Контрольная работа по «Безопасности жизнедеятельности»

Контрольная работа № 1.

 

1. Дайте характеристику  зон действия взрыва.

 

Взрыв — это быстропротекающий процесс физических и химических превращений веществ, сопровождающийся освобождением значительного количества энергии в ограниченном объеме, в результате которого образуется и распространяется ударная волна, способная привести и приводящая к техногенной чрезвычайной ситуации.

Различают три зоны действия взрыва.

Зона I — зона действия детонационной волны. Для нее характерно интенсивное дробящее действие, в результате которого конструкции разрушаются на отдельные фрагменты, разлетающиеся с большими скоростями от центра взрыва.

Зона II — зона действия 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.

Зона III — зона действия воздушной ударной волны — включает в себя три подзоны:

III а — сильных разрушений,

III б — средних разрушений,

III в — слабых разрушений.

На внешней границе зоны III ударная волна вырождается в звуковую, слышимую еще на значительных расстояниях.

Ударной называется волна, характеризующаяся наличием поверхности разрыва основных физических параметров состояния Среды (давления, плотности, температуры), в которой она распространяется со сверхзвуковой скоростью.

В зависимости от того, в какой среде распространяется волна – в воздухе, воде или грунте, ее называют воздушной ударной волной, ударной волной в воде или сейсмовзрывной волной в грунте.

Воздушная ударная волна представляет собой область сильно сжатого воздуха, распространяющегося во все стороны от центра взрыва со сверхзвуковой скоростью. Переднюю границу волны, характеризующуюся резким скачком давления, называют фронтом ударной волны.

Во фронте ударной волны происходит скачкообразное изменение параметров состояния воздуха (давления, плотности, температуры, скорости движения). Характерной особенностью воздушной ударной волны является движущийся позади нее поток воздушной среды, направленный в ту же сторону.

Механизм образования воздушной ударной волны состоит в следующем. При взрыве образуется большое количество газообразных продуктов. Они, находясь под весьма высоким давлением (порядка нескольких Мпа), подобно сильно сжатой и мгновенно отпущенной пружине, расширяются. Так как давление окружающего воздуха во много раз меньше давления продуктов взрыва, то последний, расширяясь, наносят резкий удар по прилегающим слоям. За счет этого воздух сжимается, повышается его давление, плотность, температура. Масса продуктов взрыва, расширяясь, вытесняет окружающий воздух и образует вокруг себя зону сжатого воздуха. Эта зона действует на окружающий, еще невозмущенный воздух и сжимает его. Таким способом сжатие быстро передается все дальше и дальше от места взрыва. Внешняя граница сжатого слоя воздуха и представляет собой фронт воздушной ударной волны, перемещающейся со сверхзвуковой скоростью.

Ударная волна имеет фазу сжатия и фазу разрежения. В фазе сжатия ударной волны давление выше атмосферного, а в сфере разрежения - ниже. Наибольшее давление воздуха наблюдается на внешней границе фазы сжатия - во фронте волны.

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

В указанных выше зонах I и II наблюдается полное поражение людей, связанное с разрывов тела на части, обугливанием под действием расширяющихся продуктов взрыва, имеющих весьма высокую температуру. В зоне III поражение людей вызывается как непосредственным, так и косвенным воздействием ударной волны. При непосредственном воздействии ударной волны основной причиной появления 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, обуславливающий метательное действие ударной волны, может отбросить человека на значительное расстояние и причинить ему при ударе о землю (или препятствие) различные повреждения.

Метательное действие скоростного напора воздуха заметно сказывается в зоне с избыточным давлением более 50 кПа (0.5 кгс/см2), где скорость перемещения воздуха более 100 м/с, что значительно превышает скорость ураганного ветра.

Характер и тяжесть поражения людей зависят от величины параметров ударной волны, положения человека в момент взрыва и степени его защищенности. При прочих равных условиях наиболее тяжелые поражения получат 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.

Поражения, возникающие под действием ударной волны подразделяются на легкие, средние, тяжелые и крайне тяжелые (смертельные).

Характеристики поражений приведены в табл.1.

Таблица 1

Характеристики поражений человека действием воздушной ударной волны

Вид поражений	Характеристики поражения	Величина избыточного давления Р1, кПа (кгс/см2)
Легкие	Легкая контузия, временная потеря слуха, ушибы и вывихи конечностей	20...40 (0.2 ... 0.4)
Средние	Травмы мозга с потерей сознания, повреждения органов слуха, кровотечение из носа и ушей, сильные переломы и вывихи конечностей	40...60 (0.4 ... 0.6)
Тяжелые	Сильная контузия всего организма, повреждения внутренних органов и мозга, тяжелые переломы конечностей. Возможны смертельные исходы	60...100 (0.6 ... 1.0)
Крайне тяжелые	Получаемые травмы очень часто приводят к смертельному исходу	>100 (1.0)

 

Поражения людей, находящихся в момент взрыва в зданиях и сооружениях, зависит от степени их разрушения. Так, например, при полных разрушениях зданий следует ожидать полной гибели находящихся в них людей. При сильных и средних разрушениях может выжить примерно половина людей, а остальные получат травмы различной тяжести. Многие могут  60 оказаться под обломками конструкций, а также в помещениях с заваленными или разрушенными путями эвакуации.

Косвенное воздействие ударной волны заключается в поражении людей летящими обломками зданий и сооружений, камнями, битым стеклом и другими предметами, увлекаемыми ею. При слабом разрушении зданий гибель людей маловероятна. Однако часть из них может получить различные травмы.

При взрыве действует весьма мощная, кратковременная и переменная по величине нагрузка. Эта нагрузка возникает в результате действия газообразных продуктов взрыва и ударной волны. Наиболее разрушительными продуктами взрыва и ударной волны подвергаются здания и сооружения больших размеров с легкими несущими конструкциями, значительно возвышающимися над поверхностью земли, а также немассивные бескаркасные сооружения с несущими стенами из кирпича и бетона. Подземные же и заглубленные в грунт сооружения с жесткими несущими конструкциями обладают значительной сопротивляемостью разрушению.

Из вышеперечисленных параметров ударной волны решающим (характеризующим разрушение) является избыточное давление. При разрушении высокого оборудования с малой площадью (мачты, трубы, шкафы с аппаратурой управления) определяющим является скоростной напор.

 Разрушения подразделяются  на полные, сильные, средние и  слабые.

1. полные разрушения. В зданиях и сооружениях обрушены перекрытия и разрушены все основные несущие конструкции. Восстановление невозможно. Оборудование, средства механизации и другая техника восстановлению не подлежат. В коммуникационно-энергетических сетях (КЭС) имеются разрывы кабелей, разрушения участков трубопроводов, опор воздушных линий электропередач и т.п.
2. сильные разрушения. В зданиях и сооружениях значительные деформации несущих конструкций, разрушена большая часть перекрытий и стен. Восстановление возможно, но нецелесообразно, так как практически сводится к новому строительству с использованием некоторых сохранившихся конструкций. Оборудование и механизмы большей частью разрушены и значительно деформированы. Отдельные детали и узлы оборудования могут быть использованы как запасные части. В КЭС разрывы и деформации на отдельных участках подземных сетей, деформации воздушных линий электропередач и связи, разрывы технологических трубопроводов.
3. средние разрушения. В зданиях и сооружениях разрушены главным образом не несущие, а второстепенные конструкции (легкие стены перегородки, крыши, окна, двери). Возможны трещины в наружных стенах и вывалы в отдельных местах. Перекрытия и подвалы не разрушены, часть помещений пригодна к эксплуатации. Для восстановления требуется капитальный ремонт, выполнение которого возможно собственными силами. Оборудование требует капитального ремонта. В КЭС значительные разрушения и деформации элементов, которые можно устранить капитальным ремонтом. 
4. слабые разрушения. В зданиях и сооружениях разрушена часть внутренних перегородок, заполнения дверных и оконных проемов. Оборудование имеет незначительные деформации. В КЭС имеются незначительные разрушения и поломки конструктивных элементов зданий, сооружений, оборудования, получивших слабые разрушения, как правило, требуется текущий ремонт.

 

2. Как  произвести расчет избыточного  давления для газовоздушных смесей при взрыве в помещении

 

Избыточное давление взрыва в помещении, где произошел взрыв в результате аварии определяется по формуле:

   , где                                                 (1)

m - масса взрывоопасного вещества, образовавшего газопаро- или паро-воздушную смесь, попавшего в результате аварии в помещение, кг;

QТ - количество тепла, выделяющегося при разложении (теплота сгорания),

P0 - начальное  давление в помещении, кПа;

z - коэффициент участия горючего газа во взрыве;

Vсв - свободный объем помещения, м3; разность между объемом помещения и объемом оборудования; допускается принимать условно равным 80% геометрического объема помещения;

Рв - плотность воздуха до взрыва при начальной температуре Т0, кг/м3;

Ср - теплоемкость воздуха, Дж/(кг*К);

Т0 - начальная температура воздуха, К;

Кн - коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатический процесс горения, допускается принимать Кн=3

 

Перед определением величины следует убедиться, достаточна ли концентрация газо-воздушной смеси для взрыва? Взрыв может произойти лишь в том случае, если концентрация смеси лежит в пределах между нижним и верхним концентрационными пределами взрываемости.

Концентрация смеси определяется по формуле:

  ,где                                                               (2)

m- масса газо-воздушной смеси, г;

Vсв - свободный объем помещения, принимаемый с учетом объема оборудования условно равным 80% от геометрического объема помещения, м3.

Полученное значение концентрации сравнивается со значениями пределов взрываемости, возможен или не возможен взрыв.

 

3. Задача

Требуется определить избыточное давление и сделать вывод о характере разрушения для следующей аварийной ситуации.

В цехе химического комбината произошла утечка сжиженного пропана из емкости, в результате чего все содержимое емкости оказалось в помещении цеха. При соприкосновении с горячим источником произошел взрыв образовавшейся газо-воздушной смеси.

Исходные данные:

1) масса вытекшего из емкости пропана m =1000 кг;

2) размеры цеха, м: высота 10, ширина 12, длина 100.

Дополнительные данные:

Наименование, обозначение	Величина
Начальное давление. Р0	101(кПа)
Плотность воздуха до взрыва. Рв	1,293(кг/м3)
Теплоемкость воздуха. Ср	1,01*103  (Дж/(кг*К))
Начальная температура. Т0	290 (К)
Коэффициент z: - для аэрозолей, нагретых  до температуры вспышки и выше  - для легковоспламеняющихся  и горючих жидкостей, нагретых  ниже температуры вспышки  - для горючих газов	0.3 0.3   0.5
Теплота сгорания	47*106 (Дж/кг)

 

Решение

1. Определяем величину  избыточного давления по формуле

   , где

m - масса взрывоопасного вещества, образовавшего газопаро- или паро-воздушную смесь, попавшего в результате аварии в помещение, кг;

QТ - количество тепла, выделяющегося при разложении (теплота сгорания),

P0 - начальное  давление в помещении, кПа;

z - коэффициент участия горючего газа во взрыве;

Vсв - свободный объем помещения, м3; разность между объемом помещения и объемом оборудования; допускается принимать условно равным 80% геометрического объема помещения;

Рв - плотность воздуха до взрыва при начальной температуре Т0, кг/м3;

Ср - теплоемкость воздуха, Дж/(кг*К);

Т0 - начальная температура воздуха, К;

Кн - коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатический процесс горения, допускается принимать Кн=3

 

 

Вывод: полученное значение величины дает основание предположить, что помещение цеха находилось в зоне полных и сильных разрушений взрыва.