Материал: Оценка устойчивости работы различных опасных промышленных предприятий в результате чрезвычайной ситуации

д) предусмотреть развёртывание обмывочных пунктов и площадок для санитарной обработки людей, выходящих из очага поражения, а также организовать медицинское и социальное обеспечение и связь с аварийно-спасательными службами или формированиями[5].

2. Расчет ударной волны ядерного взрыва

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

Воздушной ударной волной называется область резкого сжатия воздуха, распространяющаяся во все стороны от центра взрыва со сверхзвуковой скоростью. Обладая большим запасом энергии, ударная волна ядерного взрыва способна наносить поражения людям, разрушать различные сооружения.

Характер изменения давления в точке пространства при прохождении через нее воздушной ударной волны показан на рис. 3. Как только ударная волна спустя некоторое время  после взрыва достигает определенной точки пространства (расстояние R), мгновенно в этой точке повышаются давление и температура, воздух начинает распространяться в направлении ударной волны. С течением времени давление снижается и через время + после момента подхода фронта волны становится равным атмосферному. Дальнейшее уменьшение давления приводит к разрежению. В это время воздух начинает двигаться в сторону взрыва. Как только действие пониженного давления закончится, прекратится и движение воздуха.

Рис. 1. Изменение давления при прохождении воздушной ударной волны через точку пространства

На рис. 3 показаны также основные параметры, определяющие механическое действие ударной волны на объект:

. Максимальное избыточное давление воздуха непосредственно за фронтом ударной волны . Это основная характеристика воздушной ударной волны, поскольку определяет скачок давления, который происходит практически мгновенно при подходе волны к месту регистрации давления.

. Время действия избыточного давления+. Время действия ударной волны в фазе разрежения обычно не учитывается из-за его второстепенного значения.

Кроме указанных параметров, воздушная ударная волна характеризуется скоростью распространения фронта, скоростью воздуха во фронте ударной волны , температурой воздуха во фронте Т_ф, скоростным напором .

Различные разрушения, вызываемые действием воздушной ударной волны, определяются в основном величиной , однако во многих случаях имеет значение и время действия избыточного давления.

Изменение избыточного давления воздушной ударной волны  в зависимости от расстояния R и мощности взрыва q подчиняется закону подобия, согласно которому расстояние от места взрыва до точки с заданными параметрами во фронте воздушной ударной волны пропорционально корню кубическому из тротилового эквивалента, т. е. если R₁ - расстояние от центра ядерного взрыва мощностью q₁, то при взрыве мощностью q₂ одинаковые величины избыточного давления а также всех остальных параметров будут на расстоянии R₂,определяемом из выражения

 (2.1)

По данной формуле с использованием данных табл. 3 можно определить ориентировочные значения радиусов зон поражения для различных мощностей взрыва.

Таблица 3

Значение основных параметров ударной волны ядерного взрыва мощность 30 тыс. т

В зависимости от вида взрыва распространение воздушной ударной волны будет иметь свои особенности.

При наземном взрыве воздушная ударная волна имеет форму полусферы с центром в точке взрыва ядерного боеприпаса. За счет уменьшения объема светящейся области плотность энергии во фронте воздушной ударной волны (величина ) будет примерно удваиваться по сравнению с воздушным взрывом. Это усиливает поражающее действие ударной волны при наземном взрыве, что особенно заметно в ближней зоне. Однако радиус зоны выхода из строя малопрочных объектов, которые разрушаются при небольших значениях при наземных взрывах будет меньше, чем при воздушных взрывах одинаковой мощности.

При воздушном ядерном взрыве ударная волна, достигая поверхности земли, отражается от нее. Форма фронта отраженной волны близка к полусфере с центром в точке, которая является зеркальным отображением места взрыва заряда относительно поверхности земли. На близких расстояниях от эпицентра взрыва угол наклона падающей волны относительно поверхности земли весьма мал и точка, из которой исходят падающая и отраженная волны, перемещается вдоль поверхности земли. Эта зона называется зоной регулярного отражения. На расстояниях R_э>Н в результате того, что отраженная волна движется в воздухе, уже нагретом падающей волной, она имеет большую скорость и постепенно «набегает» на падающую волну, образуя головную ударную волну. Сложение волн усиливает избыточное давление во фронте головной волны. Такая картина распространения ударных волн наблюдается при взрывах зимой, когда приземной слой воздуха почти не прогревается световым излучением. При прогреве приземного слоя воздуха (в результате его запыления и задымления) скачок избыточного давления во фронте головной ударной волны уменьшается, но время действия фазы сжатия увеличивается. При этом увеличивается скорость движущегося воздуха и, как следствие, усиливается метательное действие ударной волны.

Для определения возможного характера разрушений и установления объема спасательных и неотложных аварийно-восстановительных работ, обусловленных воздействием воздушной ударной волны, очаг ядерного поражения условно делят на четыре зоны.

Зона полных разрушений 1 возникает там, где избыточное давление во фронте ударной волны достигает 50 кПа (0,5 кгс/см²) и более. Hа ее долю приходится около 12 % всей площади очага поражения. В этой зоне полностью разрушаются жилые дома, промышленные здания и противорадиационные укрытия. Вокруг центра (эпицентра) взрыва разрушаются убежища, получают различные разрушения или повреждения подземные сети коммунально-энергетического хозяйства. Большинство убежищ (75 %) в зоне полных разрушений сохраняется. В результате разрушений зданий и сооружений на территории населенных пунктов и объектов образуются сплошные завалы.

Пожары в зоне полных разрушений не возникают, так как воспламенившиеся от светового излучения постройки и предметы будут разбросаны и засыпаны обломками, а пламя сбито ударной волной. Поэтому будет наблюдаться горение и тление в завалах.

Для зоны полных разрушений характерны массовые потери среди незащищенного населения.

Зона сильных разрушений 2 образуется при избыточном давлении во фронте ударной волны от 50 до 30 кПа (0,5 - 0,3 кгс/см²) и составляет около 10 % всей площади очага. Наземные здания и сооружения в основном имеют сильные разрушения; убежища и подземные сети коммунально-энергетического хозяйства, а также большинство противорадиационных укрытий сохраняются. Подвалы в зданиях не повреждаются, если перекрытия их удержат статическую нагрузку от обрушенных стен и междуэтажных перекрытий. В результате разрушений зданий и сооружений образуются местные завалы, переходящие ближе к границе зоны полных разрушений в сплошные. Возможно возникновение сплошных пожаров и даже огненных штормов.

Для зоны характерны массовые в значительной части безвозвратные потери среди незащищенной части населения. Люди, оставшиеся в разрушенных зданиях, могут быть завалены, либо получат травмы и ожоги, вне зданий - легкие и средней тяжести травмы и ожоги. Кроме того, возможны поражения обломками построек, осколками стекла и другими летящими предметами, а также «вторичные ожоги» от пламени горящих зданий, горючесмазочных материалов и т. п. При попадании в зону радиоактивного заражения, образующуюся при наземных и подземных взрывах, люди подвергнутся воздействию радиоактивных веществ[14].

Задача 3

Определить избыточное давление во фронте ударной волны , радиус поражения R₂.

Дано: расстояние R₁=670 м от места взрыва ядерного боеприпаса; ожидаемая мощность ядерного боеприпаса q₁=52 тыс. т.; мощность взрыва q₂=30 тыс. т.

Решение:

Найдем расстояние R₂, м, для взрыва мощностью q₂=30 тыс. т, чтобы затем, определить значение избыточного давления во фронте ударной волны

 => R₂=558,33 м

По данным табл.3, расстоянию R₂=558,33 м соответствует значение

3. Оценка устойчивости типичных объектов к воздействию волны ядерного взрыва

В качестве показателя устойчивости объекта к воздействию ударной волны принимается значение избыточного давления , при котором здания, сооружения, оборудование и т.д. сохраняются или получают слабые и средние разрушения. Это значение избыточного давления принято считать пределом устойчивости объекта к воздействию ударной волны.

Оценка устойчивости объекта к воздействию ударной волны сводится к определению .

Для рассматриваемой оценки требуются следующие исходные данные: месторасположение источника ударной волны; удаление объекта от места взрыва; вероятное максимальное отклонение центра взрыва от точки прицеливания; характеристика объекта и его элементов.

Оценка устойчивости проводится в следующей последовательности:

. Определяется максимальное значение избыточного давления ударной волны , ожидаемого на объекте.

. Выделяются основные элементы объекта (цехи, участки, системы), от которых зависит функционирование производства и выпуск продукции.

. Оценивается устойчивость каждого элемента объекта (цеха, участка, системы).

Порядок оценки следующий:

) выделяются основные элементы цеха, например, здание цеха, технологическое оборудование, элементы электроснабжения и т.п.;

) на основе изучения технической и строительной документации, внешнего осмотра и измерений составляются характеристики каждого элемента здания, цеха;

) определяется степень разрушения элементов цеха в зависимости от воздействия ударной волны;

) рассчитывается предел устойчивости к воздействию ударной волны каждого элемента цеха, избыточное давление , при котором элемент получит такую степень разрушения, когда возможно восстановление его силами объекта и возобновление производства продукции в короткие сроки, это может быть в случае, если элемент получит не более чем среднюю степень разрушения;

) определяется предел устойчивости цеха в целом к ударной волне по минимальному пределу устойчивости входящих в него элементов;

) находится предел устойчивости объекта в целом к воздействию ударной волны по минимальному пределу входящих в его состав основных цехов, участков, систем -;

) делается заключение об устойчивости объекта к воздействию ударной волны, то есть сравнивается найденный предел устойчивости объекта  с ожидаемым максимальным значением избыточного давления , при объект устойчив к воздействию ударной волны, если - объект неустойчив;

) определяется степень разрушения по таблице результатов оценки устойчивости при вероятном значении ожидаемого ;

) делаются выводы и предложения на основе анализа результатов оценки устойчивости объекта по каждому цеху, участку и объекту в целом. В них отражаются предел устойчивости объекта; наиболее уязвимые элементы объекта; характер и степень разрушений, ожидаемых на объекте от ударной волны при максимально избыточном давлении; предел целесообразного повышения устойчивости наиболее уязвимых элементов объекта; предложения (мероприятия) по повышению предела устойчивости объекта к воздействию ударной волны[14].

Задача 4

Оценить устойчивость автотранспортного цеха машиностроительного завода к воздействию ударной волны атомного взрыва, если завод расположен на расстоянии 8,2 км от вероятной точки прицеливания R_r=8,2 км; ожидаемая мощность ядерного боеприпаса q=1,3 Мт; взрыв наземный; вероятность максимального отклонения ядерного боеприпаса от точки прицеливания r_отк=0,6 км. Характеристика цеха - здание одноэтажное, кирпичное, бескаркасное, перекрытие из железобетонных плит; технологическое оборудование включает мостовые краны и крановое оборудование, тяжелые станки; коммунально-энергетические сети (KЭС) состоят из систем подачи воздуха для пневмоинструмента (трубопроводы на металлических эстакадах) и кабельной наземной электросети.

Решение:

1. Определяем ∆Р_фmax, ожидаемого на объекте. Для этого находим минимальное расстояние от возможного центра взрыва:

_х = R_г - r_отк = 8,2 - 0,6 = 7,6 км

Находим избыточное давление ∆Р_ф на расстоянии 7,6 км для боеприпаса с q = 1,3 Мт при наземном ядерном взрыве (менее благоприятном). Это давление будет равно: ∆Р_фmax = 20 кПа.

. Выделяем основные элементы автотранспортного цеха и определяют их характеристики. Основными элементами этого цеха являются: здания, технологическое оборудование - мостовые краны и тяжелые станки, система воздухоподачи и электросеть.

Их характеристики берем из исходных данных и записывают в сводную таблицу 4.

3. По соответствующему приложению находим для каждого элемента цеха ∆Р_ф, вызывающее слабые, средние, сильные и полные разрушения. Результаты вносим в сводную табл.4.

. Находим предел устойчивости каждого элемента цеха - ∆Р_фlim. Здание цеха имеет ∆Р_фlim = 20 кПа, краны и крановое оборудование - 30 кПа, тяжелые станки - 40 кПа, воздуховоды - 30 кПа, электросеть - 30 кПа.

5. Определяем предел устойчивости цеха в целом по минимальному пределу устойчивости входящих в его состав элементов. Сопоставляя пределы устойчивости всех элементов цеха, находим, что предел устойчивости автотранспортного цеха ∆Р_фlim = 20 кПа.

Таблица 4

Результаты оценки устойчивости сборочного цеха к воздействию ударной волны