Бесчастнов М.В. Промышленные взрывы: оценка и предупреждение

Подождите немного. Документ загружается.

Рис. 4.7. Зависимость избы-

точного давления от расстоя-

ния при взрыве водорода в

помещении вентильного от-

деления

Результаты обсле-

дования объектов (рис.

4.6), оказавшихся в

зоне воздействия сла-

бых ударных волн за

пределами разрушен-

ного вентильного по-

мещения, характеризу-

0 100 200 300 т 500

ются данными, приведенными в табл. 4.2. По приведенным в

таблице уровням разрушений объектов определены изменения

текущих параметров воздушной ударной волны по мере уда-

ления ее от места взрыва водородовоздушной смеси в замкну-

том объеме помещения. Большинство расчетных значений АР

укладывается в интервал значений, полученных эксперимен-

тально и приведенных в табл. 4.2. На рис. 4.7 показана зави-

симость расчетных избыточных давлений на фронте ударной

волны от расстояния от места взрыва, .которая также свиде-

тельствует о том, что расчетные значения достаточно близко

соответствуют наблюдаемому уровню разрушений. Такая зави-

симость может быть принята для прогнозирования взрывов в

подобных условиях.

Достаточно подробно исследована авария, связанная со

взрывом водорода в помещении небольшого объема, которая

произошла 19 февраля 1990 г. на Ровенском производственном

объединении «Азот». Взрыв произошел в помещении насосного

отделения подачи обессоленной воды в абсорбер очистки от

аммиака газовой смеси, содержащей [%!(об.)] водорода — 58,6;

метана — 5,3; аммиака — 9,6; азота — 22,2; аргона — 4,3. Газо-

вая смесь из производства аммиака в количестве 9000 м

под

давлением до 32 МПа при 40 °С после дросселирования до

25 МПа поступала в нижнюю часть абсорбера (диаметр 2 м,

высота 11,3 м), орошаемого водой, и отводилась из верхней ча-

сти на охлаждение, дальнейшую очистку и использование. Оро-

шающая вода, насыщенная аммиаком из кубовой части абсор'-

бера при 130 °С и давлении 25 МПа, выводилась на охлаждение

до 40°С, после чего использовалась в рецикле и частично от-

правлялась на склад аммиачной воды.'

Утечка газа в помещение из абсорбционной системы произо-

цла через отверстие диаметром 4,8 мм, образовавшееся на на-

•нетательном трубопроводе плунжерного насоса вследствие

пгрыва отвода дренчерного трубопровода, вваренного в нагне-

ательный трубопровод (рис. 4.8). Полагают, что отрыв отвода

роизошел вследствие концентрации напряжений, вызванных

ибрацией насоса и колебаниями дренчерного трубопровода,

]9«

Таблица 4.2. Характеристика уровней разрушений объектов в зоне ударной волны;

генерируемой взрывом водорода в помещении

№ здания

на план-

схеме,

рис. 4.6

Габариты здания, и

Расстояние

ДР-2Е

(расчета.),

кПа

АР (по на-

блюдаемым

уровням раз-

рушений),

кПа

ища-

№ здания

на план-

схеме,

рис. 4.6

ширина

длина высота

Этаж-

ность

от объекта

до места

взрыва м

Характер разрушения

ДР-2Е

(расчета.),

кПа

АР (по на-

блюдаемым

уровням раз-

рушений),

кПа

Примечания

9,0 48,0 6,8 1

18,0 96,0 10,5 1

6,0 25,5 4,8 1

12,0 48,0 9,6

18,0 60,0 11,2

9,0 18,0 —

1 Разрушено одно крыло здания 11,48 12,0

(9,0X18,0X6,8 м) полностью, сте-

на во второе крыло выдавлена,

но не упала (здание кирпичное,

перекрытие ж/б, в перекрытии

легко сбрасываемые элементы

площадью 3,0x18,0 м, выполнен-

ные из волнистого шифера)

25,0 Полное разрушение остекления по 5,5 3,5—7,0

всему периметру; со стороны мес-

та взрыва вырваны оконные и

дверные коробки с заполнением

45,0 Полное разрушение остекления со 3,53 12,0

стороны, обращенной к месту

взрыва, частичное — остекления

окон боковой стены

60,0 Полное разрушение остекления 2,74 3,5—7,0

по всему периметру; со стороны

места взрыва разрушены оконные

и дверные коробки с заполнением

75,0 Полное разрушение остекления по 2,74 3,5—7,0

всему периметру; со стороны мес-

та взрыва разрушены отдельные

дверные и оконные коробки с за-

полнением

125,0 Полное разрушение остекления 1,44 3,5—7,0

со стороны, обращенной к месту

взрыва

125,0 Полное разрушение остекления на 1,44 3,5—7,0

8 36,0 96,0 22,0 3 130,0

9 24,0 90,0 17,1 2 150,0

10 60,0 150,0 21,65 1 150,0

11 18,4 78,8 10,4 1 150,0

12 12,0 18,0 4,8 1 180,0

13 27,9 66,0 24,0 4 200—350

и 12,0 24,0 10,0 2 250

18,0 48,0 10,0 1 200

отм. 4 м на стороне, обращенной

к месту взрыва

Со стороны, обращенной к месту

взрыва, на отм. 3 м и выше ос-

текление разрушено почти полно-

стью, по боковым стенам — час-

тично

Полное разрушение остекления на

стороне, обращенной к месту

взрыва

Полное разрушение остекления

Полное разрушение остекления на

стороне, обращенной в сторону

взрыва

Остекление разрушено полностью

на сторонах, обращенных к месту

взрыва, с противоположной сто-

роны — частично

Частичное разрушение остекления

на стороне, обращенной в сторону

взрыва на отм. 6, 12 и 18 м

Частичное разрушение остекления

на стороне, обращенной к месту

взрыва, на отм. 3 и 60 м

Частичное .разрушение остекления

на стороне, обращенной к месту

взрыва на отм. 6 м

1,67 3,5—7,0

1,44 3,5—7,0

1,19 3,5—7,0

1,67 1,5—2,0

1,07 1,5—2,0

Здание 8 частично

закрыто от взры-

ва зданием 2

Реконструируемое

производство, ос-

текление отсутст-

вует

Полное разруше-

ние объясняется

большой единич-

ной площадью ос-

текления

Здание отделения

окисления цикло-

гексана закрыто

от места взрыва

зданиями 2 и 8,

высота которых

10,5 и 42,2 м

Здание закрыто

от места взрыва

зданиями 2, 4. 12,

частично —13

Продолже.ние табл. 4.2

№ здания

на план-

схеме,

рнс. 4.6

Габариты здания, м

Этаж-

ность

Расстояние

от объекта

до места

взрыва м

Характер разрушения

ЛР-2Е

(расчета.),

кПа

АР (по на-

блюдаемым

уровням раз-

рушений),

кПа

Примечания

№ здания

на план-

схеме,

рнс. 4.6

ширина

длина высота

Этаж-

ность

Расстояние

от объекта

до места

взрыва м

Характер разрушения

ЛР-2Е

(расчета.),

кПа

АР (по на-

блюдаемым

уровням раз-

рушений),

кПа

Примечания

15 12,0 36,0 4,8'

16 12,0 60,0 6,0

17 24,0 120,0 6,0

18 12,0 100,0 6,0

19 18,0 127,4 24,0

20 12,0 24,0 6,0

21 34,0 48,0 26,45

22 12,0 132,0 12,0

1 210,0 Незначительные разрушения ос- 1,01

текления на стороне, обращенной

к месту взрыва

1 225,0 Разрушение остекления на сторо- 0,95

не, обращенной к месту взрыва,

составило 90%

1 240,0 Незначительные разрушения на 0,88

стороне, обращенной к месту

взрыва, на отм. 4 м

1 250—300 Частичное разрушение остекления 0,85

на отм. 4 м на стороне, обращен-

ной к месту взрыва

4 275,0 Незначительные разрушения ос- 0,77

текления на отм. 17 м на стороне,

обращенной к месту взрыва

1 300,0 Частичное разрушение остекления 0,70

на стороне, обращенной к месту

взрыва, на отм. 3 м

5 330,0 Частичное разрушение остекления 0,64

на стороне, обращенной к месту

взрыва

2 350,0 Разрушений остекления нет 0,60

30,0 80,0 4,8 1 350—400 Полное разрушение остекления на 0,60

стороне, обращенной к месту

взрыва, на отм. 4 м

1,5-2,0

1.5—2,0

1,5—2,0

1,5—2,0 На участке, не за-

крытом здания-

ми 11 и 17

1,5—2,0 Здание закрыто

от места взрыва

зданиями 2, 12 и 14

1,5—2,0 Здание закрыто от

места взрыва зда-

ниями 2, 8 и 13

1,5—2,0

1,5—2,0 Со стороны, обра-

щенной к месту

взрыва, оконных

проемов нет

1,5—2,0 Здания закрыты

от места взрыва

зданиями 2 и 5,

высота которых

10,5 и 11 м

25 30,0 30,0

50,0 50,0

26 6,0 66,0

27 30,0 80,0

15,0 3 350—400

25,0 4 300—350

4.7 1 350

4.8 1 375—450

28 6,0 60,0

29 22,7 54,2

30 42,0 193,5

31 12,0 36,0

32 12,0 48,0

6,0 1 375—450

13,4 1 390

10,3 1 400

12,0 * 1 420

— 1 450

Частичное разрушение остекления

на стороне, обращенной к месту

взрыва, на отм. 8 м

Частичное разрушение остекления

на отм. 4 и 12 м на стороне, об-

ращенной к месту взрыва

Частичное разрушение остекления

по всему фасаду на стороне, об-

ращенной к месту взрыва

Разрушений нет

Частичное разрушение остекления

на стороне, обращенной к месту

взрыва, на отм. 4 м

Разрушений нет

Незначительное (частичное) раз-

рушение остекления на отм. 6 м

со стороны места взрыва

Незначительные разрушения на

отметке 13 м со стороны места

взрыва

Разрушений нет

0,60 1,5—2,0

0,56 1,5—2,0

0,54 1,5—2,0

0,52 1,5—2,0

0,5 —

0,46 —

Здание закрыто от

места взрыва зда-

ниями 2. 5, 4 и 16

Здание закрыто от

взрыва зданиями

18 и 17

Здание закрыто от

места взрыва зда-

нием 18

Здание одноэтаж-

ное, закрыто от

места взрыва зда-

ниями 2, 9 и 19

Здание закрыто от

места взрыва зда-

ниями 2 и 5, высо-

та которых 10,5 н

11,0 м соответст-

венно

Здания закрыты

от места взрыва

зданиями 2, 8, 13,

14 и 19

Здание закрыто от

места взрыва зда-

ниями 2, 9 и 22

Здание закрыто от

места взрыва зда-

ниями 2, 9, 19,

частично — зда-

нием 26 _

Здание закрыто

от места взрыва

зданиями 2, 13 и 20

Остекление отсут-

ствует, здание на

реконструкции

Продолжение табл. 4.2

№ здания

на план-

схеме,

рнс, 4.6

Габариты здания, ы

Расстояние

ДР-2Е

(расчета.),

кПа

АР (по на-

блюдаемым

уровням раз-

рушений),

кПа

№ здания

на план-

схеме,

рнс, 4.6

ширина

длина высота

Этаж-

ность

от объекта

до места

взрыва м

Характер разрушения

ДР-2Е

(расчета.),

кПа

АР (по на-

блюдаемым

уровням раз-

рушений),

кПа

Примечания

33 18,0 124,0 24,7 4 450

34 18,0 48,0 15,0 1 450

35 18,0 48,0 11,4 470

36 24,0 60,0 45,0 500

37 18,0 72,0 13,4 3 530

38 36,0 72,0 16,2 2 540

39 9,6 52,0 11,3 3 580

Незначительные разрушения ос-

текления на стороне, обращенной

к месту взрыва, на отм. 12 м

Разрушений нет 0,46 —

Полное разрушение остекления на 0,44 1,5—2,0

отм. 3,0 м со стороны места

взрыва

Незначительные разрушения ос- 0,42 1,5—2,0

текления на стороне, обращенной

к месту взрыва, на отм. 6, 12 и

18 м

Незначительные разрушения ос- 0,40 1,5—2,0

текления на стороне, обращенной

к месту взрыва, на отм. 12 м

Частичное разрушение остекления 0,38 1,5—2,0

на отм. 10,8 м со стороны места

взрыва

Частичное разрушение остекления 0,36 1,5—2,0

по фасаду со стороны места

взрыва

Разрушений нет

Здание закрыто от

места взрыва зда-

ниями 2, 12, 14 и

Здание закрыто от

места взрыва зда-

ниями 2 и 5

Здание закрыто от

места взрыва зда-

ниями 2, 13, 20,

Здание закрыто от

места взрыва зда-

ниями 2, 5, 4, 6 а

Здание закрыто от

места взрыва зда-

ниями 2, 5, 23 и

Здание закрыто

(частично) от мес-

та взрыва зда-

ниями 2, 5, 16, 24

и 35

Рис. 4.8. Узел тройника (соединения

дренажного с технологическим трубо-

проводом обвязки насоса):

/ — тройник; 2—сварной шов в месте раз-

рыва; 3 — отвод

Ф 12*3.5

разрушении

так как последний не имел

жесткого крепления. Во вре-

мя, предшествовавшее аварии,

давление в абсорбере было

18,5 МПа, а спустя 10—15 мин

с момента отрыва отвода по-

казаниям приборов оно сни-

зилось до 12,5 МПа. Об-

щее количество «газа, посту-

пившего в помещение (рассчитанное с высокой достоверно-

стью двумя методами — по критической скорости истечения

через отверстие и разности давленир в системе) составило

«350 м

[состав смеси: (%) водород — 66; метан — 7—8; азот,

аргон до 100 (приведенных к нормальным условиям), в том

числе водорода — 245 м

(22 кг)].

По заключению экспертов во взрыве участвовало ж 70 м

(63 кг) водорода, эквивалентных 37,2 кг ТНТ. Признано также,

что наблюдаемому характеру разрушения здания (рис. 4.9)

соответствовали избыточное давление ударной волны ж 28 кПа

и значения констант /( = 9,6—2,8 по зонам тяжелых разрушений,

выделенных радиусами Я = 7—20 м.

При детальном исследовании масштабов разрушений, осо-

бенно ограждения территории на расстоянии 20 м, металличе-

ской этажерки на расстоянии 14 м (рис. 4.10), а также по ха-

рактеру разрушения кирпичных стен и других элементов зда-

ния насосной (рис. 4.11) взрыв водорода в помещении можно

оценить эквивалентом в 100 кг ТНТ. Найденная пб энергетиче-

скому балансу ударной волны взрыва ТНТ приведенной массы

доля участия водорода во взрыве составляла ж 0,32.

к. 4.9. Общий вид разрушений после взрыва водорода в помещении насос-

ного отделения на установке очистки газа

И27

о о.пыия водорода в помещении насосной

РИС. 4.10. разрушенные в

езу

' водорода в помещении насосн

РИС. ,11. Р АЗРУШЕНШ^В ^ЕЗУЛЬМТЕ^ ВЗ^ВА ^ВОДОР^ А АДЩ

-полное разрушение строительных конструкции

- частичные и легкие разрушения

<* -распространение ударной волны

Рис. 4.12. План-схема разрушений при взрыве водорода в помещении компрес-

сорной (132x32x21 м) при зажигании у края облака:

-—

здание компрессорной; 2 — газгольдер конвертированного газа; 3 — чаша масляного

конденсата; 4 — производственные здания

В отличие от взрыва водорода в вентильном помещении

взрыв в насосной характеризуется большей бризантностью.

Внутренние стены и перегородки помещения опрокинуты нару-

жу, внутренняя торцевая стена срезана по основанию, раздроб-

лена на отдельные кирпичи и отброшена в сторону, другие

внутренние стены разбиты на крупные куски и опрокинуты.

Внешние стены отброшены, снесены с основания аппараты,

разрушены и снесены другие сооружения, щиты РП и перекры-

тия выброшены. Такие разрушения характерны для высокого

избыточного давления ударной волны, воздействующей на

строительные конструкции, которое составляет 232,8 кПа.

Такое высокое давление взрыва обусловило тяжелые послед-

ствия. Серьезные разрушения получило помещение центрально-

го пульта управления (ЦПУ) (рис. 4.11), отделенное от поме-

щения насосной двумя кирпичными стенами толщиной 6 м,

которые были разрушены. Из полуразрушенного помещения

ЦПУ ударной волной отбросило от щита приборов в угол по-

мещения и выбросило в окно оператора. Вследствие разруше-

ния технологических трубопроводов и истечения горючих газов

на установке возник пожар, продолжавшийся около 2 ч.

В областях низких давлений ударной волны отмечены раз-

рушения остекления здания компрессорного помещения произ-

6—1006

129

водства аммиака, расположенного в 250 м от места взрыва.

В помещении компрессорной осколками разбитого стекла трав-

мирован машинист. По разрушениям остекления в радиусе

«250 м взрыв водорода оценивается по тротиловому эквива-

ленту, найденному из выражения

250 = 56№1/З/[1 + (3180/№')«11/«,

составляющему «500 кг, что обусловлено большей протяжен-

ностью ударных газовых взрывов в отличии от взрывов конден-

сированных ВВ.

Уровень разрушений насосной оказался более существенным

по сравнению со взрывом водорода в вентильном отделении при

аналогичном характере возникновения и развития этих двух

аварий. Это обусловлено более высокой объемной плотностью

энерговыделения газовоздушной смеси, образовавшейся в верх-

них зонах помещения насосной. Кровля помещения насосной

была герметичной без аэрационных проемов, что исключало

возможность эвакуации водорода и метана из верхних зон по-

мещения и создавало условия для образования высоких кон-

центраций горючих газов в воздухе. Работающая в течение

7 мин вытяжная вентиляция с воздухозабором вблизи уровня

пола при открытых дверях не могла обеспечить эвакуацию

легких газов из верхних слоев. Поэтому предположения экспер-

тов об эвакуации водорода из помещения насосной (объемом

380 м

) работающей вентиляцией (производительностью

6000 м

/ч) и определение усредненной концентрации газов в

помещении до взрыва, равной 18,5%, не соответствовали ре-

альным условиям. Оказались заниженными и результаты рас-

четов массы горючих газов (водорода), находящихся в поме-

щении в момент, предшествовавший взрыву (6,3 кг).

По общей оценке авария стала неизбежной вследствие ряда

ошибочных решений. Изначальное возникновение аварий свя-

зано с несовершенством конструкции узла врезки дренчерного

трубопровода, обусловившем усталостное разрушение сварного

шва на отводе вследствие длительного знакопеременного его

нагружения при работе плунжерного насоса. Кроме того, в те-

чение длительного времени происходила утечка горючих газон

в помещение из-за отсутствия необходимых быстродействую

щих запорных устройств для локализации аварийного участкг

трубопровода и организованной эвакуации горючей газовой сре

ды из системы. К этому надо добавить отсутствие конкретны

эффективных технологических способов локализации аварий

ных ситуаций и то, что план локализации аварии был абстракт

ным и не отражал конкретных действий персонала в подобны

условиях. Производственное помещение насосной оборотно

воды ошибочно отнесено к категории невзрывоопасных без н

обходимой оценки возможных и имевших место аварийных с

туаций. Ошибочные конструктивные решения, в частнос

130