Характерными особенностями взрывов ТВС являются:

Возникновение разных типов взрывов: детонационного, дефлаграционного или комбинированного;

При взрывах образуется 5 зон поражения: бризантная (детонационная), действия продуктов взрыва (огненного шара), действия ударной волны, теплового поражения и токсического задымления;

Зависимость мощности взрыва от параметров среды, в которой происходит взрыв (температура, скорость ветра, плотность застройки, рельеф местности);

Для реализации комбинированного или детонационного взрыва для ТВС обязательным условием является создание концентрации продукта в воздухе в пределах нижнего и верхнего концентрационного предела.

Дефлаграция – взрывное горение с дозвуковой скоростью.

Детонация – процесс взрывчатого превращения вещества со сверхзвуковой скоростью.

Расчет радиусов зон поражения (R ) и избыточного давления во фронте ударной волны (DР ф) при взрыве производится по следующим формулам:

1. Бризантная зона (зона детонации):

где М – масса ТВС в резервуаре (кг). За М принимается 50 % вместимости резервуара при одиночном хранении и 90 % – при групповом хранении.

Для бризантной зоны DР ф =1750 кПа.

2. Зона продуктов горения (зона огненного шара):

Радиус зоны:

(2)

Избыточное давление во фронте ударной волны рассчитывается:

(3)

Для остальных зон их радиусы рассчитываются по следующей формуле:

. (4)

3. Зона действия ударной волны:

Слабые разрушения – повреждения или разрушения крыш и оконных и дверных проемов. Ущерб – 10…15 % от стоимости зданий.

Средние разрушения – разрушение крыш, окон, перегородок, чердачных перекрытий, верхних этажей. Ущерб – 30…40 %.

Сильные разрушения – разрушения несущих конструкций и перекрытий. Ущерб – 50 %. Ремонт нецелесообразен.

Полное разрушение – обрушение зданий.

Тепловой импульс (кДж/м 2) определяется по формуле:

где I – интенсивность теплового излучения взрыва ТВС на расстоянии R , кДж/м 2 ×с

, (6)

где Q 0 – удельная теплота пожара, кДж/м 2 ×с; F – угловой коэффициент, характеризующий взаимное расположение источника горения и объекта

(7)

Т – прозрачность воздуха

(8)

t св – продолжительность существования огненного шара (с)

(9)

Пример №1

Взрыв шарового газгольдера сжатого воздуха объемом V = 600 м3 произошел вследствие превышения регламентированного давления. Аппарат рассчитан для работы под давлением Р = 0,8 МПа. Взрыв произошел при давлении Р = 2,3 МПа. Плотность газа при нормальном давлении с = 1,22 кг/м3, показатель адиабаты г = 1,4. Оценить последствия взрыва сжатого воздуха в шаровом газгольдере (определить радиусы зон различной степени поражения УВВ зданий, сооружений и человека) и определить вероятность поражения человека на расстоянии R = 50 м.

Определяется перепад давлений, преобразовав формулу (3):

ДР = 2,3 - 0,1 = 2,2 МПа

Рассчитывается плотность газа по уравнению (5):

с = 1,22 · (2,3/0,1)1/1,4 = 11,46 кг/м3

Полная масса газа:

С = 11,46 · 600 = 6873 кг

Q = 2,2 / = 0,48 МДж/кг

Тротиловый эквивалент взрыва составит:

qтнт = 0,48 · 6873 / 4,24 = 778 кг

Эквивалент по ударной волне:

qу.в. = 0,6 · 778 = 467 кг

q = 2 · 467 = 934 кг

Результаты расчета приведены ниже (таблица 4).

Таблица 4 - Радиусы зон воздействия УВВ

ДРфр, кПа

Для определения вероятности поражения человека на заданном расстоянии по формулам (12,13) рассчитываются избыточное давление во фронте волны и удельный импульс для расстояния 50 м:

50/(9341/3) = 5,12

ДРфр = 0,084/5,12 + 0,27/5,122 + 0,7/5,123 = 31,9 кПа.

I = 0,4 · 9342/3/50 = 0,76 кПа·с

Условная вероятность поражения избыточным давлением человека, находящегося на 50 м от эпицентра аварии, определяется с помощью пробит функции Pr, которая рассчитывается по формуле (14):

V = (17500/(31,9·103))8,4 + (290/(0,79·103))9,3 = 0,0065

Pr = 5 - 0,26 · ln(0,0065) = 6,31

С помощью таблицы 3 определяется вероятность. Человек, находящийся на расстоянии 50 м, может получить травмы различной степени тяжести с вероятностью 91%.

Пример №2

Взрыв шарового газгольдера диоксида углерода объемом V = 500 м3 (радиус сферы 4,95 м) произошел вследствие превышения регламентированного давления. Аппарат изготовлен из стали 09Г2С толщиной стенки 16 мм и рассчитан для работы под давлением Р = 0,8 МПа. Временное сопротивление разрушения материала ув = 470 МПа. Плотность газа при нормальном давлении с = 1,98 кг/м3, показатель адиабаты г = 1,3. Оценить последствия взрыва сжатого диоксида углерода в шаровом газгольдере (определить радиусы зон различной степени поражения УВВ зданий, сооружений и человека) и определить вероятность поражения человека на расстоянии R = 120 м.

Разрушающее давление определяется по формуле (2):

ДP = 2 · 0,016 · 470/4,95 = 3 МПа

Определяется давление парогазовой смеси в емкости по формуле (3):

Р = 3 + 0,1 = 3,1 МПа

Рассчитывается плотность газа по уравнению (5) при давлении Р:

с = 1,98 · (3,1/0,1)1/1,3 = 28,05кг/м3

Полная масса газа:

С = 28,05 · 550 = 14026 кг

По формуле (7) рассчитывается удельная энергия газа:

Q = 3 / = 0,36 МДж/кг

Тротиловый эквивалент взрыва газа составит:

qтнт = 0,36 · 14026 / 4,24 = 1194 кг

Эквивалент по ударной волне:

qу.в. = 0,6 · 1194 = 717 кг

Применительно к наземному взрыву принимается значение:

q = 2 · 717 = 1433 кг

Методом подбора величины расстояния от эпицентра взрыва по формулам (12,13) определяются радиусы зон различной степени поражения УВВ зданий, сооружений и человека, указанные в таблице 2.

Результаты расчета приведены ниже (таблица 5).

Таблица 5 - Радиусы зон воздействия УВВ

ДРфр, кПа

Для определения вероятности поражения человека на заданном расстоянии по формулам (12,13) рассчитываются избыточное давление во фронте волны и удельный импульс для расстояния 120 м:

120/(14333) = 10,64

ДРфр = 0,084/10,64 + 0,27/10,642 + 0,7/10,643 = 10,9 кПа.

I = 0,4 · 14332/3/120 = 0,42 кПа·с

Условная вероятность поражения избыточным давлением человека, находящегося на 120 м от эпицентра аварии, определяется с помощью пробит функции Pr, которая рассчитывается по формуле (14):

V = (17500/(10,9*103))8,4 + (290/(0,42*103))9,3 = 0,029

Pr = 5 - 0,26 * ln(0,029) = 5,92

С помощью таблицы 3 определяется вероятность. Человек, находящийся на расстоянии 120 м, может получить травмы различной степени тяжести с вероятностью 82%.

При расчете параметров волны давления при сгорании газо-, паровоздушного облака использовался программный комплекс «ТОКСИ+Risk. Оценки риска и расчета последствий аварий на производственных объектах» (в соответствии с Приложением 3 к пункту 18 Методики определения расчетных величин пожарного риска на производственных объектах (Приложение к МЧС РФ от 10 июля 2009 г. № 404)).

Основными структурными элементами алгоритма расчетов являются:

• определение ожидаемого режима сгорания облака;
• расчет максимального избыточного давления и импульса фазы сжатия воздушных волн давления для различных режимов;
• определение дополнительных характеристик взрывной нагрузки;
• оценка поражающего воздействия.

Ожидаемый режим сгорания облака зависит от типа горючего вещества и степени загроможденности окружающего пространства.

Для расчета были приняты следующие условия:

• облако ТВС расположено на поверхности земли;
• класс горючих веществ по степени чувствительности для нефти — 3 – средне чувствительные вещества (по нефти), для газа — 2 – чувствительные вещества (по пропану) для склада пропановых баллонов, 4 – слабо чувствительные вещества (по метану) для газопровода;
• класс окружающего пространства по степени загроможденности III – средне загроможденное пространство: отдельно стоящие технологические установки, резервуарный парк.

В случае образования паровоздушной смеси в незагроможденном технологическим оборудованием пространстве и его зажигании относительно слабым источником (например, искрой) сгорание этой смеси происходит, как правило, с небольшими видимыми скоростями пламени. При этом амплитуды волны давления малы и могут не приниматься во внимание при оценке поражающего воздействия. В этом случае реализуется так называемый пожар-вспышка, при котором зона поражения высокотемпературными продуктами сгорания паровоздушной смеси практически совпадает с максимальным размером облака продуктов сгорания (т.е. поражаются в основном объекты, попадающие в это облако).

Радиус воздействия высокотемпературных продуктов сгорания паровоздушного облака при пожаре-вспышке производится с использованием программного комплекса «ТОКСИ+Risk. Оценки риска и расчета последствий аварий на производственных объектах» (в соответствии с формулой П3.67 Приложения 3 к пункту 18 Методики определения расчетных величин пожарного риска на производственных объектах (Приложение к МЧС РФ от 10 июля 2009 г. № 404)).

Результаты расчета параметров волны давления при сгорании ТВС в открытом пространстве приведены в таблице 14.

Результаты расчета зон действия поражающих факторов при взрыве облака ТВС в открытом пространстве

№ оборудования по схеме	№ сценария	Расстояние (r, м) от геометрического центра топливовоздушного облака до границы зоны с заданным избыточным давлением, кПа						Радиус воздействия высокотемпературных продуктов сгорания при «пожаре-вспышке», м
		100	53	28	12	5	3
Площадка фильтров-грязеуловителей ФГ-1…2	С3	—	—	6	16	41	71	—
Резервуар товарной нефти РВС-4500 Р1…Р3	С3 (первичное облако)	—	—	37	110	273	476	—
	С3 (вторичное облако)	—	—	22	64	160	278	—
Площадка регулирования давления	С3	—	—	6	16	41	71	—
Площадка путевого подогревателя	С3	—	—	6	16	41	71	—
Склад пропановых баллонов	С5	—	8	12	21	46	96	—
Резервуар аварийного топлива для котельной	С3	—	—	6	16	41	71	—
Площадка для АЦ для сбора нефти (поз. 12.1…12.3)	С3	—	—	6	16	41	71	—
Газопровод высокого давления Д 89х6 мм	С5	Максимальное избыточное давление взрыва 2,0 кПа						17

В таблице 15 приведены значения критического давления для людей, находящихся в зданиях (согласно Руководству по оценке пожарного риска для промышленных предприятий).

Значения критического давления для людей, находящихся в зданиях

Вид воздействия	Давление воздействия, кПа
Люди, находящиеся в неукрепленных зданиях, погибнут в результате прямого поражения УВ, под развалинами зданий или вследствие удара о твердые предметы	190
Наиболее вероятно, что все люди, находящиеся в неукрепленных зданиях, либо погибнут, либо получат серьезные повреждения в результате действия взрывной волны, либо при обрушении здания или перемещении тела взрывной волной	69 ¸ 76
Люди, находящиеся в неукрепленных зданиях, либо погибнут или получат серьезные повреждения барабанных перепонок и легких под действием взрывной волны, либо будут поражены осколками и развалинами здания	55
Обслуживающий персонал получит серьезные повреждения с возможным летальным исходом в результате поражения осколками, развалинами здания, горящими предметами и т.п. Имеется 10 %-я вероятность разрыва барабанных перепонок	24
Возможна временная потеря слуха или травмы в результате вторичных эффектов взрывной волны, таких, как обрушение зданий, и третичного эффекта переноса тела. Летальный исход или серьезные повреждения от прямого воздействия взрывной волны маловероятны	16
С высокой надежностью гарантируется отсутствие летального исхода или серьезных повреждений. Возможны травмы, связанные с разрушением стекол и повреждением стен здания	5,9 ¸ 8,3

В таблицах 16 и 17 приведены значения критического давления для разрушения ударной волной тех или иных элементов зданий и для повреждений некоторых промышленных конструкций (согласно Руководству по оценке пожарного риска для промышленных предприятий).

Значения критического давления для разрушения ударной волной тех или иных элементов зданий

Характер повреждений элементов зданий	DР, кПа
Разрушение остекления	2 ¸ 7
Разрушение перегородок и кровли:
деревянных каркасных зданий	12
кирпичных зданий	15
железобетонных каркасных зданий	17
Разрушение перекрытий:
деревянных каркасных зданий	17
промышленных кирпичных зданий	28
промышленных зданий со стальным и железобетонным каркасом	30
зданий с массивными стенами	42
Разрушение стен:
шлакоблочных зданий	22
деревянных каркасных зданий	28
кирпичных зданий со стенами в 1,5 кирпича	40
зданий с массивными стенами	100
Разрушение фундаментов	215 ¸ 400

Значения критического давления для повреждений некоторых промышленных конструкций

Характер повреждений промышленных конструкций	DР, кПа
Незначительное повреждение стальных конструкций каркасов, ферм	8 ¸ 10
Разрушение стальных каркасов, ферм и перемещение оснований	20
Разрушение промышленных стальных несущих конструкций	20 ¸ 30
Разрушение опорных структур резервуаров	100
Перемещение цилиндрических резервуаров, повреждение трубопроводов	50 ¸ 100
Повреждение ректификационных колонн	35 ¸ 80
Незначительные деформации трубопроводных эстакад	20 ¸ 30
Перемещение трубопроводных эстакад, повреждение трубопроводов	35 ¸ 40
Разрушение трубопроводных эстакад	40 ¸ 55

В таблице 18 приведено предельно допустимое избыточное давление при сгорании газо-, паровоздушных смесей в помещениях или в открытом пространстве (согласно Приложения 4 к пункту 20 Методики определения расчетных величин пожарного риска на производственных объектах).

Предельно допустимое избыточное давление при сгорании газо-, паро- или пылевоздушных смесей в помещениях или в открытом пространстве

В таблице 19 приведены значения показателя избыточного давления, вызывающего различные виды разрушений зданий, согласно .

Значения показателя избыточного давления, вызывающего различные виды разрушений

Тип зданий, сооружений	Степень разрушения при избыточном давлении на фронте падающей ударной волны, кПа
	Слабое	Среднее	Сильное	Полное
Промышленные здания с легким каркасом и бескаркасной конструкцией	10-25	25-35	35-45	>45
Складские кирпичные здания	10-20	20-30	30-40	>40
Одноэтажные складские помещения с металлическим каркасом и стеновым заполнением из листового металла	5-7	7-10	10-15	>15
Бетонные и железобетонные здания и антисейсмические конструкции	25-35	80-120	150-200	>200
Здания железобетонные монолитные повышенной этажности	25-45	45-105	105-170	170-215
Котельные, регуляторные станции в кирпичных зданиях	10-15	15-25	25-35	35-45
Деревянные дома	6-8	8-12	12-20	>20
Подземные сети, трубопроводы	400-600	600-1000	1000-1500	>1500
Трубопроводы наземные	20	50	130	—
Кабельные подземные линии	до 800	—	—	>1500
Цистерны для перевозки нефтепродуктов	30-50	50-70	70-80	>80
Резервуары и емкости стальные наземные	35-55	55-80	80-90	>90
Подземные резервуары	40-75	75-150	150-200	>200

Слабые разрушения — частичное разрушение внутренних перегородок, кровли, дверных и оконных коробок, легких построек и др. Основные несущие конструкции сохраняются. Для полного восстановления требуется капитальный ремонт.

Средние разрушения — разрушение меньшей части несущих конструкций. Большая часть несущих конструкций сохраняется и лишь частично деформируется. Может сохраняться часть ограждающих конструкций (стен), однако при этом второстепенные и несущие конструкции могут быть.

Средние разрушения — разрушение меньшей части несущих конструкций. Большая часть несущих конструкций сохраняется и лишь частично деформируется. Может сохраняться часть ограждающих конструкций (стен), однако при этом второстепенные и несущие конструкции могут быть частично разрушены. Здание выводится из строя, но может быть восстановлено.

Сильные разрушения — разрушение большей части несущих конструкций. При этом могут сохраняться наиболее прочные элементы здания, каркасы, ядра жесткости, частично стены и перекрытия нижних этажей. При сильном разрушении образуется завал. В большинстве случаев восстановление нецелесообразно.

Полные разрушения — полное обрушение здания, от которого могут сохраниться только поврежденные (или неповрежденные) подвалы и незначительная часть прочных элементов. При полном разрушении образуется завал. Здание восстановлению не подлежит.

В таблице 20 приведены воздействия ударной волны на человека согласно «Чрезвычайные ситуации техногенного характера. Прогнозирование и оценка: детерминированные методы количественной оценки опасностей техносферы» .

Воздействие ударной волны на человека

Рф, кПа	Степень поражения	Характер поражения
Свыше 100	Крайне	Безусловное смертельное поражение. Получаемые травмы очень часто приводят к смертельному исходу
60-100	Тяжелая	Сильная контузия всего организма, повреждение внутренних органов и мозга, тяжелые переломы конечностей. Возможен смертельный исход.
40-60	Средняя	Серьёзные контузии, повреждение органов слуха, кровотечение из носа и ушей, сильные вывихи и переломы конечностей.
20-40	Легкая	Легкая общая контузия организма, временное повреждение слуха, ушибы и вывихи конечностей

В соответствии с для оценки риска чрезвычайной ситуации при разработке подраздела проектной документации выбираются только те техногенные чрезвычайные ситуации, зоны действия поражающих факторов которых выходят за границы проектной застройки объектов и (при наличии) примыкающей к ней санитарно-защитной зоны.

Согласно определение (расчет) границ и характеристик зон воздействия поражающих факторов аварий, которые могут привести к техногенной чрезвычайной ситуации как на объектах, так и за их пределами, а также определение вероятности поражения в определенной точке селитебной территории в результате реализации сценария развития чрезвычайной ситуации должно производиться по методикам, утвержденным, согласованным или рекомендованным федеральными органами исполнительной власти. Рекомендованные методики для определения границ и характеристик зон воздействия поражающих факторов аварии приведены в приложении Т (таблица 3).

На основании для выявления пожароопасных ситуаций осуществляется деление технологического оборудования (технологических систем) при их наличии на объектах на участки. Указанное деление выполняется исходя из возможности раздельной герметизации этих участков при возникновении аварии. Рассматриваются пожароопасные ситуации как на основном, так и вспомогательном технологическом оборудовании. Кроме этого учитывается также возможность возникновения пожара в зданиях, сооружениях и строениях различного назначения, расположенных на территории объектов.

В перечне пожароопасных ситуаций применительно к каждому участку, технологической установке, зданиям объектов выделяются группы пожароопасных ситуаций, которым соответствуют одинаковые модели процессов возникновения и развития.

Определение массы, участвующей в аварии, проводится в соответствии с 3].

В приложениях к подразделу «ПМ ГОЧС» рекомендуется приводить копии документов, подтверждающих применение того или иного программного обеспечения, применяемого для расчетов границ и характеристик зон воздействия поражающих факторов аварий, в том числе:

• свидетельство о государственной регистрации программы для электронно-вы­числительных машин с указанием номера и даты, а также органа, выдавшего свидетельство;
• реквизиты программы, приведенные на основании договора на право пользования программным обеспечением.

Прогнозирование масштабов зон заражения АХОВ выполняется на основании с учетом требований .

Результаты расчетов вероятных зон действия поражающих факторов аварий, которые могут привести к чрезвычайной ситуации техногенного как на объектах, так и за их пределами рекомендуется приводить в табличной форме с указанием следующих параметров:

• для пожара пролива:

1. площадь пролива опасного вещества;
2. удельная массовая скорость выгорания опасного вещества;
3. уровни поражения тепловым излучением:

- безопасно для человека в брезентовой одежде (4,2 кВт/м 2);
- без негативных последствий для человека в течение длительного времени (1,4 кВт/м 2);

• для огненного шара:

диаметр огненного шара;

1. время существования «огненного шара»;
2. зона ожога третьей степени (320 кДж/м 2);
3. зона ожога второй степени (220 кДж/м 2);
4. зона ожога первой степени (120 кДж/м 2);

• для взрыва:

1. радиус зоны действия поражающих факторов при полных разрушениях (избыточное давление – 100 кПа);
2. радиус зоны действия поражающих факторов при сильных разрушениях (избыточное давление – 53 кПа);
3. радиус зоны действия поражающих факторов при средних разрушениях (избыточное давление – 28 кПа);
4. радиус зоны действия поражающих факторов при слабых разрушениях (избыточное давление – 12 кПа);
5. нижний порог повреждений человека волной давления (избыточное давление – 5 кПа).

• для заражения АХОВ:

1. тип АХОВ;
2. масса АХОВ;
3. полная глубина зоны химического заражения;
4. площадь зоны возможного химического заражения.

В соответствии с приложением № 5 при оценке последствий воздействия опасных факторов аварий на объектах и для оценки степени возможного поражения людей и разрушения зданий, сооружений по вычисленным параметрам поражающих факторов могут использоваться как детерминированные (учитывающие только величину поражающих факторов), так и вероятностные критерии (по пробит-функции, характеризующей вероятность возникновения последствий определенного масштаба в зависимости от уровня воздействия).

Детерминированные критерии устанавливают значения поражающего фактора, при которых наблюдается тот или иной уровень поражения (разрушения).

Детерминированные критерии присваивают определенной величине негативного воздействия поражающего фактора конкретную степень поражения людей, разрушения зданий, инженерно-технических сооружений.

Детерминированные критерии поражения тепловым излучением

При оценке воздействия теплового излучения основным критерием поражения является интенсивность теплового излучения. Значения предельно допустимой интенсивности теплового излучения приведены в таблице 1. Для определения числа пострадавших рекомендуется принимать значение интенсивности теплового излучения, превышающее 7,0 кВт/м 2 .

Таблица 1 – Значения предельно допустимой интенсивности теплового излучения

Степень поражения	Интенсивность теплового излучения, кВт/м 2
Без негативных последствий в течение длительного времени	1,4
Безопасно для человека в брезентовой одежде	4,2
Непереносимая боль через 20–30 с Ожог первой степени через 15–20 с Ожог второй степени через 30–40 с Воспламенение хлопка-волокна через 15 мин	7,0
Непереносимая боль через 3–5 с Ожог первой степени через 6–8 с Ожог второй степени через 12–16 с	10,5
Воспламенение древесины с шероховатой поверхностью (влажность 12 %) при длительности облучения 15 мин	12,9
Воспламенение древесины, окрашенной масляной краской по строганной поверхности; воспламенение фанеры	17,0

Воздействие открытого пламени и тепловой радиации от пожара на технологическое оборудование, наружные установки оценивается по значению поглощенной дозы тепловой радиации:

• D пор – пороговое значение дозы поглощенной тепловой радиации, кВтс/м 2 , ниже которого оборудование получает только слабые повреждения (k повр = 0,1);
• D гиб – значение дозы поглощенной тепловой радиации, кВтс/м 2 , выше которого оборудование считается полностью разрушенным (k повр = 1,0).

Значения D пор и D гиб для оборудования разных классов чувствительности к воздействию тепловой радиации приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Значения D пор и D гиб для оборудования разных классов чувствительности
к воздействию тепловой радиации

Класс чувствительности оборудования	Тип оборудования	D пор , кВт·с/м 2	D гиб , кВт·с/м 2
I (высокочувствительное)	Расположенное вне укрытий сложное технологическое оборудование	3300	10000
II (среднечувствительное)	Оборудование в блок-контейнерах или индивидуальных укрытиях. Незащищенные крановые узлы, средства электрохимической защиты, контрольные пункты телемеханики, опоры линий электропередачи и другое незащищенное технологическое оборудование с фланцевыми соединениями с чувствительными к нагреву материалами-уплотнителями	8300	25000
III (слабочувствительное)	Наземные трубопроводы, крановые узлы в защитном укрытии	35000	45000

Подземное технологическое оборудование принимается нечувствительным к термическому воздействию и при любой аварии считается неповрежденным (k повр = 0).

Для поражения человека тепловым излучением используется значение величины пробит-функции.

При использовании пробит-функции в качестве зон стопроцентного поражения принимаются зоны поражения, где значение пробит-функции достигает величины, соответствующей вероятности, равной 90 %. В качестве зон, безопасных с точки зрения воздействия поражающих факторов, принимаются зоны поражения, где значения пробит-функ­ции достигают величины, соответствующей вероятности, равной 1 %.

Условная вероятность поражения человека, попавшего в зону непосредственного воздействия пламени пожара, пролива или факела, принимается равной 1.
Для пожара-вспышки следует принимать, что условная вероятность поражения человека, попавшего в зону воздействия высокотемпературными продуктами сгорания газопаровоздушного облака, равна 1. За пределами этой зоны условная вероятность поражения человека принимается равной 0.
При расчете вероятности поражения человека тепловым излучением рекомендуется учитывать возможность укрытия (например, в здании или за ним).
Детерминированные критерии поражения воздушной ударной волной.
Величина избыточного давления на фронте падающей воздушной ударной волны значением 5 кПа принимается безопасной для человека. Воздействие на человека воздушной ударной волны с избыточным давлением на фронте более 120 кПа рекомендуется принимать в качестве смертельного поражения. Для определения числа пострадавших рекомендуется принимать значение избыточного давления, превышающее 70 кПа.

Критерии разрушения типовых промышленных зданий от избыточного давления приведены в таблице 3.

Таблица 3 – Критерии разрушения типовых промышленных зданий от избыточного давления

Степени разрушения различных административных, производственных зданий и сооружений от воздействия избыточного давления воздушной ударной волны приведены в таблице 4.

Таблица 4 – Степени разрушения различных административных, производственных зданий и сооружений от воздействия избыточного давления воздушной ударной волны

Тип зданий, сооружений	Разрушение при избыточном давлении на фронте ударной волны, кПа
	Слабое	Среднее	Сильное	Полное
Промышленные здания с тяжелым металлическим или железобетонным каркасом	20–30	30–40	40–50	>50
Промышленные здания с легким каркасом и бескаркасной конструкции	10–20	25–35	35–45	>45
Складские кирпичные здания	10–20	20–30	30–40	>40
Одноэтажные складские помещения с металлическим каркасом и стеновым заполнением из листового металла	5–7	7–10	10–15	>15
Бетонные и железобетонные здания и антисейсмические конструкции	25–35	80–120	150–200	>200
Здания железобетонные монолитные повышенной этажности	25–45	45–105	105–170	170–215
Котельные, регуляторные станции в кирпичных зданиях	10–15	15–25	25–35	35–45
Деревянные дома	6–8	8–12	12–20	>20
Подземные сети, трубопроводы	400–600	600–1000	1000–1500	1500
Трубопроводы наземные	20	50	130	-
Кабельные подземные линии	до 800	-	-	1500
Цистерны для перевозки нефтепродуктов	30	50	70	80
Резервуары и емкости стальные наземные	35	55	80	90
Подземные резервуары	40	75	150	200

Условная вероятность травмирования и гибели людей, находящихся в зданиях, в зависимости от степени разрушения зданий от воздействия воздушной ударной волны определяется по таблице 5.

Таблица 5 – Условная вероятность травмирования и гибели людей, находящихся в зданиях, в зависимости от степени разрушения зданий от воздействия воздушной ударной волны

Для расчета условной вероятности разрушения объектов и поражения людей ударными волнами используют пробит-функции.

При использовании пробит-функций в качестве зон 100 %-ного поражения принимаются зоны поражения, где значение пробит-функции достигает величины, соответствующей вероятности в 90 %. В качестве зон, безопасных с точки зрения воздействия поражающих факторов, принимаются зоны поражения, где значения пробит-функции достигают величин, соответствующих вероятности в 1 %.

Критерии токсического поражения

Границы зон токсического поражения опасным веществом рассчитываются по смертельной и пороговой токсодозам при ингаляционном воздействии на организм человека либо по пробит-функциям.
Сравнением с пороговыми и смертельными токсодозами определяются расстояния, соответствующие смертельному поражению и пороговому воздействию.
Для оценки вероятности смертельного поражения человека используется пробит-функция.

При расчете воздействия токсических веществ на человека рекомендуется учитывать возможность укрытия, например в здании, а также применения средств индивидуальной защиты (противогазов).

Перечень нормативных документов

1. Методика определения расчетных величин пожарного риска на производственных объектах, утвержденная приказом МЧС России от 10.07.2009 № 404.
2. Руководство по безопасности «Методические основы по проведению анализа опасностей и оценки риска аварий на опасных производственных объектах», утвержденное приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 11.04.2016 № 144.
3. Руководство по безопасности «Методика моделирования распространения аварийных выбросов опасных веществ», утвержденное приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 20.04.2015 № 158.
4. ГОСТ Р 22.2.02−2015 «Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Менеджмент риска чрезвычайной ситуации. Оценка риска чрезвычайной ситуации при разработке проектной документации объектов капитального строительства».
5. СП 165.1325800.2014 «СНиП 2.01.51-90.Инженерно-технические мероприятия по гражданской обороне».
6. РД 52.04.253-90 «Методика прогнозирования масштабов заражения сильнодействующими и ядовитыми веществами при авариях (разрушениях) на химически опасных объектах и на транспорте».

Для определения радиусов зон поражения может быть предложен (например, ) следующий метод, который состоит в численном решении уравнения

k/(P(R) - P*) = I(R) - I*, (40)

причем константы k, P*, I* зависят от характера зоны поражения и определяются из табл. 4, а функции P(R) и I(R) находятся по соотношениям (7)-(13) соответственно.

Таблица 4

Константы для определения радиусов зон поражения при взрывных ТВС

#G0Характеристика действия ударной волны
Разрушение зданий
Полное разрушение зданий
Граница области сильным разрушений: 50-75 % стен разрушено или находится на грани разрушения
Граница области значительных повреждений: повреждение некоторых конструктивных элементов, несущих нагрузку
Граница области минимальных повреждений: разрывы некоторых соединений, расчленение конструкций
Полное разрушение остекления
50 % разрушение остекления
10 % и более разрушение остекления
Поражение органов дыхания незащищенных людей
50 % выживание
Порог выживания (при меньшим значениям смерт. поражения людей маловероятны)

Заметим, что в некоторых источниках предлагается более простая формула для определения радиусов зон поражения, используемая, как правило, для оценки последствий взрывов конденсированных ВВ, но, с известными допущениями, приемлемая и для грубой оценки последствий взрывов ТВС:

R = KW/(1 + (3180/W)), (41)

где коэффициент К определяется согласно табл. 5, а W - тротиловый эквивалент взрыва, определяемый из соотношения

(42)

где q- теплота сгорания газа.

Таблица 5

Уровни разрушения зданий

	Характеристика повреждения здания	Избыточное давление Р, кПа	Коэффициент К
	Полное разрушение здания
	Тяжелые повреждения, здание подлежит сносу
	Средние повреждения, возможно восстановление здания
	Разрушение оконных проемов, легкосбрасываемых конструкций
	Частичное разрушение остекления

Для определения радиуса смертельного поражения человека в соотношение (41) следует подставлять величину К = 3,8.

Приложение

Примеры расчетов

В результате аварии на автодороге, проходящей по открытой местности, в безветренную погоду произошел разрыв автоцистерны, содержащей 8 т сжиженного пропана. Для оценки максимально возможных последствий принято, что в результате выброса газа в пределах воспламенения оказалось практически все топливо, перевозившееся в цистерне. Средняя концентрация пропана в образовавшемся облаке составила около 140 г/м. Расчетный объем облака составил 57 тыс. м. Воспламенение облака привело к возникновению взрывного режима его превращения. Требуется определить параметры воздушной ударной волны (избыточное давление и импульс фазы сжатия) на расстоянии 100 м от места аварии.

тип топлива - пропан;

концентрация горючего в смеси С= 0,14 кг/м;

масса топлива, содержащегося в облаке, М= 8000 кг;

удельная теплота сгорания топлива q= 4,64·10Дж/кг;

окружающее пространство - открытое (вид 4).

Определяем эффективный энергозапас ТВС Е. Так как С> С, следовательно,

Е = 2МqС/С= 2·8000·4,64·10·0,077/0,14 = 4,1·10Дж.

Исходя из классификации веществ, определяем, что пропан относится к классу 2 опасности (чувствительные вещества). Геометрические характеристики окружающего пространства относятся к виду 4 (открытое пространство). По экспертной табл. 2 определяем ожидаемый режим взрывного превращения облака ТВС - дефлаграция с диапазоном видимой скорости фронта пламени от 150 до 200 м/с. Для проверки рассчитываем скорость фронта пламени по соотношению (2):

V= kМ= 43· 8000= 192 м/с.

Полученная величина меньше максимальной скорости диапазона данного взрывного превращения.

Для заданного расстояния R = 100 м рассчитываем безразмерное расстояние R:

R= R/(E/P)= 100/(4,1·10/101 324)= 0,63.

Рассчитываем параметры взрыва при скорости горения 200 м/с. Для вычисленного безразмерного расстояния по соотношениям (9) и (10) определяем величины Pи I:

P= (V/С)((- 1)/)(0,83/R- 0,14/R) = 200/340·6/7(0,83/0,63 - 0,14/0,63) = 0,29;

I= (V/C)((- 1)/)(1 - 0,4(V/C)((- 1)/))х

х(0,06/R+ 0,01/R- 0,0025/R) = (200/340)((7 - 1)/7)х

х(1 - 0,4(200/340)((7 - 1)/7))(0,06/0,63 + 0,01/0,63- 0,0025/0,63) = 0,0427.

Так как ТВС - газовая, величины P, Iрассчитываем по соотношениям (5) и (6):

P = exp(-1,124 - 1,66 ln(R) + 0,26 (ln(R))) = 0,74 ± 10%;

I = exp(-3,4217 - 0,898 ln(R) - 0,0096(ln(R))) = 0,049 ± 15%.

Согласно (11) определяем окончательные значения Pи I:

P = min(Px1, P) = min(0,29, 0,74) = 0,29;

I= min (I, I) = min(0,0427, 0,049) = 0,0427.

Из найденных безразмерных величин Pи Iвычисляем согласно (12) и (13) искомые величины избыточного давления и импульса фазы сжатия в воздушной ударной волне на расстоянии 100 м от места аварии при скорости горения 200 м/с:

P = 2,8·10 Па;

I = I(P)E/C = 2,04·10 Па·с.

Используя полученные значения P и I, находим:

Pr = 6,06, Pr = 4,47, Pr = -1,93, Pr=3,06, Pr=2,78

Это согласно табл. 3 означает: 86% вероятность повреждений и 30% вероятность разрушений промышленных зданий, а также 2,5% вероятность разрыва барабанных перепонок у людей и 1% вероятность отброса людей волной давления. Вероятности остальных критериев поражения близки к нулю.

В результате внезапного раскрытия обратного клапана в пространство, загроможденное подводящими трубопроводами, выброшено 100 кг этилена. Рядом с загазованным объектом на расстоянии 150 м находится помещение цеха. Концентрация этилена в облаке 80 г/м. Требуется определить степень поражения здания цеха и расположенного в нем персонала при взрыве облака ТВС.

Сформируем исходные данные для дальнейших расчетов:

горючий газ - этилен;

агрегатное состояние смеси - газовая;

концентрация горючего в смеси С= 0,08 кг/м;

стехиометрическая концентрация этилена с воздухом С= 0,09;

масса топлива, содержащегося в облаке, М= 100 кг;

удельная теплота сгорания горючего газа q= 4,6·10Дж/кг;

окружающее пространство - загроможденное.

Определяем эффективный энергозапас горючей смеси Е. Так как С< С, следовательно,

Е = Мq·2 = 100х4,6·10·2 = 9,2·10Дж.

Исходя из классификации веществ, определяем, что этилен относится к классу 2 опасности (чувствительные вещества). Геометрические характеристики окружающего пространства относятся к виду 1 (загроможденное пространство). По экспертной табл. 2 определяем диапазон ожидаемого режима взрывного превращения облака топливно-воздушной смеси - первый, что соответствует детонации.

Для заданного расстояния 150 м определяем безразмерное параметрическое расстояние :

R/E= 100·150/(9,2·10)= 7,16.

По соотношениям для падающей волны (14)-(19) находим:

амплитуда фазы давления

P/P= 0,064 илиP= 6,5·10Па при P= 101 325 Па;

амплитуда фазы разрежения

P_/P= 0,02 илиP_ = 2·10Па при P= 101 325 Па;

длительность фазы сжатия

длительность фазы разрежения

импульсы фаз сжатия и разрежения

II_ = 126,4 Па·с.

Форма падающей волны с описанием фаз сжатия и разрежения в наиболее опасном случае детонации газовой смеси может быть описана соотношением

P(t) = 6,5·10(sin((t - 0,0509)/0,1273)/sin(-p 50,9/0,1273))exp(-0,6t/0,0509).

Используя полученные значения Pи I, по формулам п.4 имеем:

Pr = 2,69; Pr = 1,69; Pr = -11,67; Pr = 0,76; Pr = -13,21

(при расчете Prпредполагается, что масса человека 80 кг).

Это согласно табл. 3 означает 1 % вероятность разрушений производственных зданий. Вероятности остальных критериев поражения близки к нулю.

По соотношениям для отраженной волны (21)-(26) находим:

амплитуда отраженной волны давления

Pr/P= 0,14 илиPr= 1,4·10Па при P= 101325 Па;

амплитуда отраженной волны разрежения

Pr_/P= 0,174 илиPr_ = 1,74·10Па при P= 101325 Па;

длительность отраженной волны давления

длительность отраженной волны разрежения

импульсы отраженных волн давления и разрежения:

I= 308 Па·с;

I_ = 284,7 Па·с.

Форма отраженной волны при взаимодействии со стенкой

P(t) = 1,4·10(sin((t - 0,0534)/0,1906)/sin(-0,0534/0,1906))exp(-0,8906t/0,0534).

Используя полученные значения Pи I, по формулам п. 4 имеем:

Pr = 4,49; Pr = 3,28; Pr = -7,96; Pr = 1,95; Pr = -9,35.

Это согласно табл. 3 означает вероятности: 30 % повреждений и 4 % разрушений производственных зданий. Вероятности остальных критериев поражения близки к нулю.