Определение устойчивости функционирования промышленного объекта в чрезвычайной ситуации (на примере машиностроительного завода)

Пожароопасные (сгораемые) элементы цеха:

-кровля – рубероид;

Характеристика взрывоопасного газа.

Пропилен  — это бесцветный горючий газ  со слабым запахом. Пропен (пропилен)— непредельный (ненасыщенный) углеводород ряда этена, горючий газ, относится к углеводородам ряда этена (алкены или олефины). Обладает значительной реакционной способностью.

Его химические свойства определяются двойной углерод-углеродной связью. p-связь, как наименее прочная  и более доступная, при действии реагента разрывается, а освободившиеся валентности углеродных атомов затрачиваются  на присоединение атомов, из которых  состоит молекула реагента. Все реакции  присоединения протекают по двойной  связи и состоят в расщеплении  π-связи алкена и образовании  на месте разрыва двух новых σ-связей. В промышленности полипропилен получают полимеризацией пропилена в растворителе (бензине, гектане, пропане) при давлении 1—4 МПа (в зависимости от применяемого растворителя). Пропилен весьма реакционноспособен и легко присоединяет по двойным связям разнообразные соединения.

Решение.

Вследствие стихийного бедствия или какого-либо фактора, вызванного    производственной деятельностью организации, возможен взрыв природного газа в природных магистралях. Возникновение аварий может привести к полному или частичному разрушению зданий, в которых они расположены.

 Определим устойчивость цеха к воздействию воздушной ударной волны с максимальным избыточным давлением:

При взрыве парогазовоздушной  смеси взрывоопасного газа образуется 3 зоны действия поражающих факторов.

Формулы для определения DР_Ф, кПа, при взрыве газовоздушной смеси:

   (1)

   (2)

  где y =0,24 (R_III / R₁)

R₁ – радиус зоны I (детонационной волны);

R_III – расстояние от центра взрыва до объекта в пределах зоны III (действия взрывной ударной волны).

Формулы для  определения радиусов зон I (детонационной волны) и II (действия продуктов взрыва):

      (3)

      (4)

где Q – масса газовоздушной смеси, т.

Параметры аварии с выбросом (разливом) АХОВ.

    Определяем прогнозируемое максимальное избыточное давление воздушной ударной волны DР_Ф, кПа, воздействующее на механический цех  при взрыве емкости с 79 т. пропилена , расположенной на расстоянии 220 м от цеха.

По  формулам определяем радиусы I и II зоны.

   Т.к. цех расположен в 220 м от емкости, т.е. в зоне III взрывной ударной волны, то определяем значение коэффициента y:

y = 0,24 × (220 / 75,075) = 0,7 < 2.

Следовательно, значение избыточного давления взрывной волны, воздействующей на цех, определяем по формуле (1):

_{Выводом можно считать следующее:}

При взрыве емкости пропилена с избыточным давлением в 69,86 кПа, цех понесет полные разрушения. Станочное оборудование получит сильные разрушения и не будут предназначены для дальнейшей эксплуатации. Восстановлению объект, получивший полные разрушения, не подлежит. Среди персонала – летальный исход возможен.

 

2.2. Определение устойчивости на смещение и опрокидывание оборудования.

Сопротивляемость зданий и сооружений к воздействию ударной волны  зависит от их конструкции, размеров и др. параметров. Наибольшим разрушениям  подвергаются здания и сооружения больших  размеров с легкими несущими конструкциями, значительно возвышающимися над  поверхностью земли, а также сооружения с несущими стенами из кирпича. Разрушения принято делить на полные, сильные, средние, слабые.

Полные разрушения (∆Pф = 40-60 кПа): в зданиях и сооружениях разрушены все основные несущие конструкции и обрушены перекрытия. Оборудование, средства механизации и техника восстановлению не подлежат.

Сильные разрушения (∆Pф = 20-40 кПа): значительные деформации несущих конструкций, разрушена большая часть перекрытий и стен. Восстановление возможно, но нецелесообразно.

Средние разрушения (∆Pф = 10-20 кПа): разрушены не несущие, а второстепенные конструкции - легкие стены, перегородки, крыши, окна, двери. Деформированы отдельные узлы оборудования и техники. Для восстановления потребуется капитальный ремонт.

Слабые разрушения (∆Pф = 8-10 кПа): разрушена часть внутренних перегородок. Оборудование имеет незначительные деформации второстепенных элементов. Для восстановления потребуется мелкий ремонт.

Оценка устойчивости проводится в  такой последовательности:

- Определяется максимальное значение  избыточного давления ударной волны ∆Pф , ожидаемого на объекте.

- Выделяются основные элементы  на объекте (в цехе, на участке  производства, в системе), от которого  зависит функционирование объекта  и выпуск необходимой продукции  (например, на машиностроительном  заводе основными являются: кузнечный, прессовый и сборочный цехи, подъемно-транспортные оборудованные, система электроснабжения).

- Результаты оценки устойчивости  заносятся в таблицу. 

Предел устойчивости берется по нижней границе диапазона давлений, дающих средние разрушения. Например, здание цеха из сборного железобетона может получить средние разрушения при избыточных давлениях 20-30 кПа, предел устойчивости = 20 кПа.

Если здание цеха имеет предел устойчивости 30 кПа, коммуникации электроснабжения 20 кПа, технологическое оборудование 60, то предел устойчивости цеха в целом будет 20 кПа, т.к. при ∆Рф = 20 кПа выйдет из строя электроснабжение и цех прекратит работу.

Под воздействием скоростного напора на объект возникает смещающая сила , которая может вызвать смещение, отбрасывание, опрокидывание оборудования, ударные перегрузки (мгновенное инерционное разрушение элементов оборудования).

Данные наиболее ценного  оборудования:

Оборудование: фрезерный  станок с ЧПУ, длина масса m = 1550 кг, l = 1850 мм, ширина b = 1200 мм, высота h = 1750 мм.

Фрезерные станки с ЧПУ предназначены для  выполнения всех видов фрезерных  работ, сверления, зенкерования и растачивания отверстий на деталях из черных и  цветных металлов, их сплавов и  пластмасс в единичном, мелкосерийном  и серийном производстве. Числовое программное управление (ЧПУ)-это  управление, при котором программу  задают в виде записанного на каком-либо носителе массива информации. Управляющая  информация для систем ЧПУ является дискретной и ее обработка в процессе управления осуществляется цифровыми  методами. Фрезерные станки с ЧПУ имеют ряд преимуществ по сравнению с универсальными фрезерными станками.

Задание:

Определить предельные значения избыточного давления , которое не вызывает смещение незакрепленного оборудования (пол бетонный).

Определить предельные значения давления скоростного напора воздуха, которое не вызывает смещение станка. Коэффициент аэродинамического сопротивления оборудования определяем по справочным данным (для параллепипеда Сх =0,85), коэффициент трения параллепипеда по бетону f=0,3.

Решение:

Оборудование сдвинется с места, если смещающая сила Рсм будет превосходить силу трения Fтр и горизонтально составляющую силы крепления Qr:

Рсм > Fтр + Qr      (1)

где Qr - суммарное усилие болтов крепления, работающих на срез, Н; т.к. Qr= 0, то Рсм > Fтр,

  Fтр -   сила трения,

Смещающую силу можно определить по формуле:

Рсм = Сх ∙S ∙∆Рск                           (2)

где Сх -  коэффициент аэродинамического сопротивления предмета, берется из таблицы 1.

Таблица 1.

Значения коэффициента аэродинамического  сопротивления для тел различной  формы, а именно для данного станка.

Форма тела	Направление движения воздуха	Сх
Параллелепипед	Перпендикулярно квадратной грани	0,85

 

S - площадь Миделя, м2, определяется по формуле:

S=b∙h = 1,2∙1,7=2,04 м.                   (3)

где b - ширина предмета, м;

  h - высота предмета, м.

Зная силу трения, можно найти  скоростной напор, вызывающий смещение оборудования.

Так как Рсм > Fтр и Рсм = Сх ∙S ∙∆Рск, то предельное значение скоростного напора, не вызывающего смещения предмета определяется:

                    (4)

где: f - коэффициент трения;

  b - ширина предмета, м;

m - масса оборудования, кг;

h -  высота предмета, м.

 Следовательно, по формуле (2) сила смещения будет равна:

=0,85∙2,04∙2,63=4,6 Н

По величине , график зависимости скоростного напора от избыточного давления ударной волны, находят предельное избыточное давление , при котором предмет не смещается.

График зависимости ΔР_ск от DР_Ф приведен на рис.1.

Рис. 1. Зависимость скоростного напора ΔР_ск от избыточного давления DР_Ф

Из графика зависимости  ΔР_ск от D при ΔР_ск =2,63 кПа определяем :

=28 кПа

Можно сделать вывод, что при DР_Ф > 28 кПа давление скоростного напора воздуха ударной волны взрыва вызовет смещение станка и его сильное разрушение.

Опрокидывание незакрепленного  оборудования произойдет, если смещающая  сила , действуя на плече Z=h/2 будет создавать опрокидывающий момент, превышающий момент отвеса оборудования на плече оборудования.

Рис 2. Силы, действующие на предмет при смещении и опрокидывании.

Скоростной напор  , вызывающий опрокидывание оборудования, определяем по формуле:

 

(5)

(6) 
Из формулы (5) и (6) можно определить значение скоростного напора, при котором станок еще не опрокинется:

                                          (7)

По графику рис.1. определяем при ∆Рск= 3,09кПа, ∆Рф=31кПа.

Выводом будет следующее: данное оборудование при взрыве с избыточном давлении взрывной волны ∆Pф= 69,86 кПа понесет полное разрушение, значительные деформации, восстановление оборудования возможно, но нецелесообразно, дальнейшая эксплуатация не желательна.

 

2.3. Определение устойчивости производственного комплекса к вероятной аварии с выбросом (разливом) АХОВ.

Задание:

Оценить, на каком расстоянии через 1 ч после  аварии будет сохраняться опасность  поражения рабочих в зоне химического  заражения при разрушении емкости  с жидкостью (утечка  азота емкостью 60 т.).

Исходные данные.

 Погодные  условия: температура воздуха  -20 , переменная облачность, снежный покров. Скорость ветра 2 м/с. Время от начала аварии 2 часа. Производственный персонал в цехе в 1-ой смене работают 100 чел., (в цехе –90 чел., вне цеха – 10 чел.); во 2-ой смене – 53 чел. (45 чел и 8 чел. соответственно). Обеспеченность производственного персонала противогазами – 78%.

Характеристика данного химического  вещества.

Азот  является начальным и важнейшим  элементом подгруппы. Азот - типичный неметаллический элемент. В отличие  от других элементов подгруппы, азот не имеет возможности увеличения валентности. Электронная структура  представлена семью электронами, расположенными на двух энергетических уровнях. Степени  окисления азота: - 3,+5,-2,-1,+1,+2,+3,+4. Атом азота имеет высокую химическую активность, он присоединяет электроны  активнее атомов серы и фосфора. Азот в промышленности получают из воздуха, используя различие температур кипения азота и кислорода.

Азот  применяют в химической промышленности для получения аммиака, мочевины и проч.; в электротехнике при  создании электроламп, перекачке горючих  жидкостей, сушке взрывчатых веществ  и проч.

При повышенной температуре азот соединяется со многими металлами, при комнатной - только с литием. С неметаллами  азот взаимодействует при еще  большей температуре. Благодаря  этому, возможна жизнь на нашей планете, так как если бы азот вступал бы в реакцию при небольших температурах, то он среагировал с кислородом, вместе с которым входит в состав воздуха, и живые существа не смогли бы дышать этой смесью газов.

 

Решение.

Расчет  параметров ЧС при разливе с выбросом АХОВ производится по методичке: «Безопасность жизнедеятельности».

1. Согласно таблице 2П-1 принимается: метеоусловия - изотермия, скорость ветра - 2 м/с.

2. Эквивалентное количество Q_э1 (т) в первичном облаке определяется по формуле:

                                 Q_э1 = К₁ К₃ К₅ К₇ Q₀,                                               (1)

где К₁ - коэффициент, зависящий от условий хранения СДЯВ (приложение 3; для сжатых газов К₁ = 1); (из табл.2П-2) К₁ =0;