Характеристика аварий на пожаро- и взрывоопасных объектах и гидродинамически опасных объектах

Созидательная деятельность человека направлена на получение энергии, ее накопление и последующее использование. При этом возможен случай неконтролируемого выхода энергии с переходом более высокого энергетического потенциала на низший уровень. Этот процесс обусловлен физико-химическими превращениями в веществе – потенциальном носителе энергии. В этом случае часть энергии способна реализовываться в виде взрывов, пожаров и механических воздействий.

Объекты, на которых могут возникать опасные явления со взрывами и пожарами, относят к классу взрывоопасных.

Федеральным законом «О промышленной безопасности опасных производственных объектов (ОПО)», принятым Государственной Думой 20 июня 1997 г., определены две категории ОПО. К первой категории относятся ОПО, на которых получаются, используются, перерабатываются, образуются, хранятся и транспортируются следующие опасные вещества:

а) воспламеняющие вещества – газы, которые при нормальном давлении и в смеси с воздухом становятся воспламеняющимися, и температура кипения которых при нормальном давлении составляет 20°С и ниже;

б) окисляющие вещества – вещества, поддерживающие горение, вызывающие воспламенение и (или) способствующие воспламенению других веществ в результате окислительно-восстановительной экзотермической реакции;

в) горючие вещества – жидкости, газы, пыли, способные самовозгораться, а также возгораться от источника зажигания и самостоятельно гореть после его удаления;

г) взрывчатые вещества – вещества, которые при определенных видах внешнего воздействия способны на очень быстрое самораспространяющееся химическое превращение с выделением тепла и образованием газов.

К пожароопасным относятся объекты нефтяной, газовой, химической, металлургической, лесной, деревообрабатывающей, текстильной, хлебопродуктовой промышленности и др. Кроме них к пожароопасным могут быть отнесены некоторые объекты жилого, социального и культурного назначения. Статистика подтверждает, что в России около 70% пожаров возникает в непроизводственной сфере – жилых домах и общественных зданиях.

Другую категорию ОПО представляют объекты, использующие оборудование под давлением более 0,07 МПа или при температуре воды более 100°С. Такими объектами могут быть не только промышленные предприятия, но и транспортные средства со взрывоопасным грузом, некоторые объекты соцкультбыта. В частности, к взрывоопасным объектам относятся предприятия оборонной, нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, химической, газовой, хлебопродуктовой, текстильной и фармацевтической промышленности, склады взрывчатых, легковоспламеняющихся и горючих веществ, сжиженных газов.

В соответствии с Федеральным Законом «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» определены предельные нормы опасных веществ, наличие которых на взрывопожароопасном объекте является основанием для обязательной разработки декларации промышленной безопасности. Этот документ разрабатывается в соответствии с постановлением Правительства № 675 от 1 июля 1995 г. «О декларации безопасности промышленного объекта Российской Федерации», совместным приказом МЧС России № 222/59 от 4 апреля 1996 г. и Госгортехнадзора России № 559/125 от 7 августа 1996 г., постановлением № 66 Госгортехнадзора России от 7 сентября 1999 г.

Таблица 1.1

Предельное количество опасных веществ, определяющих обязательность разработки декларации промышленной безопасности

В соответствии с Федеральным законом «О пожарной безопасности» пожаром называется неконтролируемое горение, причиняющее материальный ущерб, вред жизни и здоровью граждан, интересам общества и государства. В физико-химической основе пожара лежит процесс горения.

Горение – это сложный физико-химический процесс превращения горючих веществ и материалов в продукты сгорания, сопровождаемый интенсивным выделением тепла, дыма и световым излучением. Особенностями горения на пожаре, в отличие от других видов горения, являются склонность к самопроизвольному распространению огня, сравнительно невысокая степень полноты сгорания, интенсивное выделение дыма, содержащего продукты полного и неполного окисления.

Пожары по своим масштабам и интенсивности подразделяются на следующие виды:

а) Отдельный пожар – возникает в отдельном здании или сооружении. Продвижение людей и техники по застроенной территории между отдельными пожарами возможно без средств защиты от теплового излучения.

б) Сплошной пожар – одновременное интенсивное горение преобладающего количества зданий и сооружений на данном участке застройки. Продвижение людей и техники через участок сплошного огня невозможно без средств защиты от теплового излучения.

в) Огневой шторм – это особая форма распространяющегося сплошного пожара, характерными признаками которого являются наличие восходящего потока продуктов сгорания и нагретого воздуха, а также приток свежего воздуха со всех сторон со скоростью не менее 50 км/ч по направлению к границам огневого шторма.

г) Массовый пожар – представляет собой совокупность отдельных и сплошных пожаров.

Пожары характеризуются рядом параметров, в том числе:

а) продолжительностью пожара – временем с момента его возникновения до полного прекращения горения;

б) площадью пожара – площадью проекции зоны горения на горизонтальную или вертикальную плоскость;

в) зоной горения – частью пространства, в котором происходит подготовка горючих веществ к горению (подогрев, испарение, разложение) и их горение;

г) зоной теплового воздействия – частью пространства, примыкающего к зоне горения, в котором тепловое воздействие приводит к заметному изменению состояния материалов и конструкции и делает невозможным пребывание в нем людей без специальной тепловой защиты (теплозащитных костюмов, отражательных экранов, водяных завес и т.п.).

д) зоной задымления – частью пространства, примыкающего к зоне горения и заполненного дымовыми газами в концентрациях, создающих угрозу жизни и здоровью или затрудняющих действия пожарных подразделений.

Пожар в основном распространяется в сторону своего фронта. Фронт сплошного пожара – это граница сплошного пожара, по которой огонь распространяется с наибольшей скоростью.

Еще одна группа параметров, характеризующих пожар – температурная. Температура внутреннего пожара– это среднеобъемная температура газовой среды помещения. Температура открытого пожара – это температура пламени. Температура внутренних пожаров, как правило, ниже, чем открытых.

Последствия пожаров обусловлены действием их поражающих факторов. Основными из них являются:

- непосредственное действие огня на горящий предмет (горение);

- дистанционное воздействие на предметы и объекты высоких температур за счет излучения.

В результате происходит сгорание предметов и объектов, их обугливание, разрушение, выход из строя. Уничтожаются все элементы зданий и конструкций, выполненных из сгораемых материалов.

Вторичными последствиями пожаров могут быть взрывы, утечка ядовитых или загрязняющих веществ в окружающую среду.

Тяжелыми чрезвычайными техногенными событиями являются аварийные взрывы. Взрыв – это быстропротекающий процесс физических или химических превращений веществ, сопровождающийся выделением значительного количества энергии в ограниченном объеме, в результате которого в окружающем пространстве образуется и распространяется ударная волна, способная привести или приводящая к возникновению техногенной чрезвычайной ситуации (ГОСТ Р 22.0.05–94). По другому определению, взрыв – это процесс выделения энергии за короткий промежуток времени, связанный с мгновенным физико-химическим изменением состояния вещества, приводящим к возникновению скачка давления или ударной волны, сопровождающихся образованием сжатых газов или паров, способных производить работу (ГОСТ Р 22.0.08–96). Он приводит к образованию сильно нагретого газа (плазмы) с очень высоким давлением, который при моментальном расширении оказывает ударное механическое воздействие (давление, разрушение) на окружающие тела.

Взрыв в твердой среде сопровождается ее разрушением и дроблением, в воздушной или водной среде вызывает образование воздушной или гидравлической ударных волн, которые оказывают разрушающее воздействие на помещенные в них объекты.

Особенно большая потенциальная опасность взрывов существует на взрывоопасных объектах. В соответствии с Федеральным законом «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» к ним относятся объекты, на которых получаются, используются, перерабатываются, образуются, хранятся, транспортируются, уничтожаются взрывчатые вещества – это вещества, которые при определенных видах внешнего воздействия способны на очень быстрое самораспространяющееся химическое превращение с выделением тепла и образованием газов.

Основными поражающими факторами взрыва являются:

- воздушная ударная волна, возникающая при ядерных взрывах, взрывах инициирующих и детонирующих веществ, при взрывах и превращениях облаков топливовоздушных смесей, взрывах резервуаров с перегретой жидкостью и резервуаров под давлением;

- осколочные поля, создаваемые летящими обломками разного рода объектов технологического оборудования, строительных деталей и т.д.

Основными параметрами поражающих факторов при этом выступают:

а) воздушная ударная волна – избыточное давление в ее фронте;

б) осколочное поле – количество осколков, их кинетическая энергия и радиус разлета.

Вторичными последствиями взрывов являются поражения людей, находящихся внутри объектов, обломками разрушенных конструкций зданий и сооружений, их погребение под обломками. При взрывах люди получают термические и механические повреждения. Характерны черепно-мозговые травмы, множественные переломы и ушибы, комбинированные поражения.

Наводнение – затопление водой значительных территорий (местности) в результате подъема уровня воды в реке, водохранилище, озере или море, вызванное обильным притоком воды в период снеготаяния или ливней, при ветровых нагонах воды, заторах и других явлениях.

Это опасное природное явление. В зависимости от причин возникновения наводнения подразделяются на 6 основных видов: половодья, паводки, заторы, зажоры, ветровые нагоны и наводнения при прорывах плотин.

Половодье – периодически повторяющийся относительно продолжительный подъем уровня воды в реках, вызываемый обычно весенним таянием снегов на равнинах или дождевыми осадками, а также весенне-летним таянием снега в горах; его следствием является затопление низких участков местности.

Паводок – интенсивный периодический, относительно кратковременный подъем уровня воды в реке, вызываемый обильными дождями, ливнями, иногда быстрым таянием снега, при зимних оттепелях.

Затор – нагромождение льдин во время весеннего ледохода в сужениях и излучинах русла реки, стесняющее живое течение и вызывающее подъем уровня воды в месте скопления льда и на некоторых участках выше него.

Зажор – скопление рыхлого ледового материала (шуги, мелкобитого льда) во время ледостава (в начале зимы) в сужениях и излучинах русла реки, вызывающее подъем уровня воды на некоторых участках выше него.

Ветровой нагон – подъем уровня воды, вызванный воздействием ветра на водную поверхность, случающийся обычно в морских устьях крупных рек, а также на наветренном берегу больших озер, водохранилищ и морей.

Гидродинамически опасный объект – сооружение или естественное образование, создающее разницу уровней воды до и после него. К ГОО относятся гидротехнические сооружения напорного фронта и естественные плотины. Отличительной особенностью ГОО является образование волны прорыва при его разрушении.

Авария на ГОО может произойти из-за воздействия сил природы (землетрясения, ураганы, обвалы, оползни и т.д.), конструктивных дефектов, нарушения правил эксплуатации, воздействия паводков, разрушения основания, недостаточности выбросов и т.д., а в военное время – как результат воздействия по ним средств поражения.

При прорыве в плотине образуется проран, от размеров которого зависят объем и скорость падения вод верхнего бьефа в нижний бьеф ГОО и параметры волны прорыва.

Основным поражающим фактором катастрофического затопления является волна прорыва, характеризующаяся высотой волны, скоростью движения и длительностью затопления.

Волна прорыва – волна, образующаяся во фронте устремляющегося в пролом потока воды, имеющая, как правило, значительную высоту гребня и скорость движения и обладающая большой разрушительной силой. Волна прорыва образуется при одновременном наложении двух процессов падения вод водохранилища из верхнего в нижний бьеф, порождающего волну, и резкого увеличения объема воды в месте падения, что вызывает переток воды из этого места в другое, где уровень воды ниже.

Волна прорыва, с гидравлической точки зрения, является волной перемещения, которая, в отличие от ветровых волн, возникающих на поверхностях больших водоемов, обладает способностью переносить в направлении своего движения значительные массы воды. Начало волны называется фронтом волны, который, перемещаясь с большой скоростью, выдвигается вперед. Зона наибольшей высоты волны называется гребнем волны, который движется, как правило, медленнее, чем ее фронт. Еще медленнее движется конец волны – хвост волны. Вследствие различия скоростей этих трех характерных точек волна постепенно растягивается по длине реки, соответственно уменьшая свою высоту и увеличивая длительность прохождения.

Прорыв плотин приводит к затоплению местности. Зона затопления образуется следующим образом. Волна прорыва в своем движении вдоль русла реки непрерывно изменяет высоту, скорость движения, ширину и другие параметры. Эта волна имеет зоны подъема уровней воды и зоны их спада, которые называются фронтом волны прорыва. Фронт волны прорыва может быть очень крутым при перемещении больших волн на участках, близких к разрушенному ГОО, и относительно пологим на значительном удалении от него. Вслед за фронтом волны прорыва высота ее начинает интенсивно увеличиваться, достигая через некоторое время максимума, превышая бровки берегов реки, в результате чего начинается затопление пойм. При этом образуются косые течения, которые формируют так называемый головной клин, имеющий в плане форму криволинейного треугольника.

После прекращения подъема уровней по всей ширине потока наступает более или менее длительный период движения, близкий к установившемуся. Этот период будет тем длиннее, чем больше объем водохранилища. Последней фазой образования зоны затопления является спад уровней.

Разрушительное действие волны прорыва является результатом:

- резкого изменения уровня воды в нижнем и верхнем бьефах при разрушении напорного фронта;

- непосредственного воздействия массы воды, перемещающейся с большой скоростью;

- изменения прочностных характеристик грунта в основании сооружений вследствие фильтрации и насыщения его водой;

- размыва и перемещения больших масс грунта;

- перемещения с большими скоростями обломков разрушенных зданий и сооружений и их таранного воздействия.

Высота и скорость волны прорыва зависят от гидрологических и топографических условий реки. Например, для равнинных районов скорость волны прорыва колеблется в пределах 3 – 25 км/ч, а для горных и предгорных мест имеет величины около 100 км/ч. Лесистые участки замедляют скорость и уменьшают высоту волны.

К основным характеристикам зоны наводнения в общем случае, как правило, относят:

- численность населения, оказавшегося в зоне наводнения;

- количество населенных пунктов, попавших в зону, охваченную наводнением;

- количество объектов различных отраслей экономики, оказавшихся в зоне, охваченной наводнением;

- протяженность железных и автомобильных дорог, линий электропередач, линий и коммуникаций связи, оказавшихся в зоне затопления;

- количество мостов и тоннелей, затопленных, разрушенных и поврежденных в результате наводнения;

- площадь сельскохозяйственных угодий, охваченных наводнением;

- количество погибших сельскохозяйственных животных.

Вопросы для самоконтроля. 1. Что называется горением? 2. На какие виды подразделяются пожары по своим масштабам и интенсивности? 3. Назовите две категории опасных производственных объектов согласно ФЗ № 116 «О промышленной безопасности опасных производственных объектов». 4. Какие объекты относятся к гидродинамически опасным объектам? 5. Что называется взрывом?