Характеристика аварий на пожаро- и взрывоопасных объектах и гидродинамически опасных объектах

Созидательная деятельность человека направлена на получение энергии, ее накопление и последующее использование. При этом возможен случай неконтролируемого выхода энергии с переходом более высокого энергетического потенциала на низший уровень. Этот процесс обусловлен физико-химическими превращениями в веществе – потенциальном носителе энергии. В этом случае часть энергии способна реализовываться в виде взрывов, пожаров и механических воздействий.

Объекты, на которых могут возникать опасные явления со взрывами и пожарами, относят к классу взрывоопасных.

Федеральным законом «О промышленной безопасности опасных производственных объектов (ОПО)», принятым Государственной Думой 20 июня 1997 г., определены две категории ОПО. К первой категории относятся ОПО, на которых получаются, используются, перерабатываются, образуются, хранятся и транспортируются следующие опасные вещества:

а) воспламеняющие вещества – газы, которые при нормальном давлении и в смеси с воздухом становятся воспламеняющимися, и температура кипения которых при нормальном давлении составляет 20°С и ниже;

б) окисляющие вещества – вещества, поддерживающие горение, вызывающие воспламенение и (или) способствующие воспламенению других веществ в результате окислительно-восстановительной экзотермической реакции;

в) горючие вещества – жидкости, газы, пыли, способные самовозгораться, а также возгораться от источника зажигания и самостоятельно гореть после его удаления;

г) взрывчатые вещества – вещества, которые при определенных видах внешнего воздействия способны на очень быстрое самораспространяющееся химическое превращение с выделением тепла и образованием газов.

К пожароопасным относятся объекты нефтяной, газовой, химической, металлургической, лесной, деревообрабатывающей, текстильной, хлебопродуктовой промышленности и др. Кроме них к пожароопасным могут быть отнесены некоторые объекты жилого, социального и культурного назначения. Статистика подтверждает, что в России около 70% пожаров возникает в непроизводственной сфере – жилых домах и общественных зданиях.

Другую категорию ОПО представляют объекты, использующие оборудование под давлением более 0,07 МПа или при температуре воды более 100°С. Такими объектами могут быть не только промышленные предприятия, но и транспортные средства со взрывоопасным грузом, некоторые объекты соцкультбыта. В частности, к взрывоопасным объектам относятся предприятия оборонной, нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, химической, газовой, хлебопродуктовой, текстильной и фармацевтической промышленности, склады взрывчатых, легковоспламеняющихся и горючих веществ, сжиженных газов.

В соответствии с Федеральным Законом «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» определены предельные нормы опасных веществ, наличие которых на взрывопожароопасном объекте является основанием для обязательной разработки декларации промышленной безопасности. Этот документ разрабатывается в соответствии с постановлением Правительства № 675 от 1 июля 1995 г. «О декларации безопасности промышленного объекта Российской Федерации», совместным приказом МЧС России № 222/59 от 4 апреля 1996 г. и Госгортехнадзора России № 559/125 от 7 августа 1996 г., постановлением № 66 Госгортехнадзора России от 7 сентября 1999 г.

Таблица 2

Предельное количество опасных веществ, определяющих обязательность разработки декларации промышленной безопасности

Наименование и вид опасных веществ	Предельное количество взрывопожароопасного вещества, т
Аммиак
Нитрат аммония (аммиачная селитра)
Нитрат аммония в форме удобрений
Акрилонитрил
Хлор
Оксид этилена
Цианистый водород
Фтористый водород
Сернистый водород
Диоксид серы
Триоксид серы
Алкилы
Метилизоциант	0,15
Воспламеняющиеся газы
Горючие жидкости, находящиеся на товарно-сырьевых базах
Горючие жидкости, используемые в технологическом процессе или транспортируемые по магистральному трубопроводу
Взрывчатые вещества

В соответствии с Федеральным законом «О пожарной безопасности» пожаром называется неконтролируемое горение, причиняющее материальный ущерб, вред жизни и здоровью граждан, интересам общества и государства. В физико-химической основе пожара лежит процесс горения. Горение – это сложный физико-химический процесс превращения горючих веществ и материалов в продукты сгорания, сопровождаемый интенсивным выделением тепла, дыма и световым излучением. Особенностями горения на пожаре, в отличие от других видов горения, являются склонность к самопроизвольному распространению огня, сравнительно невысокая степень полноты сгорания, интенсивное выделение дыма, содержащего продукты полного и неполного окисления.

Пожары по своим масштабам и интенсивности подразделяются на следующие виды:

а) Отдельный пожар – возникает в отдельном здании или сооружении. Продвижение людей и техники по застроенной территории между отдельными пожарами возможно без средств защиты от теплового излучения.

б) Сплошной пожар – одновременное интенсивное горение преобладающего количества зданий и сооружений на данном участке застройки. Продвижение людей и техники через участок сплошного огня невозможно без средств защиты от теплового излучения.

в) Огневой шторм – это особая форма распространяющегося сплошного пожара, характерными признаками которого являются наличие восходящего потока продуктов сгорания и нагретого воздуха, а также приток свежего воздуха со всех сторон со скоростью не менее 50 км/ч по направлению к границам огневого шторма.

г) Массовый пожар – представляет собой совокупность отдельных и сплошных пожаров.

Пожары характеризуются рядом параметров, в том числе:

а) продолжительностью пожара – временем с момента его возникновения до полного прекращения горения;

б) площадью пожара – площадью проекции зоны горения на горизонтальную или вертикальную плоскость;

в) зоной горения – частью пространства, в котором происходит подготовка горючих веществ к горению (подогрев, испарение, разложение) и их горение;

г) зоной теплового воздействия – частью пространства, примыкающего к зоне горения, в котором тепловое воздействие приводит к заметному изменению состояния материалов и конструкции и делает невозможным пребывание в нем людей без специальной тепловой защиты (теплозащитных костюмов, отражательных экранов, водяных завес и т.п.).

д) зоной задымления – частью пространства, примыкающего к зоне горения и заполненного дымовыми газами в концентрациях, создающих угрозу жизни и здоровью или затрудняющих действия пожарных подразделений.

Пожар в основном распространяется в сторону своего фронта. Фронт сплошного пожара – это граница сплошного пожара, по которой огонь распространяется с наибольшей скоростью.

Еще одна группа параметров, характеризующих пожар – температурная. Температура внутреннего пожара – это среднеобъемная температура газовой среды помещения. Температура открытого пожара – это температура пламени. Температура внутренних пожаров, как правило, ниже, чем открытых.

Последствия пожаров обусловлены действием их поражающих факторов. Основными из них являются:

- непосредственное действие огня на горящий предмет (горение);

- дистанционное воздействие на предметы и объекты высоких температур за счет излучения.

В результате происходит сгорание предметов и объектов, их обугливание, разрушение, выход из строя. Уничтожаются все элементы зданий и конструкций, выполненных из сгораемых материалов.

Вторичными последствиями пожаров могут быть взрывы, утечка ядовитых или загрязняющих веществ в окружающую среду.

Тяжелыми чрезвычайными техногенными событиями являются аварийные взрывы. Взрыв – это быстропротекающий процесс физических или химических превращений веществ, сопровождающийся выделением значительного количества энергии в ограниченном объеме, в результате которого в окружающем пространстве образуется и распространяется ударная волна, способная привести или приводящая к возникновению техногенной чрезвычайной ситуации (ГОСТ Р 22.0.05–94). По другому определению, взрыв – это процесс выделения энергии за короткий промежуток времени, связанный с мгновенным физико-химическим изменением состояния вещества, приводящим к возникновению скачка давления или ударной волны, сопровождающихся образованием сжатых газов или паров, способных производить работу (ГОСТ Р 22.0.08–96). Он приводит к образованию сильно нагретого газа (плазмы) с очень высоким давлением, который при моментальном расширении оказывает ударное механическое воздействие (давление, разрушение) на окружающие тела.

Взрыв в твердой среде сопровождается ее разрушением и дроблением, в воздушной или водной среде вызывает образование воздушной или гидравлической ударных волн, которые оказывают разрушающее воздействие на помещенные в них объекты.

Особенно большая потенциальная опасность взрывов существует на взрывоопасных объектах. В соответствии с Федеральным законом «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» к ним относятся объекты, на которых получаются, используются, перерабатываются, образуются, хранятся, транспортируются, уничтожаются взрывчатые вещества – это вещества, которые при определенных видах внешнего воздействия способны на очень быстрое самораспространяющееся химическое превращение с выделением тепла и образованием газов.

Основными поражающими факторами взрыва являются:

- воздушная ударная волна, возникающая при ядерных взрывах, взрывах инициирующих и детонирующих веществ, при взрывах и превращениях облаков топливовоздушных смесей, взрывах резервуаров с перегретой жидкостью и резервуаров под давлением;

- осколочные поля, создаваемые летящими обломками разного рода объектов технологического оборудования, строительных деталей и т.д.

Основными параметрами поражающих факторов при этом выступают:

а) воздушная ударная волна – избыточное давление в ее фронте;

б) осколочное поле – количество осколков, их кинетическая энергия и радиус разлета.

Вторичными последствиями взрывов являются поражения людей, находящихся внутри объектов, обломками разрушенных конструкций зданий и сооружений, их погребение под обломками. При взрывах люди получают термические и механические повреждения. Характерны черепно-мозговые травмы, множественные переломы и ушибы, комбинированные поражения.

Наводнение – затопление водой значительных территорий (местности) в результате подъема уровня воды в реке, водохранилище, озере или море, вызванное обильным притоком воды в период снеготаяния или ливней, при ветровых нагонах воды, заторах и других явлениях.

Это опасное природное явление. В зависимости от причин возникновения наводнения подразделяются на 6 основных видов: половодья, паводки, заторы, зажоры, ветровые нагоны и наводнения при прорывах плотин.

Половодье – периодически повторяющийся относительно продолжительный подъем уровня воды в реках, вызываемый обычно весенним таянием снегов на равнинах или дождевыми осадками, а также весенне-летним таянием снега в горах; его следствием является затопление низких участков местности.

Паводок – интенсивный периодический, относительно кратковременный подъем уровня воды в реке, вызываемый обильными дождями, ливнями, иногда быстрым таянием снега, при зимних оттепелях.

Затор – нагромождение льдин во время весеннего ледохода в сужениях и излучинах русла реки, стесняющее живое течение и вызывающее подъем уровня воды в месте скопления льда и на некоторых участках выше него.

Зажор – скопление рыхлого ледового материала (шуги, мелкобитого льда) во время ледостава (в начале зимы) в сужениях и излучинах русла реки, вызывающее подъем уровня воды на некоторых участках выше него.

Ветровой нагон – подъем уровня воды, вызванный воздействием ветра на водную поверхность, случающийся обычно в морских устьях крупных рек, а также на наветренном берегу больших озер, водохранилищ и морей.

Гидродинамически опасный объект – сооружение или естественное образование, создающее разницу уровней воды до и после него. К ГОО относятся гидротехнические сооружения напорного фронта и естественные плотины. Отличительной особенностью ГОО является образование волны прорыва при его разрушении.

Авария на ГОО может произойти из-за воздействия сил природы (землетрясения, ураганы, обвалы, оползни и т.д.), конструктивных дефектов, нарушения правил эксплуатации, воздействия паводков, разрушения основания, недостаточности выбросов и т.д., а в военное время – как результат воздействия по ним средств поражения.

При прорыве в плотине образуется проран, от размеров которого зависят объем и скорость падения вод верхнего бьефа в нижний бьеф ГОО и параметры волны прорыва.

Основным поражающим фактором катастрофического затопления является волна прорыва, характеризующаяся высотой волны, скоростью движения и длительностью затопления.

Волна прорыва – волна, образующаяся во фронте устремляющегося в пролом потока воды, имеющая, как правило, значительную высоту гребня и скорость движения и обладающая большой разрушительной силой. Волна прорыва образуется при одновременном наложении двух процессов падения вод водохранилища из верхнего в нижний бьеф, порождающего волну, и резкого увеличения объема воды в месте падения, что вызывает переток воды из этого места в другое, где уровень воды ниже.

Волна прорыва, с гидравлической точки зрения, является волной перемещения, которая, в отличие от ветровых волн, возникающих на поверхностях больших водоемов, обладает способностью переносить в направлении своего движения значительные массы воды. Начало волны называется фронтом волны, который, перемещаясь с большой скоростью, выдвигается вперед. Зона наибольшей высоты волны называется гребнем волны, который движется, как правило, медленнее, чем ее фронт. Еще медленнее движется конец волны – хвост волны. Вследствие различия скоростей этих трех характерных точек волна постепенно растягивается по длине реки, соответственно уменьшая свою высоту и увеличивая длительность прохождения (рис. 1).

Рис. 1. Схематический продольный разрез волны прорыва

Прорыв плотин приводит к затоплению местности. Зона затопления образуется следующим образом. Волна прорыва в своем движении вдоль русла реки непрерывно изменяет высоту, скорость движения, ширину и другие параметры. Эта волна имеет зоны подъема уровней воды и зоны их спада, которые называются фронтом волны прорыва. Фронт волны прорыва может быть очень крутым при перемещении больших волн на участках, близких к разрушенному ГОО, и относительно пологим на значительном удалении от него. Вслед за фронтом волны прорыва высота ее начинает интенсивно увеличиваться, достигая через некоторое время максимума, превышая бровки берегов реки, в результате чего начинается затопление пойм. При этом образуются косые течения, которые формируют так называемый головной клин, имеющий в плане форму криволинейного треугольника.

После прекращения подъема уровней по всей ширине потока наступает более или менее длительный период движения, близкий к установившемуся. Этот период будет тем длиннее, чем больше объем водохранилища. Последней фазой образования зоны затопления является спад уровней.

Разрушительное действие волны прорыва является результатом:

- резкого изменения уровня воды в нижнем и верхнем бьефах при разрушении напорного фронта;

- непосредственного воздействия массы воды, перемещающейся с большой скоростью;

- изменения прочностных характеристик грунта в основании сооружений вследствие фильтрации и насыщения его водой;

- размыва и перемещения больших масс грунта;

- перемещения с большими скоростями обломков разрушенных зданий и сооружений и их таранного воздействия.

Высота и скорость волны прорыва зависят от гидрологических и топографических условий реки (табл. 3,4). Например, для равнинных районов скорость волны прорыва колеблется в пределах 3 – 25 км/ч, а для горных и предгорных мест имеет величины около 100 км/ч. Лесистые участки замедляют скорость и уменьшают высоту волны.

Таблица 3

Средняя скорость движения волны прорыва, км/ч

Характеристика русла и поймы	Наклон русла реки
i = 0,01	i = 0,001	i = 0,0001
На реках с широкими затопленными поймами	4 - 8	1 - 3	0,5 - 1
На извилистых реках с заросшими или неровными каменистыми поймами, с расширениями и сужениями поймы	8 - 14	3 - 8	1 - 2
На реках с хорошо разработанным руслом, с узкими и средними поймами без больших сопротивлений	14 - 20	8 - 12	2 - 5
На слабоизвилистых реках с крутыми берегами и узкими поймами	24 - 18	12 – 16	5 - 10

Таблица 4

Поражающие факторы волны прорыва и их параметры

Параметры поражающих факторов	Ед. изм.	Значения параметров
Глубина потока (высота волны)	м	1,5 – слабые разрушения 4 и более – сильные и полные разрушения
Скорость потока	м/с	2 – слабые разрушения 2,5 и более – сильные и полные разрушения

К основным характеристикам зоны наводнения в общем случае, как правило, относят:

- численность населения, оказавшегося в зоне наводнения;

- количество населенных пунктов, попавших в зону, охваченную наводнением;

- количество объектов различных отраслей экономики, оказавшихся в зоне, охваченной наводнением;

- протяженность железных и автомобильных дорог, линий электропередач, линий и коммуникаций связи, оказавшихся в зоне затопления;

- количество мостов и тоннелей, затопленных, разрушенных и поврежденных в результате наводнения (табл. 5);

- площадь сельскохозяйственных угодий, охваченных наводнением;

- количество погибших сельскохозяйственных животных.

Таблица 5

Данные по разрушению постоянных мостовых переходов от паводков

Наименование дефектов	Процент от общего числа случаев
Мосты Общий размыв русел (включая пойменные участки, перекрытые эстакадами) Размыв мостовых опор Подтопление пролетных строений Подходы к мостам Подтопление и перелив через насыпи Размыв основания и откосов насыпи Фильтрация через тело насыпи и ее сползание Регуляционные сооружения Местный размыв основания Перелив через дамбы и траверсы Повреждение регуляционных сооружений продольным течением Фильтрация и сползание тела сооружения
Итого

Оценку сохранности подходов к мосту можно проследить по значениям допустимых нагрузок от силового воздействия потока (табл. 6) и предельно допустимым параметрам водного потока (табл. 7, 8).

Таблица 6

Предельно допустимые параметры силового воздействия потока (без перелива воды через отметку проезжей части)

Наименование укреплений	Скорость течения, м/с	Высота ветровой волны, м	Интенсивность ледохода
Сборные железобетонные плиты, омоноличенные по контуру			Сильный
Сборные железобетонные разрезные плиты		1,5	Сильный
Монолитные железобетонные плиты		3,5	Сильный
Сборные бетонные плиты		0,7	Слабый
Каменная наброска при размере камня 0,1–0,3 м	2–3	0,5–1,2	Средний
Хворостяные тюфяки		1,5	Слабый
Продольные лесопосадки		2,5	Слабый
Дерновая пашня	0,9–1,4	0,2	Слабый
Засев трав	0,5	-	-

Таблица 7

Предельно допустимые скорости водного потока, при которых обеспечивается сохранность объектов (при переливе через отметку проезжей части)

Наименование объектов	Скорость потока, м/с, при глубине, м
0,4
Железнодорожные пути	1,5	1,8	2,1	2,3
Шоссейные дороги с асфальтобетонным покрытием	2,1	2,5	2,9	3,1
Дороги с гравием (щебеночным покрытием)	1,5	1,8	2,1	2,3

В табл. 8 – 10 приведены сведения о разрушениях и повреждениях зданий и сооружений в условиях наводнений различной интенсивности.

Таблица 8

Параметры водного потока - глубина (м) и скорость (м/с) с предельно допустимыми нагрузками, вызывающими сильные (А), средние (Б) и слабые (В) разрушения

Наименование объектов	А	Б	В
м	м/с	м	м/с	м	м/с
Металлические мосты и путепроводы с пролетом 30–100 м						0,5
То же более 100 м		2,5				0,5
Железобетонные мосты						0,5
Деревянные мосты				1,5		0,5
Шоссейные дороги с асфальтобетонным покрытием				1,5
Дороги с гравийным (щебеночным покрытием)	2,5			1,5	0,5	0,5

Таблица 9

Условия разрушения плотин и дамб при толщине слоя переливающейся воды Н и длительности перелива Т

Наименование объектов	Н, м	Т, ч
Плотины из местных материалов с защитным покровом повышенной надежности *
Плотины из местных материалов с нормальным или облегченным покрытием откосов **	2,5
Земляные дамбы с защитным покрытием
Земляные дамбы без покрытия	1,5

_________________

* На верхнем откосе – бетонные и железобетонные плиты, асфальтирование; на низовом – одерновка, слой гравия или одиночное мощение камнем; ширина гребня – 10–12 м с асфальтобетонной дорогой по гребню.

** На верхнем откосе – каменная наброска или каменное мощение; на низовом – посев трав на слое растительного грунта; ширина гребня – 6–8 м.

Таблица 10

Доля поврежденных объектов на затопленных площадях (в %) при крупных паводках (скорость потока V = 3–4 м/с)

Объект	Период затопления
Часы	Сутки
Затопление подвалов
Нарушение дорожного движения
Разрушение уличных мостовых	-	-
Остановка службы в портах	-					-
Прекращение переправ					-	-
Повреждение защитных дамб	-	-	-	-
Разрушение и смыв деревянных строений	-					-
Разрушение небольших кирпичных зданий	-	-
Повреждение блочных бетонных зданий и промоины фундаментов	-	-	-	-
Понижение капитальности на одну сту­пень зданий классов: 1–3 * более 3	- -	-	-	-
Прекращение электроснабжения					-	-
Прекращение телефонной связи				-	-	-
Повреждение систем водо-, газоснабжения	-	-
Гибель урожая	-	-	-	-

_________________

* 1-й класс – каменные капитальные здания (фундаменты каменные и бетонные, крупноблочные и крупнопанельные; покрытия железобетонные).

2-й класс – здания каменные обыкновенные (фундаменты каменные; стены кирпичные и крупноблочные; перекрытия железобетонные и смешанные).

3-й класс – здания каменные облегченные (фундаменты каменные и бетонные; стены облегченной кладки из кирпича, шлакобетона или ракушечника; перекрытия деревянные или железобетонные).

Дата добавления: 2014-01-15