3.3. Устойчивость функционирования объектов в Брянской области

3.3.1. Факторы, влияющие на устойчивость

Под устойчивостью функционирования объекта понимается способность его в чрезвычайных ситуациях выпускать продукцию в запланированном объеме и номенклатуре, а в случае аварии восстанавливать производство в минимально короткие сроки.
На устойчивость функционирования объекта влияют следующие факторы:
- Надёжность защиты рабочих и служащих от последствий стихийных бедствий, аварий и катастроф, от первичных и вторичных факторов.
- Способность инженерно-технического комплекса объекта противостоять этим воздействиям.
- Надежность систем снабжения объекта необходимы для производства продукции сырьем, топливом, электроэнергией, газом, водой и т.д..
- Устойчивость и непрерывность управления производством и гражданской обороной.
- Подготовленность объекта к ведению спасательных и аварийно-восстановительных работ.

В военное время к этим факторам прибавляются и другие:
- Удаленность объекта от крупных городов, по которым возможен удар оружием массового поражения.
- Удаленность от АЭС и хранилищ химически опасных веществ.
- Степень подготовленности сельскохозяйственных предприятий к защите животных, растений, (запасы кормов, воды, механизация процессов производства, лекарственные препараты, средства обеззараживания т.п.).
- Наличие перерабатывающих предприятий и тепличных хозяйств.

С точки зрения обеспечения безопасности рабочих и служащих, население, проживающего вблизи объекта, важное место занимает мероприятия по исключению вторичных поражающих факторов. Поражение от вторичных факторов могут превзойти поражения от основных поражающих факторов. Примеры вторичных поражающих факторов даны на рисунке 3.3.1.

Рис 3.3.1. Вторичные поражающие факторы

Потенциальные источники вторичных поражающих факторов:
- объекты высокой пожаро- и взрывоопасности;
- объекты, использующие ХОВ;
- сооружения с перепадом уровней воды.

Вторичные факторы могут быть внутренними, когда их источником является разрушение самого объекта, и внешними, когда объект попадает в зону действия вторичных факторов, возникающих при разрушении других объектов.

3.3.2. Методика оценки устойчивости отраслей экономики

- Выявляют источники внутренних вторичных поражающих факторов (нефтесклад, склад взрывоопасных веществ, склад ЛВЖ, ГЖ и прочие).
- Выявляют источники внешних вторичных поражающих факторов (АЭС, плотина, емкость с ХОВ и прочие).
- Находят расстояние от объекта до источника вторичных поражающих факторов R.
- Определяют характер поражения (пожар, затопление, взрыв, заражение и т.д.).
- Определяют радиус поражения ударной волной;
- Определяют радиус зон пожаров;
- Рассчитывают скорость прихода волны прорыва при разрушении гидротехнических сооружений и т.п.
- Рассчитывают время начала действия фактора по формуле:

T = R / V (3.3.1)
где:
R - расстояние от объекта до источника вторичных поражающих факторов, км;
  V - скорость распространения фактора, км/ ч (зависит от метеоусловий, застройки, рельефа и прочие).

Например: скорость распространения ударной волны - 100 м/c; скорость пожара - 20-30 км/ч; скорость прохождения волны - 5 м/с, переноса облака зараженного воздуха (дыма) - Vпер= (1,5…2) * Vв.

После этого определяют продолжительность действия фактора:
- время пожара;
- время поражающего действия ХОВ;
- продолжительность прохождения волны прорыва.

Рассчитывают возможный ущерб.
В качестве критериев устойчивости приняты следующие:
- при воздействие ударной волны - избыточное давление, при котором элементы здания не разрушаются, оборудование не опрокидывается, не смещается.
Должно соблюдаться условие:

DPф < DPф lim , (3.3.2)
где:
Pфlim - предельное значение избыточного давления (средние разрушения объекта), кПа.

- при воздействии светового излучения ядерного взрыва - максимальное значение световых импульсов, при которых не происходит загорание.
Должно выполняться условие:

Uсв max < Uсв lim, (3.3.3)
где:
Uсв max - ожидаемый световой импульс, кДж/м2;
  Uсв lim - предельное значение светового импульса для различных материалов (газетная бумага 120 - 200 кДж/м2, сено 300 - 500, ткань 500 - 700; резина 200 - 400).

- при воздействии электромагнитного импульса ядерного взрыва - напряжение наводок, которые не приводят к срабатыванию средств защиты;
- при воздействии радиоактивного заражения и проникающей радиации - доза облучения , приводящая к коротким замыканиям, потемнению стекол оптических приборов, фотопленок, снижению напряжения зажигания в газоразрядных приборах, сопротивлению и пр.
- при воздействии химически опасных веществ, отравляющих веществ и биосредств - обеспеченность средствами дегазации, герметичными помещениями для животных и ветеринарными препаратами;
- при воздействии теплового излучения пожара - максимальное значение тепловых импульсов, при которых не происходит загорание материалов.
Должно соблюдаться условие:

J max < J lim, (3.3.4)
где:
J max - максимальная интенсивность теплового излучения (удельная теплота пожара), кДж/м2c;
  J lim - предельное значение интенсивности теплового излучения (древесина - 17,5 кДж/м2c, мазут, торф, масло - 35, ацетон, бензол, спирт - 41).

Методика оценки устойчивости объекта к воздействию ударной волны

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

Средние разрушения (D = 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 (D = 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 D , 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 DРф lim = 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 DРф = 20 кПа выйдет из строя электроснабжение и цех прекратит работу.

Давление скоростного напора воздуха, движущегося за фронтом ударной волны, определяется по формуле:

DРск= 2,5 *(DРф2 / (DРф + 720)), (3.3.5)
где:
DРск - давление скоростного напора, кПа;
  DРф - избыточное давление, кПа.

Давление скоростного напора в зависимости от избыточного давления

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

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

Рсм > Fтр + Qr (3.3.6)
где:
Qr - суммарное усилие болтов крепления, работающих на срез, Н;
  Fтр - сила трения, Fтр = f *G = f *m*q;
где:
f - коэффициент трения;
  G - вес оборудования, Н;
  m - масса оборудования, кг;
  g - ускорение свободного падения, м / с2;

Для незакреплённого оборудования Рсм > Fтр, т.к. Qr= 0.
Смещающую силу можно определить по формуле:

Рсм = Сх *S *DРск (3.3.7)
где:
Сх - коэффициент аэродинамического сопротивления предмета;
  S - площадь миделя, м2; S=b * h,;
где:
b - ширина обтекаемого предмета, м;
  h - высота предмета, м.

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

Так как Рсм > Fтр и Рсм = Сх *S *DРск, то предельное значение скоростного напора, не вызывающего смещения предмета:

(3.3.8)
где:
f - коэффициент трения;
  b - ширина предмета, м;
  G - вес оборудования, Н;
  S - площадь миделя, м2;
  h - высота предмета, м.

По величине DРcк, используя формулу (3.3.5) или график зависимости скоростного напора от избыточного давления ударной волны, находят предельное избыточное давление DРф lim, при котором предмет не смещается.

Смещающая сила Рсм, действуя на плече Z, будет создавать опрокидывающий момент, а вес оборудования G на плече L/2 и реакция крепления Q на плече L - стабилизирующий момент (рис.3.3.2).

Рис. 3.3.2. Силы, действующие на предмет при смещении и опрокидывании.

Условия опрокидывания оборудования:
- для закрепленного оборудования Рсм *Z > G * (L/2) + Q *L ;(3.3.9)
- для незакрепленного оборудования Рсм *Z >G * (L/2) .

Принимаем, что точка приложения силы Рсм находится прямо в центре тяжести площади миделя S предмета. Реакция крепления Q определяется как суммарное усилие болтов, работающих на разрыв.
Смещающую силу определяем из неравенства (3.3.9):

(3.3.10)

Скоростной напор DРск, вызывающий опрокидывание оборудования, определяем по формуле:

(3.3.11)

По известному DРск из графика зависимости скоростного напора от избыточного давления находим DРф, при котором предмет (оборудование) опрокинется.

Далее определяется лобовое сопротивление, при котором возможно инерционное разрушение предметов: отрыв припаянных элементов, разрыв соединительных проводов, разрушение хрупких элементов.

Лобовое сопротивление:

Рлоб=(DРф + DРск)* S (3.3.12)
где:
S - площадь миделя, м2;

 

Сила инерции:

ma =Рлоб - Fтр, (3.3.13)
где:
a - ударное ускорение, м / с2;
  m - масса оборудования, кг.

Учитывая небольшое значение силы трения, ею можно пренебречь, тогда:

Рлоб = m * a , (3.3.14)

Избыточное лобовое сопротивление, не приводящее к инерционным разрушениям, с использованием формулы (3.3.12):

(3.3.15)
где:
a доп - допустимые ускорения при ударе, м / с2;

Избыточное давление DРф lim находится по графику зависимости избыточного лобового давления от избыточного давления ударной волны.

Методика оценки воздействия электромагнитного импульса (ЭМИ) на элементы производства

При оценке воздействия ЭМИ на токовыводящие элементы необходимо учитывать, что ЭМИ имеет горизонтальную и вертикальную составляющие напряжённостей электрического поля и поэтому должны определяться значения напряжений, наводимых как на вертикальных, так и на горизонтальных участках линий. Основную опасность представляет вертикальная составляющая напряжённости электрического поля, которая превосходит горизонтальную в сотни раз.

Максимальное значение напряженностей электрических полей (В/м) при наземных ядерных взрывах можно определить по формулам:
- вертикальная составляющая

(3.3.16)

- горизонтальная составляющая

(3.3.17)
где:
R - расстояние от центра взрыва, км
  q - мощность взрыва, кт.

Напряжение, наводимые в линиях, токопроводящих элементах электрорадиосистем, можно определить по формулам:

- в вертикальных участках линий

(3.3.18)

- горизонтальная составляющая

(3.3.19)
где:
L - длина проводника (токопроводящего элемента), м;
  h - коэффициент экранирования линии (элемента).

Допустимые колебания напряжения обычно составляют К=±15%. Тогда допустимые напряжения наводок можно определить по формуле:

(3.3.20)
где:
U - рабочее напряжение, В.

После расчётов определяют результат воздействия ЭМИ сравнением полученных значений наводимых напряжений в токопроводящих элементах с допустимым напряжением наводок и разрабатывают мероприятия по повышению устойчивости в ЭМИ, например, экранирование кабеля, установка быстродействующего отключающего устройства плавких предохранителей, разрядников и т.д.

Оценка устойчивости объекта к воздействию светового излучения

Световое излучение, падающее на объект, частично поглощается, частично отражается, а если объект пропускает излучение, то частично проходит сквозь него. Поглощённая световая энергия превращается в тепловую, вызывает нагрев, оплавление, коробление, растрескивание, обугливание и воспламенение.

Степень повреждения любого материала под действием светового излучения зависит от коэффициента поглощения, физических свойств- плотности, теплоемкости, теплопроводности, а также толщины метала. Материалы темного цвета больше поглощают световых лучей и повреждаются быстрее.

Оценка устойчивости объекта проводится в следующей последовательности:
- определяется максимальный световой импульс Uсв max, кДж/м2;
- определяется степень огнестойкости здания объекта (I,II,III,IV,V), для чего выбираются данные о материалах, из которых выполнены основные конструкции и определяется предел огнестойкости в часах;
- определяется категория пожарной опасности (А,Б,В,Г,Д,Е);
- выявляются в конструкциях здания объекта элементы, выполненные из сгораемых материалов;
- находятся световые импульсы, вызывающие возгорание материалов; кДж/м2;
- по минимальному световому импульсу Uсв lim заключение об устойчивости объекта, путем сравнения Uсв lim и Uсв max.

Методика оценки устойчивости к воздействию землетрясений

Исходные данные для расчетов по оценке устойчивости объекта являются:
- возможные максимальные значения поражающих факторов;
- характеристики объекта и его элементов.

Параметры могут задаваться штабом ГО и ЧС, или определяются расчетным путем. Степень ожидаемых разрушений на объекте могут быть определены для различных дискретных значений интенсивности землетрясения J (в баллах) или избыточного давления (Рф ) воздушной ударной волны, вызывающее в зданиях и сооружениях слабые, средние, сильные и полные разрушения.

Оценка степени устойчивости объекта к воздействию сейсмической (ударной) волны заключается в выявлении основных элементов объекта (цехов, участков производства, систем), от которых зависит его функционирование и выпуск необходимой продукции; определении предела устойчивости каждого элемента (по нижней границе диапазона давлений, вызывающих средние разрушения) и объекта в целом (по минимальному пределу входящих в его состав элементов); сопоставления найденного предела объекта с ожидаемым максимальным значением сейсмической ударной волны и заключении о его устойчивости.

Для техногенных землетрясений, порождаемых взрывами, рассчитывается избыточное давление взрыва , переводится в баллы (табл. 3.3.1) и определяются последствия воздействия землетрясения на объект и его элементы. Характер разрушений приводится в справочных таблицах.

Таблица 3.3.1

Соотношение избыточного давления к дискретным значениям интенсивности землетрясений

Рф, кПа 10 20 30 40 50 60 70 80
Баллы по шкале Рихтера:
V VI VII VIII IX X XI XII

3.3.3. Методика оценки устойчивости персонала

Характер воздействия ударной волны на людей

При непосредственном воздействии ударной волны причиной поражения является избыточное давление. Травмы от действия ударной волны принято подразделять на лёгкие, средние, тяжёлые и крайне тяжелые. Характеристика поражений представлена в таблице 3.3.2.

Таблица 3.3.2

Степень поражения незащищённых людей в зависимости от значения избыточного давления DРф

DРф, кПа Поражение(травмы) Характер поражения
20 - 40 Лёгкие Лёгкая общая контузия организма, временное повреждение слуха, ушибы, вывихи конечностей
40 - 60 Средние Серьёзные контузии, повреждение органов слуха, кровотечение из носа и ушей, сильные вывихи и переломы конечностей.
60 - 100 Тяжёлые Сильная контузия всего организма, повреждение внутренних органов и мозга, тяжёлые переломы конечностей. Возможны смертельные исходы.
Свыше 100 Крайне тяжёлые Получаемые травмы очень часто приводят к смертельному исходу.

Число безвозвратных потерь при взрывах взрывчатых веществ зависит от плотности населения Р:

(3.3.21)
где:
Qвв - масса взрывчатого вещества, т.

Возможные потери людей в зоне ч.с. при взрывах определяется, как математическое ожидание, равное сумме потерь персонала в зависимости от степени его защищённости:

 
где:
N- возможные потери, чел;
  Ni - число людей на объекте, чел;
  Ci - потери рабочих и служащих на объекте, %;
  n - число зданий на объекте.

Санитарные потери людей Nсан можно определить из соотношения:

Nсан=(3 - 4)Nбезв (3.3.22)

При взрывах газо-воздушных ,топливо воздушных ,пыле воздушных смесей (ГВС,ТВС,ПВС) безвозвратные потери людей определяются по формуле:

Nбезв=3 * P * M0,666 (3.3.23)
где:
P- плотность населения, чел/км2
  M - масса ГВС (ТВС), т

Тепловой импульс (Uт) рассчитывается по формуле (кДж/м2):

Uт= I * t, (3.3.24)
где:
I - интенсивность теплового излучения взрыва ГВС (ТВС), кДж/м2
  t - время действия, с.

Значения тепловых импульсов, приводящих к поражению людей, приведены в табл.3.3.3.

Таблица 3.3.3.

Тепловые импульсы

Степень ожога
Тепловой импульс, кДж/м2
Легкая 80 - 100
Средняя 100 - 400
Тяжелая 40 - 600
Смертельная более 600

Воздействие поражающих факторов пожара на людей

Безопасное расстояние при заданном уровне интенсивности теплового излучения для человека рассчитывают по формуле:

(3.3.25)
где:
R - приведенный размер очага горения, м;
  Iпр - предельные критические значения теплового излучения, кДж/м2 с
  a - коэффициент, характеризующий геометрию очага ( =0,002-плоский очаг;
=0,08- объёмный).
для горящих зданий (S=L* H);
для штабелей пиленного леса ( - высота штабеля);
R=Dрез для горящих резервуаров с ЛВЖ;
R= 0,8 Dрез для ГЖ;
R=d для различных горючих жидкостей (d- диаметр разлития жидкости)

Токсичные продукты горения формируют зону задымления, опасную для человека. Выделяющиеся при пожаре вещества и их смертельно опасные концентрации.

Глубина опасной по токсичному действию части зоны задымления определяется из соотношения:

(3.3.26)
где:
Q - масса токсичных продуктов горения, кг;
  D - токсическая доза, мг* мин/л;
  Vп - скорость переноса, Vп= (1,5…2)Vв;
  K1 - коэффициент шероховатости;
  K2 - коэффициент степени вертикальной устойчивости атмосферы;
  a и b - доли массы токсических продуктов в первичном и вторичном облаке.

Определение характера воздействия пожара на людей, находящихся в защитных сооружениях проводят по справочным таблицам.

Воздействие химических веществ на людей

Устойчивость персонала объектов и населения к воздействию опасных химических веществ (ХОВ), боевых отравляющих веществ (ОВ) оценивается в следующей последова-тельности:
- Определяется расстояние от места вылива (выброса) ХОВ; ОВ.
- Определяется степень вертикальной устойчивости атмосферы, скорость и направ-ление ветра.
- Определяется время подхода заражённого воздуха к объекту (населённому пункту).
- Определяются масштабы зоны заражения и время поражающего действия (см.раздел 3.2.4).
- Определяются возможные потери людей в очаге химического поражения.
Процент возможных потерь людей зависит от численности, степени защищенности, своевременного использования противогазов.

Таблица 3.3.4

Возможные потери людей от ХОВ, %

Условия нахождения людей Без
противогазов
Обеспеченность людей противогазами, %
20 30 40 50 60 70 80 90 100
На открытой местности 90-100 75 65 58 50 40 35 25 18 10
В простейших укрытиях, зданиях 50 40 35 30 27 22 18 14 9 4

Из всех пострадавших ориентировочно пострадают в лёгкой степени 25 %, средней и тяжёлой - 40 %, со смертельным исходом - 35 %.

При фактической оценке потерь людей необходимо учесть вид ХОВ при отсутст-вии средств защиты (таблица 3.3.5).

Таблица 3.3.5.

Процент поражённых при отсутствии средств защиты

Вид ХОВ Количество поражённых
Окись углерода 18 - 20
Хлор, аммиак, сернистый газ 20 - 30
Синильная кислота, фосген 30 - 40
Окись этилена 50 - 60

Примечание: потери людей в зданиях с отключенной вентиляцией в 1,5…2 раза меньше.

Определение числа погибших людей при выбросе облака ХОВ можно определить по формуле:

Nсм = DNсм * Qо (3.3.27)
где:
Nсм - средняя удельная смертность людей при воздействии ХОВ, чел/т;
  Qo - масса выброса ХОВ, т.

Воздействие биосредств на человека

Заражение населения биосредствами зависит от степени защищенности их в момент применения биологического оружия или аварии на биопредприятии.

При внезапной аварии или применении биологического оружия, когда население не использует коллективных и индивидуальных средств защиты, первичная заражённость может составить 50 %, а при особо опасных инфекциях (чума, холера) вторичная заражённость - 30 %.

Для определения количества заражённых людей в очаге бактериологического поражения необходима следующая информация:
- вид возбудителя;
- способ распределения (аэрозольный, трансмиссивный);
- наличие средств коллективной защиты (CКЗ);
- наличие средств индивидуальной защиты (СИЗ);
- численность населения.

Процент потерь людей можно определить с помощью таблицы 3.3.6.

Таблица 3.3.6

Потери населения в очаге бактериологического поражения

Вид возбудителя Избирательность воздействия Степень опасности Инкубационный период Первичное заражение Вторичное заражение, %
есть СИЗ нет СИЗ
Холера Человек Очень опасно 3 15 50 30
Сибирская язва Человек и животные
Мало опасно 3 10 50 20
САП Человек и животные
Опасно 3 10 50 20
Жёлтая лихорадка
Человек Опасно при наличии комаров
6 - 50 -

3.3.4. Повышение устойчивости объекта

Повышение устойчивости технических систем и объектов достигается главным образом организационно-техническими мероприятиями, проводимыми после оценки устойчивости конкретного объекта. Для этого сначала оценивается уязвимость элементов объекта в условиях ЧС, оценивается опасность выхода из строя или разрушения элементов или всего объекта.

На этом этапе анализируют:
- надёжность установок и технологических комплексов;
- последствия аварий отдельных систем производства;
- расширение ударной волны на территории предприятия (расчет радиусов зон поражения);
- распространение огня при пожарах различных видов;
- рассеивание веществ, высвобождающихся при ЧС;
- возможность вторичного образования токсичных, пожаро -и взрывоопасных смесей и т.п.

Примерная схема оценки опасности промышленного объекта представлена на рисунке 3.3.3.

Рис. 3.3.3. Примерная схема оценки опасности объекта

На втором этапе исследования разрабатывают мероприятия по повышению устойчивости и подготовке объекта к восстановлению после ЧС. Эти мероприятия ложатся в основу плана-графика повышения устойчивости. В плане указывают объём и стоимость планируемых работ, источники финансирования, основные материалы и их количество, машины и механизмы, рабочую силу, ответственных исполнителей, сроки выполнения.

Для повышения устойчивости объекта:
- возводятся защитные сооружения;
- строятся индивидуальные убежища с дистанционным управлением технологическим процессом;
- накапливаются средства индивидуальной защиты, медицинские средства и средства обеззараживания;
- обучается персонал действиям в ЧС и применению средств защиты;
- обваловываются ёмкости с ХОВ, ЛВЖ, ГЖ;
- наиболее ценное оборудование размещается в нижних этажах и повальных помещениях;
- предусматривается автономное водоснабжение;
- сокращаются запасы ВВ, ХОВ, ЛВЖ, ГЖ непосредственно на объекте;
- на трубопроводах устанавливаются автоматические отключающие устройства, клапаны-отсекатели;
- в цехах устраиваются автоматическая сигнализация, которая позволила бы предотвратить аварии, взрывы и загазованность территории;
- накапливаются средства пожаротушения.

Подготовка объектов к восстановлению должна предусматривать планы первоочередных восстановительных работ по нескольким вариантам возможного повреждения, разрушения с использованием сил самих объектов, имеющихся стройматериалов, перераспределения рабочей силы, помещений, оборудования.