Автоматизированное рабочее место регистрации и документирования комплекса средств автоматизации

Гражданская оборона

Введение

В современных городах из-за высокой плотности застройки административное здание с расположенным в нем вычислительным центром может оказаться вблизи одного из опасных промышленных предприятий, таких как:

·        нефтеперерабатывающий завод;

·        газоперекачивающая станция;

·        ТЭЦ;

·        разного рода химические заводы;

·        предприятия по работе с радиоактивными материалами.

Все эти объекты являются источниками повышенной опасности для близко расположенных построек. Опасными могут быть следующие факторы:

·        утечка СДЯВ;

·        утечка радиоактивных веществ;

·        опасность взрыва и пожара легко воспламеняющихся веществ.

Рассматривается следующая ситуация: поблизости от административного здания расположено хранилище сжиженного газа большой емкости. В результате нарушения целостности контейнера со сжиженным газом и его утечки происходит взрыв. При этом возможны разрушения здания вследствие поражения его ударной волной и развитие пожарной обстановки.

Данная ситуация может возникнуть в случае стихийных бедствий, техногенных факторов, террористических актов, нарушения правил хранения, а также неосторожности рабочего персонала.

В представленном разделе дипломного проекта производится оценка последствий взрыва и определяются меры защиты оператора и аппаратуры ПЭВМ от воздействия высоких температур в случае развития пожарной обстановки.

1. Теоретическая часть

Источником взрыва является хранилище сжиженного пропана. При нарушении емкости со сжиженным пропаном, хранящимся под высоким давлением, происходит его вскипание с быстрым испарением, выброс в атмосферу и образование облака газопаровоздушной смеси. Когда объемная концентрация пропана превышает 7-9%, может произойти взрыв.

Для определения последствий взрыва газопаровоздушной смеси (ГПВС) необходимо оценить физическую устойчивость объекта к поражающим факторам взрыва ГПВС. В рассматриваемой ситуации поражающими факторами являются ударная волна и возможность развития пожарной обстановки на объекте.

1.1. Оценка воздействия ударной волны на объект

1.1.1. Характеристики ударной волны

Ударная волна – это область резкого сжатия среды, которая в виде сферического слоя распространяется от места взрыва во все стороны со сверхзвуковой скоростью.

Основным параметром ударной волны, характеризующим ее разрушающее и поражающее воздействие, является избыточное давление во фронте ударной волны. Избыточное давление во фронте ударной волны – это разность между максимальным давлением во фронте ударной волны и нормальным атмосферным давлением .

Зону очага взрыва ГПВС можно представить в виде 3-х концентрических окружностей с центром в точке взрыва, которые имеют радиусы , и (рис.1), где:

·        - радиус зоны детонационной волны;

·        - радиус зоны поражения продуктами взрыва;

·        - зона действия воздушной ударной волны.

Для каждой из этих зон считают избыточное давление, по которому определяют последствия взрыва.

, м, где - количество сжиженного газа, т.

, м, в пределах изменяется от 1650 до 300кПа.

, кПа, где - расстояние от центра взрыва до места расположения объекта.

В третьей зоне определя­ется в зависимости от величины :

при ,

при

1.1.2. Поражающие факторы ударной волны

Поражение ударной волной возникает в результате воздействия избыточного давления и скоростного напора воздуха и приводит к разрушению зданий и поражениям людей (непосредственным, если человек находится на открытом пространстве, или косвенным, в результате ударов обломками разрушенных зданий и сооружений).

Применительно к гражданским и промышленным зданиям степени разрушения характеризуются следующим состоянием конструкции:

·        Cлабое разрушение: разрушаются оконные и дверные заполнения, легкие перегородки, частично кровля, возможны трещины в стенах верхних этажей. Здание может эксплуатироваться после проведения текущего ремонта.

·        Среднее разрушение: разрушение крыш, внутренних перегородок, окон, обрушение отдельных участков чердачных перекрытий. Для восстановления здания необходим капитальный ремонт.

·        Сильное разрушение: характеризуется разрушением несущих конструкций и перекрытий верхних этажей, образованием трещин в стенах и деформацией перекрытий нижних этажей. Использование помещений становится невозможным, а ремонт нецелесообразным.

·        Полное разрушение: разрушаются все основные элементы здания, включая несущие конструкции. Использовать здания невозможно.

Степень разрушения зданий зависит от устойчивости конструкции зданий к воздействию избыточного давления во фронте ударной волны.

1.2. Оценка пожарной обстановки

В зависимости от мощности взрыва и вызванных им разрушений в административном здании может развиться пожарная обстановка. Вероятность возникновения и распространения пожаров зависит от:

·        степени огнестойкости зданий и сооружений;

·        категории пожароопасности производства;

·        расстояния между зданиями и сооружениями;

·        погодных условий.

1.2.1. Влияние степени огнестойкости зданий и сооружений на развитие пожарной обстановки

Степень огнестойкости зданий и сооружений зависит от сопротивляемости материалов зданий к огню. По огнестойкости здания и сооружения делятся на пять категорий. I - основные элементы выполнены из несгораемых материалов, а несущие конструкции обладают повышенной сопротивляемостью к воздействию огня; II - основные элементы выполнены из несгораемых материалов; III - с каменными стенами и деревянными оштукатуренными перегородками и перекрытиями; IV - оштукатуренные деревянные здания; V – деревянные неоштукатуренные строения. Ориентировочное время развития пожара до полного охвата здания огнем: для зданий и сооружений I и II степени – не более 2ч, зданий и сооружений III степени – не более 1.5ч, для зданий и сооружений IV и V степеней – не более 1ч.

На развитие пожара в здании влияет также степень разрушения здания ударной волной. Отдельные и сплошные пожары возможны только на тех предприятиях, которые получили в основном слабые и средние разрушения, при сильных и полных разрушениях возможны только тления и горения в завалах.

1.2.2. Влияние категорий пожароопасности производства на развитие пожарной обстановки

По пожарной опасности объекты в соответствии с характером технологического процесса подразделяют на пять категорий: А, Б, В, Г, Д. Объекты категорий А - Г связаны с нефтеперерабатывающим, химическим, столярным, текстильным и подобного рода производством. Объекты категории Д связаны с хранением и переработкой негорючих материалов. Наиболее пожароопасны первые две категории.

1.2.3. Влияние расстояний между зданиями на распространение пожаров

Распространение пожаров определяется плотностью застройки территории. Для зданий I и II степеней огнестойкости плотность застройки должна быть более 30%, для зданий III степени – более 20%, для зданий IV и V степеней – более 10%.

1.2.4. Влияние погодных условий на распространение пожаров

Скорость ветра также влияет на скорость распространения пожара. При указанных в п.2.2.3. сочетаниях скорость распространения огня при скорости ветра 3-5 м/с будет составлять: при застройке II и III степени огнестойкости 60-120 м/ч, IV и V степени – 120-300 м/ч.

1.2.5. Оценка воздействия теплового импульса огненного шара на пожарную обстановку

Величина теплового потока от огненного шара характеризуется: радиусом огненного шара: , м, и временем его существования , сек, где - половина массы сжиженного топлива, т.

Поток излучения кВт/м2 от огненного шара, падающий на элемент объекта, определяется по формуле: , кВт/м2, где =270кВт/м2 – мощность поверхностной эмиссии огненного шара, - коэффициент, учитывающий фактор угла падения, - проводимость воздуха. Коэффициент и проводимость определяются по формулам:

, ,

где .

Импульс теплового потока излучения определяется по формуле:

, кДж/м2.

Воспламенение различного рода материалов зависит от величины теплового импульса, а предельная величина импульса теплового потока для кожи человека составляет 42 кДж/м2.

Предельно безопасный радиус (радиус эвакуации) для человека составляет , м.

1.2.6. Оценка воздействия вторичных поражающих факторов на пожарную обстановку

При возникновении пожара необходимо учитывать вторичные поражающие факторы, такие как разрушения газопроводов, пробои и прорывы электропроводки, кабелей и т.п.

1.2.7. Воздействие пожара на людей и элементы объекта

Во время пожара элементы объекта и люди подвергаются тепловому излучению. Возможность возникновения очагов воспламенения и горения устанавливается по данным возгораемости материалов. Ожоги, полученные человеком во время пожара, подразделяются на четыре степени по тяжести поражения организма и вызываются тепловыми импульсами определенной величины. Так, ожоги первой степени могут быть вызваны тепловым импульсом 80-160кДж, второй степени – 160-400кДж, третьей – 400-600кДж, четвертой – 600кДж и выше. Степень полученных ожогов определяется и характером одежды человека и степенью ее возгораемости.

1.3. Оценка устойчивости элементов объекта

На основании расчетов необходимо определить степень повреждения объекта и выявить необходимые меры по повышению устойчивости работы объекта.

В данной работе принимается допущение, что при массе газа 100 и более тонн последствия взрыва и горения сравнимы с последствиями применения ядерного оружия.

2. Расчетная часть

2.1. Исходные данные

Рабочее место оператора располагается в многоэтажном административном здании с большой площадью остекления, степень огнестойкости здания I – II, расстояние от здания до хранилища, где находится емкость с газом м, масса пропана – т, скорость ветра у земли м/с, расстояния между зданиями – м.

2.2. Расчет

2.2.1. Оценка воздействия воздушной ударной волны на элементы объекта

м,

т.к. следовательно, считаем :

м

, следовательно, предполагаем, что здание попадает в зону воздушной ударной волны и считаем избыточное давление для этой зоны. Определим величину

; так как , то

кПа.

Выводы:

·        здание попадает в зону сильных и полных разрушений. При избыточном давлении кПа здание получит сильные и полные разрушения, т.е. нарушение несущих конструкций и перекрытий верхних этажей, с образованием трещин в стенах и деформацией перекрытий нижних этажей. Использование помещений становится невозможным, а ремонт нецелесообразным.

·        Большая вероятность того, что здание будет полностью разрушено и единственным фактором, смягчающим действие воздушной ударной волны, являются большие оконные проемы. Здания с большим количеством и большой площадью проемов более устойчивы, так как в первую очередь разрушаются заполнения премов, а несущие конструкции при этом испытывают меньшую нагрузку, следовательно при взрыве ГПВС будут выбиты стекла. При этом возможны поражения оператора и техники как разрушенными перекрытиями, так и осколками стекла.

·        Так как плотность застройки невелика (меньше 50%), то экранирующее действие близлежащих зданий незначительно и давление ударной волны на здания не уменьшается.

2.2.2. Оценка пожарной обстановки

Радиус огненного шара: м, время его существования сек. Поток излучения от огненного шара: , =270кВт/м2,

,

,

кВт/м2.

Импульс теплового потока излучения равен: , кДж/м2.

Выводы:

·        так как расчетная величина импульса теплового потока равна 470кДж/м2, а предельная величина импульса теплового потока для кожи человека составляет 42кДж/м2 [Л2], то человек получит ожоги третьей степени. Одежда на человеке должна быть плотная и преимущественно из натуральных материалов, т.к. синтетические ткани вспыхивают гораздо быстрее. Предельно безопасный радиус (радиус эвакуации) для человека составляет м, так что можно сделать вывод, что здание находится в недопустимой близости от хранилища сжиженных углеводородов. Техника, размещенная в здании, также получит повреждения, оплавятся пластмассовые части. Кроме того, возможно возникновение пожаров из-за вторичных поражающих факторов: пробоев и нарушения электропроводки. Так как при этом здание имеет I - II степень огнестойкости и по категориям пожароопасности производство относится к категории Д, то возможны не сплошные пожары, а тление и горение в завалах, с учетом того, что здание получит сильные и полные разрушения.

·        Так как среднее расстояние между зданиями 40-50м, а при I и II степенях огнестойкости зданий для возникновения сплошных пожаров расстояние между зданиями должно быть не больше 10-15м, то вероятность возникновения сплошных пожаров мала. Скорость ветра также будет мало влиять на распространение пожара, т.к. она невелика, а сплошных пожаров, как было сказано выше, не возникнет.

3. Предложения по защите

3.1. Отнесение хранилища на безопасное расстояние от здания

Найдем расстояние удаления, при котором здание получит слабые разрушения. Примем кПа.

После преобразований, полагая кПа, следует:

, отсюда , т.к. , следовательно

м. – расстояние, на которое необходимо переместить склад со сжиженными углеводородами от административного здания, чтобы оно получило слабые повреждения.

Защита оператора:

·        комнату, в которой располагается рабочее место оператора, не рекомендуется располагать в части здания, обращенной к хранилищу, чтобы избежать повреждения оборудования и ранений оператора осколками стекол и обломками оборудования. Возможно также возведение защитной стены либо вокруг хранилища, либо перед административным зданием.

Найдем минимальное расстояние удаления, при котором здание не получит разрушений. Примем кПа.

После преобразований, полагая кПа, следует:

, отсюда , т.к. , следовательно

м. – расстояние, на которое необходимо переместить склад со сжиженным пропаном, чтобы здание не получило повреждений.

3.2. Уменьшение массы хранимого пропана

В качестве еще одной меры предосторожности можно уменьшить массу хранимого пропана.

Посчитаем массу пропана, при которой импульс теплового потока излучения , кДж/м2, минимален. Примем кДж/м2, как пороговое значение чувствительности кожи человека, при котором он не получает ожогов.

, кВт/м2, ,

следовательно, ,

Составим систему уравнений:

Подставим во второе уравнение значения , и , выразим через . Получим уравнение:

, подставим , после некоторых преобразований получим: , отсюда т, следовательно общая масса газа т.

При этом кПа. Можно сделать вывод, что при массе газа 12.72т здание подвергнется слабым разрушениям, а импульс теплового потока будет неопасным для техники и здоровья человека.

Защита оператора:

·        рекомендуется также в дополнение принять меры предосторожности по расположению рабочего места оператора, рассмотренные в п.3.1.

Можно вычислить массу газа, при котором избыточное давление во фронте ударной волны не окажет разрушающего воздействия на здание.

Примем кПа, , ,

м, подставляем в , и находим т. Можно сделать вывод, что при данной массе газа хранилище можно оставить на расстоянии 315м от административного здания без каких бы то ни было последствий.

В любом случае рекомендуется производить подобные расчеты при планировании расположения административных зданий в непосредственной близости от опасных объектов.

3.3. Меры по предупреждению аварийной ситуации на хранилище пропана

Необходимо также предусмотреть меры по предотвращению аварийной ситуации на хранилище пропана:

·        Датчики высокой чувствительности, реагирующие на превышение нормы концентрации газа в воздухе при повреждении емкости с пропаном. При этом должна срабатывать сигнализация в диспетчерской или аварийной службе.

·        Датчики высокой чувствительности, реагирующие на превышение нормы температуры в хранилище, также снабженные сигнализацией.

·        Датчики высокой чувствительности, реагирующие на превышение норм давления в хранилище пропана, снабженные сигнализацией.

·        Наличие систем вентиляции.

·        Система автоматических клапанов на газопроводах, которые автоматически перекрываются при резком возрастании расхода газа (резкое возрастание расхода газа как правило свидетельствует о прорыве газапровода).

3.4. Меры по защите административного здания

·        Строительство зданий и сооружений соответствующей огнестойкости и устойчивости к поражающим факторам ударной волны.

·        Конструирование и проектирование здания с учетом требований противопожарной безопасности.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17