Экологическая безопасность человека, биосферы и промышленных объектов в условиях техногенных чре (стр. 2 из 3)

Решение: Избыточное давление ударной волны, вызывающее полное разрушение здания, находим по формуле 1.

Тогда

Оценка устойчивости технологического оборудования к воздействию ударной волны

Промышленное оборудование рассчитываются на действие скоростного напора воздуха, движущегося за фронтом ударной волны. Давление скоростного напора рассчитывается по формуле:

где ЛР_Ф- избыточное давление во фронте ударной волны, кПа.

При воздействии скоростного напора на объект возникает смещающая сила, которая может вызывать:

- смещение оборудования относительно основания или его отбрасывание;

- опрокидывание оборудования;

- мгновенное инерционное разрушение элементов оборудования.

Смещение оборудования может привести к слабым, а в ряде случаев и средним разрушениям. Величина скоростного напора, вызывающего смещение оборудования, составляет

где f - коэффициент трения; т - масса объекта, кг; g - ускорение свободного падения; с_х- коэффициент аэродинамического сопротивления объекта; I - длина объекта, м; h - высота объекта, м; 0_Б- суммарное усилие болтов крепления, работающих на срез, Н. Величина 0_Бравна

где т_ср- допустимое напряжение на срез, кг/мм²; о_т- предел текучести стали, кг/мм², для Ст. 35 о_т = 65 кг/мм² = 6,33х10⁸н/м²; d₆- диаметр болта, м; п - количество болтов.

Для незакрепленного оборудования величина скоростного напора, вызывающего смещение оборудования, составляет

По величине скоростного напора ЛР_СК, используя рис. 2, находят предельное избыточное давление АР_ф^|,т, при котором предмет не смещается.

Пример 2. Определить предельное значение избыточного давления, не вызывающее смещение абсорбционной колонны относительно бетонного основания. Исходные данные: диаметр колонны d = 4 м; высота h = 60 м; масса m = 5-Ю⁵ кг; f = 0,2; с* = 0,46.

Решение: Определяем по формуле 6 предельное значение давления скоростного напора, при котором колонна не смещается

По величине ЛР_СК= 9 кПа, используя рис. 2, находим ДР_Ф = 52 кПа. Таким образом, при ДР_Ф > 52 кПа ударная волна вызывает смещение колонны.

Опрокидывание оборудования приводит к средним и сильным разрушениям. Смещающая сила Р_см> действующая на плече z = h/2 будет создавать опрокидывающий момент, а вес оборудования на плече Ј 12 и реакция крепления Q_r плече Ј - стабилизирующий момент.

где s- площадь объекта со стороны движения ударной волны, м².

При b = Ј = d, где b- наименьший размер объекта, м

Суммарное усилие болтов крепления, работающих на разрыв, равно

где о_р - допустимое напряжение болта на разрыв, кг/мм².

По величине скоростного напора ЛР_СК, используя рис. 2, находят предельное избыточное давление ДР_ф^,|т, при котором оборудование не опрокинется.

Пример 3. Определить предельное значение избыточного давления, не вызывающее опрокидывание абсорбционной колонны. Исходные данные: см. пример 2.

Решение: Определяем по формуле 9 предельное значение давления скоростного напора, при котором колонна не опрокинется:

По величине ДР_СК = 3 кПа, используя рис. 2, находим АР_ф^|,т = 30 кПа. Таким образом, при ЛР_Ф > 30 кПа ударная волна вызывает опрокидывание колонны.

В данном случае для опрокидывания колонны требуется меньшее давление ударной волны, чем для ее смещения, что характерно для высоких элементов объекта; для низких, наоборот, требуется меньшее давление для смещения, чем для опрокидывания.

Инерционные разрушения радиоэлектронной и оптической аппаратуры возникают от избыточного давления ударной волны и давления скоростного напора. Они приравниваются к сильной степени разрушения.

Предельное значение избыточного давления ударной волны, при котором оборудование не получит инерционных разрушений ДР_ф^,,т, определяется с помощью рис. 4. по найденной величине избыточного предельного лобового давления АР_л0б-

где Р_ЛОб - лобовая сила, Н; S - площадь воздействия ударной волны, м²; т - масса прибора, кг; а^оп - допустимое ускорение при ударе, м/с²; п_доп = а_дог/д - допустимая ударная перегрузка, не приводящая к инерционным разрушениям.

Пример 4. Определить предельное значение избыточного давления, при котором прибор не получит инерционное разрушение. Исходные данные: длина прибора Ј = 400 мм, ширина b = 420 мм, высота h = 720 мм, масса m = 60 кг, допустимое ускорение при ударе а_доп = 100 м/с².

Решение: Определяем по формуле 11 избыточное лобовое давление, которое может выдержать прибор:

По рис. 4, зная АР_ЛОб. находим предельное избыточное давление ДР_ф^,,т = 18 кПа. Таким образом, при ДР_ф^||т > 18 кПа прибор получит сильное разрушение от инерционных перегрузок, вызываемых ударной волной.

Основные пути повышения инженерной устойчивости промышленных объектов:

- использование оптимальных конструкций и материалов зданий и сооружений;

- надежное закрепление оборудования на фундаменте;

^ - применение демпфирующих опор оборудования;

- создание специальных защитных упругих навесов, кожухов, зонтов, сеток и т.п.;

, • - расположение массивной техники на нижних этажах и вне помещения;

- возможность эксплуатации объекта на различных видах топлива;

- обваловывание емкостей с вредными веществами, горючими и легковоспламеняющимися жидкостями;

- закрепление оттяжками высоких элементов объекта, рассчитанными на воздействие скоростного напора ударной волны.

4. Прогнозирование экологической обстановки при авариях на химически опасных объектах

Экологическая безопасность функционирования химически опасных предприятий зависит от многих факторов, например, физико-химических свойств сырья, полуфабрикатов и готового продукта, характеристик технологического процесса и др. Особенностью работы с вредными веществами является возможность их потенциального взрыва, пожара и выброса в биосферу в количествах, представляющих опасность массового поражения людей, животных и окружающей среды.

Исходя из оценки масштабов реальной опасности, зависящей не только от токсичности вещества, но и от величины их запасов и характера распространения в атмосфере, перечень ВВ, от воздействия которых в первую очередь необходимо обеспечивать защиту, можно ограничить девятью веществами, токсилогические характеристики которых приведены в табл. 1.

Основной характеристикой зоны химического заражения является глубина распространения облака зараженного воздуха. Глубина зоны химического заражения для ВВ определяется глубиной распространения первичного или вторичного облака зараженного воздуха. Первичным облаком называется облако газа токсичного вещества, образовавшегося мгновенно в результате разрушения или разгерметизации емкости. Вторичным облаком называется облако, образовавшееся в результате испарения ВВ с площади его разлива. В_в та б л.

2 приведены глубины опасных зон распространения первичного облака ВВ, образующегося при разрушении емкостей для хранения. Они рассчитаны для средних метеоусловий. В условиях инверсии глубина распространения будет увеличиваться в зависимости от скорости ветра в 1,1-3,0 раза; при конвекции - уменьшаться.

Время воздействия опасных концентраций зависит от типа и количества выброшенного ВВ, а также метеоусловий в районе аварии, и может колебаться от нескольких часов до нескольких суток. Например, при выбросе 50 тыс. т ВВ при температуре окружающей среды +20 °С время действия хлора, аммиака, фосгена и сероводорода составляет 1,8: 3,2; 1,7 и 6,7 суток соответственно.

Масштабы заражения ВВ в зависимости от их физических свойств и агрегатного состояния рассчитываются:

- для сжиженных газов - отдельно по первичному и вторичному облаку;

- для сжатых газов - только по первичному облаку;

- для ядовитых жидкостей, кипящих выше температуры окружающей среды, - только по вторичному облаку.

5. Определение количественных характеристик выброса ВВ

Площадь зоны возможного заражения первичным облаком ВВ определяется по формуле:

S₈ = 8,72 x10"³xГ²xф, км*,

где Г - глубина зоны заражения, км; ср - угловой размер зоны заражения, град.

В зависимости от скорости ветра угловые размеры зон возможного заражения составляют:

И, м/с	<0,5	0,6-1	1,1-2	> 2
ф. фад	360	180	90	45

Площадь зоны фактического химического заражения рассчитывается по формуле: