4.2. Критерии поражения тепловым излучением
Для теплового излучения могут быть использованы как детерминированные, так и вероятностные критерии поражения.
4.2.1 Детерминированные критерии оценки поражения тепловым излучением
При анализе воздействия теплового излучения следует различать случаи импульсного и длительного воздействия. В первом случае следует говорить о дозе излучения D (случай огненного шара), во втором - о критической интенсивности теплового излучения qCR (например, пожар пролива).
Величины qCR для воспламенения некоторых горючих материалов приведены ниже в табл. 4.7, для различных степеней поражения человека - в табл. 4.8.
Таблица 4.7
|
Материалы |
qCR, кВт×м-2 |
|
Древесина (сосна влажностью 12 %) |
13,9 |
|
Древесностружечные плиты (плотностью 417 кг × м-3) |
8,3 |
|
Торф брикетный |
13,2 |
|
Торф кусковой |
9,8 |
|
Хлопок-волокно |
7,5 |
|
Слоистый пластик |
15,4 |
|
Стеклопластик |
15,3 |
|
Пергамин |
17,4 |
|
Резина |
14,8 |
|
Уголь |
35,0 |
|
Рулонная кровля |
17,4 |
|
Картон серый |
10,8 |
|
Декоративный бумажно-слоистый пластик |
19,0-24,0 |
|
Металлопласт |
24,0-27,0 |
|
Плита древесноволокнистая |
13,0 |
|
Плита древесностружечная |
12,0 |
|
Плита древесностружечная с отделкой «Полиплен» |
12,0 |
|
Плита древесноволокнистая с лакокрасочным покрытием под ценные породы дерева |
12,0-16,0 |
|
Винилискожа обивочная пониженной горючести |
30,0-32,0 |
|
Кожа искусственная |
17,9-20,0 |
|
Стеклопластик на полиэфирной основе |
14,0 |
|
Лакокрасочные покрытия |
25,0 |
|
Обои моющиеся ПВХ на бумажной основе |
12,0 |
|
Линолеум ПВХ |
10,0-12,0 |
|
Линолеум алкидный |
10,0 |
|
Линолеум ПВХ на тканевой основе |
6,0-12,0 |
|
Покрытие ковровое |
4,0-6,0 |
|
Сено, солома (при минимальной влажности до 8 %) |
7,0 |
|
Легковоспламеняющиеся, горючие и трудногорючие жидкости при температуре самовоспламенения, °С: |
|
|
300 |
12,1 |
|
350 |
15,5 |
|
400 |
19,9 |
|
500 и выше |
28,0 и выше |
|
Без негативных последствий в течение неограниченного времени |
1,4 |
|
Безопасно для человека в брезентовой одежде |
4,2 |
|
Непереносимая боль через 20-30 с |
7,0 |
|
Ожог 1 степени через 15-20 с |
10,5 |
|
Ожог 2 степени через 30-40 с |
|
|
Непереносимая боль через 3-5 с |
|
|
Ожог 1 степени через 6-8 с |
20,0 |
|
Ожог 2 степени через 12-16 с |
|
|
Мгновенные болевые ощущения через 4 с |
|
|
Летальный исход с вероятностью 50 % при длительности воздействия около 10 с |
44,5 |
Детерминированные критерии поражения технологического оборудования и строительных конструкций определяются, как правило, из условия потери ими несущей способности.
Основным критерием потери несущей способности является достижение на необогреваемой поверхности (например, внутренней поверхности резервуара, вблизи которого находится очаг пожара) критической температуры. Некоторые данные о значениях критических температур строительных материалов приведены ниже в табл. 4.9.
Таблица 4.9
|
Материал |
Критическая температура, °С |
|
Сталь марок Ст3, Ст5 в стальных конструкциях; арматурные стали классов: A-I, A-II, A-IV, Am-IV, A-V, Am-V |
500 |
|
Арматурная сталь классов: |
|
|
A-III |
600 |
|
Am-VI, Am-VII, B-I, Bp-I |
450 |
|
Высокопрочная арматурная проволока классов В-II, Вр-11 и арматурные канаты класса К-7 |
400 |
|
Сталь марок Ст3, Ст5 при жестком закреплении стальных конструкций и для металлических каркасов |
300 |
|
Конструкции из алюминиевых сплавов |
250 |
|
Гранит |
700 |
|
Известняк |
800 |
|
Тяжелый бетон с заполнителем |
600 |
|
Тяжелый бетон с известняковым заполнителем |
675 |
|
Кирпич глиняный обыкновенный |
900 |
|
Силикатный кирпич |
700 |
Оценка поражающего действия теплового излучения может быть проведена путем решения уравнения теплопроводности для облучаемого объекта (например, резервуара) с определением момента достижения температурой конструкционных материалов критических значений, приведенных в табл. 4.9.
Для приближенной оценки поражающего действия теплового излучения можно использовать метод, основанный на оценке критических величин плотностей тепловых потоков, вызывающих нагрев конструкционных материалов до критических температур. При этом величины критических тепловых потоков могут определяться как экспериментальным, так и расчетным путем.
Имеются экспериментальные данные по минимальной плотности теплового потока qmin, при которой возможен прогрев труб до температур самовоспламенения типичных нефтепродуктов (табл. 4.10).
Таблица 4.10
|
Температура самовоспламенения, °С |
qmin (кВт × м-2) при времени прогрева (мин) |
|||
|
1 |
3 |
5 |
более 15 |
|
|
250 |
21,3 |
13,2 |
11,9 |
8,9 |
|
300 |
27,1 |
19,2 |
16,9 |
12,0 |
|
350 |
34,9 |
25,8 |
22,7 |
15,5 |
|
400 |
- |
34,9 |
30,2 |
19,9 |
|
500 и более |
- |
- |
34,9 |
27,9 |
В литературе описан метод расчетно-аналитического определения противопожарных разрывов между резервуарами с СУГ и ЛВЖ. Предполагается, что горение резервуара с ЛВЖ происходит во всем обваловании резервуара. В качестве критической температуры не смоченной стенки резервуара с СУГ принимается величина 427 °С. Расчеты показали, что плотность падающего на стенки резервуара теплового потока не должна превышать 13,5 кВт×м-2 в отсутствии ветра и 22 кВт × м-2 при скорости ветра 10 м × с-1.
Исходя из вышеизложенного, могут быть сделаны следующие практические рекомендации для учета поражающего действия теплового излучения по отношению к технологическому оборудованию и резервуарам. В случае полного охвата пламенем стенок резервуара представляется достаточным решение тепловой задачи в обыкновенных дифференциальных уравнениях с использованием критических температур из табл. 4.10. При несимметричном нагреве возможно использование понятия критической плотности теплового потока qmin. Если решается задача о возможности переноса пламени от горящего резервуара к негорящему, может быть использована табл. 4.10 и формула (4.9). Если решается задача о разрушении не смоченной стенки резервуара, то величина qmin может быть принята приближенно равной 20 кВт × м-2.
4.2.2. Вероятностные критерии оценки поражения тепловым излучением
В качестве вероятностного критерия оценки поражения тепловым излучением целесообразно использовать описанное выше понятие пробит-функции.
Для смертельного поражения человека величина пробит-функции описывается следующим выражением
Рr = -14,9 + 2,56 ln (D); (4.11)
D = tq4/3. (4.12)
Величина эффективного времени экспозиции t может быть вычислена по формулам:
для огненного шара
t = 0,92m0,303; (4.13)
для пожара пролива
где т - масса горючего вещества, участвующего в образовании огненного шара, кг; t0 - характерное время, за которое человек обнаруживает пожар и принимает решение о своих дальнейших действиях (может быть принято равным 5 с); х - расстояние от места расположения человека до безопасной зоны (зона, где интенсивность теплового излучения меньше 4 кВт × м-2); и - средняя скорость движения человека к безопасной зоне (может быть принята 5 м × с-1).
Величина дозы излучения D в случае пожара-вспышки для смертельного поражения человека может быть вычислена следующим образом. Вначале определяется эффективный радиус продуктов сгорания R по формуле
R = Rex(Ei - 1)1/3, (4.15)
где Rex - радиус взрывоопасной зоны, м, вычисляемый в соответствии с изложенной в п. 3.3 методикой; Еi - коэффициент расширения продуктов сгорания (может быть принят равным 7).
Величина D ((кВт × м-2)4/3 × с) определяется по следующим формулам в зависимости от расстояния r от геометрического центра паровоздушного облака:
|
Расстояние |
D, (кВт × м-2)4/3 × с |
|
r < 1,1R |
D = 3000 |
|
1,1R £ r < 1,2R |
2300 < D < 3000 |
|
1,2R £ r < 1,3R |
1000 < D < 2300 |
|
1,3R £ r < 1,4R |
200 < D < 1000 |
|
r ³ 1,4R |
D = 0 |
Величины D для промежуточных значений r следует определять с помощью линейной интерполяции.
ПРИЛОЖЕНИЕ 5
МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ПОЖАРНОГО РИСКА
Оценку индивидуального и социального риска для зданий промышленных предприятий следует проводить в соответствии с ГОСТ Р 12.3.047-98 (Приложение Ш).
Оценку потенциального, индивидуального, социального и коллективного рисков для территории предприятия следует проводить по изложенным ниже методикам.
5.1. Потенциальный риск
Величина потенциального риска Р(а) (год-1) в определенной точке местности а, где расположено предприятие, определяется с помощью соотношения
где I - число сценариев развития аварии (ветвей логического дерева событий возникновения и развития аварии); Qdi(a) - условная вероятность поражения человека в определенной точке местности а в результате реализации i-го сценария развития аварии, отвечающего определенному событию, инициирующему аварию; Q(Ai) - частота реализации в течение года i-го сценария развития аварии, год-1.
Условные вероятности поражения человека Qdi(a) определяются по значениям пробит-функций.
Величина Р(а) определяется посредством наложения зон поражения опасными факторами с учетом частоты реализации каждого сценария развития аварии на карту местности с привязкой их к соответствующему событию, инициирующему аварию (элементу оборудования, технологической установке) и ориентированию зоны поражения в соответствии с метеорологическими условиями (для струйного горения, пожара-вспышки, образования и взрывного превращения газопаровоздушного облака). При расчете риска рассматриваются различные метеорологические условия с типичными направлениями ветров и ожидаемой частотой их возникновения.
Процедура расчета риска предусматривает рассмотрение различных аварийных ситуаций и определение зон поражения опасными факторами пожара и взрыва, и частот их реализации. Для удобства расчетов территорию местности делят на зоны, внутри которых величины P(а) полагаются одинаковыми.
В необходимых случаях оценка условной вероятности поражения человека проводится с учетом совместного воздействия более чем одного опасного фактора (для ветвей со стадиями с условием перехода «И»). Так, например, для расчета условной вероятности поражения человека при реализации сценария развития аварии, связанного со взрывом резервуара с ЛВЖ под давлением, находящегося в очаге пожара, необходимо учитывать, кроме теплового излучения огненного шара, воздействие ударной волны и осколков.
Условная вероятность поражения человека Qdi(a) от совместного независимого воздействия несколькими опасными факторами в результате реализации i-го сценария развития аварии определяется следующим образом:
где h - число рассматриваемых опасных факторов аварии; Qk - вероятность реализации k-го опасного фактора; Qdik(a) -условная вероятность поражения k-м опасным фактором.
Результаты расчетов потенциального риска отображаются на карте (ситуационном плане) предприятия и прилегающих районов в виде замкнутых линий равных значений (изолинии функции Р(а)).
Изолинии функции Р(а) называются контурами риска. Их физический смысл состоит в том, что они разделяют территорию предприятия (так же, как и местность вокруг предприятия) на области, в которых ожидаемая частота возникновения опасных факторов аварии, приводящих к гибели людей, заключена в определенных, указанных на рисунке, пределах.
Контуры риска не зависят от количества работающих на предприятии или их должностных обязанностей, а определяются исключительно используемой технологией и надежностью применяемого оборудования. Потенциальный риск используется как мера (критерий допустимости / недопустимости) уровня пожарной безопасности объекта.
5.2. Индивидуальный риск
Для любого работника предприятия существует возможность гибели при возникновении аварии. Потеря жизни в течение определенного периода времени (года) является случайным событием, зависящим от рода его профессиональной деятельности, в том числе от продолжительности нахождения работника в областях, отвечающих различным контурам риска при его перемещениях по промышленной площадке предприятия в течение рабочей смены.
Для целей управления безопасностью персонала используется количественная мера возникновения этого случайного события - частота поражения опасными факторами пожара (взрыва) определенного человека, называемую индивидуальным риском.
Таким образом, индивидуальный риск определяется как ожидаемая частота поражения определенного работника предприятия опасными факторами аварий в течение года.
Области, на которые разбита территория предприятия, обозначается
J, j = 1, ... J.
Для удобства описания расчетов работники предприятия нумеруются
т = 1, ..., М.
Текущий номер работника т однозначно определяет наименование должности работника, его категорию и другие особенности его профессиональной деятельности, необходимой для оценки безопасности.
Величина индивидуального риска Rm (год-1) для работника предприятия т определяется с помощью соотношения
где P(j) - величина потенциального риска в j-й области территории предприятия, год-1; qjm - доля времени, в течение которого работник предприятия т находится в j-й области территории предприятия.
Доля времени, в течение которого работник находится в определенной области территории предприятия, рассчитывается на основе решений по организации эксплуатации и технического обслуживания оборудования.
5.3. Социальный риск
Для анализа воздействия промышленных аварий на людей, а также для установления приемлемости того или иного уровня пожарной или промышленной безопасности используется понятие социального риска.
Социальный риск задается с помощью функции, значениями которой являются величины, определяющие, что в аварии с пожаром погибло не менее определенного количества человек.
Социальный риск S (год-1) определяется по формуле
где L - число сценариев развития аварии, для которых выполняется условие Ni ³ N0; Ni - ожидаемое число погибших в результате реализации i-го сценария развития аварии; N0 - число погибших, для которого оценивают величину социального риска. В настоящем документе принимается N0 = 10.
Ожидаемое число погибших в результате реализации i-го сценария развития аварии можно оценить по следующей формуле
где J - количество областей, на которые разбита территория предприятия и территория, прилегающая к предприятию (j - номер области); Qdij - условная вероятность поражения человека, находящегося в j-й области, опасными факторами пожара (взрыва) при реализации i-го сценария развития аварии; nj - среднее число людей, находящихся в j-й области.
Социальный риск S является интегральной величиной. В то же время социальный риск можно рассматривать и как векторную величину, компоненты которой имеют размерность год-1. При этом результаты расчетов социального риска могут быть представлены в виде так называемых F/N диаграмм, где по горизонтальной оси откладывают N - количество погибших в результате реализации i-го сценария развития аварии, а по вертикальной оси - F - частоту реализации сценария, при котором погибло не менее N человек. Подобные зависимости могут быть аппроксимированы кривой - графиком непрерывной функции F(N). При этом указанная выше величина S описывается следующим выражением