Тепловые и осколочные поля

Энергоносители (в первую очередь, углеводородные топлива) способны гореть и взрываться, т.е. создавать воздушно-ударную волну и тепловые поражающие поля. Технологическое оборудование при действии на него тепловых и ударных нагрузок разрушается с образованием осколочных полей. Дальность разлета осколков зависит от массы, размеров, начальной скорости. Радиус разлета фрагментов и осколков технологических установок подчиняется нормальному закону распределения вероятности, причем 45% всех фрагментов и осколков находится в пределах окружности радиуса 700 м.

Процесс горения на пожаро- и взрывоопасных объектах можно представить в виде двух последовательных процессов:

а) процесс разгорания, когда интенсивность горения нарастает;

б) процесс выгорания, когда интенсивность горения снижается до нуля, вследствие уменьшения горючего материала.

Основными параметрами пожаров, таким образом, являются характеристики и количество горючего вещества (пожарная нагрузка).

Облако пара или топливовоздушной смеси, переобогащенное топливом, и не способное поэтому объемно детонировать, начинает гореть вокруг своей внешней оболочки, образуя огневой шар. Такие шары, вызванные горением углеводородов, светятся и излучают тепло, что может причинить смертельные ожоги и вызвать возгорание горючих веществ. Поднимаясь, огневой шар образует грибовидное облако, ножка которого - это сильное восходящее конвективное течение. Такое течение может всасывать отдельные предметы, зажигать их и разбрасывать горящие предметы на большие площади. Огневой шар как поражающий фактор оценивается следующими параметрами:

- максимальный размер

- время существования огневого шара

- плотность теплового потока или мощность, выделяющаяся при сгорании шара.

При авариях на промышленных предприятиях масса огневого шара достигает 50 т, диаметр - 200 м, время существования - 14 с; а мощность при сгорании достигает 170 Гвт.

Пожары и взрывына промышленных предприятиях могут приводить к образованию поражающих факторов как на территории предприятия, так и в на прилегающих территориях населенных пунктов. По масштабу распространения пожары подразделяются на отдельные, массовые, сплошные, огненный шторм.

Отдельные пожары возникают в зданиях, рассредоточенных по району при невысокой плотности застройки (менее 15-20%). При отдельных пожарах возможна эвакуация пострадавших через район пожаров.

Сплошные пожары охватывают значительную территорию (более 90%) и возникают при плотности застройки 20-30%. Проход через район пожаров невозможен и аварийно-спасательные и другие неотложные работы (АСиДНР) в районе можно проводить лишь через 4-10 часов после начала таких пожаров. Главная задача пожарных подразделений в этом случае - локализация района сплошных пожаров.

Сплошные пожары при плотной городской застройке, отсутствии приземного ветра и малой влажности, при одновременном их возникновении в нескольких местах, могут превратиться в огненный шторм. В этом случае образуется мощный столб пламени, формирующийся воздушными потоками со скоростью 50 км/ч, движущимися к центру горящего района. Огненный шторм нельзя потушить. Войти в район пожара можно через двое суток.

Масштаб пожара определяется его видом и зависит от конкретной обстановки (климатические условия, характер застройки, готовностью сил пожарных подразделений и средств пожаротушения и др.). Количественно масштабы оцениваются длиной фронта пламени, а также плотностью пожаров по формуле

 

где Nп - количество горящих зданий, N - общее число зданий в районе пожаров.

«Эффект домино».Для техногенных катастроф характерно появление дополнительного комплексного поражающего фактора - так называемого “эффекта домино”, под которым понимается механизм вовлечения новых опасностей (ядовитые вещества, энергозапас, возникновение воздушной ударной волны (ВУВ), взрывы облаков топливо-воздушных смесей (ТВС), тепловое излучение огневых шаров и горящих разлитий, осколочные поля при полном разрушении сосудов под давлением и т.п.). Известен пример крупной ЧС в США в 1947 г., когда в порту Техас-Сити произошел взрыв нитрата аммония на корабле. Пламя перекинулось на близлежащие заводы по производству стирола, последовал взрыв, породивший вторичный пожар, который распространился в направлении города. В результате этого катастрофического происшествия около 2000 человек было ранено и 516 погибло.

“Эффект домино” наблюдается не только в ЧС техногенного характера, к инициированию этого эффекта могут приводить землетрясения, наводнения, ураганы, лавины и т.п.

При образовании облаков топливно-воздушных смесей (ТВС) в результате появления трещин в резервуарах, повреждения фланцевых соединений трубопроводов и т.д. и наличия источника воспламенения происходит взрывное (детонационное или дефлаграционное) превращение облака. Источник воспламенения в аварийной ситуации, как правило, всегда находится. Взрыв ТВС происходит с тем или иным временем задержки. Как показано на рис.5 наибольшая вероятность взрыва наблюдается в пределах от 0 до 5 мин с момента образования ТВС.

Облако ТВС до воспламенения может дрейфовать, что в ряде случаев усиливает эффект “домино” и делает его возможным не только внутри одного предприятия, но и среди нескольких предприятий. Дрейф обусловлен атмосферными процессами и временем достижения облаком нижнего концентрационного предела воспламенения.

Для упрощенной оценки последствий взрывных явлений существуют таблицы, в которых приведены радиусы поражения ВУВ облака ТВС (значения избыточного давления ВУВ в зависимости от массы облака и радиуса). При эффекте “домино” наблюдаются массовые пожары, уничтожающие 80-90% основных производственных фондов.