Взрыв и взрывоопасный объект, поражающие факторы взрыва, меры по предупреждению взрывов

Наиболее характерными авариями, вызывающими тяжёлые последствия, наряду с другими, являются взрывы. С точки зрения возможных потерь и ущерба они представляют собой особую опасность.

Взрыв – это освобождение большого количества энергии в ог­раниченном объёме за короткий промежуток времени. Он приводит к образованию сильно нагретого газа (плазмы) с очень высоким давлением, который при моментальном расширении оказывает удар­ное и механическое воздействие (давление, разрушение) на окру­­жающие тела.

Взрыв в твёрдой среде сопровождается её разрушением и дроблением, в воздушной или водной – вызывает образование воз­душной или гидравлической ударной волны, которые и оказывают разрушающее воздействие на находящиеся в этих средах объекты.

Взрывы происходят за счёт освобождения химической энергии (главным образом взрывчатых веществ), внутриядерной энергии (ядерный взрыв), электромагнитной энергии (искровой заряд, ла­зер­ная искра и др.), механической энергии (при падении ме­теоритов на поверхность Земли и др.), энергии сжатых газов (при превышении давления предела прочности сосуда – баллона, трубо­провода и т.п.).

Взрывоопасный объект (ВОО) – это объект, на котором хра­нятся, используются, производятся, транспортируются вещества (продукты), приобретающие при определённых условиях способ­ность к взрыву.

К взрывоопасным объектам относятся предприятия оборонной, нефтеперерабатывающей, нефтедобывающей, нефтехимической, химической промышленности, склады легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, сжиженных газов.

Последствия взрывов обусловлены действием их поражающих факторов. Основными поражающими факторами взрыва являются:

– воздушная ударная волна (ВУВ), возникающая при ядерных взрывах, взрывах инициирующих и детонирующих веществ, при взрывных превращениях облаков топливно-воздушных смесей, взры­вах резервуаров с перегретой жидкостью, резервуаров под давлением;

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

Основными параметрами поражающих факторов являются:

– воздушной ударной волны – избыточное давление в ее фронте;

– осколочного поля – количество осколков, их кинетическая энергия и радиус разлёта.

В результате действия поражающих факторов взрыва проис­ходит разрушение или повреждение зданий, сооружений, техно­логического оборудования, транспортных средств, элементов комму­никаций и других объектов, гибель людей.

Вторичными последствиями взрывов являются: поражение на­ходящихся внутри объектов людей обломками обрушенных конст­рук­ции зданий и сооружений, их погребение под обломками. В результате взрывов могут возникнуть пожары, утечка опасных веществ из поврежденного оборудования.

Большой ущерб экономике наносится в результате прекращения функционирования разрушенных объектов.

При взрывах люди получают механические повреждения, че­репно-мозговые травмы, множественные переломы и ушибы.

Меры по предупреждению взрывов направлены на исключение их инициирования за счёт огня, искры, нагрева, удара, превышения нормального давления в ёмкости и т.д.

Во всех взрывоопасных производствах промышленные объекты оборудуются в противопожарном отношении. Обеспечивается ис­клю­чение искрообразования, запрещается проводить огнеопасные работы, пользоваться электронагревательными приборами, работни­кам иметь спички и зажигалки. Всё технологическое оборудование заземляется. Работы на электрооборудовании проводятся при от­клю­чённой сети. В помещениях, особенно разного рода за­глуб­ле­ниях, с помощью газоанализаторов осуществляется контроль воз­душной среды с целью своевременного выявления взрывоопасных концентраций газовоздушных смесей.

Работы проводятся при действующей приточной и вытяжной вентиляции. На технологическом оборудовании устанавливаются раз­личные предохранительные устройства – предохранительные кла­па­ны, запорные приспособления, прерыватели потока, отсека­тели, самозапирающиеся клапанные краны, противоразрывные мем­бра­ны, гидравлические затворы.

На транспорте профилактика взрывов проводится в соответствии с «Правилами перевозки опасных грузов», определяющими порядок загрузки и транспортировки взрывчатых веществ.

 

7.2. Ударная волна ядерного взрыва,
её параметры и поражающие факторы, виды поражений людей и разрушений зданий и сооружений.
Определение радиусов зон разрушений и избыточного давления на определенном расстоянии от места взрыва

Ударная волна ядерного взрыва – один из основных по­ра­жаю­щих факторов. В зависимости от того, в какой среде возникает и распространяется ударная волна – в воздухе, в воде или грунте, её называют соответственно воздушной ударной волной, ударной волной в воде и сейсмовзрывной волной.

Воздушной ударной волной называется область резкого сжатия воздуха, распространяющаяся во все стороны от центра взрыва со сверхзвуковой скоростью. Переднюю границу волны, характеризую­щуюся резким скачком давления, называют фронтом ударной волны.

Обладая большим запасом энергии, ударная волна ядерного взрыва способна наносить поражения людям, разрушать различные сооружения, боевую технику и другие объекты на значительных расстояниях от места взрыва [17]. На распространение ударной волны и её разрушающее и поражающее действие существенное влияние могут оказывать рельеф местности и лесные массивы в районе взрыва, а также метеоусловия.

Основными параметрами ударной волны, определяющими ее по­ражающее действие, являются избыточное давление во фронте ударной волны ∆DР_ф скоростной напор воздуха DР_ск и время дейст­вия избыточного давления t.

Единицей измерения избыточного давления и скоростного на­пора воздуха в системе СИ является паскаль (Па), внесистемная единица – кгс/м² (1 кгс/м² = 100 кПа).

Избыточное давление ударной волны при различных мощностях ядерного боеприпаса и расстояниях до центра взрыва приведено в табл. 7.1 [4].

 

Ударная волна ядерного взрыва, как и при взрыве обычных боеприпасов, способна наносить человеку различные травмы, в том числе и смертельные. Причём зона поражения ударной волной при ядерном взрыве имеет значительно большие размеры, чем при взрыве обычного боеприпаса.

Поражения людей вызываются как непосредственным (прямым) воздействием воздушной ударной волны, так и косвенным. При непосредственном воздействии ударной волны основной причиной появления травм у населения является мгновенное повышение давле­ния воздуха, что воспринимается человеком как резкий удар. При этом возможны повреждения внутренних органов, разрыв кро­веносных сосудов, барабанных перепонок, сотрясение мозга, раз­лич­ные переломы и т.д. [18].

 

Таблица 7.1

Избыточное давление во фронте ударной волны
 при различных мощностях ядерного боеприпаса

Мощность боеприпаса, тыс. т	Избыточность давления, DРф, кПа
	500	200	100	70	60	50	40	30	20	10
	Расстояние до центра (эпицентра) взрыва, км
100	0,40	0,68	1,00	1,40	1,60	1,70	2,10	2,60	3,80	6,50
	0,62	0,92	1,20	1,50	1,70	1,90	2,20	2,50	3,20	5,20
200	0,51	0,86	1,20	1,60	1,80	1,90	2,50	2,90	4,40	7,90
	0,79	1,15	1,50	1,80	2,00	2,20	2,60	3,00	3,80	6,40
300	0,58	0,98	1,37	1,85	2,07	2,27	2,80	3,35	4,95	9,10
	0,90	1,35	1,70	2,10	2,30	2,55	2,93	3,60	4,40	7,30
500	0,69	1,15	1,70	2,30	2,60	3,00	3,40	4,20	6,00	11,50
	1,05	1,60	2,10	2,60	2,80	3,20	3,60	4,40	5,50	9,00
1000	0,90	1,50	2,20	3,00	3,30	3,60	4,30	5,00	7,50	14,30
	1,35	2,00	2,90	3,50	3,60	4,00	4,50	5,40	7,00	11,20

 

Примечание. Числитель – для воздушного, знаменатель – для наземного взрыва.

 

Кроме того, скоростной напор воздуха, обусловливающий мета­тельное действие ударной волны, может отбросить человека на зна­чительное расстояние и причинить ему при ударе о землю (или препятствия) различные повреждения.

Метательное действие скоростного напора воздуха заметно ска­зывается в зоне с избыточным давлением более 0,5 кгс/см², где скорость перемещения воздуха более 1000 м/с, что в три раза превышает скорость ураганного ветра.

Характер и тяжесть поражения людей зависят от величины параметров ударной волны, положения человека в момент взрыва и степени его защищённости. При прочих равных условиях наиболее тяжёлые поражения получают люди, находящиеся в момент при­хода ударной волны вне укрытия в положении стоя. В этом случае площадь воздействия скоростного напора воздуха будет примерно в 6 раз больше, чем в положении человека лёжа.

Поражения, возникающие под действием ударной волны, под­разде­ляются на лёгкие, средние, тяжёлые и крайне тяжёлые (смертельные).

Лёгкие поражения возникают при ∆DР_ф – 0,2...0,4 кгс/см² и характеризуются лёгкой контузией, временной потерей слуха, ушибами, вывихами.

Средние поражения возникают при избыточном давлении во фронте ударной волны ∆DР_ф »≈0,4...0,6 кгс/см² и характеризуются травмами мозга с потерей человеком сознания, повреждением орга­нов слуха, кровотечением из ушей и носа, переломами и вывихами конечностей.

Тяжёлые и крайне тяжёлые поражения возникают при избы­точных давлениях соответственно DР_ф »≈0,6...10 кгс/см² и ∆
DР_ф > 10 кгс/см², сопровождаются травмами мозга с длительной потерей сознания, повреждением внутренних органов, тяжёлыми переломами и т.д.

Косвенное воздействие ударной волны заключается в поражении людей летящими обломками сооружений и зданий, камнями, де­ревьями, битым стеклом и другими предметами, увлекаемыми ею.

При действии нагрузок, создаваемых ударной волной, здания и сооружения могут подвергаться полным (> 0,4–0,6 кгс/см²), силь­ным (> 0,2–0,4 кгс/см²), средним (> 0,1–0,2 кгс/см²) и слабым (0,08–0,1 кгс/см²) разрушениям.

При полном разрушении происходят разрушения в убежищах всех элементов и конструкций (восстановление невозможно). На­груз­ка в 2,5 раза больше расчётной. Потери – 100 %.

При сильном разрушении происходит значительная деформация основных несущих конструкций. Нагрузка в 2,1 раза больше рас­чётной, 75 % общих потерь (50 % санитарных и 25 % без­возврат­ных).

При среднем разрушении происходит частичное разрушение основных конструктивных элементов. Нагрузка в 1,7 раза больше расчётной, 40 % санитарных потерь.

При слабом разрушении происходит частичное разрушение примыкающего к сооружению входа и другие незначительные по­вреждения. Нагрузка в 1,4 раза больше расчётной, 5 % сани­тарных потерь.

Особенностью действий ударной волны является её способность затекать внутрь негерметичных укрытий через воздухозаборные трубы, отдушины, наносить там разрушения и поражать людей.

Воздушная ударная волна вызывает также разрушения лесных массивов. Так, в зоне с избыточным давлением более 0,5 кгс/см² лес полностью уничтожается. Здесь нет ни растительности, ни завалов, ни пожаров.

В зоне с давлением 0,5–0,3 кгс/см² образуются сплошные завалы и разрушается до 60 % деревьев. Зона полных разрушений характеризуется массовыми безвозвратными потерями среди неза­щищённого населения; полным разрушением зданий и сооружений; разрушением и повреждением коммунально-энергетических и технологических сетей, части убежищ ГО; образованием сплошных завалов в населённых пунктах.

Радиус зоны определяется из выражений:

                                   (7.1)

для воздушного и наземного взрывов соответственно.

В выражениях 7.1 и далее R – радиус зон, км, g – мощность взрывов, кт. Площадь зоны составляет 15 % от всей площади очага ядерного поражения (ОЯП).

Зона сильных разрушений характеризуется массовыми безвоз­вратными потерями (до 90 %) среди незащищенного населения; полным и сильным разрушением зданий и сооружений; поврежде­нием коммунально-энергетических и технологических сетей; обра­зова­нием местных и сплошных завалов в населённых пунктах и лесах; сохранением убежищ и большинства ПРУ (противо­ра­диационных укрытий) подвального типа.

Радиус зоны определяется из выражений:

                                   (7.2)

для воздушного и наземного взрывов соответственно. Площадь зоны составляет 10 % от всей площади.

Зона средних разрушений характеризуется безвозвратными по­те­рями (до 20 %) среди незащищённого населения; средними и сильными разрушениями зданий и сооружений; образованием мест­ных и очаговых завалов, сплошных пожаров; сохранением комму­нально-энергетических сетей, убежищ и большей части ПРУ.

Радиус зоны определяется из выражений:

                                   (7.3)

для воздушного и наземного взрывов соответственно. Площадь зоны составляет 15 % от всей площади ОЯП.

Зоны слабых разрушений характеризуются слабыми и средними разрушениями зданий и сооружений.

Радиус зоны определяется из выражений:

                                     (7.4)

для воздушного и наземного взрывов соответственно. Площадь зоны составляет 60 % от всей площади ОЯП.

Следует иметь в виду, что и за пределами зоны слабых разру­шений возможны косвенные поражения людей при избыточном давле­нии 0,03 кгс/см², а ранения глаз осколками стекла – даже при 0,01 кгс/см². В зданиях могут быть выбиты стёкла, поврежде­ны двери, кровля и т.д.

Очаги поражения на предприятиях со взрыво- и пожароопасной технологией образуются вследствие истечения газообразных или сжи­женных углеводородных продуктов, при перемешивании кото­рых с воздухом образуются взрыво- и пожароопасные смеси таких газов, как пропилен, метан, пропан, бутан, этилен, бутилен и др., приводящих к разрушению и повреждению зданий, сооружений, технологических установок, ёмкостей и трубопроводов. Взрыв или возгорание наступают при определённом содержании газа в воздухе.

При взрыве газовоздушной смеси образуется ударная волна, подобная ударной волне ядерного взрыва.

Ориентировочное определение избыточного давления во фронте ударной волны при взрыве газовоздушной смеси на расстоянии R, м, проводят по следующей методике:

1. Определяют коэффициент К по формуле

,                              (7.5)

где Q – количество взрывоопасной смеси, хранящейся в ёмкости или агрегате, т.

2. Находят избыточное давление ударной волны по формуле

,                         (7.6)

если К<2 или по формуле

                         (7.7)

если К>2.