Текст книги "Опасные ситуации техногенного характера и защита от них: учебное пособие"

Поражающее действие взрывной ударной волны (ВУВ) определяется избыточным давлением во фронте ударной волны и скоростным напором. Однако их роль в повреждении и разрушении зависит от размеров, конструкции объекта и степени связи с земной поверхностью.

Поражения, наносимые людям при взрыве, принято разделять следующим образом:

     • легкие (20–40 кПа[5]5
  Паскаль (1 Па = 1 Н/м² – ньютон на квадратный метр) – единица давления и механического напряжения в системе СИ, названная в честь Блеза Паскаля, французского философа, физика, математика. Часто используется и другая единица давления – 1 кгс/см² – килограмм-сила на квадратный см, 1 кгс/см² = 100 кПа (килопаскалей).


[Закрыть], или 0,2–0,4 кгс/см²) – скоропроходящие нарушения функций организма (звон в ушах, головокружение, головная боль, возможные вывихи и ушибы);

     • средние (40–60 кПа, или 0,4–0,6 кгс/см²) – вывихи конечностей, контузия головного мозга, повреждение органов слуха, кровотечение из носа и ушей;

     • тяжелые (60–100 кПа, или 0,6–1 кгс/см²) – сильные контузии всего организма, потеря сознания, переломы конечностей и пр.;

     • крайне тяжелые (более 100 кПа, или 1 кгс/см²) – переломы конечностей, внутренние кровотечения, сотрясение мозга, потеря сознания, возможны смертельные исходы.

При взрыве может произойти разрушение здания, в котором расположено оборудование, сосуды, работающие под давлением, или его частей, а также травмирование персонала разлетающимися осколками оборудования.

При скорости распространения пламени, превышающей скорость звука, возникает взрывное горение с температурой от 1500 до 3000°С и генерируется ударная волна со скачком давления до 100 МПа. При этом на сообщение осколкам кинетической энергии тратится до 60% энергии расширения газов, а 40% – на формирование ударной волны. При взрывах большая часть осколков (80%) разлетается на расстояние 200 м, меньшая (20%) на расстояние до 1000 м, отдельные осколки могут разлетаться на расстояние до 3 км.

Другая группа опасностей зависит от свойств веществ, находящихся в оборудовании, работающем под давлением. Так, обслуживающий персонал может получить термические ожоги (если в разгерметизировавшейся установке находились вещества с высокой или низкой температурой) или химические ожоги (если в сосуде находились агрессивные вещества). При этом создается опасность отравления персонала, а при разгерметизации установок, содержащих различные радиоактивные вещества, возникает и радиационная опасность.

В производственных условиях возможны следующие основные виды взрывов:

     • свободный, воздушный;

     • наземный;

     • взрыв в непосредственной близости от объекта;

     • взрыв внутри объекта (сооружения).

6.2. Взрывоопасные вещества

Взрывчатые вещества могут быть твердыми, жидкими, газообразными, а также аэровзвесями горючих веществ (жидких и твердых) в окислительной среде, часто в воздухе.

Твердые и жидкие взрывчатые вещества в большинстве случаев относятся к классу конденсированных взрывчатых веществ. При инициировании взрыва в этих веществах с огромной скоростью протекают экзотермические окислительно-восстановительные реакции или реакции термического разложения с выделением тепловой энергии.

Газообразные взрывчатые вещества представляют собой однородные (гомогенные) смеси горючих газов (паров) с газообразными окислителями – воздухом, кислородом, хлором и др.

Взрывоопасные аэровзвеси состоят из мелкодисперсных частиц горючих жидкостей (туманов) или твердых веществ (пылей) в окислительной среде, чаще всего в воздухе, например мучная, угольная пыль и т. п.

6.3. Взрывоопасные объекты и аварии на них

Взрывоопасный объект (BOO) — объект, на котором хранятся, используются, транспортируются взрывоопасные вещества, а также вещества (продукты), приобретающие в определенных условиях способность к взрыву.

К BOO относятся предприятия оборонной, нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, газовой, текстильной, хлебопродуктовой и фармацевтической промышленностей, склады легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, сжиженных газов. Аварии со взрывами чаще всего происходят на тех предприятиях, где в больших количествах применяются углеводородные газы (метан, этан, пропан). Взрываются котлы в котельных, газовая аппаратура, продукция и полуфабрикаты химических заводов, пары бензина и других компонентов, мука на мельницах, пыль на элеваторах, сахарная пудра на сахарных заводах, древесная пыль на деревообрабатывающих предприятиях. Возможны взрывы в жилых помещениях, где используется бытовой газ.

Ни одно производство не обходится без использования систем повышенного давления (трубопроводов, баллонов, емкостей и пр.). Любые системы повышенного давления всегда представляют потенциальную опасность.

Оценку степени разрушений элементов объекта, вызванных воздушной ударной волной, принято давать по следующей шкале:

     • слабое (8–10 кПа) – объект не выходит из строя, необходим незначительный ремонт;

     • среднее (10–20 кПа) – разрушены главным образом второстепенные элементы объекта, которые могут быть восстановлены путем проведения среднего и капитального ремонта;

     • сильное (20–40 кПа) – разрушена большая часть несущих конструкций и стен; восстановление возможно, но нецелесообразно;

     • полное (40–60 кПа) – обрушение перекрытий и разрушение всех несущих конструкций; восстановление невозможно.

Причинами сильного разрушения при слабых взрывах могут быть:

     • старение систем (снижение механической прочности);

     • нарушение технологического режима;

     • конструкторские ошибки;

     • неисправности контрольно-измерительных приборов, регулирующих и предохранительных устройств;

     • ошибки обслуживающего персонала и т. д.

6.4. Взрывозащита систем повышенного давления

К системам (объектам) повышенного давления относятся трубопроводы, цистерны, баллоны, сосуды, аппараты и приборы, работающие под давлением.

Взрывозащита систем повышенного давления достигается:

     • организационно-техническими мероприятиями;

     • разработкой и соблюдением регламентов, норм и правил ведения технологических процессов;

     • организацией обучения и инструктажа обслуживающего персонала;

     • осуществлением контроля и надзора за соблюдением норм технологического режима, правил и норм техники безопасности, пожарной безопасности и т. д.

Оборудование повышенного давления должно быть оснащено системами взрывозащиты, которые предполагают применение гидрозатворов, огнепреградителей, инертных газов или паровых завес, а также защиту аппаратов от разрушения при взрыве с помощью устройств аварийного сброса давления (предохранительные мембраны и клапаны, быстродействующие задвижки и т. д.).

Для своевременного обнаружения различных дефектов (трещины, вмятины, дефекты сварки и т. д.), возникших при изготовлении, хранении и транспортировке сосудов, оборудования, применяют различные методы контроля:

     • внешний осмотр (визуальный) сосудов и аппаратов, работающих под давлением;

     • неразрушающие методы контроля (люминесцентные, ультразвуковые и рентгеновские методы);

     • гидравлические испытания сосудов;

     • механические испытания материалов, из которых изготовлены сосуды.

Для обеспечения безопасности систем повышенного давления применяют ряд обязательных мер.

Используется специальная опознавательная окраска внешней поверхности трубопровода, указывающая на свойства транспортируемого вещества:

     • вода – зеленый;

     • пар – красный;

     • воздух – синий;

     • горючие и негорючие газы – желтый;

     • кислоты – оранжевый;

     • щелочи – фиолетовый;

     • горючие и негорючие жидкости – коричневый;

     • прочие вещества – серый.

Для выделения вида опасностей на трубопроводы наносятся предупреждающие (сигнальные) цветные кольца, количество которых определяет степень опасности:

     • взрывоопасные, огнеопасные легковоспламеняющиеся вещества – красный;

     • безопасные или нейтральные вещества – зеленый;

     • токсичные вещества – желтый.

Для обозначения глубокого вакуума, высокого давления, наличия радиации также используется желтый цвет.

Все трубопроводы подвергаются гидравлическим испытаниям при пробном давлении на 25% выше рабочего, но не менее 0,2 МПа.

Кроме проверки на прочность водой газопроводы, а также трубопроводы для токсичных газов испытываются на герметичность воздухом при пробном давлении, равном рабочему. Отсутствие утечки воздуха из соединений проверяется мыльным раствором или погружением узлов в ванну с водой.

Газопроводы прокладываются с небольшим уклоном в сторону движения газа, буферная емкость снабжается в нижней части краном для систематического удаления конденсата и масла.

Паропроводы снабжаются конденсатоотводчиками, которые позволяют предотвратить возникновение гидравлических ударов и пробок.

Во избежание возникновения напряжений от тепловых деформаций, особенно в наземных газопроводах, устраиваются специальные компенсаторы в виде П-образного участка.

Трубопроводы со сжиженными газами прокладываются на расстоянии не менее 50 см от трубопроводов с горячим рабочим телом, при этом последние изолируются, а трубопроводы с легко замерзающими газами монтируются рядом с паропроводами и трубопроводами горячей воды.

Для предотвращения ожогов кислотами и щелочами фланцевые соединения трубопроводов закрываются защитными кожухами.

Трубопроводы для транспортирования жидкого и газообразного кислорода периодически, а также после каждого ремонта обезжириваются. Для обезжиривания используют тетрахлорид углерода, трихлорэтилен или тетрахлорэтилен.

Трубопроводы, по которым в зону реакции к аппарату или устройству подается горючее или окислитель, оборудуются специальными устройствами: автоматическими задвижками, обратными клапанами, гидравлическими затворами, огне– и взрывопреградителями. Обратные клапаны препятствуют обратному ходу потока рабочего тела в случае начала процесса горения и появления противодавления. Предохранительные редукторы-затворы применяются в генераторах ацетилена для исключения обратного проскока пламени от газовой горелки сварочного агрегата в генератор.

Сосуды, баллоны для хранения и перевозки сжатых, сжиженных и растворенных газов изготавливаются малой (0,4–12 л), средней (20–50 л) и большой (80–500 л) вместимости. Баллоны малой и средней вместимости изготавливаются из углеродистой стали на рабочее давление 10, 15 и 20 МПа, из легированной стали – на 15 и 20 МПа.

Сжиженные газы хранятся и перевозятся в стационарных и транспортных сосудах – цистернах (сосуды для сжиженных газов), которые в случае хранения криогенных жидкостей снабжены высокоэффективной тепловой изоляцией.

Стационарные резервуары изготавливаются емкостью до 500 тыс. л и более. В зависимости от конструкции они бывают цилиндрической (горизонтальные, вертикальные) и шарообразной формы. Транспортные сосуды (цистерны) имеют объем до 35 тыс. л.

Наружная поверхность баллонов окрашивается в определенный цвет, на нее наносится соответствующая надпись и сигнальная полоса (табл. 10). Сигнальная окраска баллонов и цистерн позволяет исключить образование смеси «горючее – окислитель» вследствие заполнения емкостей рабочим телом, для которого они не предназначены.

Таблица 10

Цвета окраски баллонов и цистерн для хранения газа

6.5. Государственный надзор за взрывоопасными объектами

В соответствии с законодательством РФ государственный контроль и надзор за соблюдением нормативных актов по обеспечению безопасности жизнедеятельности и безопасных условий труда в различных сферах осуществляются федеральным органом контроля и надзора, а также соответствующими органами субъектов РФ.

Государственный надзор за соблюдением правил по безопасному ведению работ в отдельных отраслях промышленности и на некоторых объектах осуществлялся Государственным комитетом РФ по надзору за безопасным ведением работ в промышленности и горному надзору (Госгортехнадзор) и его местными органами. С 2004 года Госгортехнадзор, Госатомнадзор и Госэнергонадзор входят в единую Федеральную службу по экологическому, технологическому и атомному надзору (Ростехнадзор). Надзор осуществляется при устройстве и эксплуатации котельных установок и сосудов, работающих под давлением, трубопроводов для пара и горячей воды, объектов, связанных с добычей, транспортировкой, хранением и использованием газа, при ведении взрывных работ в промышленности и пр.

Ростехнадзору предоставлено право:

     • беспрепятственно проводить проверки предприятий и объектов по вопросам, относящимся к его компетенции, а также привлекать по согласованию с центральными органами федеральной исполнительной власти, объединениями и предприятиями их специалистов для проведения указанных проверок, получать необходимые объяснения, справки и сведения по возникающим вопросам;

     • давать обязательные для исполнения предписания о приостановлении работ, которые ведутся с нарушениями правил и норм безопасности и охраны недр, а также указания о выводе людей с рабочих мест, когда создается угроза их жизни или при возникновении аварии, а в случае необходимости – непосредственно приостанавливать работы и выводить людей, опечатывать места работ или оборудование;

     • приостанавливать или аннулировать (изымать) выданные разрешения (лицензии) на право ведения разрешенной деятельности в случае нарушения условий действия разрешений, а также в случаях, когда возникает опасность аварий, угроза гибели людей или нанесения ущерба их здоровью.

Органы Ростехнадзора имеют также право:

     • участвовать в установленном порядке в создании, реорганизации ликвидации предприятий и организаций по оказанию технических, экспертных и других видов услуг по вопросам обеспечения безопасности производства и охраны недр;

     • в пределах своей компетенции издавать постановления и давать указания, обязательные для исполнения центральными органами федеральной исполнительной власти, объединениями, предприятиями и гражданами.

Каждая установка, на которую распространяются правила Ростехнадзора, должна быть зарегистрирована в его органах. Регистрации не подлежат паровые котлы и сосуды очень малого объема (например, сосуды для едких, ядовитых и взрывоопасных сред, у которых P/V < 50 МПа/л), а также сосуды холодильных установок; резервуары воздушных электрических выключателей; баллоны для сжатых, сжиженных и растворенных газов емкостью до 100 л, бочки, сосуды и др.

На предприятиях должны назначаться специально уполномоченные лица или органы, контролирующие соблюдение требований промышленной безопасности, закрепленных законодательством.

Разрешение на пуск установки в эксплуатацию выдает инспектор Ростехнадзора после ее регистрации и первичного освидетельствования. Если установка не подлежит регистрации, то разрешение на пуск выдает работник, на которого возложен надзор.

Обслуживание установок может быть поручено лицам не моложе 18 лет, аттестованным квалификационной комиссией и имеющим удостоверение на право обслуживания. На предприятии разрабатывается и утверждается главным инженером инструкция по режиму работы установок и их безопасному обслуживанию. Она выдается под роспись и вывешивается на рабочих местах.

Сроки и объемы освидетельствований других типов сосудов и баллонов, зарегистрированных и не зарегистрированных в органах Ростехнадзора, также устанавливаются в зависимости от условий эксплуатации (скорость физико-химических превращений) и типа сосуда.

При гидравлических испытаниях испытываемую емкость заполняют водой, плавно повышая давление до значений пробного давления. Применяемая вода должна иметь температуру не ниже 5 и не выше 40°С. Давление контролируется манометром, временем выдержки. Так, при толщине стенки до 50 мм оно составляет 10 мин, при 50–100 мм – 20 мин, свыше 100 мм – 30 мин, для литых и многослойных сосудов – 60 мин.

Пробное давление согласно типам сосудов должно составлять:

     • литые – 1,5 Ρ_раб (Р_раб – рабочее давление баллона);

     • металлопластиковые – 1,25 Ρ_раб;

     • из неметаллических материалов – 1,3 Ρ_раб;

     • криогенные сосуды – 1,25 Ρ_раб

Сосуд считается выдержавшим гидравлическое испытание, если не обнаружено трещин, течи, деформаций, падения давления.

6.6. Состояние взрывоопасных объектов в России

В Российской Федерации функционируют десятки тысяч взрывоопасных объектов в различных отраслях народного хозяйства. Особую опасность представляют взрывы и пожары на транспорте, в жилом секторе, на АЗС, предприятиях угольной, химической, нефтяной, газовой, горнодобывающей промышленностей. Нефтяная промышленность России ежегодно выбрасывает в атмосферу 2,2 млн т загрязняющих и легковоспламеняющихся веществ. Пожары на предприятиях данной отрасли особенно опасны, так как вырвавшийся нефтяной фонтан при его воспламенении перебрасывает огонь на резервуары с нефтью, компрессорные установки и нефтепроводы. Типовой нефтеперерабатывающий завод мощностью 10–15 млн т в год сосредотачивает на своей промышленной площадке от 300 до 500 тыс. т углеводородного топлива.

Анализ состояния предприятий химической и нефтяной промышленности показывает, что за последнее десятилетие 95% аварий на них связаны с взрывами различных химических веществ (из них 54% аварий вызваны взрывами внутри аппаратуры, а 46% – взрывами в производственных помещениях и на наружных установках).

В стране действуют 268 шахт, многие из которых эксплуатируются более 40 лет. Почти половина шахт не реконструировалась, изношенность оборудования, машин и основных фондов составляет 70% и более. На большинстве угольных предприятий отсутствуют средства борьбы с пылью. Концентрация угольно-породной пыли превышает предельно допустимую от 2 до 80 раз, а во многих случаях – в 100–150 раз. Поэтому подавляющая часть аварий в подземных условиях происходит при взрывах угольной пыли и газа метана на шахтах и рудниках. Нередко из-за нарушений техники безопасности последствия связаны с большими жертвами и разрушениями.

Контрольные вопросы и задания

1. Дайте определение понятия «взрыв».

2. Перечислите поражающие факторы взрыва.

3. Какие объекты называют взрывоопасными?

4. Какие мероприятия обеспечивают безопасность систем повышенного давления?

5. Какие органы осуществляют контроль за взрывоопасными объектами?

6. Охарактеризуйте состояние взрывоопасных объектов в России.

Глава 7
Пожары

7.1. Пожар и горение

Пожар — неконтролируемое горение, причиняющее материальный ущерб, вред жизни и здоровью граждан, интересам общества и государства.

Горением называется быстро протекающий химический процесс окисления или соединения горючего вещества и кислорода воздуха, сопровождающийся выделением газа, тепла и света. Известно горение и без кислорода воздуха с образованием тепла и света. Следовательно, горение представляет собой химическую реакцию не только соединения, но и разложения.

С наибольшей скоростью горение происходит в чистом кислороде. По мере снижения концентрации кислорода горение замедляется. Наименьшая скорость горения достигается при содержании в воздухе 14–15% кислорода.

В практике выделяют два вида горения: полное горение протекает при достаточном количестве кислорода, неполное — при его недостатке.

Для сгорания 1 кг древесины необходимо 5,0 м³ воздуха, для 1 кг нефтепродуктов – 11,6 м³. Во время пожара воздуха расходуется в 2–3 раза больше.

Все горючие вещества и материалы имеют свою температуру воспламенения.

Воспламенением называется процесс возникновения горения, происходящий в результате нагрева горючего вещества источником зажигания.

Температура воспламенения горючих веществ и материалов колеблется от отрицательных значений (бензин, керосин, лаки, краски) до положительных величин и не превышает для большинства твердых материалов 300°С.

Самовоспламенение (тепловой взрыв) возникает при внутреннем подогреве горючего вещества (аккумуляции тепла) в результате химических, тепловых и микробиологических процессов.

Температура самовозгорания торфа и бурого угля составляет 50–60°С, хлопка – 120°С, бумаги – 180°С. Это тепловое самовозгорание под действием постоянного теплового нагревания.

Горючие вещества характеризуются концентрационными пределами воспламенения.

Нижний концентрационный предел воспламенения (НКВП) – минимальная концентрация горючих газов и паров в воздухе, при которой они способны загораться и распространять пламя. Верхний концентрационный предел воспламенения (ВКВП) – максимальная концентрация, при превышении которой возгорание не происходит.

Наиболее опасны горючие смеси с малым нижним и большим верхним пределами воспламенения. К таким смесям относятся, например, «водород – воздух» (НКПВ – 4,1% и ВКПВ – 74,5%), «ацетилен – воздух» (НКПВ – 81%) и др.