Визначення стійкості цеху до факторів ядерного вибуху

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

ОБЩАЯ ОБСТАНОВКА 

     По  категорированному по ГО населённому  пункту возможно применение ядерного оружия. Необходимо провести оценку устойчивости промышленного объекта к воздействию  поражающих факторов ядерного взрыва и наметить ИТМ ГО для повышения устойчивости его работы в период ЧС военного характера. Объект расположен около города. 

    ОБОРОННО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ  ЗНАЧЕНИЕ ЗАВОДА 

     Мощность  предприятия – 1000 станков-автоматов  в год, для оборудования машиностроительных заводов, на сумму 600 млн. грн. Производственная программа предусматривает, в военное время – выполнение специальных заказов. Для этого, по особому плану, используется 75% мощностей завода. 

    ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС  ПРОИЗВОДСТВА 

     Технологический процесс предусматривает:

• Механическую холодную обработку чугунных и стальных деталей;
• Термическую обработку стальных деталей;
• Сборку и наладку станков;
• Производство предметов широкого потребления;
• Эксплуатацию, хранение и ремонт автомобильной техники.

 

    РАЗМЕЩЕНИЕ  И ПЛАНИРОВКА 

     Предприятие отнесено к 1-й категории по ИТМ ГО и расположено вблизи города. Оно работает в 2 смены. Численность наибольшей смены 3000 человек. Промышленная застройка занимает площадь 17 гектаров, административно-хозяйственная территория 6 гектаров, плотность застройки более 30%. Наличие защитных сооружений – на 2000 человек. На заводе 10 цехов (из них 5 основных). 

     ИСХОДНЫЕ  ДАННЫЕ ВАПИАНТА 10 

• Сборочный цех – производит сборку станков-автоматов.

      Здание – массивное с металлическим каркасом и крановым оборудованием грузоподъемностью 25-50 тонн; кровля – черепица красная; пол – бетонный; двери и окна – деревянные, окрашены в темный цвет.

      Технологическое оборудование:

• мостовые 25 тонные краны;
• подъемно-транспортное оборудование;
• масляные выключатели;
• магнитные пускатели;
• электродвигатели мощностью до 2 кВт, открытые;
• электродвигатели мощностью до 2 кВт, герметические;
• контрольно-измерительные приборы.

Электроснабжение – кабельные наземные линии.

Трубопроводы – на железобетонных эстакадах.

• Направление на объект относительно центра города, В = 140°;
• Скорость среднего ветра, Vсв = 95 км/ч;
• Расстояние от центра города до цеха, Rг = 6,5 км;
• Вероятное максимальное отклонение ядерного боеприпаса от точки прицеливания (центра города), r _ОТК  = 2,5 км;
• Ожидаемая мощность боеприпаса, q = 500кт;
• Уровень радиации на 1 час после взрыва на объекте, Р1 = 350 Р/ч.

 

1 Максимальные значения  параметров поражающих  факторов ядерного  взрыва, ожидаемых  на объекте 

     1.1 Максимальное значение  избыточного давления  во фронте ударной  волны (взрыв воздушный) 

     Находим вероятное минимальное расстояние от центра взрыва: 

R_x=R_г - r_откл = 6,5 – 2,5 = 4,0 км 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис.1.1 Определение минимального расстояния до вероятного центра взрыва: 1-город; 2- объект

     Находим избыточное давление ∆Р_фmax (данные берем из [1] по приложению №1). Так как необходимого значения расстояния в таблице нет, делаем интерполяцию табличных данных: 

R_x1 = 3,4 км   ∆Р_ф1 = 40 кПа 

R_x2 = 4,2 км   ∆Р_ф2 = 30 кПа 

=

= = 32,5 кПа 

     1.2 Максимальное значение  светового импульса  (взрыв воздушный) 

      Для вероятного минимального расстояния от центра взрыва R_x=4,0 км из [1] по приложению №4 находим максимальный световой импульс И_св.max.

      Так как необходимого значения расстояния в таблице нет, производим интерполяцию табличных данных: 

R_x1 = 3,3 км   И_св.1 = 2900 кДж/м² 

R_x2 = 4,4 км   И_св.2 = 1700 кДж/м² 

=  

= = 2136,4 кДж/м² 

     1.3 Максимальное значение уровня радиации (взрыв наземный) 

      Для вероятного минимального расстояния от центра взрыва R_x = 4,0 км и для боеприпаса мощностью 500 кт, скорости ветра – 95 км/ч по приложению 12 из [1] находим максимальное значение уровня радиации. Так как интерполяцию данных по скорости ветра мы не проводим, то берем приближенное значение – 100 км/ч.

                             

Rx = 4,0 км      Pimax = 17000 Р/ч

1.4 Максимальное значение  дозы проникающей  радиации  

      Вероятное минимальное расстояние от центра взрыва: R_x = 4,0 км.

      По  приложению №9 при мощности взрыва 500 кт находим значение уровня проникающей радиации Д_пр.max = 0 Р. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

2. Оценка  устойчивости работы объекта к воздействию  ударной волны  ядерного взрыва

 
     

1. Определяем  максимальное значение избыточного давления, ожидаемого на территории предприятия. Для этого находим минимальное расстояние до возможного центра взрыва:

 

R_x=R_г - r_откл = 6,5 – 2,5 = 4,0 км 

      Затем по приложению 1 находим избыточное давление ΔP_ф на расстоянии 4,0 км для боеприпаса мощностью q = 500 кт при наземном взрыве (менее благоприятном). Так как необходимого значения расстояния в таблице нет, производим интерполяцию данных:

R_x1 =3,6 км    ∆Р_ф1 = 40 кПа 

R_x2 = 4,4 км   ∆Р_ф2 = 30 кПа 

=  

= = 35 кПа 

     Это давление является максимальным ожидаемым на объекте.

2. Выделяем основные элементы сборочного цеха и определяем их характеристики. Основными элементами цеха являются: здание, в технологическом оборудовании – мостовые краны; в комунально-энергетических –  электросеть и трубопровод. Их характеристики берём из исходных данных и записываем в сводную таблицу результатов оценки      (табл. 1.1).
3. По приложению 2 находим для каждого элемента цеха избыточные давления, которые вызывают слабые, средние, сильные и полные разрушения. Так, здание цеха с указанными характеристиками получит слабые разрушения при избыточных давлениях 20-30 кПа, средние – 30-40 кПа, сильные – 40-50 кПа, полные – 50-70 кПа. Эти данные отражаем в  таблице по шкале избыточных давлений условными знаками.

      Аналогично  определяем и вносим в таблицу  данные по всем другим элементам цеха.

4. Определяем предел устойчивости каждого элемента цеха – избыточное давление, вызывающее средние разрушения. Здание цеха имеет предел устойчивости к ударной волне 30 кПа, краны и крановое оборудование – 30 кПа, подъемно-транспортное оборудование – 50 кПа, масляные выключатели – 20 кПа, магнитные пускатели – 30 кПа, электродвигатели мощностью до 2 кВт, открытые – 40 кПа, электродвигатели мощностью до 2 кВт, герметические – 50 кПа, контрольно-измерительная аппаратура – 10 кПа, кабельные наземные линии – 30 кПа, трубопроводы на металлических или железобетонных эстакадах – 30 кПа
5. Определяем предел устойчивости цеха в целом по минимальному пределу устойчивости входящих в его состав элементов. Сопоставляя пределы устойчивости всех элементов цеха, находим, что предел устойчивости сборочного цеха ΔP _{ф lim}  = 10 кПа.
6. Определяем по отдельной методике степень разрушения элементов цеха при ожидаемом максимальном избыточном давлении и возможный ущерб (процент выхода из строя производственных площадей и оборудования). Результаты сводим в таблицу 2.1

 
 
 
 

 

Таблица 2.1

Результаты  оценки устойчивости сборочного цеха к воздействию ударной волны

 

                  Слабые разрушения      Сильные разрушения

                  Средние разрушения     Полные разрушения 
 

 

      7)   Анализируем результаты  оценки и делаем выводы и  предложения по повышению устойчивости  цеха к ударной волне ядерного  взрыва: сборочный цех может оказаться у границы зон средних и сильных разрушений очага ядерного поражения с вероятным максимальным избыточным давлением ударной волны 35 кПа, а предел устойчивости сборочного цеха к ударной волне 10 кПа, что меньше  ΔP_ф max, и, следовательно цех не устойчив к ударной волне; наиболее слабый элемент – контрольно-измерительная аппаратура. Возможный ущерб при максимальном избыточном давлении ударной волны, ожидаемом на объекте, приведет к сокращению производства на        10-20%. Так как ожидаемое на объекте максимальное избыточное давление ударной волны 35 кПа, а пределы устойчивости большинства элементов цеха менее 35 кПа, то целесообразно повысить предел устойчивости сборочного цеха до 35 кПа. Для повышения устойчивости сборочного цеха к ударной волне необходимо: повысить устойчивость здания цеха устройством контрфорсов, подкосов, дополнительных рамных конструкций; уязвимые узлы кранов и кранового оборудования закрыть защитными кожухами, установить дополнительные колонны кранов; кабельные линии электроснабжения, а также трубопроводы проложить под землей. 

3 Оценка устойчивости работы объекта к воздействию светового излучения ядерного взрыва 
 

     

1. Определяем  максимальный световой импульс и  избыточное давление ударной волны, ожидаемые на территории объекта, для  чего находим вероятное минимальное  расстояние до возможного центра взрыва:

 

R_x=R_г - r_откл = 6,5 – 2,5 = 4,0 км 

     По  приложению 4 находим максимальный световой импульс, а по приложению 1 – максимальное избыточное давление на расстоянии 4,0 км для боеприпаса мощностью q = 500кт, при воздушном взрыве.

      Максимальное  значение светового импульса: 

R_x1 = 3,3км   И_св.1 = 2900 кДж/м² 

R_x2 = 4,4 км   И_св.2 = 1700 кДж/м² 

=  

= = 2136,4 кДж/м² 

     Избыточное  давление во фронте ударной волны: 

R_x1 = 3,4 км   ∆Р_ф1 = 40 кПа 

R_x2 = 4,2 км   ∆Р_ф2 = 30 кПа

=

= = 32,5 кПа 

     

2. Определяем  степень огнестойкости здания цеха. Для этого изучаем его характеристику, выбираем данные о том, из каких материалов выполнены основные конструкции здания, и определяем предел их огнестойкости.  По приложению 6 находим, что по указанным в исходных данных параметрам здание цеха относится к III степени огнестойкости. Результаты оценки, а также характеристики здания заносим в итоговую таблицу 3.1.

Таблица 3.1

Результаты  оценки устойчивости машиностроительного  завода к воздействию светового  излучения ядерного взрыва 

 
     

3. Определяем  категорию пожарной опасности цеха. В сборочном цехе производство связано с обработкой несгораемых веществ и материалов в холодном состоянии (сборка станков-автоматов). В соответствии с классификацией производства по пожарной безопасности (приложение 7), сборочный цех завода относится к категории Д.
4. Выявляем в конструкциях здания цеха элементы, выполненные из сгораемых материалов, и изучаем их характеристики. Такими элементами в цехе являются: двери и окна – деревянные, окрашены в тёмный цвет.
5. Находим световые импульсы, вызывающие возгорания указанных элементов по приложению 5, в зависимости от мощности боеприпаса, элементов и их характеристики.

 

q₁ = 100 кт   И_св.1 = 250 кДж/м² 

q₂ = 1000 кт   И_св.2 = 330 кДж/м² 

=  

= = 285,56 кДж/м² 

Двери и оконные переплеты (деревянные, окрашенные в темный цвет) при взрыве боеприпаса мощностью q = 500 кт воспламеняются от светового импульса принятого по интерполяции 285,56 кДж/ м²

  6) Определяем предел устойчивости цеха к световому излучению по минимальному световому импульсу, вызывающему загорание в здании, и делаем заключение об устойчивости объекта. Пределом устойчивости сборочного цеха к световому излучению является Исв lim = 285,56 кДж/ м²

Так как  Исв lim <  Исв max, то сборочный цех не устойчив к световому излучению.

      7)  Определяем степень разрушения здания цеха от ударной волны при ожидаемом максимальном избыточном давлении по приложению 2. При ожидаемом на объекте максимальном избыточном давлении ударной волны 32,5 кПа здание сборочного цеха (массивное с металлическим каркасом и крановым оборудованием грузоподъемностью 25-50 тонн) получит средние разрушения.

      8) Определяем зону пожаров, в которой окажется цех. Исходя из того, что здание цеха может получить средние разрушения, ожидаемый максимальный световой импульс на объекте 2136,4 кДж/ м², а плотность застройки на объекте более 30%, заключаем, что сборочный цех завода может оказаться в зоне сплошных пожаров.

      Для наглядного отображения обстановки в районе объекта на план местности наносим границы зон пожаров при максимальном световом импульсе и избыточном давлении, ожидаемых на объекте. При этом радиусы внешних границ зоны отдельных и сплошных пожаров находим по приложению 4 для световых импульсов 150 кДж/м² и 500 кДж/м² соответственно , то есть средних значений диапазона световых импульсов, характеризующих границы зон пожаров, так как задана мощность боеприпаса q = 500 кт. Границы зоны пожаров в завалах примерно совпадает с границей зоны полных разрушений и поэтому радиус зоны пожаров в завалах определяем по приложению 1 для избыточного давления 50 кПа.

      Выводы: 1. На объекте при ядерном взрыве заданной мощности ожидается максимальный световой импульс 2136,4 кДж/м² и избыточное давление ударной волны 32,5 кПа, что вызовет сложную пожарную обстановку. Сборочный цех окажется в зоне сплошного пожара.

      2. Сборочный цех не устойчив  к световому излучению. Предел  устойчивости цеха - 285,56 кДж/ м² .

      3. Пожарную опасность для цеха  составляют двери и окна, выполненные из дерева и окрашенные в темный цвет.

      4. Целесообразно повысить предел  устойчивости сборочного цеха  до 2136,4 кДж/м² проведением следующих мероприятий: заменить деревянные оконные рамы и переплеты на металлические; оббить двери кровельной сталью по асбестовой прокладке; провести в цехе профилактические противопожарные меры (увеличить количество средств пожаротушения, своевременно убирать производственный мусор в здании цеха и на его территории).    
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ 
 

1. Демиденко, Справочник, «Защита объектов народного хозяйства от оружия массового поражения», К., изд. «Выща школа», 1989г. (Главы – 7,8,9,11,16)
2. Демиденко, «Повышение устойчивости работы объектов народного хозяйства в военное время», К., изд. «Выща школа», 1984г. (Главы – 3,4,5,7,12)