Оценка устойчивости промышленного объекта к воздействию воздушной ударной волны при взрыве газовоздушной смеси
1. Характеристика воздействия воздушной ударной волны при взрыве газовоздушной смеси
Трудно представить, что воздух без которого человек не способен прожить и нескольких минут, может нанести живому организму страшные повреждения. Разумеется, что собственно воздух при нормальном атмосферном давлении никакой опасности не представляет, наоборот, даёт возможность дышать и жить. Но при определённых условиях он способен не только лёгким ветерком распахнуть форточку на кухне, но и смерчем сорвать крышу с дома. Взрыв же в состоянии превратить эту безобидную, на первый взгляд, субстанцию в сжатый кулак, сметающий всё и вся на своём пути. А по статистическим данным, именно взрывы, а также вызванные ими пожары, прочно удерживают лидирующее положение среди катастроф техногенного характера.
Воздушная ударная волна - это область резкого сжатия воздуха, распространяющаяся во все стороны от центра взрыва со сверхзвуковой скоростью. Источником возникновения ВУВ являются высокое давление в области взрыва (миллиарды атмосфер) и температура, достигающая миллионов градусов.
Раскалённые газы, стремясь расшириться, сильно сжимают и нагревают окружающие слои воздуха, в результате чего от центра взрыва волна сжатия или ударная волна. Вблизи центра взрыва скорость распространения ВУВ в несколько раз превышает скорость звука в воздухе. С увеличением расстояния от центра взрыва скорость снижается, и ударная волна трансформируется в звуковую волну.
Наибольшее давление в сжатой области наблюдается на передней её кромке, которая называется фактором ударной воздушной волны. Разность между нормальным атмосферным давлением и давлением на передней кромке ударной волны составляет величину избыточного давления.
Непосредственно за фронтом ударной волны образуются сильные потоки воздуха, скорость которых достигает нескольких сотен километров в час. При встрече с преградой создаётся нагрузка скоростного напора или нагрузка торможения, которая усиливает разрушающее действие ВУВ. Действие ВУВ на объекты носит довольно сложный характер и зависит от многих причин: угла падения, реакции объекта, расстояния от центра взрыва и т.д.
Когда фронт ударной волны достигает передней стенки объекта, происходит её отражение. Давление в отражённой волне повышается в несколько раз, что и определяет степень разрушения данного объекта.
Для характеристики разрушений зданий, сооружений приняты четыре степени разрушения: полные, сильные, средние и слабые.
Полные разрушения - когда разрушаются все основные элементы здания, в том числе и несущие конструкции. Подвальные помещения могут частично сохраниться.
Сильные разрушения - когда разрушаются несущие конструкции и перекрытия верхних этажей, деформируются перекрытия нижних этажей. Использование здания невозможно, а восстановление нецелесообразно.
Средние разрушения - когда разрушаются крыши, внутренние перегородки и частично перекрытия верхних этажей. После расчистки часть помещений нижних этажей и подвалы могут быть использованы. Восстановление зданий возможно при проведении капитального ремонта.
Слабые разрушения - когда разрушаются оконные и дверные заполнения, кровля и лёгкие внутренние перегородки. Возможны трещины в стенах верхних этажей. Здание может эксплуатироваться после текущего ремонта.
Степень разрушения техники (оборудования):
Полные разрушения - объект не может быть восстановлен.
Сильные повреждения - повреждения, которые могут быть устранены капитальным ремонтом в заводских условиях.
Средние повреждения - повреждения, устраняемые силами ремонтных мастерских.
Слабые повреждения - это повреждения, существенно не влияющие на использование техники и устраняются текущим ремонтом.
При оценке воздействия ВУВ на людей и животных различают непосредственные и косвенные поражения. Непосредственные поражения возникают в результате действия избыточного давления и скоростного напора, в результате чего человек может быть отброшен, травмирован. Косвенные поражения могут быть нанесены в результате действия обломков зданий, камней, стекла и других предметов, летящих под воздействием скоростного напора.
Воздействие ВУВ на людей характеризуется лёгкими, средними и крайне тяжёлыми поражениями.
Лёгкие поражения наступают при избыточном давлении 20 - 40 кПа. Они характеризуются временным нарушением слуха, лёгкими контузиями, вывихами, ушибами.
Поражения средней тяжести возникают при избыточном давлении 40-60кПА. Они проявляются в контузиях головного мозга, повреждении органов слуха, кровотечении из носа и ушей, вывихах конечностей.
Тяжёлые поражения возможны при избыточном давлении от 60 до 100кПА. Они характеризуются сильными контузиями всего организма, потерей сознания, переломами; возможны повреждения внутренних органов.
Крайне тяжёлые повреждения наступают при избыточном давлении свыше 100 кПА. У людей отмечаются травмы внутренних органов, внутреннее кровотечение, сотрясение мозга, сильные переломы. Эти поражения часто приводят к смертельному исходу.
У человека одним из наиболее характерных явлений при воздушной контузии является мгновенная потеря сознания, которая стирает из памяти сам момент контузии. Пострадавшие чаще помнят блеск и дым взрыва и никогда не помнят звука взрыва, поскольку скорость ВУВ больше скорости звука.
Следовательно, потеря сознания является результатом сотрясения мозга, непосредственного раздражения частей головного мозга и его аналитического аппарата при действии ВУВ на голову. В лёгких случаях сознание возвращается к пострадавшему через 30-120 минут, а в тяжёлых этот процесс затягивается до нескольких суток.
Защитой от ударной волны являются убежища. На открытой местности действие ударной волны снижается различными углублениями, препятствиями.