Когда речь идет о распространении пожара, некоторые авторы видят в огненном шторме качественно другой механизм развития крупного пожара. Огненный шторм ограничивает распространение пожара, тогда как в других обстоятельствах пожар распространяется в направлении ветра.
8.10.4. ПОЯВЛЕНИЕ ОГНЕННОГО ШТОРМА ПРИ РЕАЛИЗАЦИИ ОСНОВНЫХ ХИМИЧЕСКИХ ОПАСНОСТЕЙ
Рассмотренные выше параметры огненного шторма наводят на мысль, что такое событие в условиях мирного времени маловероятно даже для предприятий с промышленными площадками большой площади. Но нельзя не учитывать вероятность многочисленных и одновременных зажиганий, что, например, может произойти при взрыве парового облака. Такие взрывы рассматриваются в гл. 9; подобный взрыв предшествовал крупному пожару в Фликсборо. Однако слияние небольших пожаров, по-видимому, маловероятно, если они происходят на территории площадки, которая спланирована согласно стандарту, имеющемуся в Великобритании, но применяемому не во всех частях мира.
Будет поучительно кратко исследовать крупный пожар, имевший место в ходе аварии 1 июня 1974 г. в Фликсборо (Великобритания) (подробное описание аварии приводится в гл. 9). Согласно [Flixborough,1975], на площадке находилось около 1650 т летучей жидкости, а также неопределенное количество горючего капролактама. Пожар произошел на площадке, имеющей, как было установлено, размеры приблизительно 200 ∙ 300 м (см. схематический план в гл. 9), т. е. площадью около 60 тыс. м2. Если считать, что все количество летучей жидкости было сосредоточено на этой площади, и сделать допущение, что на ней находилось еще и 1000 т капролактама, то в итоге получится, например, около 2650 т горючего вещества. Поделив это количество на площадь, получим 27,5 кг/м2, что составляет лишь около пятой части минимальной нагрузки, предполагаемой в работе [Carrier,1985]. Пожар занимал площадь, в 20 раз меньшую, чем было установлено в [Carrier, 1985] в качестве минимальной. Таким образом, оба критерия возникновения огненного шторма не выполняются. И действительно, в ходе аварии такого огненного шторма не отмечено.
Вероятно, также будет полезно изучить возможность появления огненных штормов в Великобритании при современных условиях и при окружении предприятия жилой застройкой. Сегодняшняя плотность заселения составляет около 4000 чел/км2. Семья состоит в среднем из трех человек, что дает 1333 семьи на 1 км2. Мы получили оценку средней массы горючих материалов на семью от перевозчиков мебели и строителей. По этой оценке на семью приходится 3 т мебели, а поскольку на постройку среднего дома расходуется 5 т древесины, в целом на семью приходится 8 т горючих материалов. С учетом для нежилых зданий, таких, как магазины, школы, церкви, автозаправочные станции и т. д., количество воспламеняющихся веществ, приходящееся на семью, будет составлять приблизительно 10 т. Умножая это число на 1333, получаем 13,33 кг/м2, что составляет около половины массы, необходимой для возникновения огненного шторма. По-видимому, жители городов, подобных Гамбургу, скорее всего, не были более обеспеченными в отношении мебели или жилья по сравнению с жителями современной Великобритании (различие заключается в том, что в Гамбурге были запасы твердого топлива, но они составляли лишь доли тонны на человека). Из сказанного следует, что жилая застройка в немецких городах была намного более тесной, чем в современной Великобритании. В [АСМНД984] делается вывод о том, что на территории жилой застройки огненный шторм возможен только в качестве следствия очень крупного разлития жидкого кислорода.
Авария, в которой был отмечен огненный шторм, произошла в Катаре в 1978 г. Подробности аварии отсутствуют из-за продолжающегося судебного процесса, но в сообщениях высказывается предположение, что после мгновенного испарения диаметр разлития жидкого пропана достигал 500 м.
8.11. АНАЭРОБНЫЕ ПОЖАРЫ
8.11.1. ВВЕДЕНИЕ
Поскольку "анаэробный" означает "без доступа воздуха", по-видимому, есть явное противоречие в выражении "анаэробный пожар". Однако существует ряд веществ, которые при повышении их температуры выше определенного уровня претерпевают химическое разложение, приводящее к свечению газа, едва отличимому от пламени.*
8.11.2. ПРИМЕРЫ АНАЭРОБНЫХ ПОЖАРОВ
8.11.2.1. СМЕСИ ОДНООСНОВНЫХ РАКЕТНЫХ ТОПЛИВ
Самое старое из одноосновных ракетных топлив - это обыкновенный ружейный (или черный) порох. Он представляет собой плотную смесь зерен окислителя (селитры) с восстановителем (зернами серы и древесного угля). В ружейном стволе такая смесь действует как "медленно горящее" ВВ или метательное ВВ. Этот процесс можно представить как последовательность реакций: разложение селитры при повышенной температуре с выделением кислорода, реагирующего с серой и углеродом. Последняя реакция сильно экзотермична и, ускоряя разложение, приводит к интенсивному выделению тепла.
______________________________________________________________
К указанным веществам относятся, как правило, конденсированные взрывчатые вещества, в которых горючее и окислитель перемешаны на молекулярном уровне. Подробнее о горении таких веществ см. [Зельдович, 1975]. - Прим. ред.
Примечательным примером метательного ВВ является твердое ракетное топливо, называемое иногда одноосновным ракетным топливом. Разрабатываемые для космических исследований мощные одноосновные ракетные топлива описаны в ряде обычных работ, например в [McGraw-Hill.1982]. Они могут состоять из смесей, включающих такие вещества, как нитрат целлюлозы, желатинированный с нитроглицерином. Производство таких ракетных топлив, а также обращение с ними - узкие специальные вопросы и поэтому здесь не рассматриваются.
8.11.2.2. НИТРОВАННАЯ ЦЕЛЛЮЛОЗА
Нитрат целлюлозы (часто называемый "нитроцеллюлозой") был открыт в 1838 г. Свойства нитрата целлюлозы сильно зависят от степени нитрования. Теоретически целлюлозное звено [-СбН702(ОН)з-]п можно нитровать в три стадии, в каждой из которых гидроксильная группа замещается на нитратную группу. Применяемые на практике нитроцеллюлозы представляют собой соединения, промежуточные между динитратом и тринитратом, причем не чистые соединения, а смеси эфиров. В работе [Read.1942] даны три класса нитроцеллюлозы, различающиеся содержанием в ней азота (выражено в процентах):
Класс нитроцеллюлозы
Содержание азота, в %
Типичные представители
Коллоксилин
10,7-11.7
Пластмассы, лаки
Коллоксилин
11,5-12,7
Бездымный порох
Пироксилин
13,0 -13,5
Бризантные ВВ
Только последнее из них имеется в списке инструкции [H&SE,1985a], где нитрат целлюлозы с содержанием азота, большим или равным 12,6%, классифицируется как ВВ.
Однако все разновидности нитрата целлюлозы обладают способностью к "горению". Этот процесс можно представить в виде "внутренней" окислительно-восстановительной реакции в молекуле, содержащей атомы кислорода, которые могут реагировать с углеродом и водородом целлюлозного звена. В гл. 9 дается краткое описание пожаров нитрата целлюлозы.
8.11.2.3. НИТРАТ АММОНИЯ
Нитрат аммония - вещество аномальное. Хотя оно может взорваться от детонации, причем с большой силой, в чистом виде это соединение в Великобритании не относят к взрывчатым веществам. Обусловлено это тем, что в противном случае создались бы серьезные проблемы из-за широкого использования нитрата аммония в качестве удобрения. Нитрат аммония, будучи смешанным с жидким топливом до состояния кашицы, часто применяется для взрывных целей. Подобные смеси называются ANFO (ammonium nitrate fuel oil). В смеси с ТНТ он образует также широко известное бризантное ВВ "Amatol".
В работе [С1апсеу,1963] сделан обзор свойств нитрата аммония в отношении его поведения при пожаре. Как отмечается, пожары с нитратом аммония в количестве до 2 тыс. т обходились без взрыва. По мнению автора цитируемой работы, обострение пожара до взрывов намного более вероятно в присутствии органического вещества. В качестве такого органического вещества могут выступать бумажные пакеты или упаковочные мешки.
Пожар, в котором участвует нитрат аммония, по-видимому, может поддерживаться без подвода кислорода, и при некоторых условиях возможны взрывы. В гл.11 приводится описание аварии 16 апреля 1947г. в Техас-Сити (шт Техас, США), в которой это, по-видимому, и произошло.
8.11.3. РАЗЛИТИЯ ЖИДКОГО КИСЛОРОДА
В Великобритании в течение десятилетия или более бытует мнение, что крупномасштабные разлития кислорода могут приводить к пожарам с тяжелыми последствиями. В документе [DOEWO,1972] местным планирующим властям рекомендовано консультироваться с государственными органами надзора за безопасностью в промышленности, перед тем как давать разрешение на жилую застройку в окрестностях хранилища, содержащего до 135 т жидкого кислорода. При повышенных уровнях концентрации кислорода вещества, в обычной обстановке не горючие, смогут гореть и температура, при которой зажигается обычное горючее вещество, будет ниже. Например, одежда становится высокогорючим материалом при концентрации кислорода свыше 25%. Когда вместо обычного воздуха используется воздух, обогащенный кислородом, увеличивается и температура пламени.
По-видимому, справедливо мнение, выраженное в [АСМН,1984], что крупный пожар разлития кислорода может вызвать огненный шторм. Нужно сказать, однако, что во всем мире не было еще таких разлитии, возникших при авариях на установках, которые бы своим "усиленным" горением привели к поражениям среди населения.
8.12. ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ И ЕГО ДЕЙСТВИЕ НА ЛЮДЕЙ
8.12.1. ВВЕДЕНИЕ
Человек, если он подходящим образом одет, способен переносить температуры окружающей среды в сравнительно широком диапазоне. В Антарктиде температура окружающей среды в своем минимуме может приближаться к –
90 °С, а самая высокая температура в ряде частей земли может достигать
+ 58 °С. Однако организм человека сам по себе может функционировать только в относительно узком диапазоне температур, и поэтому людям в большинстве климатических зон требуется носить определенные виды одежды.
Человеческое тело может подвергаться действию чрезмерного тепла или холода при контакте с горячими или соответственно холодными веществами, находящимися в твердом, жидком или газообразном состоянии и подводящими в человеческий организм тепло или отводящими его. Однако этот раздел будет посвящен только пагубному воздействию тепла, но не холода. Внимание будет уделяться главным образом тепловому воздействию от пожара и последствиям
этого воздействия, но не ожогам, которые появляются при соприкосновении с горячими жидкостями (основные механизмы при этом - теплопроводность и конвекция).
Количество тепловой энергии, поглощаемой человеческим телом от источника излучения, в принципе можно рассчитать, применяя законы физики. Но хотя воздействие излучения на человеческое тело определяется в целом законами физики, для предсказания этого воздействия необходимо также знать анатомию человека и его физиологию; необходимые сведения из этих наук здесь будут приведены в самых общих чертах и лишь в той мере, в какой они относятся к аспектам основных химических опасностей. Из рассмотрения будут исключены вопросы, связанные с ожогами, возникающими при соприкосновении с химическими продуктами коррозии, неорганическими кислотами и щелочами.
8.12.2. СУЩНОСТЬ ПОРАЖЕНИЯ ЛЮДЕЙ ТЕПЛОВЫМ
ДЕЙСТВИЕМ
Ожоговое поражение человека описано в книге [Mason,1978]. Полное число смертей, вызванных тепловым поражением (включая ожоги), в Великобритании в 1975 г. составило 495 чел. с тенденцией к снижению смертности приблизительно на 20% по сравнению с предыдущим десятилетием. В цитируемой работе отмечается, что эта цифра - только половина от того числа смертей, что случились при пожарах, а другую половину составляют несчастные случаи, которые произошли при пожарах от удушья или вдыхания моноксида углерода и других отравляющих газов. На каждого человека, погибшего от теплового поражения, приходится двадцать человек, проходящих курс лечения в больницах в течение в среднем 5-6 нед, и 200 человек, обращавшихся за помощью в отделения травматологии при больницах. Приблизительно половина людей из числа обращавшихся за помощью не достигали десятилетнего возраста. Две трети пострадавших взрослых мужчин получили ожоги на работе.
Мазон [Mason.1978] утверждает, что вряд ли фугасные бомбы могут вызвать ожоги. Это не совсем так. Бомба массой 13,5 кг образует огневой шар диаметром около 9 м, который очень быстро диссипирует на открытом воздухе. Однако при взрыве в ограниченном пространстве люди могут получить ожоги. Поражение от напалма - средства, применяющегося в военных целях и состоящего из смеси жидкого горючего, например бензина, и порошка-загустителя (алюминиевого мыла, изготовленного из кокосового масла), нафтеновой и олеиновой кислот, может быть очень тяжелым. При температурах свыше 1000°С образуются газы, и поэтому в ограниченных пространствах существует вероятность смерти от удушья или отравления моноксидом углерода. Удушье может произойти от вдыхания горячих газов, которые обжигают дыхательные пути или разрушают альвеолы (воздушные мешочки в легких).
Очевидно, существует порог, ниже которого теплового поражения не возникает. Вода в ванне обычно имеет температуру°С. Однако десятисекундное соприкосновение с водой, имеющей температуру 60°С, приводит к частичной утрате кожного покрова, а соприкосновение в течение 10 с с водой, нагретой до 70°С, вызвывает полную потерю кожного покрова.
В районах с умеренным климатом воздействие солнечного излучения на человека для большей части года незначительно. Однако бывает в году несколько дней, когда солнечный свет может вызвать ожог кожи. По существу есть верхний предел температурной чувствительности кожи, и когда он превышается, происходит поражение; боль начинает ощущаться при температуре кожи около 44°С. Расчет интенсивности излучения, вызывающего такую температуру, осложняется наличием у человека механизмов охлаждения, таких, как выделение пота и кровотечение. Реакция кожи зависит не только от интенсивности излучения, но и от продолжительности его воздействия (см. разд. 8.12.4).
8.12.3. ФИЗИЧЕСКИЕ ЗАКОНЫ ИЗЛУЧЕНИЯ
Физические законы, определяющие параметры излучения, установлены со значительно более высокой точностью, чем физиологические законы, и хорошо известны.
Тепловое излучение является частью спектра электромагнитных волн, представленного на рис. 8.6. Испускание или поглощение теплового излучения -
Логарифм частоты (в герцах)
Рис. 8.6. Спектр электромагнитного излучения.
это обмен энергией и может быть определено количественно. Законы распространения теплового излучения подобны законам распространения света. Например, тела, отражающие свет, отражают и тепловое излучение. Однако существует значительное различие в степени прозрачности тел для света и теплового излучения. Примером этого может служить хорошо известный "парниковый эффект".
Интенсивность излучения, обозначенная здесь символом 1^, количественно определяется как мощность, излучаемая с единичной площади источника (размерность - Дж/(м2 ∙ с)). Интенсивность теплового излучения тела является функцией его абсолютной температуры ТА, возведенной в четвертую степень (ТА)4, и его излучательной способности, представляющей собой долю излучения по отношению к испускаемой "черным телом" или идеальным σтепла при той же температуре. Противоположностью черного тела является зеркало, у которого излучательная способность приближается к нулю.
Известное уравнение Стефана - Больцмана определяет обмен энергией при тепловом излучении:
IR= σєе(Те)-4-σєа(Та)4
где єе, єа - излучательные способности двух тел; Те, Та - их абсолютные температуры; σ= 5,67 ∙ 10-8 Дж/(м2 ∙ с ∙ К) - постоянная Стефана - Больцмана.
Очевидно, что в тех случаях, когда Те намного больше Та, значение члена с Та становится все менее и менее существенным. Так, например, когда
Те = 1365К и Та = 273 К, Те/Та = 5. Таким образом, (Те/Та)4 =54= 625/1.
При таких обстоятельствах значение (Та)4 сглаживается неточностью определения (Те)4 и (Та)4. Поэтому членом с (Тд)4 в дальнейшем будем пренебрегать.
Проходя через среду, излучение ослабляется. В нашем случае ослабляющая среда - это атмосфера, состоящая из одноатомных (аргон, редкие газы), двухатомных (кислород, азот) и трехатомных газов (диоксид углерода, водяной пар), аэрозолей, таких, как туман (главным образом водяные капельки) и пыли. В рассматриваемом диапазоне температур ни одноатомные, ни двухатомные газы существенно не ослабляют тепловое излучение. Из трехатомных газов только диоксид углерода имеет довольно постоянную концентрацию, составляющую около 0,03% (об.), а содержание водяного пара, напротив, очень изменчиво и в качестве своей верхней границы имеет давление насыщенных паров воды при атмосферных условиях (табл. 8.8).
ТАБЛИЦА 8.8. Объемная доля водяного пара
при насыщении в атмосфере
Температура, °С
-10
0
10
20
30
Объемная доля, %
0,28
0,60
1,20
2,3
4,2
Из этого видно, что трудно найти какое-то типичное значение для ослабления, обусловленного наличием водяного пара.
Некоторые крупные специалисты полагают, что ослабление теплового излучения при прохождении им атмосферы играет существенную роль в оценке теплового действия огневых шаров. Однако по данному вопросу опубликовано очень мало материалов, хотя именно эта область гораздо более нуждается в теоретическом анализе и лабораторных экспериментах, чем многие другие физические явления, связанные с действием огневых шаров. Ниже будут даны ссылки на те работы, в которых есть необходимые данные.
8.12.4. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
ДЕЙСТВИЯ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
8.12.4.1. СТРОЕНИЕ КОЖИ
Кожа подразделяется на два слоя. Внешний слой (эпидермис) также делится на два слоя. Через эпидермис проходят потовые железы, но в нем нет кровеносных сосудов и нервных окончаний.
Нижний слой, или дерма, намного толще и содержит в себе кровеносные сосуды, нервные окончания, сальные железы и корни волос. Эпидермис и дерма, вместе взятые, имеют толщину около 1-2 мм.
Ниже этих двух слоев лежит подкожная ткань, которая содержит потовые железы и крупные кровеносные сосуды. Последние дают возможность коже приспосабливаться к местному нагреванию или охлаждению, но лишь в определенных пределах.
Степень повреждения кожи при воздействии высоких температур зависит от теплового излучения. При слабом тепловом излучении будет повреждаться только эпидермис на глубину 1 мм. Более интенсивный тепловой поток может привести к поражению не только эпидермиса, но и дермы, а излучение еще большей интенсивности будет воздействовать и на подкожный слой. Эти три уровня в общем-то и соответствуют установленным категориям ожогов 1,2 и 3 - и степеней.
Возможность выживания получивших ожоги зависит от ряда факторов, таких, как степень ожога, размер обожженной площади, выражаемый как доля от общей площади поверхности кожи, возраст, перенесенные болезни и состояние здоровья до происшествия. Вообще говоря, шансы выжить уменьшаются по мере того, как увеличиваются процент обожженной площади и возраст жертвы. Патология и трактовка ожогов находятся вне рамок данной книги. Краткое описание этих аспектов можно найти в работе [Mason, 1978].
8.12.4.2. ТЕПЛОВАЯ ДОЗА
Очевидно, что существует порог, ниже которого даже при неограниченном времени теплового облучения поражения не происходит. Большинство взрослых людей могут выдерживать температуру воды в ванне до°С, что может быть обоснованно соотнесено с болевым температурным порогом кожи, равным 44 °С [Hymes.1982]. Выше этого порога степень поражения является функцией энергии, падающей на единицу площади поверхности кожи, и времени облучения.
8.12.5. ОЦЕНКА БЕЗОПАСНЫХ РАССТОЯНИЙ
ДЛЯ ОГНЕВЫХ ШАРОВ
8.12.5.1. ДВА ПОДХОДА
Первый из используемых для оценки безопасных расстояний подходов - это "прагматический" подход. Он основан на исследовании происшедших аварий и определяет приблизительные границы между различными классами поражения, исходя из местоположения убитых, пострадавших с различными степенями тяжести поражения и тех, кто укрылся от опасности. Этот подход применяется в областях, связанных с оценками последствий взрывов ВВ, и описывается в работах [Robinson,1944; Healy,1965]. В этих работах, особенно в последней, делаются попытки найти закономерности для описания безопасных расстояний при взрывах ВВ на основе фактических инцидентов с применением закона подобия Хопкинсона. Работа [Healy.1965] положена сегодня в основу Британской инструкции по безопасным расстояниям для складов ВВ и боеприпасов. Данных для проведения таких исследований достаточно много (см. гл. 10).
Отметим, что в литературе [Crawley.1982] рассмотрен вопрос о выживании людей, оказавшихся значительно ближе к опасному объекту, чем допустимо по теории. В цитируемой работе приводятся случаи выживания пожарных, находившихся на таких малых расстояниях от разорвавшейся автоцистерны, как 30 м. В работе [Eisenberg,1975] говорится о том, что у пожарных есть одно "чисто практическое правило". Оно гласит: "Пожарные умирают от действующего на них излучения тогда, когда они находятся на расстоянии ближе чем 75 м от крупного огневого шара" (имеется в виду огневой шар, возникающий при разрушении большой американской железнодорожной цистерны). Подобные значения безопасных расстояний, по-видимому, на порядок величины меньше, чем полученные из теории. К сожалению, такие данные нельзя использовать в качестве основы для вычислений безопасных расстояний, поскольку они имеют большую степень неопределенности.
Здесь надо сказать, что данных об огневых шарах не так уж много. По этому поводу в работе [Stinton,1978] говорится, что сразу после аварии 11 июля 1978 г. в Сан-Карлосе (Испания) тела погибших сразу стали перемещать, даже не попытавшись зарегистрировать их расположение; в таких случаях, по мнению Стинтона, и без того довольно трудная задача по идентификации жертв становится практически невыполнимой.
Однако мы предприняли попытки извлечь из изучения катастрофы в Сан-Карлосе и других аварий все возможные выводы (см. гл. 9).
Второй подход, применяющийся для оценки безопасных расстояний, - теоретический. Его цель заключается либо в вычислении определенного размера огневого шара, либо в нахождении общих закомерностей огневых шаров и интенсивности излучения на любых заданных расстояниях, с тем чтобы прогнозировать физиологические эффекты такого излучения.
8.12.6. ПОДХОД К ОЦЕНКЕ БЕЗОПАСНЫХ РАССТОЯНИЙ ОТ ОГНЕВОГО ШАРА, ОСНОВАННЫЙ НА АНАЛИЗЕ АВАРИЙ
8.12.6.1. АНАЛИЗ АВАРИИ 11 ИЮЛЯ 1978 г.
В САН-КАРЛОСЕ (ИСПАНИЯ)
Общие обстоятельства этой аварии описаны в гл. 9. Как отмечалось выше, данные по расположению тел погибших и пострадавших людей весьма отрывочны. Отчасти это произошло потому, что погибшие были вывезены с места аварии без предварительной регистрации их местоположения. Во-вторых, испанские специалисты, по-видимому, не сделали никаких попыток систематического анализа в отношении местонахождения очевидцев случившегося, как пострадавших, так и не пострадавших. (Надо сказать, что при аварии 1 июня 1978 г. в Фликсборо (Великобритания) попытка зарегистрировать расположение тел погибших также окончилась неудачей [Flixborough.1975].)
В третьих, уже нельзя получить информацию от оставшихся в живых людей, так как они сейчас разбросаны по разным местам и связаться с ними трудно. Тем не менее определенные выводы сделать можно, и полученные результаты, какими бы они ни были грубыми, - это самое ценное, что можно вынести из этой аварии.
В отчете [Scilly,1978] указана площадь, на которой произошла авария: около 400 м в длину и 80 м в ширину, т. е. 32 тыс. м2. Общее число людей, находившихся на этой площади, - около 500 [Stinton.1978]. Число мгновенно погибших оценивается в 95 человек (5 человек погибли под обломками здания дискотеки, находившегося вне площади аварии); 115 человек умерли некоторое время спустя, и 67 человек были помещены в больницу. Предполагая, что люди, оказавшиеся в зоне аварии, были равномерно распределены, площади поражения будут выглядеть следующим образом:
Вид поражения
Площадь
поражения, тыс. м2
а) Мгновенная смерть
95/500 ∙/1 = 6,08
б) Мгновенная смерть,
отложенная смерть
210/500 ∙/1 = 13,44
в) Мгновенная смерть,
отложенная смерть,
тяжелые травмы
(госпитализация)
277/500 ∙/1 = 17,73
Если принять, что площадь поражения - это полукруг, то соответствующие площадям поражения радиусы будут следующими: а) 62 м; б) 92 м; в) 105 м. Радиус огневого шара, вычисленный согласно [Marshall,1977b], в предположении, что М = 23 т, равен
R = 27,5 ∙ М1/3 = 78 м
Однако существует некоторая неопределенность в отношении нахождения центра огневого шара.
Из всего сказанного можно сделать вывод, что те, кто умер мгновенно, попали в пределы огневого шара; тяжело поражены были люди, находившиеся на расстояниях, превышающих радиус огневого шара не более чем в 1,5 раза. Высокой смертности способствовал целый ряд факторов. Сюда входили и малое количество укрытий, и то, что люди были практически без одежды, и тот факт, что до аварии кожа у людей в результате длительного пребывания на солнце была предварительно нагрета. Один фактор, возможно, содействовал выживанию. Это близость моря, в которое часть людей бросилась спасаться.
8.12.6.2. АВАРИЯ 30 АВГУСТА 1979 г. в ГУД-ХОПЕ
(шт. ЛУИЗИАНА, США)
Столкновение в море, в результате которого произошел выброс бутана, случилось 30 августа 1979 г. и описано в [NTSB,1980]. В аварии погибло 12 чел. и 25 чел. было поражено. Все началось с того, что грузовое судно столкнулось со стоящей у пирса баржой с бутаном. Удар пришелся по центру баржи и пробил по крайней мере один из танков. В результате утечки газа образовался огневой шар высотой в "сотни футов" (≈100 м?). Существовал он "меньше минуты" или, согласно [SaS,1980], около 30с. Как на грузовом судне, так и на пирсе было отмечено действие избыточного давления.
В отчете [NTSB.1980] дается исключительно подробное описание аварии и прилагается карта, на которой нанесены координаты расположения тел погибших, показывающие, где они находились во время действия огневого шара. К сожалению, опубликованная карта имеет относительно мелкий масштаб, равный 1:24 000. Основанный на этой карте рис. 8.7 воспроизводит расположение тел погибших, а также судов согласно фактическому материалу, приведенному в [NTSB.1980].
Рис. 8.7. Схематический план местоположения и размеров огневого шара при аварии 30 августа 1979 г. в Гуд-Хопе (шт. Луизиана, США).
Количество выброшенного бутана не установлено. На барже было 6 танков, расположенных по всей ее длине двумя группами по три танка, стоящих рядом друг с другом. По сообщениям, чистый груз составлял 283 тыс. американских галлонов, или около 630 т СНГ (утверждается, что бутана). Судя по отчету, поврежденные танки были найдены в различных местах. Установлено, что танки 1 и 2 отделились от баржи и дрейфовали вниз по течению реки. Горение танков продолжалось в течение 3 ч после столкновения. Третий танк оказался пробитым и впоследствии был обнаружен пустым. Он затонул вместе с носовой частью баржи. Остальные три танка (4, 5 и 6) после того, как отделились от баржи, дрейфовали в огне вниз по течению. У танков 4 и 5 произошло растрескивание, а танк 6, у которого из предохранительного клапана все это время выделялся газ, в конечном счете обнаружен неповрежденным и содержащим 53 тыс. американских галлонов бутана (118 т).
По-видимому, из этого должно быть ясно, что полное разрушение претерпел только танк 3. При установленной на момент аварии температуре окружающей среды 26 °С максимальное избыточное давление воздушной ударной волны составляло около 0,3 МПа. Сколько из 100 т бутана, содержавшихся в танке, мгновенно испарилось или выкипело, сказать трудно, но, вероятно, горение длилось меньше одной минуты. Поэтому есть некоторые основания предположить, что все содержимое, т. е. 100 т, могло принять участие в образовании огневого шара. Согласно [Marshall,1979b], если φ= 100 т, то
R = 27,5 ∙ М1/3 = 127 м
Судя по карте Национального совета по безопасности на транспорте
(NTS В), радиус огневого шара составлял м.
Во время действия огневого шара в непосредственной близости от него, т. е. в радиусе 200 м от его центра, находилось 39 человек. Размещение этих людей, а также полученные ими поражения представлены в табл. 8.9. Таким образом, поражения были следующими:
Степень
поражения
Количество
пораженных
Смертельные ожоги
9,
кроме того, 3 утонули
Тяжелые ожоги,
свыше 14 сут. госпитализации
6
Ожоги средней тяжести,
от 1 до 1 4 сут. госпитализации
13
Легкие ожоги,
менее 1 сут. госпитализации
6
Σ = 34
Помимо этого надо было включить в рассмотрение и тех людей, которые находились на грузовом судне ниже палубы (20?) и буксире (1), а также тех, кто, возможно, спасся от действия огневого шара. Тем не менее каждый из них
ТАБЛИЦА 8.9. Расположение людей во время действия огневого шара и полученные ими поражения
Местонахождение людей
Число
людей
Степень
поражения
Число
пораженных
Грузовое судно
в том числе:
на капитанском мостике
на палубе
в машинном отделении
в неустановленном месте
32
5
7
5
15
Смерть (2 утонуло)
свыше 14 сут. в больнице
от 1 до 14 сут. в больнице
менее 1 дня в больнице
10
6
10
6
Буксир
в том числе:
на палубе
внизу
3
2
1
Смерть (1 утонул)
от 1 до 14 сут. в больнице
2
1
Баржа с бутаном
1
от 1 до 14 сут. в больнице
1
Пирс
от 1 до 14 сут. в больнице
1
Σ=37
находился на расстоянии в пределах 1,5 диаметра огневого шара, причем два из трех остались в живых. От ожогов умерло 9 человек, что составляет 24%.
8.12.7. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ ПОДХОД К ОЦЕНКЕ БЕЗОПАСНОГО РАССТОЯНИЯ ПРИ ОГНЕВОМ ШАРЕ
8.12.7.1 ОСНОВНЫЕ ЧЕРТЫ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО ПОДХОДА
Исходя из данной массы топлива в огневом шаре, нужно вычислить, на каком расстоянии от центра шара могут произойти определенные физиологические эффекты. На основе полученных результатов далее требуется определить "безопасное расстояние". Такие данные могут также представлять ценность в плане количественной оценки опасности, возникающей от хранилищ воспламеняющихся веществ.
Реализация этого подхода состоит из следующих этапов :
1) Вычисление теоретического и практического энерговыделения данной массы топлива.
2) Оценка доли выделившейся энергии, идущей на тепловое излучение.
3) Оценка длительности теплового импульса.
4) Оценка интенсивности излучения на различных расстояниях без учета ослабления.
5) Оценка степени ослабления излучения атмосферой.
6) Оценка физиологических последствий при получении различных "доз" тепловой энергии.
7) Оценка "дозы" для разных расстояний.
8) Определение допустимой максимальной дозы при возникновении огневого шара от зажигания воспламеняющихся паров.
9) Установление связи между допустимой максимальной дозой и радиусом, который определен выбросом ожидаемой мощности.
8.12.7.2. ВЫВОДЫ ИССЛЕДОВАТЕЛЕЙ
Имеющийся всесторонний обзор литературы [Moorhouse,1982] предоставляет все же мало информации о вычислении безопасных расстояний, но обращает внимание на необходимость учета атмосферного ослабления. В работе [Crawley,1982] эвакуационное расстояние вычисляется исходя из предположения о том, что кожный покров способен выдерживать (без появления болевых ощущений) поток, равный 2,1 ∙ 104 Вт/м2, в течение 2с. Таким образом, предлагается определять безопасное эвакуационное расстояние по следующей формуле:
RЕV = RFB ∙ 10,5/(2,1 ∙ 104)
где RЕV радиус эвакуации; RFB - радиус огневого шара; I - интенсивность излучения на поверхности огневого шара. Из этой формулы следует, что
RЕV = 3,1∙ RFB
а для температуры на поверхности огневого шара, равной 1473 К,
RЕV = 3,6 ∙ RFB
В табл. 8.10 приводятся пороговые расстояния полусферического огневого шара массой 100 т с R = 171 м и временем существования 21с (без учета ослабления в атмосфере) [Roberts,1982a].
ТАБЛИЦА 8.10. Пороговые расстояния по [Roberts,1982a]
Уровень поражения
FR= 0,3
Fr = 0,4
50% смертельных исходов
395м (2,30 ∙RFB)
445 м (2,66 ∙ RFB)
1% смертельных исходов
1 520м(3,04 ∙ RFB)
600 м (3,51 ∙ RFB)
Порог образования волдырей
925м(5,50 ∙ RFB)
1070 м (6,25 ∙ RFB)
FR- доля теплового излучения от общего энерговыделения огневого шара.
В работе [Williamson,1981], в которой для поверхности многотонного огневого шара предполагается адиабатическая температура пламени, даются (без учета атмосферного ослабления) расстояния, на которых появляются ожоги 3-и и 2-и степени (рис. 8.8). Приводимые на рисунке значения при массе в 1000 т
Рис. 8.8. Радиусы теплового поражения огневого шара.
соответствуют расстояниям ожеговых поражений в Хиросиме для бомбы с эквивалентом в 12,5 кт ТНТ. Они были получены по следующим соотношениям:
Характеристика степени теплового поражения
огневого шара массой М т
Радиус
поражения, м
Получение ожогов третьей степени
Возможно получение ожогов третьей степени
80 ∙ М0,42
130 ∙ М0,42
Получение ожогов второй степени
Возможно получение ожогов второй степени
150 ∙ М0,42
240 ∙ М0,42
8.12.7.3. ВЫЧИСЛЕНИЕ ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЯ
Выражение "огневой шар массой М т" (MFB) не эквивалентно утверждению, что огневой шар возникает от разлития М тонн СНГ (MS). Факторы, определяющие возможную близость MFB и МS, следующие: а) высокое значение TAFF; б) обстоятельства, способствующие быстрому вовлечению в огневой шар СНГ (разлитие происходит в летнее время; на поверхности воды; вследствие полного разрушения резервуара - примеры обстоятельств, способствующих распространению парового облака на большой площади).
Из сказанного ранее видно, что разлитие МS тонн может привести к образованию парового облака, в котором масса воспламеняющегося вещества колеблется от МS до нуля.
Ключевыми факторами, способствующими образованию огневого шара, являются высокая температура окружающей среды и разлитие на воду, а не на землю. Поэтому при оценке правдоподобия и величины огневых шаров необходимо обращать внимание на отношение MFB/MS.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 |
