Модели формирования факторов техногенного воздействия

ПЕРИОДИЗАЦИЯ ДОИСТОРИЧЕСКОЙ ЭПОХИ

ГЕОХРОНОЛОГИЧЕСКАЯ ШКАЛА

ЭОНЫ	ЭРЫ	ПЕРИОДЫ	ПОДПЕРИОДЫ
Докембрий (криптозой)
Фанерозой	Палеозой
Мезозой
Кайнозой	Третичный	Палеоген
Неоген
Четвертичный (антропоген)	Плейстоцен
Голоцен

ВЕКА	ПЕРИОДЫ ВЕКОВ	ПОДПЕРИОДЫ ВЕКОВ
Каменный век	Древний каменный век (палеолит)	Нижний палеолит (нижний палеолит, ранний палеолит)
Средний палеолит
Верхний палеолит (поздний палеолит)
Эпипалеолит	Средний каменный век (мезолит)
Субнеолит	Новый каменный век (неолит)	Ранний неолит (докерамический неолит)
Позний неолит (керамический неолит)
	Медный век (медно-каменный век, энеолит, халколит)
Бронзовый век
Железный век

Моделирование процессов формирования при авариях опасных факторов техногенного воздействия и нагрузок на человека и окружающую среду строится на основе анализа характера аварий, динамики и поражающего действия, возникающих при авариях физических полей, путей распространения радиоактивных, опасных химических и биологических веществ, формирования дозовых нагрузок на человека, другие популяции и экосистемы.

При оценке опасных факторов и техногенного воздействия при авариях необходимо моделировать и учитывать:

- формирование, распространение и воздействие ударных волн и поля разлетающихся осколков при взрывах, тепловых потоков при пожарах, а также электромагнитных и звуковых полей, образующихся при авариях;

- формирование, распространение и воздействие аварийных выбросов, а также истечение радиоактивных, опасных химических и биологических веществ в окружающую среду.

Как известно, взрывом называют процесс мгновенного высвобождения большого количества энергии, сопровождающийся образованием ударной волны. Наносимый при взрыве ущерб определяется, главным образом, величиной избыточного давления во фронте ударной волны.

В интересах оценки риска обычно рассматривается воздействие на окружающую среду и объекты ударных волн, образованных взрывом облака пара взрывоопасного вещества, взрывом жидких и твердых веществ, а также взрывом находящейся под давлением емкости. При анализе ударных нагрузок принимаются во внимание следующие положения.

Основными параметрами, по которым оценивается поражающее воздействие ударной волны, являются: максимальное избыточное давление, интегральная величина избыточного давления (определяется площадью кривой изменения избыточного давления со временем), время воздействия избыточного давления, то есть продолжительность положительной фазы действия ударной волны, время возврата давления к атмосферному, то есть продолжительность отрицательной фазы действия ударной волны взрыва на окружающую среду.

Взрывы парового облака, происходящие при авариях, могут быть двух видов: взрывы на открытом свободном пространстве, а также огражденные взрывы, например, в емкостях для хранения веществ и других замкнутых объемах.

Взрывная ударная волна при первом виде взрыва характеризуется относительно медленным подъемом давления до пикового значения и относительно большой продолжительностью действия (обычно несколько десятых долей секунды). Такие взрывы обусловливают формирование ударной волны с избыточным давлением порядка 1 бар и не образуют воронок. При полностью огражденных взрывах большинство газов в смеси с воздухом при воспламенении создают избыточное давление 8 бар [143].

Взрывы жидких и твердых веществ, как правило, возникают при детонации взрывчатых веществ, например, таких как тринитротолуол (ТНТ), органические перекисные соединения и другие вещества. Для таких взрывов характерен резкий скачок давления с максимальной величиной избыточного давления до 10000 бар, короткая продолжительность положительной фазы (от 1 до 10 мс).

Взрывы емкостей под давлением сопровождаются образованием ударной волны, близкой по своему характеру описанной выше для жидких и твердых веществ. Ее особенность состоит в наличии гораздо большей отрицательной фазы, за которой следуют вторичные ударные волны. Высвобождаемая при взрывах емкостей энергия переходит не только в энергию ударной волны, но и трансформируется в кинетическую энергию разлетающихся осколков. Необходимо заметить, что на энергию взрывной волны падает от 40 до 80% всей энергии.

При оценке воздействия любых взрывов принято находить тротиловый эквивалент взрыва и для него определять параметры ударной волны. При этом исходят из предположения, что, по крайней мере, на больших расстояниях ударная волна от любого источника взрыва идентична по своим параметрам ударной волне, образующейся при взрыве тринитротолуола (тротила).

Величина удельной энергии тринитротолуола принимается равной 4520 кДж/ кг. В расчетах учитывается коэффициент эффективности взрывчатого вещества, определяемый долей энергии, выделяющейся при взрыве, которая преобразуется в энергию взрывной волны. Тротиловый эквивалент взрыва определяется как масса тринитротолуола, при которой количество энергии в ударной волне, создаваемой при взрыве рассматриваемого количества взрывающегося вещества, равно количеству энергии в ударной волне от взрыва эквивалентной массы тринитротолуола. В случае взрыва емкости под давлением метод тротилового эквивалента также является приемлемым.

Общая запасенная энергия газа в резервуаре под давлением может быть определена по формуле [143]

где Р,, V - давление в резервуаре и его объем соответственно;

Р - атмосферное давление;

Г =С_р /С_v— отношение удельных теплоемкостей газа при постоянном давлении и объеме.

При проведении расчетов в качестве первого приближения принимается, что до 50% запасенной энергии в емкости под давлением переходит в энергию ударной волны.

Оценка эквивалентной массы тринитротолуола для взрыва парового или газового облака существенно затруднена ввиду большого количества факторов, влияющих на величину энергии взрывной волны. К числу этих факторов относятся: состав, объем и форма облака, расположение источника возгорания относительно облака, турбулентность атмосферы и т.п.

Необходимый для расчетов коэффициент эффективности взрыва может быть определен путем моделирования взрыва, с учетом указанных факторов. Однако разброс получаемых величин этого коэффициента достаточно велик (от долей процента до нескольких десятков процентов). Рекомендуется принимать значение коэффициента эффективности равным 3% от общей запасенной энергии. Следует отметить, что метод тротилового эквивалента нельзя использовать для оценки параметров ударной волны на расстояниях, меньших, чем 10 диаметров облака.

Оценка воздействия разлетающихся при взрывах осколков представляет собой непростую задачу из-за большого разнообразия того оборудования, при эксплуатации которого могут происходить взрывы. Лучше других в отношении образования осколков изучены взрывы емкостей, находящихся под давлением. Считается, что вероятность образования и разлет крупных осколков от цилиндрической емкости со сжиженным газом при ее разрушении от воздействия огня в большинстве случаев составляет 0,8. В случаях проникновения огня внутрь емкости образуется до четырех крупных осколков, в других случаях — несколько больше. Большие сферические емкости образуют больше осколков, в среднем около десяти.

Количество осколков, образующихся при взрывах сферических резервуаров со сжиженными газами, может быть определено по формуле [143]

N=-3,77+0,96. 1O^-2 V, (4.8)

где N— количество осколков, шт.; V — объем емкости, м³.

Дальность разлета осколков зависит от формы емкости и самого осколка.

По очень грубым оценкам, при взрыве цилиндрической емкости разлет 80% осколков ограничивается расстоянием до 200 метров.

Основные направления разлета - в обе стороны вдоль осевой линии цилиндра. Для сферических емкостей характерно равномерное распределение осколков по всем направлениям.

Интенсивность и дальность распространения поражающих факторов при пожарах зависят от вида пожара.

При оценке риска аварий, сопровождающихся пожарами, обычно рассматриваются четыре категории пожаров, условно называемых:

- пожарами разлития;

- пожарами с образованием огненных струй;

- пожарами-вспышками;

- пожарами с образованием огненного шара.

Пожар разлития возникает при возгорании разлитой горючей жидкости на поверхности земли, водной поверхности и т.п. При таком пожаре происходит устойчивое горение испаряющейся за счет нагрева огнем жидкости. При расчетах скорость уменьшения толщины слоя горящей жидкости может быть принята равной 6-13 мм/мин.

Для расчета потоков термического излучения используется три метода: метод осевого источника, метод объемного источника и геометрический метод. В основу каждого из них закладываются определенные предположения. Наиболее точным является метод объемного источника, в соответствии с которым считается, что источником термической радиации является вся внешняя поверхность пламени.

Интенсивность теплового излучения в зависимости от расстояния по этому методу оценивается по формуле [143]

Q,=QхFхt, (4.9)

где Q^ — искомая величина на расстоянии d от поверхности пламени, Вт/м²; Q — общая излучаемая тепловая мощность, Вт; F — коэффициент конфигурации пламени; t - коэффициент пропускания излучений атмосферой.

Пожары с образованием огненных струй происходят, когда горючая жидкость или газ, находящиеся под давлением, воспламеняются при истечении из отверстия в емкости, из трубопровода и т.п. Такая огненная струя может создавать большие тепловые нагрузки. Пожары-вспышки происходят, когда воспламеняется облако, состоящее из смеси легковоспламеняющегося газа и воздуха.

Форма огненной области близка к форме облака перед пожаром. Скорость горения и интенсивность теплового излучения зависят от концентрации и теплотворной способности горючего вещества.

Пожары с образованием огненного шара возникают при мощном истечении горючей жидкости или газа с сильным перемешиванием и быстром воспламенении. Начальное облако часто имеет полусферическую форму, но затем быстро принимает очертания сферы и поднимается вверх.

В интересах анализа и оценки процессов формирования, распространения и воздействия аварийных выбросов, сливов и сбросов различного рода опасных веществ радиоактивной, химической и биологической природы и разработки расчетных схем предусматривается:

- моделирование процессов выбросов и истечения опасных веществ в аварийных условиях;

- моделирование распространения указанных выше веществ в окружающей среде, с учетом процессов их атмосферной и гидрологической дисперсии, миграции по пищевым цепочкам и переноса, обусловленного физико-механическими процессами;

- анализ, оценка и разработка расчетной схемы воздействия опасных веществ на субъекты и объекты техногенного риска;

- моделирование процессов формирования дозовых нагрузок.

При моделировании процессов выбросов и истечения опасных веществ в аварийных условиях используются известные из гидро-аэромеханики соотношения, описывающие истечение газов и жидкостей в различных условиях. В частности, могут использоваться формулы, приведенные в Руководстве по прогнозу загрязнений воздуха. РД.52.04.306-92. –СПб Гидрометеоиздат,1993.

Дата добавления: 2014-01-06