Мета практичних занять: придбання студентами практичних навичок займання та вибуху пожежовибухонебезпечних речовин, сумішей і технічних продуктів при аваріі.
1. Загальне положення
Визначенню величин небезпечних і шкідливих факторів пожежі і вибуху, що є основою оцінки наслідків аварій, повинна передувати імовірнісна оцінка аварій виробництва, технічної системи, об'єкта, яка також може бути асоційована з антропогенним та екологічним ризиком. Слід зазначити, що пожежовибухонебезпека в металургії, теплоенергетиці, за оцінкою наближається до такої у хімічному виробництві. Це дозволяє використовувати ідентичну методику при оцінки наслідків аварій в зазначений сферах виробництва.
Iмовірнісна оцінка аварій в загальному випадку включав себе наступні етапи:
аналіз технологічного процесу, особливостей зберігання і транспортування речовини;
побудова "дерева" аварій (відмов);
оцінка ймовірності вихідної події, що викликає відмову системи;
Імовірність аварії визначається надійністю деталей, вузлів устаткування і надійністю технологічного процесу в цілому. Первинною причиною аварійної ситуації є поява відмови, причому більшість одиничних відмов слід віднести до подій, не залежних від передісторії поведінки системи.
Якщо в результаті своєчасних заходів вдається відновити нормальний робочий режим процесу, то одинична аварійна відмова наслідків не має. Як правило, одинична відмова може бути локалізована і вона не веде до аварії.
Реально аварія можлива при накопиченні відмов - появі так званої немарковської відмови, що викликає наступні. У цьому випадку об'єкт переходить в стан, що характеризується втратою контролю та управління, і стає джерелом небезпечних і шкідливих факторів для персоналу, населення і навколишнього середовища.
Ймовірна оцінка аварійних ситуацій базується на аналізі стану загальнотехнологічних об'єктів і процесів, на узагальненні статистичних відомостей про такі ситуації, що мали місце на промислових об'єктах хіміко - технологічного профілю.
Розподіл ймовірності безвідмовної роботи P1 об'єкта підпорядковується експоненціальним законом і визначається залежністю:
P1(τ) = e−λ1∙ τ , інакше при обчисленнях може бути представлена:
ln
=
λ1 ∙
τ , где λ1 =
;
T1 __ напрацювання на відмову; τ – час.
Ймовірність безаварійної роботи об'єкта визначається аналогічним виразом:
P2(τ)
= e
−λ2∙τ
, где λ2
=
;
T2 __ напрацювання на аварiю.
З досвіду експлуатації промислових підприємств хімічного профілю слід, що
T2 = 103 ∙ T1 ,
тобто аварійним є одна відмова з тясяч. Тоді
P2
= e
, P2
= P1
Якщо вважати, що для сучасних технологій рівень ймовірності безвідмовної роботи складає Р1 = 0,995, то це означає, що ймовірність безаварійної роботи Р2 = 0,999995, а ймовірність аварії
Ра = 1- Р2 = 5 ∙ 10-6
Це, по видимому гранично досяжний в даний час рівень безаварійності для підприємств хіміко-технологічного профілю. Для сучасних діючих західних хімічних виробництв рівень імовірності аварії становить 1*10-3, причому ймовірність помилки оператора оцінена 2,5 * 10-3 −2,0 * 10-4 од./рiк.
Розраховані ймовірності аварії мають такі значення:
при зберіганні зріджених вуглеводневих фракцій у резервуарах під тиском ‒ 5,9*10-5 рік -1,
при зберіганні легко займистих рідин − 7,9*10-3 год-1,
при зберіганні етилену − 1,8*10-4 рiк-1,
ризик для магістрального трубопроводу − 5,7*10-4 рік-1.
Представляє інтерес оцінки ймовірностей аварій для резервуара ємністю 50м3, заповненого пропiленом:
розрив резервуару при 100% - ому − 2,84*10-5 рiк-1,
розрив резервуару при 50% - Ому заповненнi − 2*10-4 рiк-1,
розрив рідинної лінії − (1,04*10-4 − 2,97*10-5) рiк-1.
Для отримання статистично більш достовірних даних можна прийняти такі ймовірності одиничних відмов обладнання (одиничних аварій):
розрив рідинної лінії (під тиском вакууму) − 5*10-4 рiк-1,
руйнування резервуара ємністю до 50м3 − 1*10-5 рiк-1,
помилка оператора − 1*10-4 рiк-1,
ймовірність аварії при зберіганні ЛЗР − 1*10-4 рiк-1.
Розвиток процесiв відмов та можливих аварій на промислових підприємствах прийнято представляти у вигляді схем - "дерево" аварій. "Дерево" являє собою алгоритм кінцевої події.
При його побудові використовується Булева алгебра логіки та інженерна логіка. Графічно "дерево" будується із символів подій, символів логічних знаків і зв'язують структурних ліній. Воно характеризує безпеку системи в якісному і кількісному відношенні [1].
Власне оцінка наслідків аварій при виробництві, зберіганні і транспортуванні пожежовибухонебезпечних хімічних речовин, сумішей і технічних продуктів полягає у визначенні величини небезпечних і шкідливих факторів пожежі і вибуху.
В умовах аварій можливе поєднання двох і навіть трьох видів небезпеки у однієї і тієї ж речовини, продукту, що створює якісно нову картину його небезпеки: небезпека травм з тяжким наслідком від дії надлишкового тиску вибуху, опіки і масові отруєння.
Крім того, пожежонебезпечні властивості, а також легка займистість багатьох газів і рідин зумовлюють потенційну небезпеку утворення в зоні аварії нових високотаксічних продуктів термоокислювальної деструкції вихідних речовин, що вимірюють і підсилюють загальну картину токсичності середовища. вибух розглядається як процес вивільнення великої кількості енергії в обмеженому об'ємі за короткий проміжок часу.
У результаті вибухонебезпечну речовину або суміш перетворюється в сильно нагрітий газ з дуже високим тиском. Під час вибуху в навколишньому середовищі утворюється і поширюється ударна хвиля. Швидкість поширення полум'я у газових сумішах досягає іноді 1000-3500 м / с. Головним дійовим проявом вибуху є ударна хвиля, що представляє собою тонку перехідну область, що рухається в речовині (газі, рідині або твердому тілі) і що характеризується стрибкоподібним збільшенням тиску, зміни щільності, температури і швидкості руху речовини. Ударна хвиля рухається в напрямку нестисненої речовини зі швидкістю, що перевищує швидкість звуку в ньому. У теорії вибуху під ударною хвилею розуміють всю масу середовища (зазвичай повітря), стислу і наведену в рух, а рухому поверхню розділу між собою і необуреним середовищем називають фронтом ударної хвилі.
В даний час хімічні речовини кваліфікуються як пожежонебезпечні по ряду показників пожежної небезпеки та фізичного стану речовини (нижня межа поширення полум'я, температура спалаху, температура розкладання, інтенсивність газовиділення та ін), регламентованих ГОСТ 19433-88. ГОСТ 12.1.044-89 "Система стандартів безпеки праці. Вогнестійкість" та іншими нормативними документами (2). Такий підхід заснований на аналізі характеристик речовин і дає можливість порівняльної оцінки їх потенційної небезпеки, але не дозволяє належним чином розкрити реальну небезпеку речовини залежно від маси речовини і конкретних особливостей аварійної обстановки.
За цих обставин деякі хімічні речовини, суміші та технічні продукти проявляють себе як особливо небезпечні - викликають масові ураження людей або нанесення шкоди навколишньому природному середовищу, сільськогосподарським і іншим об'єктам у великих масштабах (2). За цими ознаками до даної категорії речовин слід віднести перш за все речовини, здатні при аварії утворювати пароповітряну хмару з подальшим її займанням або вибухом, коли нищівну силу полум'я або вибухової хвилі поширюється на відстань 100 м і більше, створюючи тим самим загрозу життю і здоров'ю людей.
Найбільшу реальну небезпеку, окрім цього представляють речовини, здатні при аваріях утворювати "вогняну кулю" і вибухоподібно скипати. Для таких речовин немає необхідності розраховувати величину тиску вибуху або інтенсивність теплового випромінювання, а досить переконатися в наявності вказаних у них властивостей, щоб віднести до категорії особливо небезпечних.
У зв'язку з цим в розрахункові формули для визначення небезпечних чинників входить ряд істотних необхідних параметрів : маса аварійного викиду (протоки) речовини, теплота згорання речовини, коефіцієнт участі речовини у вибуху, площа протоки речовини, питома теплоємність речовини, його прихована теплота пароутворення, молекулярна маса, тиск насиченої пари, щільність пари речовини, швидкість його вигорання, температура довкілля, атмосферний тиск, тиск спрацьовування запобіжного клапана місткості, в якій знаходиться речовина, швидкість вітру, нижня концентраційна межа поширення полум'я по газоповітряній суміші. Облік їх важливий не лише в протипожежному, але і в медико-профілактичному відношенні, оскільки дозволяє грунтовніше прогнозувати вірогідні втрати і розміри збитку довкілля.