Оценка стойкости промышленного объекта к влиянию воздушной ударной волны (ВУВ)

Задача на практические занятия

1. Обнаружить самые слабые места цеха и по них оценить уровень стойкости элементов цеха. Результаты оценки оформить в виде табл. 1 с выводами.

2. Оценить стойкость цеха к влиянию воздушной ударной волны, источника которой находятся близ исследуемого цеха.

3. Разработать в соответствии с добавленным образцом перечень мероприятий по повышению стойкости цеха к воздушной ударной волне (ВУВ).

Порядок выполнения задача

1. При изучении характеристик МСЗ и цеха (исходных данных) выдающейся основные элементы инженерно-технического комплекса (ИТК) цеха, от стойкости, которых зависит стойкость цеха в целом. Все это нужно для складывания таблиц стойкости цеха к влиянию воздушной ударной волны.

2. Оценивая стойкость цеха к влиянию ВУВ, составить таблицу (табл. 1), в левой части которой пересчитать все основные элементы ИТК (от их стойкости зависит стойкость всего цеха), а в правой чаще соответствующими условными знаками показать слабые, средние и сильные разрушения этих элементов в зависимости от избыточного давления в фронте ВУВ. Все данные взять с табл. 2. После заполнения таблицы стойкости цеха к излиянию ВУВ и объяснение условных обозначений в ней за степенью разрушения самого слабого элемента объекта определить степень разрушения объекта в целому (на границе слабых и средних разрушений).

3. Уровень стойкости элементов цеха к влиянию ВУВ оценивается за данными табл. 1.

4. Оценить стойкость цеха к влиянию ВУВ, источника которого могут находиться вблизи исследуемой в объекта.

Во время стихийных бедствий, аварий, катастроф, военного применения оружия массовой поражение (ОМП) или возникновение вторичных факторов поражения случаются взрывы, идо вызовут нарушение стойкости производства.

Рассмотрим характерные типы взрывов.

Тротиловый взрыв. Для наземного взрыва, если его энергия распределяется в полусфере и ВУВ перемещается вдоль поверхности земли, избыточное давление в фронте ВУВ может быть рассчитан по формуле академика М. А. Садовского:

Где - избыточное давление в фронте ВУВ, кПа;

G - масса тротилового вещества,

R — отстань, г.

Таблица 1.

Оценка стойкости к влиянию ударной волны

Взрыв нетротиловых взрывных веществ. Избыточное давление в фронте ВУВ рассчитывается за формулой М. А. Садовского, тем не менее с учетом того, что

Радиус смертельного поражения во время взрыва заряда массой Gвр рассчитывается за формулой:

Для определения ориентировочного радиуса поражения во время взрыва ВР массой Gвр, можно воспользоваться табл. 3.

Таблица 2.

Избыточное давление DРф (кПа), что вызовет разные степени разрушения некоторых объектов

№ п/п	Элементы объекта	Степени разрушения в Зависимости от DРф, кПа
Слабые	Средние	Сильные
1	2	3	4	5
I. Здания и их элементы
1	Одноэтажное железобетонное с крановым оснащением грузоподъемностью до 10 т	20-30	30-40	40-50
2	Одноэтажное с железобетонным каркасом и каменным заполнением. 40-60% площади стен занимают оконные отверстия	10-20	20-30	30-40
3	Одноэтажное каменное	8-15	15-25	25-35
4	Двухэтажное каменное	8-12	12-20	20-30
5	Трехэтажное	8-10	10-20	20-30
6	Одноэтажное железобетонное с площадью оконных отверстий 40-60% от площади стен	20-40	40-50	50-60
7	Одноэтажное монолитное железобетонное	25-40	40-60	60-70
8	Перекрытие - бетонные плиты
9	Перекрытие железобетонное	20-40	40-50	50-60
10	Перекрытие деревянное поштукатуренное	7-12	12-22	22-30
11	Вагранки	30-50	50-70	70-80
II. Оборудование
1	Верстаки деревянные	5-10	10-20	20-30
2	Газовые печи	10-30	30-40	40-60
3	Грейферные краны грузоподъемностью до 10т	30-50	50-70	70-90
4	Деревообрабатывающие станки	20-30	30-50	50-60
5	Деревянные шкафы, стеллажи, ящики	5-10	10-15	15-20
6	Заволочные машины грузоподъемностью до 20 т	20-40	40-60	60-80
7	Ковочные молоты средние	50-80	80-100	100-150
8	Ковочные молоты трудные	60-100	100-150	150-300
9	Компрессоры средние	20-40	40-60	60-80
10	Конвеерно-поточная линия	20-35	35-50	50-60
11	Контрольно-измерительные приборы	5-10	10-20	20-30
12	Ленточные и пластинчатые транспортеры	20-40	40-60	60-80
13	Ленточная текущая линия	20-40	40-60	60-80
14	Металлообрабатывающие станки: маленькие	15-20	20-30	30-40
15	Средние	20-30	30-50	50-60
16	Тяжёлые	25-40	40-65	65-70
17	Металлообрабатывающие станки с ЧПУ	3-5	5-10	10-20
18	Мульдомагнитные краны грузоподъемностью до 10 т	50-70	70-90	90-110
19	Наждачные станки	10-20	20-30	30-40
20	Насосы	40-60	60-70	70-80
21	Очистительные дробоструменные и дробометные барабаны	70-90	90-120	120-150
22	Паровоздушногидравлические и электрогидравлические прессы средней мощности	50-80	80-100	100-150
23	Паровые котлы	60-80	80-100	100-110
24	Пескометы	30-50	50-60	60-70
25	Пилы продольные	20-30	30-50	50-60
26	Пилы циркулярные	20-30	30-50	50-60
27	Пневматический инструмент	20-40	40-50	50-60
28	Пневматические формовочные машины	70-80	80-90	90-100
29	Поворотные краны грузоподъемностью до 8 т	30-50	50-70	70-90
30	Подъемные краны грузоподъемностью: до 3 т	10-25	25-50	50-70
31	До 5 т	10-30	30-60	60-80
32	До 10 т	50-70	70-90	90-100
33	Разливательные краны грузоподъемностью до 15 т	50-70	70-90	90-100
34	Рольганговые линии	20-40	40-60	60-80
35	Стержневые машины	70-90	90-100	100-110
36	Сушильные шкафы	20-30	30-50	50-60
37	Тележки металлические	80-100	100-120	120-150
38	Термические печи	10-30	30-40	40-60
39	Уборочные краны грузоподъемностью до 10 т	60-70	70-90	90-100
40	Устройство для автоматического и ручного переключения и отключения	4-10	10-20	20-30
41	Формовочные машины средние	70-80	80-90	90-100
42	Шлифовальные станки: маленькие	20-30	30-50	50-60
43	Средние	40-60	60-70	70-80
44	С ЧПУ	3-5	5-10	10-20
45	Электрокары	30-40	40-50	60-70
46	Электромоторы: маленькие	20-40	40-50	50-60
47	Средние	40-60	60-70	70-80
III. Коммунально-энергетические сети (КЭС)
1	Воздушные ЛЭП высокого напряжения	25-50	50-70	70-80
2	Воздушные ЛЭП низкого напряжения на деревянных сопротивлениях	15-25	25-35	35-50
3	Наземные трубопроводы на эстакадах	20-30	30-40	40-50
4	Наземные трубопроводы, проложенные в траншеях
5	Подземные линии водогона и газопровода	300-700	700-1200	1200-1500
6	Подземные кабельные линии	500-800	800-1000	1000-1500
7	Резервуары наземные металлические	15-20	20-30	30-40
8	Резервуары наземные металлические, частично углубленные	40-50	50-80	80-100
9	Резервуары металлические углубленные	50-60	60-200	200-250
10	Обзорные колодцы и заслонки	200-300	100-1000	1000-1500

Таблица 3.

Зависимость радиуса поражение от массы взрывного вещества

Gвр, т	0,1	0,5	1	3	5	10	15	25	50	100
Rвр м	9	15	18	27	31	40	45	54	68	85

Взрыв топливно-воздушной среды. Для определения радиуса поражения ВУВ, вызванной взрывом топливно-воздушной среды (ТВС), необходимо знать массу топлива и избыточное давление в фронте ВУВ, который определил зону повышенной опасности. Можно воспользоваться графиком, изображенным на рис. 1. Отсчитываем по оси Gппс, поднимаемся вверх вертикально к заданному давлению дело, слева отсчитывается Н.

Например, для Gппс= 1000 т и DРф = 1 кгс/м2 находим R = 350 г.

Взрыв газовоздушных смесей (пиловоздушных, аэрозольных). Взрывы на предприятиях с взрывоопасной технологией происходят вследствие истечения газообразных или сжиженных углеводных продуктов. Во время их перемешивания с воздухом получаются взрывоопасные смеси таких газов, как пропилен, метан, пропан, ацетилен, состояние, этиловый спирт и т. п.. Взрыв или загорание наступает при определенном содержании газа в воздухе. Ориентировочное определение давления в фронте ВУВ во время взрыва газовоздушные смеси (ГВС) на расстоянии R покажем на примере.

Задача. Расстояние от емкости к цеху равняется 600 г. Определить избыточное давление ВУВ в районе цеха во время взрыва емкости с пропаном G = 100 т и его стойкость.

Решение:

1. Определяем коэффициент К:

2. При К<2 находим избыточное давление ВУВ:

Полученное значение сравниваем с DРф уст цеха и строим заключения. При избыточном давлении в фронте ВУВ механический цех может испытать среднее разрушение.

Примечание: При К> 2

Подобные задачи можно решать с помощью табл. 4 и 5.

Рис. 1.

Таблица 4.

Зависимость тучи ГВС (Rх), детонирующей во время взрыва от ее массы

Количество продукта, т	10	50	100	200	500	800	1000	2000	5000	7000	10000
Радиус Rх, г	40	70	90	110	150	180	190	240	320	360	400

Таблица 5.

Зависимость избыточного давления в фронте ВУВ от отношения R/Rх

R/Rх	1	2	2,5	3	4	5	Бы	7
DРф, кг/см2	17	1,63	1,12	0,82	0,5	0,38	0.28	0,22
R/Rх	12	13	14	15	20	30	40
DРф, кг/см2	0,1	0,09	0,08	0,078	0,05	0,03	0,02

Во время решения той же задачи определяем сначала по таб. 4 Rх = 90 г, находим отношения R/Rх=600/90=6,7; по табл. 5, используя интерполяцию, определяем DРф -24 кПа, сравнивая с DРф уст цеха, строим заключения.

Ядерный взрыв. Значение избыточных давлений в фронте ударной волны и соответствующие им расстояния для воздушного и наземного ядерного взрыва мощностью 1 Мт приведенные в табл. 6.

Для взрывов других мощностей можно пользоваться той же табл. 6 и законом сходства взрывов:

- при DРф= const,

Где R1, R2 — расстояния от центра взрыва с тротиловыми эквивалентами q1, q2 соответственно. Если q1= 1 Мт, то при DРф= const.

Таблица 6.

Зависимость избыточного давления от расстояния к взрыву

Избыточное давление	Расстояние от взрыва, км	Избыточн. Давление	Расстояние от взрыва, км	Избыточный Давление	Расстояния от взрыва, км
КПа	Кг/см2	Воздушного	Наземного	КПа	Кгс/см2	Воздушного	Наземного
1	0,01	40	30	35	0,35	4.6	4,6
5	0.05	22	20	40	0,4	4,3	4,5
6	0,06	20	17,2	45	0,45	3,9	4,3
8	0.08	17	13,8	50	0,5	3.6	4,0
10	0,1	14	11,1	55	0,55	3,4	3,8
12	0,12	12	9,8	60	0,6	3,2	3,6
15	0,15	10	8,5	65	0,65	3,1	3,5
20	0,2	7,5	7,0	70	0,7	2,9	-3,3
25	0,25	6.4	6,0	80	0,8	2,6	3,1
30	0,3	5,3	5,4	100	1,0	2,2	2,9

Используя приведенные методики, следует определить стойкость цеха МБЗ по ВУВ возможных источников поражения, учитывая обстановку, которая сложилась.

Отчет о выполненной задаче должен включать:

1. таблицу оценки стойкости цеха к влиянию ВУВ с выводами (см. табл. 1);

2. уровень стойкости элементов цеха по DРф;

3. расчет оценки стойкости цеха к влиянию ВУВ, источника которого находятся близ исследуемого объекта;

4. перечень мероприятий по повышению стойкости ИТК цеха.

Характеристика машиностроительного завода

МСЗ занимает ведущее место в станкостроении. Основная продукция металлорежущие верстаки. В военное время 60% производственной мощности используется для выполнения заказов.

Завод расположенным на северо-восточной окраине г. Зеленограда на расстоянии 10 км от центра и занимает площадь 50 га, в том числе под застройкой - 17 га (34%). С железной дорогой связаны одноколейной железнодорожной веткой. Основные производственные помещения построены до 1940 г., реконструировались частично в 1957-1965 гг. Общее количество производственного персонала 5500 чел. Наибольшее рабочее изменение — 2750 чел.

Для укрытия рабочих и служащих на территории завода есть 7 хранилищ общей вместительностью 1650 чел. и 5 приспособленных подвалов запыленной вместительностью 400 чел.

Беспрерывное производство предусмотрено в мартеновском и литейном цехах, в компрессорной, котельной и насосной станциях. Для этих цехов и сооружений изготовленные и при угрозе или возникновении ЧС устанавливаются 5 индивидуальных ЗС общей количественно на 9 чел.

Снабжение электроэнергией, полой, газом, канализация осуществляются подземными линиями (трубопроводами). Сжатый воздух подастся по трубопроводам, проложенных по эстакадам.

Господствующий ветер для города северо-западный. Возможные источники поражающих факторов:

1. городской холодильник, расположенный в 800 г па северо-запад от завода, с годовым запасом аммиака 75 т;

2. мебельный комбинат, расположенный в 1 км па мероприятие от завода, с квартальным запасом древесины 5000 г?;

3. гидроэлектростанция с железобетонной плотиной среднего напора (до 15 м), построенная на г. Белая в 1957 г. за 30 км на север от завода. При разрушении плотины вода в речке в районе завода может подняться на 3,5 г выше ординара и загонять западную часть территории завода;

4. газопровод, который проходит восточнее от завода на расстоянии 1,5 км;

5. железнодорожная сортировочная станция на юг от завода на расстоянии 1 км, где могут находиться цистерны с газообразными и сжиженными углеводными продуктами, вагоны с взрывными веществами;

6. два полууглубленных металлических резервуара с горючим вместительностью 100 м3 каждый;

7. состав стройматериалов с запасом древесины 500 м3

Характеристика основных цехов

Кузнечный цех (здание №8)

Здание одноэтажная железобетонная с крановым оснащением грузоподъемностью до 10 т. Перекрытия бетонные плиты.

Кровля деревянная, крытая толем, залитым гудроном.

Оснащение: ковочные молоты средние и трудные, электромоторы средние.

Системы снабжения: электроснабжение по подземным кабельным линиям; водоснабжение от городского водогона; сжатый воздух подастся по трубопроводу, проложенному по металлической эстакаде.

Механический цех (здание №9)

Здание одноэтажная с железобетонным каркасом и каменным заполнением. Оконные отверстия составляют 50% площади стоп. 40% кровли с металлическими и 60% — с деревянными стропилами. Деревянная часть кровли покрытая толем, залитым битумом. Металлическая часть кровли застекленная обычным стеклом. Пол и дверь деревянные. Оконные рамы металлические.

Оснащение: подъемные краны грузоподъемностью до 10 т; металлообрабатывающие станки (токарные, фрезерные, сверлильные) трудные и средние; конвеерно-поточная линия; электромоторы средние и маленькие; транспортные средства - электрокары.

Система снабжения: электроснабжение — по подземным кабельным линиям; водоснабжение и паропоставка по подземным трубопроводам; сжатый воздух — по трубопроводу, проложенному на металлической эстакаде.

Литейный цех (здание №10)

Состав цеха: а) четыре вагранки, расположенные извне здания возле любого из четверых углов, высота вагранки 15 г, форма цилиндрическая, стены выполненные из огнеупорного кирпича на специальном растворе, извне металлическая обивка; б) здание формирования и разливание.

Здание одноэтажное с железобетонным каркасом и каменным заполнением. Кровля, дверь, оконные рамы металлические. Оконное стекло армировано.

Оснащение: подъемные краны грузоподъемностью до 10 т, поворотные краны грузоподъемностью до 18 т; формовочные машины средние; пневматические формовочные машины; стержневые машины; очистительные дробоструменные и дробометные барабаны; пескометы; наждачные станки; ленточные и пластинчатые транспортеры; рольганговые линии; сушильные шкафы.

Системы снабжения: электроснабжение — по подземным кабельным линиям, водоснабжение и пароснабжение – по подземным трубопроводам; снабжение сжатым воздухом – по трубопроводу, проложенному на металлической эстакаде.

Прессовый цех {здание №11)

Здание одноэтажное каменное. Перекрытия железобетонные. Кровля деревянная, покрытая толем, залитым битумом. Оконные рамы и дверь металлические. Подлоги асфальтовые.

Оснащения:

Паровоздухогидравлические и электрогидравлические прессы средней мощности установленные на железобетонных фундаментах; подъемные краны грузоподъемностью до 3 т; электромоторы средние; электрокары.

Системы снабжения: электроснабжение — по подземным кабельным линиям; водо - и пароснабжение — по подземным трубопроводам; снабжения сжатым воздухом — по трубопроводу, проложенному на металлической эстакаде.

Механический цех №2 (здание №12)

Здание одноэтажная с железобетонным каркасом и каменным наполнением. Оконные отверстия составляют 40% площади стен. Оконные рамы и дверь деревянные, выкрашенные масляной краской темно-коричневого цвета. Подлоги деревянные. Кровля металлическая. 60% ее площади застекленные обычным стеклом.

Оснащения: подъемные краны грузоподъемностью до 5; металлообрабатывающие станки (токарные, фрезерные, сверлильные) средние; два станка с ЧПУ; электромоторы средние и маленькие; электрокары.

Системы снабжения: электроснабжение — подземных кабельных линиях; водоснабжения — по подземному трубопроводу; снабжения сжатым воздухом по трубопроводу, проложенному на металлической эстакаде.

Мартеновский цех {здание №13)

Здание одноэтажная железобетонная. Оконные отверстия составляют 58% площади стен. Кровля металлическая. Оконные рамы и дверь металлические. Пол бетонная.

Оснащения: разливные краны грузоподъемностью до 15 т; уборочные краны грузоподъемностью к Ют; завалочные машины грузоподъемностью до 20 т; мульдомагнитные краны грузоподъемностью к Ют; грейферные краны грузоподъемностью к Ют; термические печи; газовые печи.

Системы снабжения: электроснабжение по подземным кабельным линиям; водо-, газоснабжения, снабжения мазутом — по

Подземных трубопроводах; снабжения сжатым воздухом — по трубопроводу, проложенному на металлической эстакаде.

Компрессорная (здание №14)

Здание двухэтажная каменная. Чердачное и межэтажное перекрытие железобетонные. Кровля деревянная, покрытая бляхой, выкрашенной масляной краской. Оконные рамы и дверь деревянные, выкрашенные масляной краской коричневого цвета. Подлоги: на первом этаже — асфальтовая, на второму — деревянная.

Оснащения: компрессоры средние; электромоторы средние; контрольно-измерительные приборы.

Системы снабжения: электроснабжение — по подземным кабельным линиям, водо - и пароснабжение — по подземным трубопроводам.

Сборочный цех (здание №15)

Здание одноэтажная монолитная железобетонная. Покрытие керамзитобетонное, покрытое толем, залитым битумом. 40% площади стен занимают оконные отверстия. Оконные рамы и дверь деревянные, выкрашенные масляной краской коричневого цвета. Подлоги асфальтовые.

Оснащения: подъемные краны грузоподъемностью до 5 т; металлообрабатывающие станки (сверлильные, резьбонарезные, для затачивания инструмента) средние и маленькие; пневматический инструмент, конвеерно-поточная линия; электромоторы средние и маленькие; электрокары.

Упаковочный материал: сухие доски, бумага серый оберточный (в рулонах). Смазочные материалы сохраняются в одном из отсеков цеха, рабочий инструмент — в деревянных шкафах, обтирочный материал — в металлических ящиках. В средней части здания в отдельном отсеке — малярное отделение.

Системы снабжения: электроснабжение — по подземным кабельным линиям; водо - и пароподача — по подземным трубопроводам; снабжения сжатым воздухом —- по трубопроводу, проложенному на металлической эстакаде.

Шлифовальный цех (здание №16)

Здание одноэтажная каменная, чердачное перекрытие деревянное, поштукатуренное. Оконные отверстия занимают 60% площади стен. Кровля деревянная, покрытая бляхой, выкрашенной масляной краской.

Оснащения: шлифовальные станки средние и маленькие, два станка с ЧПУ; ленточная поточная линия; электромоторы средние и маленькие; электрокары.

Системы снабжения: электроснабжение — по подземным кабельным линиям, водо - и пароподача — по подземным трубопроводам; снабжения сжатым воздухом — по трубопроводу, проложенному на металлической эстакаде.

Котельная {здание №18)

Здание одноэтажная каменная. Чердачное перекрытие железобетонное. Кровля деревянная, покрытая бляхой, выкрашенной масляной краской. Оконные рамы и дверь деревянные. Подлоги бетонные.

Оснащения: паровые котлы; насосы; контрольно-измерительные приборы; устройства для автоматического и ручного переключения и отключение; электромоторы средние и маленькие; обтирочный материал сохраняется в специальных металлических ящиках.

Системы снабжения: электроснабжение — по подземным кабельным линиям; водо - и топливоснабжения — по подземным трубопроводам.

Инструментальный цех {здание №23)

Здание трехэтажная каменная. Межэтажные перекрытия железобетонные. Чердачное перекрытие деревянное, поштукатуренное.

Кровля деревянная, покрытая бляхой, выкрашенной масляной краской. Оконные рамы и дверь деревянные, выкрашенные масляной краской темного цвета. Пол на первом этаже — бетонная, на втором и третьем — деревянная.

Оснащения: металлообрабатывающие станки (токарные, фрезерные, заточные, шлифовальные) средние и маленькие, разный инструмент (в каморке); электромоторы средние и маленькие; деревянные шкафы, стеллажи, ящики.

Системы снабжения: электроснабжение — по подземным кабельным линиям, водо - и пароподача — по подземным трубопроводам; снабжения сжатым воздухом — по трубопроводу, проложенному на металлической эстакаде.

Столярный цех {здание №27)

Здание двухэтажная каменная. Межэтажное перекрытие железобетонное. Чердачное перекрытие деревянное, поштукатуренное. Кровля деревянная, покрытая бляхой, выкрашенной масляной краской. Оконные рамы и дверь деревянные, выкрашенные масляной краской темного цвета. Пол на первом этаже — асфальтовая, на второму — деревянная.

Оснащения: деревообрабатывающие станки средние; пыльцы продольные и циркулярные; верстаки деревянные; электромоторы средние и маленькие; тележки металлические; комплект инструментов (в деревянных шкафах).

Системы снабжения: электроснабжение — по подземным кабельным линиям, водоснабжения — по подземному трубопроводу; снабжения сжатым воздухом — по трубопроводу, проложенному на металлической эстакаде.

Перечень мероприятий по повышению стойкости инженерно-технического комплекса завода

1. Замена обычного стекла армированным или синтетическим.

2. Создания запаса пленки для закрытия оконных отверстий с выбитым стеклом.

3. Изготовления защитных устройств для станочного и технологического оснащения.

4. Создания и размещения запасов узлов, деталей оснащения, материалов и инструментов для ремонтных и восстановительных работ.

5. Микрофильмирования технической документации.

6. Разработки и практическое апробирование инструкции по немедленному безаварийному отключению КЕМ при авариях и сигнале оповещения про ЧС.

7. Оклеивания оконного стекла узкими полосками бумаги.

8. Отправления в загородную зону части запаса узлов и деталей оснащения, материалов и инструментов для ремонтных и восстановительных работ, а также одного экземпляра технической документации.

9. Установления дополнительных опор для уменьшения пролетов.

10. Закрепления высоких сооружений.

11. Установления бетонных или металлических поясов жесткости на конструкции.

12. Закрепления на фундаментах станков и технологического оснащения.

13. Размещения технологического оснащения на открытой площадке под навесами.