 2500-1582 (print)
2024"9(1)"32-44
' V '' XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY ISSN 2500-1574 (online)
Наиболее вероятный сценарий 1 - в
котельном цехе в топке котла не сработали взрывные клапаны, и произошел хлопок.
Для данного сценария исходными данными режима работы парового котла были взяты следующие:
- паровой котел КЕ-50-40/14;
- топливо - уголь каменный марки Д, рядовой, крупность 0-300 мм;
- рабочее давление в барабане котла -1,4 МПа;
- производительность подачи пылевидных частиц в топку котла с помощью мельничных установок ММТ-1000 - 120 т/сутки, или1,39 кг-с-1 10:
- объем котельного зала - 105 975 м3;
- количество работников в смене -14 человек.
Величина пожарного риска, приводящего к различной степени поражения здания или строения, определяется избыточным давлением продуктов сгорания при взрыве согласно регламенту (табл. 2).
Расчет избыточного давления взрыва горючей пыли с учетом заданных параметров проведен по методике. Основные формулы, исходные и расчетные параметры, результаты расчета приведены в табл. 3.
Расчетную массу пыли, поступившей в помещение в результате аварийной ситуации,
maв, определяем по формуле (5). Согласно руководству10 запыленность воздуха в котельном цехе не должна превышать 10 мг/м3. Зная свободный объем помещения (табл. 3), можно найти массу ш^горючей пыли, выбрасываемой в помещение из аппарата, которая не создает взрывопожарную опасность. Производительность (р), с которой угольная пыль продолжает поступать в аварийный аппарат по трубопроводам до момента их отключения, составляет 1,39 кг-с-1, а время отключения Т берем 300 с, так как отсутствует система автоматики10. Коэффициент пыления Кп, представляющий отношение массы взвешенной в воздухе пыли ко всей массе пыли, поступившей из аппарата в помещение, принимаем равным 0,5, так как в соответствии с паспортом мельничной установки ММТ-1000 дисперсность пыли превышает 350 мкм.
Массу отложившейся в помещении пыли к моменту аварии определяем по формуле (4), где Кг - доля горючей пыли в общей массе отложений пыли; Ку - коэффициент эффективности уборки пыли, который при влажной ручной уборки принимают равным 0,710.
Масса пыли mj (I = 1; 2), оседающей на различных поверхностях в помещении за время между уборками, определяется по формуле (6), где Мх = - масса
Таблица 2. Предельно допустимые избыточные давления при сгорании газо-, паро- или пылевоздушных смесей в помещении
Table 2. Maximum permissible excess pressure during combustion of gas, steam or dust-air mixtures indoors
Степень поражения Избыточное давление, кПа
Полное разрушение зданий (смертельное поражение человека) более100
Тяжелые повреждения, здания подлежат сносу 53
Средние повреждения зданий 28
Умеренные повреждения зданий (повреждения внутренних перегородок, рам, дверей и т. п.) 14
Частичное разрушение остекления Менее 2
10РД 34.24.504 - 96 «Типовая инструкция по эксплуатации индивидуальных замкнутых систем пылеприготовле-ния с молотковыми мельницами».
-у.
36ля
Ш
https://journals.istu.edu/technosfernaya_bezopastnost/
Дроздова Т.И., Засухина В.А., Филиппов Н.А. Прогнозный анализ аварийных пожарных... Drozdova T.I., Zasukhina V.A., Filippov N.A. Predictive analysis of emergency fire risks...
Таблица 3. Исходные и расчетные параметры избыточного давления взрыва Table 3. Initial and calculated parameters of explosion excess pressure
Название параметра / Name of parameter Формула и ее номер /formula аnd numer formula Значение параметра / Value of parameter
Теплота сгорания угольной пыли, МДж-кг1 H m 23
Начальная максимальная температура воздуха в регионе в теплый период года, оС Т0 24,8
Плотность воздуха при начальной температуре Т0 кг-м"3 P в 1,225"
Теплоемкость воздуха, Дж-кг1-К"1 С р 101012
Начальное давление, кПа Р0 101,3
Свободный объем помещения, м3 V св 105975-0,8 = 84780
Коэффициент негерметичности помещения и неадиабатичности процесса горения KH 39
Избыточное давление, кПа др _ rn-Hm-P0-Z 1 Vce-p„-Cp-T0 Кн (1) 227,34-23000 101,3 0,5 1 _ __ - 2 84780-1,225-1,01-297,95 3 '
Расчетные параметры в формуле (1):
Масса взвешенной в объеме помещения пыли, образовавшейся при взрыве, кг: т= т^+т^, (2) m = 18,31+ 208,924=227,234
где - расчетная масса взвихрившейся пыли, кг, - доля отложившейся в помещении пыли, способной перейти во взвешенное состояние Квз = 0,99 твз=Квз- тп, (3) = 0,9-203,4=18,1
- масса отложившейся в помещении пыли к моменту аварии, кг; коэффициенты: пыления Кг= 1, уборки Ку=0,79 тп=§-(т1 + т2)*\4) ку mn=~( 142,43+0)^203, 4
- расчетная масса пыли, поступившей в помещение в результате аварии, кг. = + (5) 7Пав=(0, 8478+ 1,39-300)-0,5 =208,924
- масса горючей пыли, выбрасываемой в помещение из аппарата, кг. ™ап 0,8478
Коэффициент участия взвешенной пыли в горении, при Р =1 (массовая доля частиц пыли размером менее критического, с превышением которого аэровзвесь неспособна распространять пламя)9 Z = 0,5-F 0,5
Масса пыли, оседающей на труднодоступных для уборки поверхностях в помещении за период времени между генеральными уборками, кг; mi=Mi (l-a)-(3i, (6) (Ti = 1;2) M1=168-0,8478=142,43 (за неделю) m1=142,43-(1-0)-1 = 142,43 M2= 8-0,8478=6,78 (за смену) m2=6,78-(1-0)-0=0
Примечание": т1- масса пыли, оседающей на труднодоступных для уборки поверхностях в помещении за период времени между генеральными уборками (168 час), кг; т2- масса пыли, оседающей на доступных для уборки поверхностях в помещении за период времени между текущими уборками (8 час - смена), кг. Т — промежуток времени между генеральными 0 = 1) и текущими 0 = 2) пылеуборками 168 час. и 8 час. соответственно.
https://journals. istu. edu/technosfernaya_bezopastnost/
^37
4L)
2024;9(1):32-44
XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY
ISSN 2500-1582 (print) ISSN 2500-1574 (online)
пыли, выделяющаяся в объем помещения за период времени между генеральными уборками пыли (1 раз в неделю), кг;
М1;- - масса пыли, выделяемая единицей пылящего оборудования за указанный период, кг;
М2 = ХуМгу - масса пыли, выделяющаяся в объем помещения за период времени между текущими уборками пыли (1 раз в смену), кг;
М2;- - масса пыли, выделяемая единицей пылящего оборудования за указанный период времени, кг;
СС - доля выделяющейся в объем помещения пыли, которая удаляется с помощью вентиляции. При отсутствии экспериментальных данных СС = 0;
/?1,/?2 - доли выделяющейся в объем помещения пыли, оседающей, соответственно, на труднодоступных и доступных для уборки поверхностях помещения (/?1 + Рг = 1) • При отсутствии сведений о коэффициентах допускается их принимать11 равными 1, & =1,
Необходимо учесть и массу отложившейся пыли к моменту аварии по формуле (4) и расчетную массу взвихрившейся пыли по формуле (3).
Сравнение рассчитанного избыточного давления (табл. 3) с утвержденными допустимыми значениями (табл. 2) показало, что в результате взрыва пылевоздушной смеси в топочном устройстве котельного зала здание получит частичное разрушение остекления. Повреждения могут быть также и у топочного устройства.
Наиболее вероятный опасный сценарий 2 - разгерметизация парового котла КЕ-50-40/14 при перегреве оборудования. Расчетным методом определена степень поражения персонала, здания и близле-
жащих построек в результате взрыва по методике.
Исходные данные для расчета:
- рабочее давление котла - 1,4 МПа;
- температура в барабане - 183 °С;
- паропроизводительность - 50 т/ч;
- объем барабана котла - 10,6 м3;
- расстояние от котла до административного корпуса котельной - 20 м;
- расстояние до ближайшего общественного здания - 500 м.
Возможность возникновения взрыва барабана котла определяется по формуле :
Я = К - КнКст (7),
где по справочным данным12 показатели
имеют значения:
Нв- удельная энтальпия воды в барабане котла 1 240,5 кДж/кг;
Нвн- удельная энтальпия кипящей воды при атмосферном давлении, 419,1 кДж/кг; гисп - удельная теплота испарения, при нормальной температуре кипения, 2 256,5 кДж/кг.
Следовательно, 3 = 1240,5-419,1/2256,5=0,36 > 0,35 кДж/кг, что указывает на реальную возможность возникновения взрыва по критериям, принятым в ГОСТе Р12.3.047-2012 и рассмотренным в монографии [15].
При разгерметизации барабана котла часть кипящей воды мгновенно испаряется, образуя большой объем пара и производя физический взрыв. Приведенная масса воды, участвующая во взрыве, определяется по формуле:
тпр = тв
he h-вн
Qo
1Л1г.П 1 1240,5-419,1
Ю158Д—- 1846 кг
(8)
4,52-Ю6
где hв-hвн - удельная тепловая энергия, выделяющаяся при адиабатном расширении 1 кг кипящей воды, находящейся в барабане котла, кДж/кг;
ТОСТ 4401-81 Атмосфера стандартная. Параметры (с изменением № 1).
ZZZS4
https://journals.istu.edu/technosfernaya_bezopastnost/
Дроздова Т.И., Засухина В.А., Филиппов Н.А. Прогнозный анализ аварийных пожарных... Drozdova T.I., Zasukhina V.A., Filippov N.A. Predictive analysis of emergency fire risks...
00- удельная энергия взрыва тринитротолуола (0ТНТ = 4,52-106 Дж/кг); тв - масса воды до взрыва, кг.
Масса воды до взрыва определяется по формуле:
_ve _ 10,6
8 -д* 0,0010435
= 10158,1 кг (9)
где V - объем воды в барабане котла, м3; $*- удельный объем кипящей воды при атмосферном давлении в барабане берется равным 0,0010435 м3/ кг12.
Масса образовавшегося при взрыве пара тп определяется по формуле: _ тв(1гв-П8Н) _
771и =
1240 5—419 1
= 10158,1 • ' ' = 3697,7 кг
(10)
2256,5
Объем образовавшегося пара, м3 составит: У= тп • ,9** = 3 697,7 • 1, 6719 = 6 182,2 м3, (11) где {)**- удельный объем пара в состоянии насыщения, 1,6719 м3/ кг12.
Величина избыточного давления на фронте ударной волны рассчитывается по следующей формуле:
&Рф=-
=/>о(о,8
т,
0,33
■пр
+ 3
m.
0,66
■пр
R2
+
5^), (12)
где Р0 - атмосферное давление, кПа (Р0 = 101,3 кПа);
R - расстояние от центра взрыва до реципиента, м.
Изменение избыточного давления во фронте ударной волны при приведенной массе воды, равной 1 846 кг, на заданном расстоянии 20 и 500 м составляет 274 и 2,11кПа соответственно.
Как следует из табл. 2 при избыточном давлении во фронте ударной волны АРф = 274 кПа здание административно-бытового корпуса будет полностью разрушено, а общественное здание при избыточном давлении АРф = 2,1 кПа получит малые разру-
шения (повреждение крыши, разрушение оконных и дверных проемов).
Поражающим фактором при исследуемой аварии является и величина импульса сжатия ударной волны, рассчитываемая по формуле:
(13)
i = 123
3É R
пр
Импульсы сжатия ударной волны на заданном расстоянии в 20, 32 и 500 м будут равны соответственно 75,44; 47,15 и 3,17 кПа-с.
Радиусы зон поражения для человека можно определить из графической зависимости избыточного давления во фронте ударной волны АРф (кПа), рассчитанного по формуле 12, от расстояния R (м) для физического взрыва. На рис. показано, что наибольшие повреждения будут на расстоянии до 500 м.
--» 1,7
100
200
300 400 Расстояние, R, м
500
600
700
Зависимость избыточного давления во фронте ударной волны от расстояния от эпицентра взрыва
Dependence of excess pressure in the shock wave front on the distance from the epicenter of the explosion
Альтернативным методом нахождения расстояний R, на которых могут быть реализованы те или иные степени поражения, является метод интерполяций. Задавая различные расстояния R (м), по формуле (12) методом последовательного приближения устанавливают необходимые ДРф (кПа). Из такого расчета определено, что радиус
12Александров А.А.., Григорьев Б.А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара: Справочник. Рек. Гос. Службой стандартных справочных данных. ГСССД Р-776-98 М.: Изд-во МЭИ, 1999. 168 с.
https://journals. istu. edu/technosfernaya_bezopastnost/
^39
A;
XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ISSN 2500-1582 (print)
2024"9(1V32-44
' V '' XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY ISSN 2500-1574 (online)
зоны летального исхода в соответствии с нормированными данными будет при АРф =100 кПа на расстоянии В = 32 м, контузии - при АРф = 70 кПа, В= 39 м и безопасной зоны - при АРф = 10 кПа, В= 134 м.
Степень поражения (разрушения) Рпор (%) определяется в зависимости от пробит-функции Ц-, которая является функцией ДРф (кПа) и + (кПа-с) в соответствии с данными таблицы П 4.2 приказа МЧС.
В табл. 4, п. 2 приказа МЧС приведены пробит-функции и расчетные ее значения поражений на различном расстоянии от эпицентра взрыва.
Вероятность гибели персонала котельной (М*ф =100 кПа) на расстоянии R=32 м при импульсе фазы сжатия ударной волны 47,15 кПа-с, рассчитанная по формуле (16, табл. 4), имеет значение при летальном исходе Ц- = 6,8, что в соответствии с табл. П. 4, имеет вероятность (поражающий фактор) летального поражения 97 %.
Вероятность различных разрушений зданий (М*ф = 2,1 кПа) на расстоянии R=500 м при импульсе фазы сжатия ударной волны 3,17 кПа-с, рассчитанная по формуле (17, табл. 4), имеет значение Рг = 4.04, которое соответствует слабым разрушениям 17 %.
Таблица 4. Выражение пробит-функции (Ц. ) и ее значение для разной степени поражения Table 4. Expression of the probit function (P_r) and its value for different degrees of damage
№ Степень поражения (разрушения) Пробит-функция Расчетное значение Ц. (вероятность поражения ,%) /расстояние, м
Поражение человека
1 Разрыв барабанных перепонок (от 20 до 500 м) Рг = -12,6+1,524-In AP^ (14) Меньше нуля (0 %)
2 Контузия(потеря управляемости) Pr = 5-5,74-1п (-^-ё-Ля \ " ('У2™1'»)/ 3,18 (14 %)/20 м - 6,7 (0 %)/500 м
3 Отброс ударной волной Рг- 5 2,44-ln i f + ^ ) - у** ^"4,(16) 5 2,44-1пГ'38+ ' V100 100-47,15/ 6,8 (97 %)/20 м
Разрушение зданий
4 Слабые разрушения Рг = 5-0,261п| = 5-0,261п | (17) 4.76 (41 %)/20 м 4.04 (17 %)/500 м
6 Полные, сильные разрушения Рг = 5-0,221п| (18) - 16,76 (500 м) 0 % 4,39 (20 м) 27 %
Примечание: ДРф - избыточное давление на фронте ударной волны, кПа; + - импульс фазы сжатия ударной волны, кПа-с; m - масса тела, 70 кг; P0- атмосферное давление, 101,3кП
-у.
40ля
Ш
https://journals.istu.edu/technosfernaya_bezopastnost/
Дроздова Т.И., Засухина В.А., Филиппов Н.А. Прогнозный анализ аварийных пожарных... Drozdova T.I., Zasukhina V.A., Filippov N.A. Predictive analysis of emergency fire risks...
На расстоянии 20 м от эпицентра взрыва степень разрушения достигнет 41 %. Более сильные разрушения (формула 18, табл. 4) достигаются на расстоянии 20 м, а при удалении до 500 м полного разрушения не будет, здание выстоит.
Ориентировочно определены потери людей, находящихся в зданиях, в зависимости от степени их разрушения:
№бщ = • К1Ь= 14-0,8 = 11 чел.
Ыбезе =£п=1 . =14-0525 = 3,5-4 чел. Мсан = А общ _ Мбезв= 14 _ 4 = 10 чел.
где N1 - количество персонала в I- здании, чел.;
п - число зданий (сооружений) на объекте, шт.; К1, - коэффициенты для нахождения потерь в 1-здании определены для сильной степени разрушения здания, равные соответственно 0,8 и 0,25 в табл. 5.4 монографии [15].
Полученные прогнозные аварийные оценки о возможных зонах поражения необходимы для своевременного принятия организационно-управленческих решений и тем самым -обеспечения безопасности персонала.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате взрыва барабана парового котла КЕ-50-40/14 административно-бытовое здание котельной, находящееся на расстоянии 20 м от эпицентра взрыва, будет претерпевать слабые разрушения строений на 41 процент, более сильные - на 27. Количество пострадавших составит -11человек, из них с летальным исходом - 3-4 человека, раненых - 10. Размеры зон поражения людей составят: смертельное поражение - с вероятностью поражения 97 процентов, контузии - 14. Вероятность слабого разрушения зданий в населенном пункте 17 процентов.
Список источников
1. Дроздова Т.И., Бережных Е.Б. Аудит противопожарной защиты в котельной Иркутского авиационного завода // XXI век. Техносферная безопасность. 2019. Т. 4. № 3. C. 337-348. https://doi.org/10.21285/2500-1582-2019-3-337-347. EDN: XRLNBZ.
2. Бережных Е.Б., Дроздова Т.И. Анализ системы автоматической пожарной сигнализации котельного цеха ИАЗ ПАО «Корпорация Иркут» // Безопасность-2019 : материалы докладов XXIV Всероссийской студенческой научно-практической конференции с международным участием «Проблемы экологической и промышленной безопасности современного мира», (Иркутск, 16-19 апреля). Иркутск: ИрГТУ, 2019. С. 157-160. EDN: BUYWMA.
3. Ramirez J.C., Fecke M., Morrison D.T., Martens J.D. Root Cause Analysis of an Industrial Boiler Explosion (and How Hazard Analysis Could Have Prevented It). Proceedings ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition. 2010. Р. 393-397. https://doi.org/10.1115/IMECE2010-37944.
4. McNay J., Puisa R., Vassalos D. Analysis of effectiveness of fire safety in machinery spaces // Fire Safety Journal. 2019. Vol. 108. P. 102859. https://doi.org/10.1016/j.firesaf.2019.102859.
5. Targoutzidis A.T. Incorporating human factors into a simplified «bow-tie» approach for workplace risk assessment // Safety Science. 2010. Vol. 48. Iss. 2. P. 145-156. https://doi.org/110.1016/j.ssci.2009.07.005.
6. Анищенко Ю.В., Понушкова К.А. Управление риском при эксплуатации газовой котельной // Современные наукоемкие технологии. 2021. № 12-1. С. 29-34. https://doi.org/10.17513/snt.38950. EDN: KAQABG.
7. Шептунов М.В. Котельные как информатизируемые объекты защиты в ракурсе надежности и безопасности структурно-сложных систем // Проблемы анализа риска. 2018. Т. 15. № 1. С. 54-62. https://doi. org/10.32686/1812-5220-2018-15-1-54-62. EDN: YQLILM.
https://journals. istu. edu/technosfernaya_bezopastnost/
^41
4LJ
XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ISSN 2500-1582 (print)
2024"9(1)"32-44
' V '' XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY ISSN 2500-1574 (online)
8. Калугин М.Н. Автоматизированная система управления безопасностью в котельной // Фундаментальные исследования. 2014. № 8-5. С. 1043-1047. EDN: SIMAIX.
9. Емельянова В.А., Соколова Е.В. Исследование риска аварий на объекте теплоснабжения и разработка комплекса мероприятий по повышению безопасности его функционирования // Проблемы анализа рисков. 2020. Т. 17. № 3. С. 44-55. https://doi.org/10.32686/1812-5220-2020-17-3-44-55. EDN: IPGZSK.
10. Алёхин Г.Г. Анализ аварийных ситуаций на теплоэлектроцентралях // Молодой ученый. 2018. № 42 (228). С. 1-3. EDN: YLTMTB.
11. Сырых В.Н., Карпец К.М. Оценка причин возникновения чрезвычайной ситуации, вызванной взрывом твердотопливного котла IGNIS-500 // Проблемы чрезвычайных ситуаций. 2015. С. 107-111.
12. Гринь Е.А., Пчелинцев А.В., Крейцер К.К., Бочкарев В.И., Калугин Р.Н. Безопасность и эксплуатационная надежность тепломеханического оборудования // Теплоэнергетика. 2021. № 6. С. 103-109. https:// doi.org/10.1134/S0040363621060047. EDN: VXFTKJ.
13. Таубкин И.С. Судебная экспертиза техногенных взрывов М.: «Юрлитинформ», 2009. 588 с. ISBN: 9785-93295-537-6. EDN: QRHARH.
14. Фалеев М.И., Горбунов С.В. Мониторинг и прогнозирование чрезвычайных ситуаций как составная часть системы управления рисками ЧС // Проблемы анализа риска. 2018. Т. 15. № 6. С. 8-16. https://doi. org/10.32686/1812-5220-2018-15-8-16. EDN: YQZLAT.
15. Мастрюков Б.С. Безопасность в чрезвычайных ситуациях в природно-техногенной сфере. Прогнозирование последствий: учебное пособие для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению «Безопасность жизнедеятельности». 2-е изд., стер. М.: «Академия», 2012. 367 с. ISBN: 9785-7695-9523-3. EDN: QKLGLZ.
References
1. Drozdova T.I., Berezhnykh E.B. Assessment of the fire protection system in the boiler house of irkutsk aircraft plant. XXI vek. Tekhnosfernaya bezopasnost'=XXIcentury. TechnosphereSafety. 2019;4(3):337-348. (In Russ.). https://doi.org/10.21285/2500-1582-2019-3-337-347. EDN: XRLNBZ.
2. Berezhnykh E.B., Drozdova T.I. Analysis of the automatic fire alarm system of the boiler shop of IAP PJSC Irkut Corporation. Bezopasnost'-2019: materialy dokladov XXIV Vserossiiskoi studencheskoi nauchno-prak-ticheskoi konferentsii s mezhdunarodnym uchastiem "Problemy ekologicheskoi i promyshlennoi bezopasnosti sovremennogo mira" = Safety-2019: materials of reports of the XXIV All-Russian Student Scientific and Practical Conference with International Participation "Problems of Environmental and Industrial Safety of the Modern World", April 16-19, 2019, Irkutsk. Irkutsk: Irkutsk National Research Technical University; 2019. P. 157-160. (In Russ.). EDN: BUYWMA.
3. Ramirez J.C., Fecke M., Morrison D.T., Martens J.D. Root Cause Analysis of an Industrial Boiler Explosion (and How Hazard Analysis Could Have Prevented It). Proceedings ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition; 2010. P. 393-397. https://doi.org/10.1115/IMECE2010-37944.
4. McNay J., Puisa R., Vassalos D. Analysis of effectiveness of fire safety in machinery spaces. Fire Safety Journal. 2019;108:102859. https://doi.org/10.1016/j.firesaf.2019.102859.
5. Targoutzidis A.T. Incorporating human factors into a simplified «bow-tie» approach for workplace risk assessment. Safety Science. 2010;48(2):145-156. https://doi.org/10.1016Zj.ssci.2009.07.005.
6. Anishchenko Yu.V., Ponushkova K.A. Risk management of gas boiler house. Sovremennye naukoemkie tekhnologii = Modern high technologies. 2021;12-1:29-34. (In Russ.). https://doi.org/10.17513/snt.38950. EDN: KAQABG.
7. Sheptunov M.V. Boiler-houses as the computerized objects of protection at foreshortening of reliability
-V.
42ля
M
https://journals.istu.edu/technosfernaya_bezopastnost/
Дроздова Т.И., Засухина В.А., Филиппов Н.А. Прогнозный анализ аварийных пожарных... Drozdova T.I., Zasukhina V.A., Filippov N.A. Predictive analysis of emergency fire risks...
and safety of structural-complex systems. Problemy analiza riska = Issues of Risk Analysis. 2018;15(1):54-62. (In Russ.). https://doi.org/10.32686/1812-5220-2018-15-1-54-62. EDN: YQLILM.
8. Kalugin M.N. Automated control system of security in the boiler room. Fundamental'nyeissledovaniya = Fundamental researches. 2014;8-5:1043-1047. (In Russ.). EDN: SIMAIX.
9. Emel'yanova V.A., Sokolova E.V. Investigation of the Risk of Accidents at the Heat Supply Facility and Development of a Set of Measures to Improve the Safety of its Operation. Problemy analiza riskov = Issues of Risk Analysis. 2020;17(3):44-55. (In Russ.) https://doi.org/10.32686/1812-5220-2020-17-3-44-55. EDN: IPGZSK.
10. Alyokhin G.G. Analysis of emergency situations at combined heat and power plants. Molodoi uchenyi = Emergency Issues. 2015:107-111.
11. Syrykh V.N., Karpets K.M. Assessment of the causes of the emergency caused by the explosion of solid fuel boilers IGNIS-500. Problemy chrezvychainykh situatsii = Problems of emergency situations. 2015.
12. Grin' E.A., Pchelintsev A.V., Kreitser K.K., Bochkarev V.I., Kalugin R.N. Safety and operational reliability of thermal mechanical equipment. Teploenergetika = Thermal Engineering. 2021;6:103-109.(In Russ.). https://doi. org/10.1134/S0040363621060047. EDN: VXFTKJ.
13. Taubkin I.S. Forensic examination of man-made explosions. Moscow: Yurlitinform; 2009. 588 p. (In Russ.). ISBN: 978-5-93295-537-6. EDN: QRHARH.
14. Faleev M.I., Gorbunov S.V. Monitoring and forecasting of emergency situations as an integral part of the emergency risk management system. Problemy analiza riska = Issues of risk analysis. 2018;15(6):8-16. (In Russ.). https://doi.org/10.32686/1812-5220-2018-15-8-16. EDN: YQZLAT.
15. Mastryukov B.S. Safety in emergency situations in the natural and man-made sphere. Prognostozation of consequences: textbook for students of higher educational institutions, studying in the direction of "Life Safety". 2nd ed., Ster. Moscow: Academy; 2012. 367 c. (In Russ.). ISBN: 978-5-7695-9523-3. EDN: QKLGLZ.
Информация об авторах
Дроздова Татьяна Ивановна,
к.х.н., доцент, Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, Россия,
Засухина Вера Алексеевна,
магистрант,
Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, Россия,
Филиппов Никита Алексеевич,
магистрант,
Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, Россия,
Information about the authors
Tatyana I. Drozdova,
Cand. Sci. (Chemistry), Associate Professor,
Irkutsk National Research Technical University,
83 Lermontov St., 664074, Irkutsk,
Russia,
Vera A. Zasukhina,
master's degree student,
Irkutsk National Research Technical University,
83 Lermontov St., 664074, Irkutsk,
Russia,
Nikita A. Filippov,
master's degree student,
Irkutsk National Research Technical University,
83 Lermontov St., 664074, Irkutsk,
Russia,
https://journals.istu.edu/technosfernaya_bezopastnost/
^43
A;
XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ISSN 2500-1582 (print)
2024"9(1)"32-44
' V '' XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY ISSN 2500-1574 (online)
Вклад авторов
Все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.
Информация о статье
Поступила в редакцию 11.02.2024. Одобрена после рецензирования 25.02.2024. Принята к публикации 20.03.2024.
Contribution of the authors
The authors contributed equally to this article.
Conflictof interests
The authors declare no conflict of interests.
All authors have read and approved the final manuscript.
Information about the article
The article was submitted 11.02.2024. Approved after reviewing 25.02.2024. Accepted for publication 20.03.2024.
-V.
44 ЛЙ
M
https://journals.istu.edu/technosfernaya_bezopastnost/
