Руководства по ядерной и радиационной безопасности (стр. 2 )

сооружений.

Если в качестве критерия устойчивости ОИАЭ в целом или его

отдельных элементов к воздействию ВУВ принимается значение _7D_0Р_4ф_0,

соответствующее предельно допустимым нагрузкам на конструкции со-

оружений, то по известной зависимости _7D_0Р_4ф_0(R) можно определить:

минимальное безопасное расстояние от ОИАЭ до источника взры-

ва при известных параметрах источника;

максимально допускаемое количество взрывоопасного вещества

при известном расстоянии от источника взрыва до ОИАЭ.

Для экспресс-оценок устойчивости зданий, сооружений и конст-

руктивных элементов ОИАЭ рекомендуется использовать рис.2.1,_4_ _0на

котором_5 _0 график_5 _0 зависимости _7D_0Рф от приведенного расстояния R при

взрыве ТНТ совмещен со шкалой уровней повреждений указанных объ-

ектов как функции _7D_0Рф для ВУВ с длительностью _7t_4+ _0> 0,1 с.

При расчете взрыва ВВ, энерговыделение которого отличается

от энерговыделения ТНТ, эффективная масса ТНТ определяется по

формуле (3.2) приложения 3.

2. При оценке опасности взрывов облаков газовых (топлив-

но-воздушных) смесей величина _7D_0Р_4ф_0 может быть рассчитана по форму-

ле:

_7D_0Р_4ф_0 = Р_40_0 ( 0,8 m + 2,2 m_52_0 + 1,2m_53_0)_5 _0 (2.1 )

где: Р_40 _0- атмосферное давление; R - расстояние от центра об-

лака (за его пределами), м;

_43_7|\\\\\

m = 0,0605 _7?_0 q_4m_0 m_4г_0 / R

q_4m _0- удельная энергия взрыва стехиометрической смеси газа с

воздухом, Дж/кг, определяемая по табл. 5.1; m_4г _0- масса газа, кг.

3. В подавляющем большинстве случаев аварийные взрывы газо-

воздушных смесей происходят в режиме дефлаграционного взрыва.

Скорость горения при дефлаграционном взрыве с учетом загроможден-

ности пространства и мощности источника зажигания ориентировочно

может быть определена по рис.2.2. К сильным источникам зажигания

относятся: взрыв конденсированного ВВ, струи горящего газа, про-

дукты сгорания, истекающие из помещений и оборудования при внут-

реннем взрыве.

Полученную из графиков рис.2.2 оценку скорости горения ГВС

или ТВС можно использовать при расчетах параметров ВУВ дефлагра-

ционного взрыва (приложение 5).

4. При взрывах сосудов, находящихся под внутренним давлением

газа, предварительную оценку зависимости избыточного давления на

фронте ВУВ от расстояния и от давления газа в сосуде можно полу-

чать из графиков рис.2.3.

.

Приложение 3 (рекомендуемое)

к Руководству по анализу

опасности аварийных взрывов

и определению параметров их

механического действия

ПАРАМЕТРЫ ВУВ ПРИ ДЕТОНАЦИИ ВВ

Исходными данными для оценки параметров ВУВ при наземном

взрыве ВВ являются полная масса ВВ _7M_4BB _0(в кг), находящегося на

объекте, и расстояние R_4 _0(в м) от центра возможного взрыва до

рассматриваемой точки. Затратами энергии на разрушение ограждаю-

щих конструкций пренебрегаем.

Порядок расчета параметров ВУВ _4__0существенным образом зависит

от величины приведенного расстояния R:

_4__0 _4-1/3

R =_4 _0R Q_4эф _0, _4 _0м_5 ._0кг_5 -1/3_0 (3.1)

Эффективная масса ВВ определяется как

Q_4эф_0 = (1-_7e_0) _7a_0 _7M_4BB_0, (3.2)

где: _7e_0 - доля энергии взрыва, расходуемая на образование воронки

(для скальных грунтов _7e_0 = 0,05, для мягких _7e _0= 0,2; при консерва-

тивных оценках _7e =_0 0), _7a _0- коэффициент эквивалентности ВВ, равный

отношению удельных энергий рассматриваемого ВВ и ТНТ (удельная

энергия взрыва ТНТ принята равной 4520 кДж/кг [4]), определяемый

по табл. 3.1, если известен конкретный тип ВВ, и назначаемый рав-

ным 1,5 при неизвестном типе ВВ.

Таблица 3.1

Коэффициенты эквивалентности _7a_0 и плотности _7r_4вв_0 (т/м_53_0)

некоторых широко используемых ВВ

++

| ВВ | _7a_0 /_7r_4ВВ_0 | ВВ | _7a_0 /_7r_4ВВ_0 |

+--+++|

| ТНТ |1,0/1,6 | Пенталит | 1,0 /1,66|

+--+++|

| Гексоген |1,19/1,66 | Октол | 0,99/0,6 |

+--+++|

| Октоген |1,26/1,9 | ТГ 50/50 | 1,14/1,66|

+--+++|

| ТЭН |1,28/1,77 | Амматол | 0,59/1,6 |

+--+++|

| Тетрил |1,0/1,73 | А-IX-2 | 1,55/1,72|

++

В табл. 3.1 - пенталит: 0,5 ТЭН, 0,5 ТНТ; октол: 0,7 окто-

ген, 0,3 ТНТ; ТГ 50/50: 0,5 ТНТ, 0,5 гексоген; амматол: 0,8 ТНТ,

0,2 NH_44_0NO_43_0, А-IX-2: 0,76 гексоген, 0,04 - флегматизатор, 0,2 -

AL.

Избыточное давление на фронте ВУВ определяется по формулам:

_4_

I. Для расстояний 1,2 _7,_0R < 17,8 м_5 ._0кг_5 -1/3

_4__0 _4__0 _4_

_7DR_4ф_0 = 100 (0,92 + (3,5 + 10,6 /R) /R) /R, кПа (3.3)

-

II. Для расстояний 17,8 _7,_0 R _7,_0 1000 м_5 ._0кг_5 -1/3

_4__0 _4-1,45

_7DR_4ф_0 = 420 R, кПа (3.4)

Длительность фазы сжатия ВУВ равна

_4_

I. Для расстояний 1,2 _7,_0R < 10,0 м_5 ._0кг_5 -1/3

_43_7|\\\_0 _4_ 1/2

_7t_4+_0 = 1,7 _5 _7?_0 Q_4эф_0 (R) _4 _0, мс. _4 _0 (3.5)

_4_

II. Для расстояний 10 _7,_0 R < 1000 м_5 ._0кг_5 -1/3

_43_7|\\\\_0 _4_

_7t_4+_0 = 6,594 _5 _7?_0 Q_4эф_0 [Log_410_0(0,4 R )] _50,4_0, мс. (3.6)

Удельный импульс фазы сжатия в интервале расстояний

_4_

1,2 _7,_0R < 1000 м_5 ._0кг_5 -1/3_0 определяется по формуле:

_43_7|\\\\_0 _4_

i_4+_0 = 350_5 _7?_0 Q_4эф_0 /R, Па с. (3.7)

Формулы (3.3) _7_ _0(3.7) справедливы для взрывов в однородной

или неоднородной нормальной атмосфере (т. е. с отрицательным су-

марным градиентом скоростей ветра и звука по высоте). Случай не-

однородной аномальной атмосферы с положительным суммарным гради-

ентом скоростей ветра и звука по высоте в Руководстве не рассмат-

ривается. Как известно (см. например, [ 12,26-28 ], в этом случае

на расстояниях, где _7DR_4ф _7, _0200 Па, избыточное давление на фронте

слабых ВУВ может на порядок и более превышать аналогичную величи-

ну для однородной атмосферы. Если заряд рассматриваемого ВВ имеет

удлиненную форму (например, железнодорожный вагон с боеприпаса-

ми), то формулы (3.3)_7__0(3.7) применимы на расстояниях, превышающих

наибольший размер заряда.

Основные параметры ВУВ (_7DR_4ф_0, _7t_4+_0/ Q_4эф_51/3_0, i_4+/ _0Q_4эф_51/3_0) в зави-

_4_

симости от R для ТНТ приведены на рис. 3.1.

Для произвольного ВВ на рис. 3.2 _7_ _03.3 построены графики за-

висимостей от безразмерного расстояния _7h_0, позволяющие наиболее

полно рассчитывать параметры ВУВ; на рис. 3.2 кривые_5 _0за-

висимости _7DR_4ф_0, _7DR_4-_0, _7R_4отр, _7R_5-_4отр, _0i_4+/_0 Q_4эф_51/3_0, i_4-/_0Q_4эф_51/3_4, _0i_4отр/

Q_4эф_51/3_4,_0 i_5-_4отр/ _0Q_4эф_51/3_0; при использовании рис.3.2 следует вместо

величины Q_4эф_0 брать ее удвоенное значение.

Кривые 1 - 7 на рис. 3.3 - это зависимости t_4R_0/Q_4эф_51/3_0, _7t_4+_0/

Q_4эф_51/3_0, _7t_4-_0/ Q_4эф_51/3_0, l_4+/ _0Q_4эф_51/3_0, l_4-/ _0Q_4эф_51/3_4, _0D_4ф_0, U_4ф_0. Здесь приняты

следующие обозначения: _7R_4отр _0- давление в отраженной волне ; i_4отр

- импульс отраженной волны; t_4R _0- время прихода ВУВ в данную точ-

ку; l_4+_0 - длина ВУВ в фазе сжатия; D_4ф _0- скорость фронта ВУВ; U_4ф _0-

массовая скорость частиц во фронте ВУВ; нижний (или верхний) ин-

декс "-" означает принадлежность данного параметра к фазе разре-

жения; _7h _0= R /r_4o_0, r_4o _0= 0,062 (Q_4эф _0/ _7r_4вв _0)_51/3_0; r_4o _0- радиус эквива-

лентного сферического заряда; _7r_4вв _0- плотность ВВ, определяемая по

табл.3.1; связь между _7h_0 и

_

R : R = 0,062 _7h_0 /_7r_4вв_51/3_0.

Пример расчета. По железной дороге, минимальное расстояние

от которой до ОИАЭ 1325 м, может перевозиться в двух соседних

вагонах по 30 т ВВ любого типа. Требуется оценить величину избы-

точного давления во фронте ВУВ и длительность фазы сжатия, воз-

действующей на ОИАЭ при аварийном взрыве.

Для оценки возможного уровня воздействия предполагаем, что

при взрыве ВВ в одном из вагонов происходит детонация ВВ и в дру-

гом.

Принимая во внимание, что ВВ могут быть различных типов, по

формуле (3.2) находим Q_4эф _0= 1,0_5._02,0_5._030,0_5._010_53_4 _0= 9,0_5._010_54_0 кг,

по формуле (3.1)_4 _

R = 1325/(9,0_5._010_54_0)_51/3_0 = 29,6 м/кг_51/3

_7DR_4ф_0 определяем по формуле (3.4) :

_7DR_4ф _0= ,6)_5-1,45_0 = 3,08 кПа.

Длительность фазы сжатия определяем по формуле (3.6):

_7t_4+_0 = 6,594 (log_410_0(0,4_5._0 29,6) _50,4._0(9,0_5._010_54_0)_51/3_4 _0= 0,304 с.

.

Приложение 4 (рекомендуемое)

к Руководству по анализу опас-

ности аварийных взрывов и опре-

делению параметров их механиче-

ского действия

ПАРАМЕТРЫ ВУВ ПРИ РАЗРУШЕНИИ РЕЗЕРВУАРОВ

СО СЖАТЫМ ГАЗОМ

Исходными данными для оценки параметров ВУВ являются: давле-

ние газа в сосуде в момент разрушения P_41_0, кПа, скорость звука в

газе внутри сосуда a_41_0, м/с, _7g_41 _0- показатель адиабаты газа, P_40 _0-

атмосферное давление; a_40 _0- скорость звука в воздухе. Оценка пара-

метров ВУВ ведется графо-аналитическим методом в следующем поряд-

ке.

1. Величина давления на фронте ВУВ _7D_0P_4ф _0в момент разрушения

сосуда определяется с использованием графиков зависимостей

(a_41_0/a_40_0)_52_0= f(P_41_0/P_40_0)_4,_0 изображенных на рис. 4.1 и 4.2.

Каждой кривой на рис. 4.1 и 4.2 соответствует определенное

значение _7D_0P_4ф_0/P_4о_0, обозначенное рядом с кривой. Процедура определе-

ния сводится к нахождению кривой, ближайшей к точке с координата-

ми {P_41_0/P_40_0; (a_41_0/a_40_0)_52_0}, где значения a_41 _0и P_41 _0отвечают условиям

конкретной задачи.

Величина a_41 _0рассчитывается по формуле адиабатического приб-

лижения:

_7|\\\\\\\\

a_41_0 = 91,18_7 _0 _7?_0 _7g_41_7 T_41_7/m_0 _4 _0 (4.1)

В формуле (4.1) _7T_41_0- температура газа в сосуде в момент его

разрушения; _7m _0- молекулярный вес газа в сосуде, определяется из

табл. 5.1; _7g_41_0 зависит от температуры _7T _0и избыточного давления P.

В табл. 4.1 приведены значения дробной части {a} показателя адиа-

баты _7g_41 _0газов, находящихся под давлением, при некоторых значениях

T и P. Среди реальных газов исключение составляет гелий, для ко-

торого в интервале T= 273 _7_ _01473_5O _0K величина _7g_41 _0= const = 1,67.

Чтобы с помощью таблицы получить истинное значение _7g_41_0, надо раз-

делить {a} на 1000 и прибавить к полученному результату единицу_51_0.

2. Приведенная в п.1 процедура определения _7D_0P_4ф_0 непосредс-

твенно осуществляется в случае, если значение _7g_41_0 лежит в интерва-

лах [1,33_7__01,47] и [1,58_7__01,75]; при этом используются графики рис.

4.1 и 4.2, соответственно. Если значение _7g_41_0 лежит вне данных ин-

тервалов, то величина _7D_0P_4ф_0 находится из решения следующего транс-

цендентного уравнения [4, т.1, стр.136]:

_7\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\

_51_0) Например, для азота при T=300_5o_0К и P =100 атм из табл.4.1

{a} = 566; следовательно, _7g_41_0 = 1 + 566/1000 = 1,566.

.

2_7g_41

_7(_0 _7)_0 ----

_7D_0P_4ф_72_0 a_40_0 (_7D_0P_4ф_0/P_40_0 -1)(_7g_41_0-1) _72_0 _7g_41_0-1

P_41_0/P_40_0 = -- _7*__78

P_40_0 _72_0 _7|\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\2

_79_0 a_41_0 _7?_0 2_7g_40_0[2_7g_40_0+(_7g_41_0+1)(_7D_0P_4ф_0/P_40_0-1)]_70

где _7g_40_0 - показатель адиабаты воздуха. При решении данного уравне-

ния следует использовать метод последовательных приближений.

Таблица 4.1

Дробная часть {а} показателя адиабаты _7g_41_0 некоторых газов

+------+

|Газ |Темпе-| Давление Р, атм|Газ |Темпе-| Давление Р, атм|

| |ратура+------| |ратура+-----|

| | Т | 1 | 10 | 100 | | Т | 1 | 10 | 100|

+-----+------+-----+-----+-----+------+------+-----+-----+----|

| | 300 | 401 | 417 | 566 | | 320 | 308 | 410 | - |

| +------+-----+-----+-----|Аммиак+------+-----+-----+----|

|Азот | 500 | 391 | 396 | 437 | | 400 | 277 | 315 | - |

| +------+-----+-----+-----| +------+-----+-----+----|

| | 1000 | 341 | 342 | 347 | | 530 | 230 | 243 | 333|

+-----+------+-----+-----+-----+------+------+-----+-----+----|

| | 300 | 670 | 697 | 960 | | 280 | 247 | 339 | - |

| +------+-----+-----+-----| +------+-----+-----+----|

|Аргон| 500 | 668 | 676 | 753 |Ацети-| 300 | 233 | 299 | - |

| +------+-----+-----+-----|лен +------+-----+-----+----|

| | 600 | 667 | 673 | 721 | | 320 | 221 | 273 | - |

+-----+------+-----+-----+-----+------+------+-----+-----+----|

| | 270 | 410 | 413 | 427 | | 300 | 402 | 418 | 571|

|Водо-+------+-----+-----+-----|Воздух+------+-----+-----+----|

|род | 300 | 405 | 406 | 417 | | 600 | 376 | 379 | 404|

| +------+-----+-----+-----+------+------+-----+-----+----|

| | 500 | 397 | 397 | 398 | | 300 | 143 | - | - |

+-----+------+-----+-----+-----| +------+-----+-----+----|

| | 300 | 396 | 414 | 599 | | 360 | 109 | 147 | - |

|Кис- +------+-----+-----+-----|Пропан+------+-----+-----+----|

|ло - | 500 | 366 | 371 | 420 | | 400 | 097 | 174 | - |

|род +------+-----+-----+-----| +------+-----+-----+----|

| | 700 | 337 | 339 | 353 | | 600 | 069 | 074 | 150|

+-----+------+-----+-----+-----+------+------+-----+-----+----|

|Дву - | 300 | 393 | 352 | - | | 280 | 402 | 424 | 698|

|окись+------+-----+-----+-----| Окись+------+-----+-----+----|

| | 400 | 254 | 276 | 630 | | 400 | 396 | 406 | 494|

|угле-+------+-----+-----+-----| угле-+------+-----+-----+----|

|рода | 600 | 214 | 229 | 291 | рода | 600 | 376 | 381 | 409|

+------+

.

Если сосуд разрушается после полного сгорания (детонации)

смесей газов (паров топлива) с воздухом, то параметры продуктов

взрыва надо принимать согласно табл. 5.1.

_

3. Рассчитывается приведенный радиус R_4o_0 эквивалентного

сферического сосуда и потенциальная энергия E в сосуде по форму-

ле:

E_4 _0=_4 _0V_4p_0 (P_41_0- P_40_0)/ (_7g_41_кДж, (4.2)

_

R_4o_0 = r_4с_0( P_40_0 / E )_5 1/3_0 , (4.3)

где: V_4p_0 - фактический объем сосуда, м; r_4с_0 = 0,62 V_4p_51/3 _0;

r_4с_0 - радиус сферического сосуда объемом, равным V_4p_0.

4. Определяется _7DR_4ф _0на заданном расстоянии R с использовани-

_4_

ем графиков _7DR_4ф_0/_7R_40 _0= f( R), изображенных на рис.4.3. Приведенное

_4_

расстояние R рассчитывается по формуле (4.3), в которой r_4с_0 надо

заменить на R.

Для нахождения _7DR_4ф_0:_4 _

а) находится на рис. 4.3 точка с координатами { R_4o_0; _7DR_4ф_0/_7R_40_0);

б) проводится из этой точки кривая, _7<_0параллельная_7> _0ближайшей

к ней кривой рисунка. Значение _7DR_4ф_0/_7R_40 _0(и соответственно _7DR_4ф_0) на-

ходится на пересечении построенной кривой с линией

_4_

R = const.

5. Величина удельного импульса ВУВ i_4+ _0на заданном расстоянии

_4_

R определяется по графику зависимости приведенного импульса i_4+ _0от

_4_

приведенного расстояния (см. рис. 4.4), где i_4+ _0рассчитывается по

формуле: _4_

i_4+_0 = i_4+_0 a_40_0 / (P_40_52_0 E )_5 1/3_

6. Метод расчета используется для оценки параметров ВУВ в

случае:

а) разрушения сосудов со сжатыми или сжиженными газами,

(воздух, азот и т. п.), находящимися под высоким давлением;

б) дефлаграционного взрыва газо - или паровоздушных смесей в

емкостях, не рассчитанных на повышенное внутреннее давление (нап-

ример, емкости для хранения бензина, мазута и т. п.).

Метод дает верхнюю оценку параметров ВУВ в случае (а) и наи-

более вероятную - в случае (б). В качестве расчетной величины

внутреннего избыточного давления на момент разрушения сосуда при-

нимаются: в случае (а) - умноженное на коэффициент запаса 1,2 из-

быточное давление опресовки сосуда (для автомобильных и железно-

дорожных цистерн для перевозки сжиженных газов это давление _7~ _02,4

МПа), в случае (б) - фактическая прочность сосуда, определяемая

предельной расчетной величиной внутреннего избыточного давления,

при котором сосуд разрушается. При отсутствии данных в случае (б)

принимается _7DR_4ф _0= 40 кПа (усредненное значение по результатам

гидравлических испытаний).

Пример расчета. Определить величины _7DR_4ф _0и i_4+ _0при взрыве ре-

сивера, находящегося на расстоянии 10 м, с объемом V_4p _0= 6,8 м_53_0;

содержащего азот при давлении P_41 _0= 1,013 МПа (10 атм) и темпера-

туре _7T_41_0=300_5o_0К.

Порядок расчета.

Расчет _7DR_4ф_0. _4__0 _4 _0 _4_

1. Вычисляем E, R_40_0 и R по формулам (4.2)_7__0 (4.3).

E = 6,8 (1,013_77_010_56_0 - 1,013_77_010_55_0)/(1,,0) = 14,9 МДж.

_4_

R_4o_0 = 0,62( 6,8_77_01,013_77_010_55_0/(1,49_77_010_57_0))_51/3_0 = 0,222.

_4_

R_4 _0 = 10_77_0(1,013_77_010_55_0/(1,49_77_010_57_0))_51/3_0 = 1,89

2. Из табл. 4.1 для азота при заданных P и T находим

_7g_41_0=1,417, следовательно, можно непосредственно использовать рис.

4.1. По его графикам определяем _7DR_4ф_0. Поскольку Т_41 _0= 300_5о _0К, то

по формуле (4.1) получаем а_41_0= 335,9. Скорость звука в воздухе a_40

= 340м/с. Для точки с координатами {P_41_0/P_40 _0= 10; (a_41_0/a_40_0)_52_0= 0,976}

находим, что ближайшая кривая отвечает значению _7D_0P_4ф_0 = 1,7_5._0P_40_0 =172

кПа.

3) По графикам рис. 4.3 определяем, что точка с координатами

_4_

{R_4o _0= 0,222; _7D_0P_4ф _0/ P_40 _0= 1,7} находится вблизи третьей снизу кри-

вой. Спускаясь _7<_0параллельно_7> _0этой кривой до пересечения с абсцис-

_4_

сой R_4o _0= 1,89, находим при R = 10 м

_7DR_4ф_0/_7R_40_0 = 0,15; _7DR_4ф_0 = 0,15_5._0101,3 = 15,2 кПа.

Расчет импульса.

_4_ _

Для R = 1,89 по графику рис. 4.4 находим i_4+_0 = 1,6_77_010_5-2_0 с.

Определяем импульс из формулы (4.4):

i = 1,6_77_010_5-2_0 _77_0(1,013_5 ._010_55_0)_52/3_77_0(1,49_5 ._010_57_0)_51/3_0/334 = 25,6 Па_77_0с.

.

Приложение 5 (рекомендуемое)

к Руководству по анализу

опасности аварийных взрывов

и определению параметров их

механического действия

ПАРАМЕТРЫ ВУВ ПРИ ВЗРЫВЕ ОБЛАКОВ ГВС (ТВС)

Облака газо - или топливно-воздушных смесей образуются при

разливе и/или испарении газов и топлив. Взрывоопасность испарив-

шегося вещества можно определить по справочнику [22] и по ГОСТ

12.1.004-84 "Пожаровзрывоопасность веществ и материалов". При

авариях различного рода емкостей происходит их разгерметизация и

перемешивание взрывоопасных веществ с воздухом. В результате соз-

дается облако ГВС (или ТВС), в котором при определенных условиях

может развиться детонационный или дефлаграционный взрыв, генери-

рующий ВУВ. В Руководстве приняты следующие допущения:

1. Концентрация горючего компонента в ТВС (ГВС) соответству-

ет стехиометрической смеси, т. е. максимально возможному количест-

ву сгораемого горючего (и, следовательно, максимальному энерговы-

делению).

2. Во взрывном процессе участвует вся масса горючего, выде-

лившегося в облако.

Значения величин концентрации горючего в стехиометрической

смеси C_4cmx_0, нижнего концентрационного предела воспламенения C_4нкnв

и другие необходимые для расчетов характеристики приведены в таб-

лице 5.1.

Поскольку тип взрывного процесса в облаке ГВС (или ТВС) за-

ранее неизвестен, то для получения консервативных оценок в каждом

конкретном случае оцениваются параметры ВУВ в функции от расстоя-

ния как при детонационном, так и при дефлаграционном взрывах. В

зависимости от принятого критерия устойчивости здания или соору-

жения (в терминах проходящей ВУВ критериями могут быть избыточное

давление, импульс или их комбинация) в качестве консервативного

принимается вариант, соответствующий максимальным значениям ука-

занных параметров.

Аварийный взрыв облака ТВС (или ГВС) рассматривается как на-

земный. Принимается, что облако имеет форму полусферы объемом

V_4твс _0и радиусом r_4о_0, равными:

2240 _7k_0 M_4т_0 T

V_4твс_0 = - , м_53_0 (5.1)

_7m_0 C_4cmx_0 T_4o

_43_7|\\\\

r_4о_0 = 0,78 _7?_0 V_4твс_0 ,_5 _0м_5 _0,_5 _0(5.2)

.

где: M_4т _0- масса исходного топлива, кг; _7k_0 - доля _4 _0массы исходного

топлива, переходящего в облако ТВС (принимается _4 _0по таблице 5.2);

T - температура окружающей среды,_5 0_0K; T_4o_0 = 273 _50_0K, _7m_0 - молекуляр-

ная масса горючего, см. табл. 5.1.

Таблица 5.1

Характеристики горючих компонентов ГВС и ТВС

+-------+

| Горючее |Удельная энер-|Пока- |Конце-|C_4нкnв_0|Мо - |Плот - |

| (топливо) |гия взрыва |затель|нтра - | |ле - |ность |

| |стехиометри - |адиа - |ция |восп-|ку - |исход - |

| |ческой смеси |баты |горю- |ламе-|ляр-|ной |

| +---|стехи-|чего |нения|ная |стехи - |

| |массо-|объем - |омет - |в сте-|(об) |мас-|омет - |

| |вая |ная |ричес-|хиоме-| % |са |ричес - |

| |q_4m_0, |q_4v_0, |кой |триче-| _4 _0 | _7m_0 |кой |

| |кДж/кг|кДж/м_53_0 |смеси |ской | | |смеси |

| | | | _7g_41_0 |смеси | | |_7r_4cmx_0, |

| | | | |C_4cmx _0%| | |кг/м_53_0 |

+---+------+-------+------+------+-----+----+-------|

|Водород | 3425 | 3195 |1,248 |29,59 | 4 | 2 | 0,933 | | | | | | |

|Метан | 2763 | 3404 |1,256 | 9,45 | 5 | 16 | 1,232 |

|Этан | 2797 | 3496 |1,257 | 5,66 | 2,9 | 30 | 1,25 |

|Пропан | 2801 | 3676 |1,257 | 4,03 | 2,1 | 44 | 1,315 |

|Бутан | 2776 | 3684 |1,270 | 3,13 | 1,8 | 58 | 1,328 |

|Ацетилен | 3387 | 4329 |1,259 | 7,75 | 2,5 | 26 | 1,278 |

|Этилен | 3010 | 3869 |1,259 | 6,54 | 3,0 | 28 | 1,285 |

|Пропилен | 2922 | 3839 |1,259 | 4,46 | 2,2 | 42 | 1,314 |

|Бутилен | 2892 | 3843 |1,260 | 3,38 | 1,6 | 56 | 1,329 |

|Бензол | 2937 | 3966 |1,261 | 2,84 | 1,4 | 78 | 1,350 |

|Толуол | 2843 | 3838 |1,260 | 2,23 | 1,3 | 92 | 1,350 |

|Циклогексан | 2797 | 3748 |1,248 | 2,23 | 1,2 | 34 | 1,340 |

|Метанол | 2843 | 3696 |1,253 |12,30 | 6,0 | 32 | 1,300 |

|Этанол | 2804 | 3757 |1,256 | 6,54 | 3,6 | 46 | 1,340 |

|Ацетон | 3112 | 3766 |1,259 | 4,99 | 2,2 | 42 | 1,21 |

|Аммиак | 2365 | 2791 |1,248 |19,72 |15,0 | 17 | 1,18 |

|Окись углерода| 2930 | 3750 |1,256 |29,59 |12,5 | 28 | 1,28 |

|Эфир диэтилов.| 2840 | 3862 |1,261 | 3,38 | 1,7 | 74 | 1,36 |

|Дихлорэтан | 2164 | 3224 |1,265 | 6,54 | 3,6 | 99 | 1,49 |

|Бензин | 2973 | 3770 | - | 2,1 | 1,2 | 53 | 1,275 |

+-------+

В пределах облака ТВС давление на фронте детонационной волны:

P_4дет_0 = 2,586 (_7g_41_q_4m_0, кПа

.

Таблица 5.2

Доля массы исходного горючего вещества в облаке ТВС

+-------+

| N | _7 _0Тип и состояние горючего вещества | _7k_0 |

|п/п | | |

+----+--+|

| 1 | Газы при атмосферном давлении | 1,0 |

| 2 | Газы под давлением_51_0 | 0,6-0,7 |

| 3 | Газы, сжиженные под давлением_51_0 | 0,5 |

| 4 | Газы, сжиженные путем охлаждения_51_0 | 0,1 |

| 5 | Разлитые легкоиспаряющиеся жидкости | 0,05 |

| | (бензин, керосин, дизельное топливо) и водо- | |

| | род в состоянии, обозначенном в п/п 2 - 4 | |

| 6 | Разлитые тяжелоиспаряющиеся жидкости | 0,01 |

| | (масла, концентрат аммиачной воды) | |

+-------+

где: _7g_41 _0- показатель адиабаты исходной смеси, q_4m_0 - удельная

массовая энергия взрыва, кДж/кг (определяются по табл.5.1).

Избыточное давление на фронте детонационной волны:

_7D_0P_4дет_0 = P_4дет_0 - P_4о_0,

где: P_4о_0 - атмосферное давление.

В результате детонации ТВС за пределами облака распространя-

ется ВУВ, _7D_0P_4ф _0и _7t_4+_0 являются функциями расстояния R (R > r_4o_0) и

энергии взрыва E_4ув_0, перешедшей в ВУВ:

E_4ув_0 = 2 _7h_0 q_4v_7 _0V_4TBC_0 , (5.3)

(_7g_41_0 -1)/ _7g_41

где: _7h_0 = 1 - (2P_4о_0/P_4дет_0) - доля полной энергии взрыва,

перешедшей в ВУВ.

В зависимости от интервала значений приведенных расстояний

_4__0 _4-1/3_0 _41/3

R = R (_4 _0E_4УВ _0) , м/кДж , (5.4)

величины_7 D_0P_4ф_0 и _7t_4+_0 рассчитываются по формулам:

_4_

при 0,05 < R_7 ,_0 0,068:

_4_

_7D_0P_4ф_0 = 1,227_5._010_5-6_0 /R_5 4,68_0 _5 _0+ 0,49 , кПа ; _5 _0 (5.5)

_7\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\

_51)_0 - Кроме водорода;

_4_

при 0,068 < R_7 ,_0 0,31:

_4_

_7D_0P_4ф_0 = 4,156 /R_51,7_0 _4 _0; кПа (5.6)

_4_

при R > 0,31:

_4_ _ _

_7D_0P_4ф _0= _4 _04,96/R +_4 _00,974_4 _0/R_52_4 _0+_4 _00,146_4 _0/R_53_4 _0, кПа_4 _0; (5.7)

_4_

при 0,052 _7,_0 R < 0,434:

_7|\\

_7/_4__0 _43_7|\\\\

_7t_4+_7 _0= 0,323 _7?_0 R _7?_0 E_4УВ_0 , мс ; (5.8)

_4_

при R > 0,434:

_7|\\

_7/_4__0 _43_7|\\\\_0 _4 _0 _4_ _0 _41,5

_7t_4+_7 _0= 0,0209 _7?_0 R _7?_0 E_4УВ_0 (6,634 - R )_4 _0 , мс. (5.9)

Под действием ветра облако ТВС или ГВС переносится от центра

его образования на расстояние _7D_0L, м, причем при консервативных

оценках принято считать, что снос облака происходит в направлении

объекта (за исключением водородно-воздушных смесей, для которых

снос облака из-за быстрого его "рассасывания" учитывать не следу-

ет). Величина _7D_0L рассчитывается по формуле:

_41/k

_7D_0L = (0,44r_40_0/_7a_0) ,

где значения коэффициентов _7a _0и k в зависимости от наиболее веро-

ятного состояния атмосферы по данным наблюдений на объекте опре-

деляются с помощью данных табл. 5.3 и 5.4.

С учетом сноса облака эффективное расстояние r, м, от потен-

циального источника ВУВ до рассматриваемой точки на объекте:

_7(_0 R - _7D_0L, если R _7._0 _7D_0L.

r =_7*

_79_0 0 , если R < _7D_0L.

Таблица 5.3

Значения коэффициентов _7a _0и k

+--+

| Класс устойчивости атмосферы | _7a _0 | k |

| по Пасквиллу | | |

++------+------|

| A | 0,43 | 0,89 |

| B | 0,26 | 0,92 |

| C | 0,20 | 0,92 |

| D | 0,13 | 0,92 |

| E | 0,08 | 0,94 |

| F | 0,05 | 0,94 |

+--+

.

Таблица 5.4

Классификация и характеристика устойчивости атмосферы

++

| Класс | Характеристика | Состояние |Типичная |

|устойчивости| устойчивости | атмосферы | скорость|

| атмосферы | атмосферы | | ветра, |

| | | | м/с |

+-+----+--+|

| А | Очень сильно развитая |Солнечно и | 1 |

| | конвекция |жарко | |

| B | Неустойчивое состояние, |Солнечно и | 2 |

| | умеренная конвекция |тепло | |

| C | Слегка неустойчивое |Переменная | 5 |

| | состояние, слабая |облачность в | |

| | конвекция |течение дня | |

| D | Нейтральное состояние |Облачно | 5 |

| E | Почти устойчивое |Переменная | 3 |

| | состояние, слабая |облачность в | |

| | инверсия |течение ночи | |

| F | Устойчивое состояние, |Ясная ночь | 2 |

| | умеренная инверсия | | |

++

В отличие от детонационного взрыва ТВС дефлаграционный взрыв ге-

нерирует ВУВ, существенно меньшую по амплитуде, но большую по

длительности. Нагрузки от ВУВ дефлаграционного взрыва воспринима-

ются строительными конструкциями как квазистатические, поэтому

для оценки воздействия такой ВУВ достаточен расчет только ее мак-

симального давления как функции расстояния _7D_0P_4m_0(R) за пределами

облака. Зависимость _7D_0P_4m_0(R) для наземного дефлаграционного взрыва

полусферического облака ТВС рассчитывается по формуле:

_7D_0P_4max

_7D_0P_4m_0(R) = , (5.10)

1 +_7 _0G (R / R_4nг_0 - 1)_5H

(w / a_4o_0)_52

где: _7D_0P_4max_0 = 2,1 P_4o_0 - максимальное избыточное давление

1 + w / a_4o

ВУВ в пределах облака, кПа; w - скорость фронта пламени, м/с; a_4o_0=

340 м/с - скорость звука в воздухе при нормальных условиях; R_4nг_0 =

_53_7|\\\

= r_4o _7? s_0 _7 _0- радиус облака после окончания горения, м; r_4o _0- опре-

деляется по формуле (5.2); величина V_4TBC_0, входящая в (5.2) - по

формуле, аналогичной формуле (5.1), в которой параметр C_4сmx_0 за-

менен на C_4нкnв_0; _7s _0= 4 + 4C_4нкnв_0/C_4сmx _0- степень расширения продук-

тов взрыва; значения констант G и H принимаются по табл. 5.5.

.

Таблица 5.5

Значения констант G и H в формуле

+---+

|w / a_4o_0 | 0,2 | 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 |

+-------+-------+-------+-------+-------+-------|

| G | 0,588 | 0,567 | 0,687 | 0,546 | 0,467 |

| H | 1,146 | 1,146 | 1,0 | 1,048 | 1,14 |

+---+

При аварийных дефлаграционных взрывах величина скорости w,

полученная в результате оценок последствий аварий, соответствует

интервалу 100 _7_ _0200 м/с. Конкретная величина этого параметра при-

нимается на основе дополнительной информации, либо равной 200 м/с

(смотри также приложение 2).

При дефлаграционном взрыве ТВС в резервуаре, не являющимся

специальным сосудом высокого давления, разрушение такого резерву-

ара происходит при относительно небольшом внутреннем давлении.

Поэтому к моменту разрушения прореагирует только небольшая (5 -

10 %) часть ТВС, и фактически в этот момент резервуар содержит

ненагретый сжатый газ. Расширение этого газа при разрушении ре-

зервуара приводит к образованию ВУВ, начальное избыточное давле-

ние _7D_0P_4ф_50 _0на фронте которой определяется по методике приложения 4;

при распространении ВУВ давление на ее фронте описывается зависи-

мостью акустического приближения

_7D_0P_4ф_0 (R) = _7D_0P_4ф_50_0 r_40_0 / R, кПа

где r_40 _0- определяется по формуле (5.2), в которой вместо величины

V_4TBC _0необходимо брать V_4p_0 - объем резервуара.

Пример расчета 1. Определить расстояние, на котором избыточ-

ное давление на фронте ВУВ, генерированной при наземном детонаци-

онном взрыве облака стехиометрической водородовоздушной смеси,

падает до величины _7D_0P_4ф _0= 1 кг/см_52_0. Облако образуется при разруше-

нии ресивера, содержащего 18,66 кг водорода. Из табл. 5.1 и 5.2

находим: _7k _0= 0,7, _7g_41 _0= 1,248, _7m _0=2, q_4m _0= 3435 кДж/кг, q_4v _0= 3195

кДж/м_53_0, C_4сmx _0= 29,6 %.

Находим объем исходного облака

V_4TBC_0 = 2240_5._018,66_5._00,7/(2_5._029,6) = 494,2 м_53

Давление на фронте детонационной волны

P_4дет _0= 2,586_5._0(1,= 2197 кПа;

доля энергии взрыва, перешедшей в ВУВ

_41,248-1

_7(_02_5._0101,3_7 )_

_7h_0 = 1 - _72__72_0 _51,248_0 = 0,38;

_79 _02197 _70

.

энергия взрыва, переходящая в ВУВ при наземном взрыве

Е_4УВ_0 = 2_5._0 0,38_5._0 3195_5._0 494,2 = 1,2_5._0 10_56_0 кДж

В связи с тем, что заданное значение _7D_0P_4ф_0, равное 1 кПа, со-

ответствует дальней зоне, для нахождения величины R используем

формулы 5.7 и 5.4, подставляя известные значения параметров _7D_0P_4ф

и Е_4УВ_0, получаем кубическое уравнение относительно R, действитель-

ный корень которого равен 500 м.

Пример расчета 2. Определить то же расстояние, что и в при-

мере 1, для дефлаграционного взрыва облака. Исходные данные для

расчета - те же, что в примере 1( исключение составляет концент-

рация водорода_4 _0в облаке, соответствующая нижнему концентрационно-

му пределу воспламенения). Принимаем скорость фронта пламени w

равной 200 м/с. По табл. 5.5 находим G = 0,467 и Н = 1,14. Далее

находим _7s _0= 4,54, r_40 _0= 12 м, R_4нг _0= 19,9 м и _7D_0P_4max _0= 47,9 кПа.

Подставляя в формулу (5.10) значение _7D_0P_4m_0(r), равное 1 кПа, и ре-

шая уравнение, находим расстояние R_4 _0=_4 _01100 м.

.

Приложение 6 (рекомендуемое)

к Руководству по анализу

опасности аварийных взрывов

и определению параметров их

механического действия

ПАРАМЕТРЫ ВУВ ПРИ ВЗРЫВЕ ГВС (ТВС) В ПОДЗЕМНОМ РЕЗЕРВУАРЕ

Физическая природа взрыва ГВС или ТВС при аварии в подземном

резервуаре такая же, как и при взрыве взрывоопасного облака в

воздухе (см. приложение 5). Исходные данные - объем резервуара

V_4p_0, м_53_0 , толщина слоя грунта _7D_0h_4гp_0, м, толщина стенок резервуара

_7d_4ст_0, м, плотность грунта _7r_4гр_0, кг/м_53_0, и стенок _7r_4ст_0, кг/м_53_0, а также

расстояние R, м от резервуара до ОИАЭ и тип газа.

Избыточное давление на фронте ВУВ рассчитывается по эмпири-

ческой зависимости:

_43_7|\

_43_7|\_0 _7{_0 _7?_5 _0V_4p_0 _7}_5 2,07

_7D_0P_4ф_0 (R) = 37,5 _7a_4 p_0 _7r_4ctx_0 _7?_5 _0B_4 _72_0 ----- _72_5 _0,кПа, (6.1)

_7[_0 R _7]

где: _7r_4ctx _0- плотность стехиометрической смеси (см. табл.5.3),

кг/м_53_0; _43_7|\_0 _7r_4cт

B = _7?_0V_4p_0 /(_7D_0 h_4гр_0 _6+_0 _7d_4ct_0 ---)

_7r_4гр

_7a_4 p _0- эмпирический коэффициент (для углеводородных ГВС реко-

мендуется принимать значение _7a_4 p_0 равным_4 _03,46).

Пример. Определить параметры ВУВ при взрыве паров пропана в

подземном резервуаре объемом 50 м_53 _0(стенки толщиной 5_5._010_5-3 _0м из

стали), расположенном на глубине 1,5 м на расстоянии 12 м от

центра резервуара.

Порядок расчета. Для рассматриваемого резервуара принято:

_7r_4стx _0= 1,315 кг/м_53_0; _7r_4ст_0 = 7800 кг/м_53_0; _7r_4гр_0 = 1850 кг/м_53_0;

_43_7|\

_7?_5 _0V_4p_0 = 3,37

По формуле (6.1) получаем:

_41/3_7{_03,37_7}_52,07

_7D_0P_4ф_0 = 37,5_5._01,375_5._03,46_5._0(3,37_5._0(1,5+7800_5._05_5._010_5-3_0/1850))_5 _0 _72_0 ---_72

_7[_0 12 _7]

= 10 кПа.

.

Приложение 7 (рекомендуемое)

к Руководству по анализу

опасности аварийных взрывов

и определению параметров их

механического действия

КИНЕМАТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ЛЕТЯЩИХ ПРЕДМЕТОВ

ПРИ ВЗРЫВАХ

1. Метод расчета скоростей осколков, образующихся при взрыве

сферических и цилиндрических оболочек, базируется на следующих

основных предпосылках и допущениях:

1) сосуд высокого давления разрушается на одинаковые фраг-

менты (осколки). В случае только двух фрагментов и сосуда цилинд-

рической формы осколки будут разлетаться в противоположные сторо-

ны вдоль оси симметрии сосуда. Если число фрагментов велико, а

форма сосуда цилиндрическая, то осколки имеют удлиненную форму

(влиянием днищ сосуда пренебрегается) и будут разлетаться в ради-

альном направлении от оси цилиндра;

2) стенки сосуда имеют равномерную толщину;

3) в случае цилиндрических сосудов отношение их длины L к

диаметру L велико (L/D=10). а для сферических сосудов L/D=1;

4) внутри сосуда могут находиться азот, аргон, водород, воз-

дух, гелий или двуокись углерода, давление в сосуде может превы-

шать 1000 кПа;

5) для сосудов, изготовленных из вязкопластичных материалов

(дюралюминий), число осколков N=2+10, для прочных сосудов (нержа-