Примітка: сила землетрусу для парних варіантів становить VIII балів, для непарних варіантів становить Х балів

ОЦІНКА ІНЖЕНЕРНОЇ ОБСТАНОВКИ ПРИ ВИБУХАХ І ЗЕМЛЕТРУСАХ

І. Вибухи

Однією із причин великих виробничих аварій і катастроф є вибухи, які на промислових підприємствах супроводжуються обвалом і деформаціями споруд, пожежами, виходами з ладу енергосистем.

Найчастіше спостерігаються вибухи котлів в котельнях, газів, апаратів, продукції і напівфабрикатів на хімічних підприємствах, пари бензину і інших складових палива, лакофарбовових розчинників, нерідкі випадки вибуху побутового газу.

Причинами вибухів газу, промислового (вугільного, дерев"яного пилу, газоповітряних сумішей) можуть служити відкритий вогонь, електрична іскра, в тому числі від статичної електрики.

Уражаючим фактором любого вибуху є ударна хвиля. Дія ударної хвилі на елементи споруд характеризуються складним комплексом навантажень: прямий тиск, тиск відбиття, тиск обтікання, тиск затікання, навантаження від сейсмовибухових хвиль.

Дію ударної хвилі прийнято оцінювати надлишковим тиском у фронті ударної хвилі DР (кПа).

Розрахунок точного значення надлишкового тиску при вибуху парогазоповітряної суміші поза приміщенням надзвичайно складний. Це пов'язано з невизначинністю багатьох факторів, які впливають на утворення хмари суміші, це – напрямок і швидкість руху повітря при даній щільності забудови, стан турбулентності атмосфери, температура і вологість повітря і т.п. Тому можна говорити лише про оціночний характер розрахунків.

Одна з методик полягає у оцінці значення надлишкового тиску вибухової хвилі, яка виникає при вибуху суміші повітря з вуглеводневими газами: метаном, пропаном, бутаном, етиленом, пропіленом і т.п.

При вибуху газоповітряної суміші утворюються три зони:

Зона детонаційної хвилі з постійним значенням надлишкового тиску ΔР_І = 1700 кПа і радіусом

м,

де Q – маса газу, що вибухнув (т);

Зона дії продуктів вибуху радіусом

м,

надлишковий тиск в межах зони змінюється згідно з формулою

кПа,

де r – відстань від епіцентру вибуху до даного об’єкту, що розташований у зоні.

Зона повітряної ударної хвилі r_ІІІ >r_ІІ. Значення надлишкового тиску у цій зоні знаходиться з наступних формул:

при Ψ ≤ 2 кПа,

при Ψ > 2 кПа,

де - допоміжний коефіціент.

Від впливу ударної хвилі на будови і споруди можуть утворитися різні ступені руйнувань. В залежності від величини надмірного тиску можуть виникнути повні, сильні, середні та слабкі руйнування, характеристика яких відображена у таблиці Д1.

Для більш детального прогнозування пошкоджень окремих об’єктів або їх елементів треба користуватися таблицею Д2.

Методика оцінки

1. Визначаються значення r_І і r_ІІ.

2. По заданій відстані від епіцентру вибуху визначається зона, в якій розташований об'єкт.

3. Визначається значення DР в місці розташування об'єкта.

4. За табл. Д1 визначається ступінь руйнування споруд.

5. З табл. Д2 визначається характеристика руйнувань.

6. Робляться пропозиції по підвищенню стійкості об'єкта.

ІІ. Землетруси

Землетруси - коливання земної кори, що виникають у результаті вибухів у глибині землі, розламів шарів земної кори, активної вулканічної діяльності. Область підземного удару викликає пружні коливання (сейсмічні хвилі), що поширюються по землі у всіх напрямках. Звичайно коливання земної кори спостерігаються у вигляді поштовхів, їхнє число і проміжки часу між ними можуть бути різноманітними і мало передбаченими. Землетруси захоплюють великі території і характеризуються руйнуванням будівель і споруд.

Хоча природа землетрусу різко відрізняється від природи вибухової хвилі, за наслідками дії його на промисловий об’єкт можна встановити певну аналогію між дією землетрусу і дією надлишкового тиску вибухової хвилі. Співвідношення між значенням надлишкового тиску у фронті ударної хвилі і силою землетрусу (у балах за шкалою МSK-64) наведено у таблиці 3.

Таблиця 3.

Співвідношення між значенням надлишкового тиску у фронті ударної хвилі і силою землетрусу (у балах за шкалою МSK-64)

Сила землетрусу, бали	IV-V	V-VI	VII-VIII	IX-X	XI-XII
Надлишковий тиск, кПа	0-10	10-20	20-30	30-50	>50

Прогнозуючи силу землетрусу можна за допомогою таблиці 3 визначити можливий ступінь руйнувань та запропонувати заходи по підвищенню стійкості об'єкта.

Додатки

1. Зміст звіту про розрахункову роботу

1.1. Робота виконується у 2-тижневий термін і здається викладачу на перевірку.

1.2. Звіт повинен мати: титульний лист, вступ, розрахункову частину.

1.3. На титульному листі вказати:

¾ назву ВУЗу і кафедри;

¾ тему розрахункової роботи;

¾ номер варіанту;

¾ навчальна група, прізвище і ініціали виконавця;

¾ прізвище і ініціали викладача;

¾ місце і рік виконання.

1.4. В розрахунковій частині вказати:

¾ вихідні дані;

¾ алгоритм оцінки (послідовність виконання) з розрахунками;

¾ ступінь руйнування споруд;

¾ характеристик руйнувань;

¾ пропозиції по підвищенню стійкості об'єкта.

2. Заходи по підвищенню стійкості об'єкта

2.1. Заходи по підвищенню стійкості інженерно-технічного комплексу

1. Будови і споруди:

¾ зміцнення несучих конструкцій;

¾ встановлення захисних валів, або заглиблення споруд.

2. Цінне обладнання:

¾ розташування у захисних спорудах, або в спорудах з підвищенною стійкістю;

¾ встановлення обладнання на фундаментах;

¾ використання захисних конструкцій (ковпаків, козирків, навісів, тощо).

3. Системи енерго-, газо-, водопостачання:

¾ розподіл схеми електромереж на незалежно працюючі частини, та підключення підприємства до кількох енергоджерел;

¾ заміна повітряних мереж на підземні кабельні лінії з встановленням автоматичних роз'єднувачів для відключення пошкоджених ділянок;

¾ створення резерву автономних джерел живлення;

¾ водопостачання з двох незалежних джерел;

¾ захист вододжерел і резервуарів питної і технічної води;

¾ створення обхідних (байпасних) ліній навколо водонапорних веж;

¾ влаштування газорозподільних станцій і опорних пунктів обхідних газопроводів у підземному виконанні;

¾ установлення у вузлових точках системи газопостачання автоматичних пристроїв, які спрацьовують при аварії.

4. Виключення або зменшення дії вторинних уражаючих факторів:

¾ обваловування та заглиблення ємкостей та складів;

¾ підготовка і раціональне розташування засобів для гасіння пожеж.

2.2. Заходи по підвищенню стійкості виробничої діяльності об'єкта

1. Захист працівників і службовців:

¾ будівництво захисних споруд;

¾ розосередження;

¾ використання засобів індивідуального захисту.

2. Управління, оповіщення, зв'язок:

¾ завчасне створення і обладнання запасних пунктів управління, оповіщення, зв'язку;

¾ дублювання систем управління, оповіщення, зв'язку.

3. Постачання:

¾ встановлення надійного зв'язку з підприємствами – постачальниками;

¾ пошук можливостей переходу на місцеві джерела палива та сировини;

¾ дублювання шляхів доставки палива та сировини.

4. Запаси матеріально – технічних засобів:

¾ завчасне визначення необхідного об'єму запасів сировини, палива, обладнання, матеріалів та комплектуючих виробів;

¾ забезпечення надійного зберігання запасів на об'єкті.

5. Підготовка до відновлення порушеного виробництва:

¾ завчасна розробка документації по відновленню об'єкта;

¾ створення необхідних запасів матеріальних засобів для відновлення виробництва;

¾ завчасне створення бригад для проведення ремонтно-відновлювальних робіт.

Таблиця Д1

Ступені руйнувань елементів промислового об’єкта при різних значеннях надлишкового тиску ударної хвилі, кПа

Елементи об’єкта	Руйнування
слабке	середнє	сильне	повне
1. Виробничі, адміністративні та житлові будови
— масивні промислові будови з металевим каркасом і крановим обладнанням вантажопідйомністю 25-50 т	20-30	30-40	40-50	50-70
— те ж саме, з крановим обладнанням вантажопідйомністю 60-100 т	20-40	40-50	50-60	60-80
— бетонні та залізобетонні будови і будови антисейсмічної конструкції	25-80	80-120	120-200	>200
— будови з легким металевим каркасом та безкаркасної конструкції	10-20	20-30	30-50	50-70
— промислові будови з металевим каркасом та бетонним заповненням	10-20	20-30	30-40	40-50
— промислові будови з металевим каркасом та суцільним заповненням стін та даху	10-20	20-30	30-40	40-50
— багатоповерхові залізнобетонні будови з великою площею засклення	8-20	20-40	40-90	90-100
— будови зі збірнного залізобетону	10-20	20-30	30-50	50-60
— одноповерхові будови з металевим каркасом і стіновим заповненням з листового металу	5-7	7-10	10-15	>15
— те ж саме, з дахом і стіновим заповненням з хвильової сталі	7-10	10-15	15-25	25-30
— цегляні безкаркасні виробничо-допоміжні будови з перекриттям (покриттям) з залізобетонних збірних елементів одно- і багатоповерхові	10-20	20-35	35-45	45-60
— те ж саме, з перекриттям з дерев’яних елементів	8-15	15-25	25-35	>35
— будови фідерної або трансформаторної підстанції з цегли або блоків	10-20	20-40	40-60	60-80
— складські цегляні будови	10-20	20-30	30-40	40-50
—легкі склади-навіси з металевим каркасом і шиферним дахом	10-25	25-35	35-50	>50
— адміністративні багатоповерхові будови з металевим або залізобетонним каркасом	20-30	30-40	40-50	50-60
— цегляні малоповерхові будинки (один-два поверхи)	8-15	15-25	25-35	35-40
— звичайне засклення будов	0,5-1,0	1-1,5	1,5-3	-
— засклення будов армованим склом	1-1,5	1,5-2	2-5	-

Продовження таблиці Д1

Елементи об’єкта	Руйнування
слабке	середнє	сильне	повне
2. Деякі види обладнання
— крани і кранове обладнання	20-30	30-50	50-70
— підйомно-транспортне обладнання		50-60	60-80
— стрічкові конвеєри в галереї на залізобетонній естакаді	5-6	6-10	10-20	20-40
— ковшові конвеєри в галереї на залізобетонній естакаді	8-10	10-20	20-30	30-50
— гнучкі шланги для транспортування сипучих матеріалів	7-15	15-25	25-35	35-45
— електродвигуни, потужністю до 2 кВт, відкриті	20-40	40-50	50-60	60-80
— те ж саме, герметичні	30-50	50-70	70-80	80-100
— електродвигуни, потужністю від 2 до 10 кВт, відкриті	30-50	50-70	-	80-90
— те ж саме, герметичні	40-60	60-75	75-85	85-100
— електродвигуни, потужністю 10 кВт і більше, відкриті	50-60	60-80	80-100	100-120
— те ж саме, герметичні	60-70	70-80	80-100	100-120
— трансформатори від 100 до 1000 кВт	20-30	30-50	50-60	>60
— трансформатори блочні	30-40	40-60	-	-
— контрольно-вимірювальна апаратура	5-10	10-20	20-30	>30
— електролампи у плафонах	-	-	-	10-20
— електролампи відкриті	-	-	-	5-7
— парові котли, парогенератори	50-70	70-100	100-150	>150
3. Технологічні та комунально-енергетичні споруди і мережі
— газгольдери та наземні резервуари для паливо-мастильних та хімічних речовин	15-20	20-30	30-40	>40
— підземні металеві та залізобетонні резервуари	20-50	50-100	100-200
— частково заглиблені резервуари	40-50	50-80	80-100	>100
— наземні металеві резервуари та ємності	30-40	40-70	70-90	>90
— відкрито розміщене обладнання артезіанських свердловин	70-110	110-130	130-170	>170
— водонапірні вежі	10-20	20-40	40-60	>60
— металеві вежі суцільної конструкції	20-30	30-50	50-70	>70
— трансформаторні підстанції закритого типу	30-40	40-60	60-70	70-80
— кабельні підземні лінії	200-300	300-600	600-1000	1000-1500

Продовження таблиці Д1

Елементи об’єкта	Руйнування
слабке	середнє	сильне	повне
— кабельні наземні лінії	10-30	30-50	50-60	>60
— повітряні лінії високої напруги	25-30	30-50	50-70	>70
— повітряні лінії низької напруги	20-60	60-100	100-160	>160
— підземні сталеві трубопроводи на зварці діаметром до 350 мм	600-1000	1000-1500	1500-2000	>2000
— те ж саме, діаметром понад 350 мм	200-350	350-600	600-1000	>1000
— підземні чавунні та керамічні трубопроводи на розтрубах, асбоцементні на муфтах	200-600	600-1000	1000-2000
— трубопроводи, заглиблені на 20 см	150-200	250-350		-
— трубопроводи наземні				-
— трубопроводи на металевих та залізобетонних естакадах	20-30	30-40	40-50	-
— оглядові колодязі та засувки на мережах комунального господарства	200-400	400-600	600-1000
— мережі комунального господарства (вопровід, каналізація, газопровід) заглиблені	100-200	400-1000	1000-1500
4. Захисні споруди
— сховища, які стоять окремо, що розраховані на надлишковий тиск ударної хвилі 500 кПа	500-600	600-700	700-900	>900
— сховища, які стоять окремо та вбудовані, що розраховані на надлишковий тиск ударної хвилі 300 кПа	300-400	400-550	550-650	>650
— ті ж самі, що розраховані на 200 кПа	200-300	300-370	370-450	>450
— ті ж самі, що розраховані на 100 кПа	100-140	140-180	180-220	>220
— ті ж самі, розраховані на 50 кПа	50-70	70-90	90-110	>110
— протирадіаційні укриття (ПРУ), розраховані на 30 кПа	30-40	40-60	60-90	>90
— підвали без підсилення несучих конструкцій	20-30	30-60	60-80	>80
5. Засоби транспорту, будівельна техніка, мости, загати
— вантажні автомобілі і автоцистерни	20-30	30-55	55-90	90-130
— автобуси і спецавтомашини з кузовами автобусного типу	15-20	20-45	45-60	60-80
— гусеничні тягачі і трактори	30-40	40-80	80-110	110-130
— шосейні дороги з асфальтовим та бетонним покриттям	120-300	300-1000	1000-2000	2000-4000
— залізничні колії	100-150	150-200	200-300	300-500
— металеві мости з довжиною прольоту 30-40 м	50-100	100-150	150-200	200-300

Продовження таблиці Д1

Елементи об’єкта	Руйнування
слабке	середнє	сильне	повне
— те ж саме, з прольотом 100 м і більше	40-80	80-100	100-150	150-200
— мости залізничні з прольотом 20 м	50-60	60-110	110-200	200-300
— те ж саме, з прольотом 10 м	50-100	100-350	350-380	380-400
— дерев’я ні мости	40-60	60-110	110-200	200-250
— бетонні греблі	1000-2000	2000-5000	5000-10000	>10000
— земляні загати ширинолю 80-100 м	150-700	700-1000	>1000

Таблиця Д2

Характеристика ступіней руйнування ударною хвилею елементів промислового об’єкта

Елементи об’єкта	Руйнування
слабкі	середні	сильні
Виробничі, адміністративні та житлові будови	Руйнування найменш міцних конструкцій будинків, споруд і агрегатів: заповнень дверних і віконних прорізів, зрив покрівлі; основне устаткування ушкоджене незначно. Відбудовні роботи зводяться до середнього відбудовного ремонту.	Руйнування покрівлі, перегородок, а також частини устаткування, ушкодження підйомно-транспортних механізмів. Відновлення можливе при капітальному відбудовному ремонті з використанням збережених основних конструкцій і устаткування.	Значні деформації несучих конструкцій, руйнування більшої частини перекриттів, стін і устаткування. Відновлення елемента можливе, але власне, кажучи, зводиться до нового будівництва з використанням деяких збережених конструкцій і устаткування.
Промислове обладнання	Ушкодження шестірень і передавальних механізмів, обривши маховиків і важелів управління. Розрив приводних ременів. Відновлення можливе без повного розбирання, із заміною ушкоджених частин.	Ушкодження й деформація основних деталей, ушкодження електропроводки, приладів автоматики. Використання устаткування можливо після капітального ремонту.	Зсув із фундаментів, деформація станин, тріщини в деталях, вигин валів і осей, ушкодження електропроводки. Ремонт і відновлення, як правило, недоцільні.

Продовження таблиці Д2

Елементи об’єкта	Руйнування
слабкі	середні	сильні
Газгольдери, резервуари і ємності для нафтопродуктів, зріджених газів і хімічних продуктів	Невеликі вм'ятини на оболонці, деформація трубопроводів, ушкодження запірної арматури. Використання можливе після середнього (поточного) ремонту і заміни ушкоджених деталей.	Зсув на опорах, деформація оболонок, трубопроводів, ушкодження запірної арматури. Використання можливе після капітального ремонту.	Зрив з опор, перекидання, руйнування й деформація оболонок, обриви трубопроводів і запірної арматури. Використання й відновлення неможливе.
Технологічні та комунальні споруди й мережі	Часткове ушкодження стиків труб, контрольно-вимірювальної апаратури, верхньої частини стінок оглядових колодязів. При відновленні міняються ушкоджені елементи.	Розрив і деформація труб в окремих місцях, ушкодження стиків, фільтрів, відстійників, баків, вихід із ладу контрольно-вимірювальних приладів. Руйнування і сильна деформація резервуарів вище рівня рідини. При відновленні виконується капітальний ремонт із заміною ушкоджених елементів.	Руйнування й деформація більшої частини труб, ушкодження відстійників, насосного й іншого устаткування. Ушкодження запірної арматури. Відновлення неможливе.
Рухомий поїзд, автотранспорт, інженерна техніка, підйомно-транспортні механізми, кранове обладнання	Часткове руйнування і деформація обшивання й даху, ушкодження стекол кабін, фар і приладів. Потрібно поточний (середній) ремонт.	Руйнування кузовів, критих вагонів, ушкодження кабін (кузовів), відривання дверей і ушкодження зовнішнього устаткування, розрив трубопроводів систем живлення, охолодження й змащення. Використання можливе після ремонту із заміною ушкоджених вузлів.	Перекидання, відривання окремих частин, загальна деформація рами, руйнування кабіни (кузова, вантажної платформи), відривання й пошкодження радіаторів, крил, підніжок, зовнішнього устаткування двигуна. Використання неможливе, потрібно капітальний ремонт у заводських умовах.

Продовження таблиці Д10

Елементи об’єкта	Руйнування
слабкі	середні	сильні
Захисні споруди	Часткове руйнування ходу сполучення, що примикає до споруди, незначні зрушення й тріщини в з'єднаннях конструктивних елементів. Споруда придатна до повторного використання після розчищення входу.	Руйнування ділянки, що примикає до споруди, ходу сполучення, деформація і зсув стін, покрить, рам, дверей, без значного обвалення ґрунту й засипання ним внутрішніх приміщень. Для використання споруд по призначенню потрібно середній відбудовний ремонт.	Значна деформація основних несучих конструкцій, руйнування захисних дверей і внутрішнього устаткування, обвалення крутостей, завал входів ґрунтом. Відновлення й використання споруд для захисту людей неможливі.

Примітка: при повних руйнуваннях в будовах і спорудах повністю зруйновані всі основні несучі конструкції і перекриття, трубопроводи й кабелі розірвані, опори зруйновані, обладнання деформоване, відновлення елементів неможливе.

Вихідні дані

для оцінки стійкості роботи цеху при аварії на вибухонебезпечних об'єктах

Параметри	Варіанти
1,6,11	2, 7, 12	3,8,13	4, 9, 14,	5,10,15	16,21,26	17,22,27	18,23,28	19,24,29	20,25,30
Відстань цеху від сховища вуглецевоводневих сполук, км	0,7 0,8 1,0	0,9 0,5 0,6	0,9 0,7 0,5	1,0 0,7 0,8	0,9 0,8 0,6	0,6 0,9 0,5	0,7 0,9 1,0	0,5 0,8 0,6	0,6 0,9 0,5	0,5 0,7 0,8
Тил вуглецево-водневого продукту	пропан
Маса продукту /Q,т/	200 300	400 500	700 800	550 650	750 850	290 350 150	450 900 550	500 300 700	450 1000 700	1000 700 600
Характеристика механічного цеху: Будівля	метал. каркас. і бетон. заповн.	бетон­на антисей- смічна	із збірного залізо­бетон­у	безкар-касні	масив­на проми-слов.	метал. каркас. і бетон. заповн.	бетон­на антисей- смічна	із збірн. залізо­бетон­у	безкар-касні	масив­на проми-слов.
Трубопроводи	на ме­талевих естака­дах	заглиб­лені на 20см	наземні	заглиб­лені на 20 см	на залізо­бетон. естакад	на ме­талевих естака­дах	заглиб­лені на 20см	наземні	заглиб-лені на 20см	на залізо­бетон, естакад

Примітка: сила землетрусу для парних варіантів становить VIII балів, для непарних варіантів становить Х балів.