Міністерство освіти і науки, МОЛОДІ ТА СПОРТУ України
Національний університет кораблебудування
імені адмірала Макарова
Мармазинський О.А., Савіна О.Ю., Штейн П.В.,
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
до виконання розрахунково–графічної роботи
“Визначення впливу вражаючих факторів НС ”
м. Миколаїв
2012
УДК 351. 86:614.8
Мармазинський О.А., Савіна О.Ю., Штейн П.В. Методичні вказівки до виконання розрахунково-графічної роботи: “Визначення впливу вражаючих факторів НС”. – Миколаїв: НУК, 2012. - с.
Кафедра безпеки життєдіяльності та цивільного захисту
Методичні вказівки є організаційно-методичним документом, що визначає порядок та методику виконання студентами розрахунково-графічної роботи за темою “Визначення впливу вражаючих факторів НС”.
Вони можуть бути корисні студентами при виконанні в дипломних роботах (проектах) розділу з безпеки життєдіяльності та цивільного захисту, а також керівному та командному складу аварійно-рятувальних служб об'єктів економіки при проведенні відповідних занять.
Методичні вказівки призначено для студентів ВНЗів, що вивчають дисципліну «Безпека життєдіяльності», а також для викладачів цієї дисципліни.
Рецензент: канд. технічних наук, професор НУК Михайлюк В.О.
Видавництво НУК, 2012
Перелік використаних скорочень
АТО – адміністративна територіальна одиниця
ГПС – газоповітряна суміш
ЗІЗ – засоби індивідуального захисту
ЗРЗ – зона радіоактивного забруднення
ЄСЦЗ – єдина державна система цивільного захисту
ЛЗР – легко займисті речовини
НС – надзвичайна ситуація
НХР – небезпечні хімічні речовини
ОЕ – об'єкт економіки
ППС – паливо-повітряна суміш
РГР – розрахунково-графічна робота
РЗ – радіоактивне забруднення
РНО – радіаційно-небезпечний об’єкт
РР – радіоактивні речовини
СВСП – ступінь вертикальної стійкості повітря
УХ – ударна хвиля
ХНО – хімічно-небезпечний об'єкт
ВСТУП
Одним з найголовніших завдань суспільства на сучасному етапі розвитку є забезпечення на підґрунті ризико-орієнтовного підходу прийнятного рівня безпеки надскладної системи “людина-техніка-середовище”. Відповідальність за це в Україні покладено на спеціально уповноважені підрозділи Єдиної державної системи цивільного захисту населення і територій (ЄСЦЗ). Однак кількість надзвичайних ситуацій (НС) з часом не зменшується. Тому керівники та персонал об’єктів економіки (ОЕ) повинні бути підготовлені до вирішення питань щодо захисту працівників ОЕ та населення від вражаючих факторів НС.
У даних методичних вказівках наведені методики визначення впливу вражаючих факторів НС техногенного і природного походження. Опанування поданого матеріалу буде сприяти набуттю студентами передбаченої програмою здатності аналізувати механізми впливу небезпек на людину, визначати характер взаємодії організму людини з небезпеками середовища існування, вмінню обґрунтовувати нормативно-організаційні заходи забезпечення безпечної експлуатації технологічного обладнання та попередження виникнення НС.
Матеріали даного видання можуть бути корисними також і відповідним фахівцям при розв’язуванні специфічних питань щодо моніторингу (декларування) безпеки потенційно небезпечних ОЕ.
1. ОСНОВНІ ВИМОГИ ТА РЕКОМЕНДАЦІЇ ДО ВИКОНАННЯ РОЗРАХУНКОВО-ГРАФІЧНОЇ роботи
1.1. Навчальна мета та питання, що розв’язують студенти під час роботи
Метою роботи є закріплення студентами теоретичних знань з дисципліни “Безпека життєдіяльності” та використання їх на практиці, набуття практичних навичок, вміння аналізувати механізми впливу небезпек на людину, визначати характер взаємодії організму людини з небезпеками середовища існування з урахуванням специфіки механізму токсичної дії небезпечних речовин, енергетичного впливу та визначення необхідних заходів щодо захисту робітників, службовців і населення, яке мешкає на прилеглих до ОЕ територіях.
Виконання розрахунково-графічної роботи (РГР) передбачено навчальною програмою дисципліни БЖД. Робота виконується після відпрацювання теоретичного матеріалу і є завершальним етапом вивчення даної дисципліни.
Під час розв’язання навчальних питань студентам необхідно спрогнозувати величини вражаючих факторів можливих НС природного та техногенного походження, визначити їх максимальні значення на території ОЕ та адміністративно-територіальної одиниці (АТО), а саме:
- масштаби та ступінь можливих руйнувань, які відбудуться в наслідок землетрусу, можливі втрати людей;
- масштаби та ступінь можливих руйнувань в наслідок вибуху газоповітряної або паливно-повітряної суміші на ОЕ;
- параметри зон теплового впливу та задимлення, що утворюються в наслідок пожеж на ОЕ;
- масштаби та ступінь ураження ОЕ і прилеглої до нього території небезпечними хімічними речовинами (НХР) при аварії на продуктопроводі;
наслідки радіоактивного забруднення (РЗ) під час аварії на радіаційно-небезпечному об'єкті (РНО);
провести аналіз та зробити висновки щодо дії негативних наслідків небезпек при аваріях від впливу ударної хвилі та теплового імпульсу на незахищених людей, будівлі, споруди, устаткування ОЕ; НХР і РЗ на виробничий персонал ОЕ та населення, що мешкає на відповідній АТО.
1.2. Організаційно-методичні вказівки
Кожний студент виконує РГР за одним із варіантів вихідних даних. Робота складається із пояснювальної записки обсягом 10…15 сторінок рукописного тексту й графічного додатку. На титульному листі позначаються найменування ВНЗу, кафедри, назва теми, номери варіантів роботи, навчальної групи, прізвища та ініціали студента і керівника.
Зміст пояснювальної записки включає в себе вступ, вихідні дані, визначення та аналіз впливу вражаючих факторів (для кожної конкретної небезпечної події, запропонованої в даній роботі), визначення заходів щодо попередження НС, графічний додаток, висновки щодо захисту людей.
Текст пояснювальної записки має бути стислим і чітким. Слід обов’язково обґрунтовувати прийняті рішення з посиланням на літературу та довідкові матеріали, що є джерелами для прийняття рішень. Записка та графічний додаток оформлюються у відповідності з вимогами єдиної системи конструкторської документації й діючих державних стандартів.
В кінці пояснювальної записки наводиться список використаної літератури. Графічні додатки (за необхідністю) виконуються у масштабі на міліметровому папері, повинні мати позначення напрямку “північ - південь” та графічне відображення характеристик обстановки, що склалася на ОЕ (АТО).
2. Визначення впливу вражаючих факторів НС
2.1. Визначення характеристик небезпечних геологічних процесів
Землетруси – це підземні удари та коливання поверхні Землі, спричинені природними причинами. Область виникнення підземного удару – осередок землетрусу – представляє деякий об'єм у товщі Землі, в межах якого відбувається процес вивільнення енергії, що накопичується тривалий час. Ця енергія вивільняється при майже миттєвому переміщенні мас. У центрі осередку умовно виділяється точка, іменована гіпоцентром. Проекцію гіпоцентру на поверхню землі називають епіцентром. Від осередку в усі боки поширюються пружні сейсмічні хвилі, серед яких розрізняють поздовжні й поперечні.
Поздовжні хвилі - це перенесення стиснення та розтягнення в напрямку поширення, поперечні - коливання частинок, що відбуваються перпендикулярно напрямкам поширення хвилі. Швидкість поздовжніх хвиль більше поперечних. У результаті заломлення та відбивання в неоднорідному середовищі поблизу поверхонь розділу виникають поверхневі хвилі, які поширюються поверхнею Землі в усі боки від епіцентру – сейсмічні хвилі.
Мірою загальної енергії хвиль служить магнітуда землетрусу (М) – деяка умовна величина, пропорційна логарифму максимальної амплітуди зсуву частинок ґрунту. Ця величина визначається з спостережень на сейсмічних станціях, через амплітуду Zm (мкм) поверхневої хвилі та відстані R (км), до епіцентру землетрусу за формулою:
M = lgZm – 1,32R ,
і виражається у відносних одиницях. Найдужчий землетрус має магнітуду не більше 9. Енергія, що виділяється при землетрусі, Дж, визначається за співвідношенням:
Е = 10(5,24+1,44М).
Силу землетрусу оцінюють за інтенсивністю руйнувань на поверхні Землі. Для характеристики струсів використовують різні шкали інтенсивності землетрусів ЕМS-98 (ЕС), ММ (США), SНІNDO (Японія), MSK-64 (країни СНД).
Основними оціночними параметрами землетрусу є:
інтенсивність землетрусу на відстані R від епіцентру, ІR;
реальна інтенсивність землетрусу, що враховує тип ґрунту під забудовою, І'R;
час приходу поздовжніх сейсмічних хвиль, tІ;
час приходу поверхневих сейсмічних хвиль, tІІ;
інтервал часу від настання першої фази землетрусу до настання другої (головної) фази Δt;
імовірність загальних,  , незворотних,  , та санітарних втрат, ;
потенційні втрати населення в будинках, Nпот.
Вихідні дані для розрахунку включають:
- М – магнітуда землетрусу;
- Н – глибина гіпоцентру, км;
- R – відстань від епіцентру, км;
- N – кількість людей у будинку, чол.;
- конструкція будинку;
- тип ґрунту під будинком;
- тип ґрунту поза будинком.
Послідовність оцінки наслідків землетрусу є наступною:
1. Визначити інтенсивність землетрусу на відстані R від епіцентру ІR, бали. Для однорідного ґрунту вона визначається за формулою:
 .
2. Визначити реальну інтенсивність землетрусу, що враховує тип ґрунту під забудовою І'R, бали:
 ,
де ΔIз – збільшення бальності для ґрунту, на якому побудований будинок у порівнянні з гранітом; ΔIм – збільшення бальності для ґрунту оточуючої місцевості. Значення ΔIз (ΔIм) для різних ґрунтів наведені в таблиці 1.1. додатку 1.
3. За реальною інтенсивністю землетрусу I'R, в балах, користуючись шкалою інтенсивності землетрусу MSK-64 (табл. 1.2 дод. 1) визначити тип землетрусу та його характеристику.
4. За конструктивними даними будинку визначити його тип та сейсмостійкість, Iс, бали, які наведені у таблиці 1.3. додаток 1.
5. Визначити ймовірність та ступінь ушкодження будинку за таблицею 1.4. додатку 1.
Ступені ушкодження будинків мають наступні характеристики:
0 – ушкодження відсутні;
1 – слабкі ушкодження (тріщини в штукатурці, між панелями, відколювання невеликих шматків штукатурки). Усуваються косметичним ремонтом.
2 – помірні ушкодження (відколювання великих шматків штукатурки, наскрізні тріщини в перегородках, слабкі ушкодження несучих стін). Необхідний капітальний ремонт.
3 – важкі ушкодження (руйнування конструкцій, що обгороджують, значна деформація каркасів, обвалення димарів). Необхідний відбудовний ремонт.
4 – руйнівні ушкодження (часткове руйнування несучих конструкцій, порушення зв'язків між частинами будинку, обвалення великих частин будинку). Будинок не відновлюється і підлягає зносу.
5 – повне руйнування будинку.
6. Визначити час приходу поздовжніх сейсмічних хвиль – І фаза землетрусу, tІ, с:
 ,
та час приходу поверхневих (найбільш небезпечних) сейсмічних хвиль – II фаза землетрусу, tІІ, с:
 ,
де Vповз, Vпов – середня швидкість поширення повздовжніх та поверхневих хвиль, км/с, за табл. 1.5 додатку 1.
7. Визначити інтервал часу від настання першої фази землетрусу до настання другої (головної) фази Δt, c:
∆t = tІІ – tІ .
8. Визначити імовірність загальних Рзаг і незворотних (летальних) Рнезв втрат залежно від ступеня ушкодження будинків за таблицею 1.6 додатку 1.
Оскільки ймовірність отримання будинками ушкоджень різного ступеня (див. таблицю 1.4 дод. 1) і ймовірність втрат населення (табл. 1.6 дод.1) є величинами випадковими, то їх слід оцінювати за формулами:
імовірність загальних втрат:
 ,
де  ймовірність отримання будинком ушкоджень відповідного ступеня (табл. 1.4 дод. 1).
9. Визначити потенційні загальні, незворотні та санітарні втрати населення в будинках Nпот за формулою:
 ,
де N – загальна чисельність людей у будинку, Рі – ймовірність відповідних втрат.
10. На основі проведених розрахунків зробити висновки щодо відповідності конструкції будинку вимогам норм сейсмостійкого будівництва, визначити заходи попередження втрат та збитків від майбутнього землетрусу.
2.2. Визначення характеристик вражаючих факторів вибухів.
Внаслідок дії сейсмічної хвилі були пошкоджені будівлі, зруйновані ємності з пальними речовинами й створилися умови для виникнення вибухів та пожеж на постраждалій від землетрусу території.
Вибух – це процес фізичних і хімічних перетворювань речовин, що швидко протікає й супроводжується звільненням значної кількості енергії в обмеженому об’ємі, внаслідок чого в навколишньому просторі виникає та розповсюджується ударна хвиля (УХ).
УХ вибуху – зона стисненого повітря, що поширюється з надзвуковою швидкістю від центру вибуху, викликаючи ураження людей, руйнування споруд, техніки й ін. Характер цих руйнувань залежить від багатьох чинників: від типу, розмірів об’єкту, будівельного матеріалу, інтенсивності УХ тощо. Непрямий вплив УХ полягає в ураженні людей предметами, що захоплюються нею.
Найважливіша кількісна характеристика УХ – надлишковий тиск фронту УХ, ΔРф, кПа – різниця між максимальним тиском у фронті УХ й нормальним атмосферним тиском.
Найчастіше відбуваються вибухи газо- та паливо-повітряних сумішей (ГПС, ППС).
Характерними рисами вибухів ГПС, ППС є:
виникнення різних типів вибухів: детонаційного, дефлаграційного чи комбінованого (найбільш розповсюджений);
утворення п'яти зон ураження: детонаційної, розсіювання продуктів вибуху, дії УХ, теплового ураження та задимлення;
залежність потужності вибуху від параметрів середовища, в якому відбувається вибух (температура, швидкість вітру, щільність забудови, рельєф місцевості).
Вихідні дані для розрахунку включають:
тип ГПС (ППС), що зберігаються у ємностях;
маса ГПС (ППС), М, кг;
тип вибуху;
відстань між ємністю з ГПС (ППС) та досліджуваним об’єктом, R, м;
висота приміщення цеху, Н, м;
довжина приміщення цеху, L, м;
ширина приміщення цеху, B, м;
-
температура повітря у приміщенні об’єкту, tп , °С;
ступінь вертикальної стійкості повітря (СВСП);
маса токсичних продуктів горіння, Мт.п.,кг;
швидкість середнього вітру, v, м/с .
В залежності від умов розміщення ємності вибух може відбуватися у відкритому просторі та в приміщеннях.
2.2.1. Прогнозування можливих руйнувань та уражень під час вибуху ГПС (ППС) у відкритому просторі.
В осередку вибуху, щодо дії УХ, відокремлюють три концентричні зони: детонації, розсіювання продуктів вибуху, повітряної ударної хвилі.
Для прогнозування можливих руйнувань та уражень визначити радіуси цих зон та визначити в якій зоні знаходиться ОЕ.
Радіус зони детонації R1 визначається за залежністю:
 , м,
де M – маса пальної речовини, т.
Радіус зони розсіювання продуктів вибуху, R2:
 ,м.
Радіус зони дії УХ. R3:
 ,м.
Визначити величину надмірного тиску на відстані до досліджуваного об’єкту.
В межах зони детонації, надмірний тиск приймається постійним і дорівнює  кПа.
В зоні розсіювання продуктів вибуху визначається за формулою:
 , кПа,
де R – відстань від центру вибуху до досліджуваного об’єкту, м.
У зоні дії повітряної УХ, надмірний тиск розраховується за приведеними нижче формулами.
Для цього попередньо визначається відносна величина:
якщо 2, то
 , кПа,
якщо >2,то
 , кПа.
3. За знайденою величиною надмірного тиску зробити висновки щодо ступеня уражень незахищених людей та можливих руйнувань об’єктів за таблицями 2.1 та 2.2, додатку 2.
2.2.2. Визначення параметрів ударної хвилі при вибуху ГПС та ППС у приміщенні.
Оскільки межі приміщення не дають можливості вільно розширюватися продуктам горіння у замкнутому об’ємі, надмірний тиск вибуху для пальних речовин, що складаються з атомів С, Н, N, Cl, Br, I, F визначається за формулою:
 , кПа,
де Рmaх – максимальний тиск вибуху стехіометричної ГПС (ППС) у замкнутому об’ємі, визначається за довідником. Якщо дані відсутні, то приймають Рmaх = 900 кПа; Р0 – початковий тиск у приміщенні, кПа (приймають Р0 = 101кПа); М – маса ГПС (ППС), що потрапила у приміщення в наслідок аварії, т; z − коефіцієнт участі пальної речовини у вибуху в приміщенні, дорівнює: 0,5 − для пальних газів, промислового пилу; 0,3 − для легко займистої речовини (ЛЗР) і пальних рідин, нагрітих до температури спалаху та вище та при температурі нижче температури спалаху при утворенні аерозолю; Vво − вільний об’єм приміщення, м3, що складає 80% від загального об’єму; − коефіцієнт негерметичності приміщення та неадіабатичності процесу горіння, прийняти рівним 3; п(г) − щільність пари (газу) при Р0, кг/м3, визначається залежністю:
де tп − температура повітря в приміщенні, °С; Мр – молярна маса речовини, г/моль (табл. 2.3 дод.2); Сстх − стехиометрична концентрація газів чи пари, визначається за формулою:
 ,
де  − стехиометричний коефіцієнт кисню в рівнянні реакції горіння, дорівнює:
де пс , пн , по, nг – кількість атомів С, Н, О та галогенів у молекулі пального.
Примітка. Стехиометричною сумішшю називають суміш у якій кількість повітря забезпечує повне згорання пального.
За знайденою величиною надмірного тиску зробити висновки щодо ступеня уражень незахищених людей та можливих руйнувань об’єктів за таблицями 2.1 та 2.2, додатку 2.
Якщо у приміщенні стався вибух з ΔРmax > 30кПа, то воно, як правило, руйнується повністю.
2.2.3. Розрахунок параметрів зон теплового впливу при вибухах ГПС (ППС)
1. Визначити радіус вогняної кулі Rвк при загоранні хмари ГПС за залежністю:
 , м,
де М – маса ГПС (ППС), кг.
2. Визначити час свічення вогняної кулі, tвк:
 , с.
Визначити інтенсивність теплового випромінювання, І:
 , кДж/м2с,
де R – відстань між ємністю з ГПС (ППС) та об’єктом (людиною).
Визначити тепловий імпульс U вогняної кулі:
 , кДж/м2.
Визначити вражаючу дію вогняної кулі на людей за табл. 2.4 та на матеріали за табл. 2.5 додатку 2 відповідно.
Визначити безпечний радіус дії теплового випромінювання на людину:
 ,
де І* - безпечна інтенсивність теплового випромінювання для людини (табл. 2.4 дод.2), кДж/м2с.
2.2.4. Розрахунок параметрів зони теплового впливу, що може утворитися під час пожежі.
За рахунок теплового впливу відбувається займання об’єкту й розвиток пожежі.
Розміри зони теплового впливу під час пожежі розраховують за співвідношенням, яке визначає безпечну відстань Rбез, м, при заданому рівні інтенсивності теплового випромінювання для людини:
 ,
де − коефіцієнт, що характеризує геометрію осередку горіння: = 0,02 − якщо джерело горіння плоске (розлив на поверхні землі чи води); = 0,08 − якщо джерело горіння об'ємне (будинок, резервуар); q0 − питома теплота пожежі, кДж/м2с (табл. 2.3 дод. 2); I* − безпечна інтенсивність теплового випромінювання для людини, кДж/м2 (табл. 2.4 дод. 2); R* − приведений розмір осередку горіння (пожежі):
для будівель  (L - довжина найбільшої стіни, h - висота будівлі), м;
для резервуарів з ЛЗР R* = Dрез; для резервуарів з пальними рідинами (газами) R* = 0,8 Dрез, (Dрез - діаметр резервуара), м;
при розливі пальної рідини:  , де d - діаметр розливання, м; V − об’єм рідини, м3.
2.2.5. Розрахунок характеристик зони токсичного задимлення, що утворюється під час пожеж
Зона задимлення при пожежі має форму трапеції (рис. 1)
|