Понятие о взрыве и воздействие взрыва на здания (сооружения)

и персонал опасного производственного объекта.

Наибольшую потенциальную опасность для населения и территорий представляют возможные производственные аварии наопасных производственных объектах(ОПО).

Степень опасности на ОПО за­висит от количества потенциальной энергии, способной реализо­ваться в виде взрывов и (или) пожаров. В связи с этим ФЗ № 116 «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» установлены четыре класса опасности:

- I класс опасности - опасные производственные объекты чрезвычайно высокой опасности;

- II класс опасности - опасные производственные объекты высокой опасности;

- III класс опасности - опасные производственные объекты средней опасности;

- IV класс опасности - опасные производственные объекты низкой опасности.

При этом к ОПО относятся такие про­мышленные предприятия как предприятия оборонной, нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, химической, газовой, металлургической, лесной, деревообрабатывающей, хлебопродуктовой, текстильной промышлен­ности, склады взрывчатых, легковоспламеняющихся и горючих веществ, сжиженных газов, а также автомобильный, железнодорожный, водный и трубопроводный транспорт, используемый для перевозки и перекачки легковоспламеняющихся веществ. Кроме этих объектов к ОПО могут быть отнесены некоторые объекты жилого, социального и культурного назначения.

При разрушении технических устройств, применяемых на ОПО, как правило, наблюдается выброс опасного вещества, приводящий к взрыву с последующим пожаром или к пожару с последующим взрывом.

Рассмотрим наиболее важные термины по организации и ведению защиты населения и материальных ценностей на ОПО объекта при взрыве.

1 Взрывом называется процесс быстрого (за сотые доли секунды) физического или химического превращения веществ или их смесей с выделением большого количества энергии в ограни­ченном объеме.

В основе взрывов взрывчатых веществ лежит явление детонации, происходящее при физическом разложении веществ, например тротила.

В основе взрывов на ОПО, на которых производят, используют, хранят или транспортируют легковоспламеняющиеся и пожаровзрывоопасные продукты, лежит быстро протекающая реакция взрывного горения топливо-воздушной (ТВС) или газо-паро-пылевоздушных смесей (ГПВС), занимающих часть или весь объем помещения.

В технической литературе такие взрывы называются аварийными, т.к. они возникают вследствие нарушения режимов работы технологического оборудования ОПО.

2 Промышленная авария - авария на промышленном объекте, в технической системе или на промышленной установке. Признаками промышленной аварии является разрушение зданий и сооружений вследствие взрыва ТВС (ГПВС) с последующим сгоранием или деформацией их элементов от высоких температур.

3 Аварийный взрыв - взрыв, произошедший в результате нарушения технологии производства, ошибок обслуживающего персонала, либо ошибок, допущенных при проектировании.

4 Противовзрывная защита - комплекс технологических, строительных и организационных мер, направленных на предотвращение либо снижение разрушающих и поражающих факторов взрыва.

Основными причинами аварийных взрывов являются:

- несоблюдение правил по технике безопасности;

- отсутствие постоянного контроля за состоянием производства и особенно при использовании легковоспламеняющихся и взрывоопасных веществ;

- нарушение технологии производства, правил эксплуатации оборудования, машин и механизмов;

- низкая трудовая и производственная дисциплина;

- возникновение аварии на соседних предприятиях или на энергетических и газовых сетях;

- стихийные бедствия, вызывающие аварии.

На ОПО возможны следующие виды аварийных взрывов:

- образование облаков топливно-воздушных смесей или других газообразных, пылевоздушных веществ их быстрыми взрывными превращениями (объемный взрыв);

- взрывы трубопроводов, сосудов, находящихся под высоким давлением, или с перегретой жидкостью (прежде всего резервуаров со сжиженным углеводородным газом).

При этом взрывоопасными веществами и смесями являются;

- смеси газообразных и сжиженных углеводородных продуктов (метана, пропана, бутана, этилена, пропилена и др.), а также сахарной, древесной, мучной и пр. пыли с воздухом;

- пары бензина, керосина, природный газ на различных транспортных средствах, топливозаправочных станциях и др.

Основными причины возникновения взрыва на ОПО являются:

- повреждение и разрушение производственных емкостей, аппаратуры и трубопроводов;

- отступление от установленного технологического режима (повышение давление и температуры внутри производственной аппаратуры);

- отсутствие постоянного контроля за исправностью производственной аппаратуры и оборудования и своевременностью проведения плановых ремонтных работ.

Различают три зоны действия взрыва (рис. 1.1).

Зона 1 – действие детонационной волны. Для ее характерно интенсивное дробящее действие, в результате которого конструкции разрушаются на отдельные фрагменты, разлетающиеся с большой скоростью от центра взрыва

Зона 2 – действие продуктов взрыва. В ней происходит полное разрушение зданий и сооружений под действием расширяющихся продуктов взрыва. На внешней границе этой зоны образующаяся ударная волна отрывается от продуктов взрыва и движется самостоятельно от центра взрыва. Исчерпав свою энергию, продукты взрыва, расширившись до плотности, соответствующей атмосферному давлению, не производят больше разрушительного действия.

Центр взрыва

Зона 1

Зона 2

Зона 3а

Зона 3б

Зона 3в

Рисунок 1.1 – Зоны действия взрыва

Зона 3 – действие воздушной ударной волны и включает три подзоны:

- 3а – сильных разрушений;

- 3б – средних разрушений;

- 3в – слабых разрушений.

Основные поражающие факторы взрыва являются:

- воздушная ударная волна -это быстрый поток массы воздуха, на фронте которого высокое давление и температура;

-осколочное поле (количество осколков, их кинетическая энергия и радиус разлета).

В результате действия поражающих факторов взрыва происходит разрушение или повреждение зданий, сооружений, оборудования, элементов коммуникации, и гибель людей и животных, а также могут возникнуть пожары, утечка опасных веществ из поврежденного оборудования.

Воздушная ударная волна наносит значительный материальный ущерб инженерно-техническому комплексу ОПО. При этом материальный ущерб носит характер полных, сильных, средних и слабых разрушений (табл. 1.1):

- полное- обрушены перекрытия и разрушены все основные несущие конструкции; восстановление невозможно;

- сильное - имеются значительные деформации несущих конструкций; разру­шена большая часть перекрытий и стен;

- среднее - разрушены главным образом не несущие, а второстепенные конст­рукции (легкие стены, перегoродки, крыши, окна, двери); возможны трещины в наруж­ных стенах; перекрытия в подвале не разрушены; в коммунальных и энергетических сетях значительные разрушения и деформации элементов, требующие устранения;

- слабое - разрушена часть внутренних перегородок, заполнения дверных и оконных проемов; оборудование имеет значительные деформации; в коммуналь­ных и энергетических сетях разрушения и поломки конструктивных элементов незначительны.

Таблица 1.1 – Характер разрушений зданий и сооружений ударной волной

Вид разрушения	Избыточное давление на фронте ударной волны, кПа	Характер разрушения
Полное	свыше 50	Разрушение всех элементов здания, включая несущие конструкции
Сильное	от 30 до 50	Разрушение несущих конструкций и деформация конструкций всех этажей
Среднее	от 20 до 30	Разрушение второстепенных элементов здания, основные деформируются и разрушаются частично
Слабое	от 10 до 20	Разрушение кровли, внутренних перегородок, окон и дверей

Взрывы приводят не только к разрушению и повреждению зданий, сооружений, технологического оборудования, емкостей, трубопроводов и транспортных средств, но и в результате прямого и косвенного (вторичного) действия ударной волны способны наносить людям различные травмы, в том числе и смертельные.

Воздушная ударная волна наносит травмы и контузии людям за счет высокой динамической нагрузки на организм человека.

Продукты взрыва и образовавшая­ся в результате их действия воздушная ударная волна способны нано­сить человеку различные травмы, в том числе смертельные.

Так, в зо­нах действия детонационной волны (зона 1) и действия продуктов взрыва (зона 2) наблюдается полное поражение людей, связанное с разрывом тела на части, его обугливанием под действием расширяющихся про дуктов взрыва, имеющих весьма высокую температуру.

В зоне 3 пора­жение человека вызывается воздействием ударной волны.

Поражения, возникающие под действием ударной волны, подразде­ляются на легкие, средние, тяжелые и крайне тяжелые (смертельные); их характеристики приведены ниже (табл. 1.2):

- легкое - легкая контузия, временная потеря слуха, ушибы и вы­вихи конечностей;

- среднее - травмы мозга с потерей сознания, повреждение орга­нов слуха, кровотечение из носа и ушей, сильные переломы и вывихи конечностей;

- тяжелое - сильная контузия всего организма, повреждение внут­ренних органов и мозга, тяжелые пе­реломы конечностей; возможны смер­тельные исходы;

- крайне тяжелое - трав­мы, обычно приводящие к смертель­ному исходу.

Таблица 1.2 - Характер и степени поражения людей ударной волной

Характер поражения	Избыточное давление на фронте ударной волны, кПа	Воздействие на организм человека
1 Крайне тяжелое	более 100	Тяжелые травмы и контузии, возможен смертельный исход
2 Тяжелые	от 60 до 100	Сильная контузия, тяжелые переломы, внутренне кровоизлияние
3 Средней тяжести	от 40 до 60	Травмы головы с потерей сознания, переломы и вывихи, потеря слуха
4 Легкие	от 20 до 40	Легкая контузия, вывихи и ушибы

При воздействии ударной волны основной при­чиной травм у людей 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.п. Кроме того, скоростной напор воздуха может отбросить человека на значитель­ное расстояние и причинить ему при ударе о землю (или препятствие) повреждения. Метательное действие такого напора заметно сказывает­ся в зоне с избыточным давлением более 50 кПа (0,5 кгс/см²), где ско­рость перемещения воздуха более 100 м/с, что значительно выше, чем при ураганном ветре.

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

Поражение людей, нахо­дящихся в момент взрыва в зданиях и сооружениях, за­висит от степени их разру­шения:

- при полных разрушениях зданий следует ожидать 100% гибель находящих­ся в них людей, при этом полагают, что все пострадавшие находятся в завалах;

- при сильных разрушениях зданий следует ожидать до 60 % гибель находящихся в них людей, при этом считают, что до 50 % из числа вышедших из строя может оказаться в завале, остальные поражаются обломками, стеклами и давлением в волне;

- при средних разрушениях зданий следует ожидать до 15 % гибель находящихся в них людей за счет поражения обломками, стеклами и давлением в волне;

- при слабых разру­шениях зданий гибель людей маловероятна, однако часть из них может получить различные травмы.

В этом случае можно ориентировочно рассчитать общие потери в людях, находящиеся в момент взрыва в зданиях:

N_об.зд. = N_пол.р + 0,6 N_сил.р + 0,15 N_ср.р, (1.1)

где N_пол.р , N_сил.р , N_ср.р - количество людей, находящихся в зданиях, получивших

соответственно полные, сильные и средние разрушения.

Вторичными (косвенными) последствиями воздействие ударной волны является поражение людей летящими обломками зданий и сооружений, камнями, битым стеклом и другими предметами, увлекаемыми ею. И, как следствие, люди получают черепно-моз­говые травмы, множественные переломы и ушибы, комбинирован­ные поражения, а также может быть их погребение под обломками зданий и сооружений.

При этом открыто расположенные люди получают поражение от летящих осколков при избыточном давлении на фронте ударной волны 2кПа и более; при давлении на фронте ударной волны 10кПа люди получают тяжелые и смертельные травмы от летящих осколков.

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

Вторичными (косвенными) последствиями воздействие ударной волны является поражение людей летящими обломками зданий и сооружений, камнями, битым стеклом и другими предметами, увлекаемыми ею, их погребение под обломками.

В результате взрывов могут возникнуть пожары, утечка опасных веществ из поврежденного оборудования. При взрывах люди получают тер­мические и механические повреждения. Характерны черепно-моз­говые травмы, множественные переломы и ушибы, комбинирован­ные поражения.