Анализ противопожарной устойчивости сборочного цеха завода по производству радиоэлектронной аппаратуры

При планировании функционирования промышленного предприятия, и, в частности, рассматриваемого нами цеха по производству радиоэлектронной аппаратуры, необходимо предусмотреть возможные последствия для него применения вероятным противником оружия массового поражения. Важность подобного рассмотрения обусловлена необходимостью проведения мероприятий по защите объекта, а также, по ликвидации последствий применения противником ОМП.
Наиболее важным аспектом при этом является устойчивость данного цеха к воздействию ядерного оружия.

С этой целью необходимо, прежде всего рассмотреть основные поражающие факторы воздействия ядерного взрыва на промышленные объекты. К ним относятся:

— ударная волна;

— световое излучение;

— проникающая радиация;

— электромагнитный импульс;

— радиоактивное заражение.

Действие поражающих факторов ядерного взрыва на людей и объекты (в частности, промышленые) происходит не одновременно и различается по длительности воздействия, характеру и масштабам поражения.

В данной работе нет возможности подробно рассмотреть все факторы, способные повлиять на деятельность завода и, в частности, рассматриваемого цеха, и на его персонал.
Поэтому мы остановимся на наиболее важных факторах, каковыми являются факторы, влияющие на противопожарную устойчивость промышленного объекта.

Наибольшую опасность для устойчивости цеха к возникновению пожаров представляют собой такие факторы ядерного взрыва как ударная волна и световое излучение.

Ударная волна — область резкого сжатия среды, возникающая при ядерном взрыве и распространяющаяся вокруг него в виде сферического слоя. Ударная волна может распространяться как в воздухе, так в воде или в грунте (т.н. сейсмовзрывные волны), и ее скорость обычно в несколько раз превышает скорость звука.

Вызывается она резким выделением при взрыве большого количества энергии и возникающим вследствие этого тепловым расширением паров и газов. Раскаленные газы, стремясь расшириться, производят резкий удар по окружающим слоям воздуха, сжимают их до большого давления и плотности и нагревают до высокой температуры. Сжатые горячие слои воздуха приводят в движение соседние слои и таким образом происходит продвижение сферической зоны высокого давления по направлению от очага ядерного взрыва. Но, так как тепловое расширение раскаленных газов происходит в сравнительно малых объемах, их дейтвие является наиболее ощутимым лишь на небольшом удалении и поэтому на больших расстояниях основным носителем воздействия ударной долны становится воздушная ударная волна.

При прохождении ударной волны через некоторую точку пространства различают фазу сжатия, следующую непосредственно при прохождении фронта ударной волны, и фазу разрежения, следующую за прохождением фронта ударной волны. В фазе разрежения ударная волна производит меньшие разрушения, чем в фазе сжатия, так как максимальное отрицательное давление значительно меньше максимального избыточного давления во фронте ударной волны.

Действие ударной волны прекращается по окончании периода прохождения фазы разрежения, когда в рассматриваемой точке пространства восстанавливается давление окружающей Среды.

Наибольшие разрушения обусловлены дейсвием давления скоростного напора, вызванного движением огромных масс воздуха, следующих непосредственно за фронтом ударной волны.
В фазе разрежения скоростной напор довольно незначителен, поэтому его разрушающее действие, так же как и действие избыточного давления, обычно не учитывают.

Основными же параметрами ударной волны, характеризующими ее разрушающее и поражающее действие, считаются: избыточное давление во фронте ударной волны, давление скоростного напора, продолжительность действия волны (длительность фазы сжатия) и скорость продвижения фронта ударной волны.

Пропуская, для краткости, описание воздействия ударной волны на человека, перейд.м сразу к краткому описанию ее воздействия на промышленные объекты. Характер разрушения элементов объекта зависит от нагрузки, создаваемой ударной волной, и реакцией предмета на действие этой нагрузки.
Общую оценку разрушений, вызванных ударной волной ядерного взрыва, принято давать по степени тяжести этих разрушений.
Для большинства элементов объекта, как правило, рассматриваются три степени разрушений — слабое, среднее и сильное.
Применительно к промышленным зданиям берется, обычно, четвертая степень — полное разрушение. При слабом разрушении, как правило, объект не выходит из строя; его можно эксплуатировать немедленно или после незначительного (текущего) ремонта. Средним разрушением обычно называют разрушение, главным образом, второстепенных элементов объекта. Основные элементы могут деформироваться или повреждаться частично.
Восстановление возможно силами предприятия путем проведения среднего или капитального ремонта. Сильное разрушение объекта характеризуется сильной деформацией или разрушением его основных элементов, в результате чего объект выходит из строя и не может быть восстановлен.

Применительно к промышленным зданиям степени разрушения характеризуются следующим состоянием конструкции.

Слабое разрушение. Разрушаются оконные и дверные заполнения и легкие перегородки, частично разрушается кровля, возможны трещины в стенах верхних этажей. Подвалы и нижние этажи сохраняются полностью. Находиться в здании безопасно и оно может эксплуатироваться после проведения текущего ремонта.

Среднее разрушение проявляется в разрушении крыш и встроенных элементов — внутренних перегородок, окон, а также, в возникновении трещин в стенах, обрушении отдельных участков чердачных перекрытий и стен верхних этажей. Подвалы сохраняются. После расчистки и ремонта может быть использована часть помещений нижних этажей. Восстановление зданий возможно при проведении капитального ремонта.

Сильное разрушение характеризуется разрушением несущих конструкций, и перекрытий верхних этажей, образованием трещин в стенах и деформацией перекрытий нижних этажей.
Использование помещений становится невозможным, а ремонт и восстановление чаще всего нецелесообразным.

Полное разрушение. Разрушаются все основные элементы здания, в том числе, и несущие конструкции. Использование здания невозможно. Подвальные помещения при сильных и полных разрушениях могут сохраняться и после разборов завалов частично использоваться.

Наибольшие разрушения получают наземные здания, расчитанные на собственный вес и вертикальные нагрузки, более усточивы заглубленные и подземные сооружения. Здания с большим количеством проемов более устойчивы, так как в первую очередь разрушаются заполнения проемов, а несущие конструкции при этом испытывают меньшую нагрузку. Объем разрушений может зависеть от характера строений, их этажности и плотности застройки. При плотности застройки свыше 50% давление ударной волны на здания может оказаться меньше на 20 — 40%, чем на здания, стоящие на открытой местности, на таком же удалении от центра взрыва. При плотности застройки менее 30% экранирующее действие зданий незначительно и не имеет практического значения.

Промышленное оборудование может иметь следующие степени разрушений.

Слабые разрушения: деформации трубопроводов, их повреждения на стыках; повреждения и разрушения контрольно-измерительной аппаратуры; повреждение верхних частей колодцев на водо-, тепло- и газовых сетях; отдельные разрывы на линиях электропередач (ЛЭП); повреждения станков, требующих замены электропроводки, приборов и других поврежденных частей.

Средние разрушения: отдельные разрывы, деформации трубопроводов, кабелей; деформации и повреждения отдельных опор ЛЭП; деформация и смещение на опорах цистерн, разрушение их выше уровня жидкости; повреждения станков, требующих капитального ремонта.

Сильные разрушения: массовые разрывы трубопроводов, кабелей и разрушения опор ЛЭП; другие разрушения, которые нельзя устранить при капитальном ремонте.

Наиболее стойкими являются подземные энергетические сети.
Газовые, водопроводные и канализационные подземные сети разрушаются только при наземныз взрывах в непосредственной близости от центра при давлении ударной волны 600 — 1500 кПа. Степень и характер разрушения трубопроводов зависят от диаметра и материала труб, а также, от глубины прокладки. Энергетические сети в зданиях, как правило выходят из строя при разрушении элементов застройки. Воздушные линии связи и электропроводок получают сильные разрушения при 80 — 120 кПа, при этом линии, проходящие в радиальном направлении от центра взрыва, повреждаются в меньшей степени, чем линии, проходящие перпендикулярно к направлению распространения ударной волны.

Станочное обрудование предприятия разрушается при избыточных давлениях 35 — 70 кПа. Измерительное оборудование — при 20 — 30 кПа, а наиболее чувствительные приборы могут повреждаться и при 10, и даже при 5 кПа. При этом необходимо учитывать что при обрушении конструкций зданий также будет разрушаться оборудование.

Световое излучение. Причиной светового излучения при ядерном взрыве является высокая температура, возникающая в эпицентре ядерного взрыва. По природе световое излучение ядерного взрыва — совокупность видимого света и близких к нему ультрафиолетовых и инфра-красных лучей. Источник светового излучения — светящаяся область взрыва, состоящая из нагретых до высокой температуры веществ ядерного боеприпаса, воздуха и грунта (при наземном взрыве). Температура светящейся области в течение некоторого времени сравнима с температурой поверхности солнца (минимум 1800 и максимум 8000 — 10000 градусов). Размеры светящейся области и ее температура быстро изменяются во времени. Продолжительность светового излучения зависит от мощности и вида взрыва и может продолжаться до десятков секунд. Так, например, при воздушном взрыве ядерного боеприпаса мощностью 20 кт световое излучение продолжается до трех секунд, термоядерного заряда 1 Мт — до десяти секунд.

Поражающее действие светового излучения характеризуется световым импульсом, т.е. отношением количества световой энергии к площади освещенной поверхности, расположенной перпендикулярно распространению световых лучей. Световой импульс зависит от мощности и вида взрыва, расстояния от центра взрыва и ослабления светового излучения в атмосфере, а также, от экранирующего действия дыма, пыли, растительности, неровности местности и т.д..

Энергия светового импульса, падая на поверхность предмета, частично отражается его поверхностью, частично поглощается им, и частью проходит через него, если предмет прозрачен.
Поэтому характер (степень) поражения элементов объекта зависит как от светового импульса и времени его действия, так и от плотности, теплоемкости, теплопроводности, толщины, цвета, характера обработки материала, расположения поверхности к падающему световому излучению, — всего, что будет определять степень поглощения световой энергии ядерного взрыва.

Световой импульс и время высвечивания светового излучения зависят от мощности ядерного взрыва. При продолжительном действии светового излучения происходит большой отток тепла от освещенной поверхности вглубь материала, следовательно, для нагрева ее до той же температуры, что и при кратковременном освещении, требуется большее количество световой энергии. Поэтому, чем выше тротиловый эквивалент, тем больший световой импульс требуется для воспламенения материала.
И наоборот, равные световые импульсы могут вызвать большие световые поражения при меньших мощностях взрывов, так как время их высвечивания меньше (наблюдаются на меньших расстояниях), чем при взрывах большей мощности.

Тепловое воздействие проявляется тем сильнее в поверхностных слоях материала, чем они тоньше, менее прозрачны, менее теплопроводны, чем меньше их сечение и меньше удельный вес. Однако, если световая поверхность материала быстро темнеет в начальный период действия светового излучения, то остальную часть световой энергии она поглощает в большем количестве, как и материал темного цвета. Если же под действием теплового излучения на поверхности материала образуется большое количество дыма, то его экранирующее действие ослабляет общее воздействие излучения.

К материалам и предметам, способным легко воспламеняться от светового излучения, относятся: горючие газы, бумага, сухая трава, солома, сухие листья, стружка, резина и резиновые изделия, пиломатериалы, деревянные постройки.

Завершив краткое рассмотрение основных поражающих факторов ядерного взрыва, оказывающих наибольшее влияние на противопожарную устойчивость промышленных объектов, перейдем теперь непосредственно к рассмотрению причин возможного возникновения пожаров. Наиболее частыми причинами возникновения пожаров при нанесении противником ядерного удара являются световое излучение и вторичные факторы, вызванные воздействием ударной волны (кроме того, но гораздо реже, пожары могут возникать при пробоях кабелей и т.п. вследствие действия электромагнитного импульса, возникающего при ядерном взрыве).

Наименьшее избыточное давление, при котором могут возникнуть пожары от вторичных причин, вызванных действием ударной волны, — 10 кПа (0,1 кгс/кв.см). Возгорание материалов может наблюдаться при световых импульсах 125 кДж (3 ккал/кв.см) и более. Эти импульсы светового излучения в ясный день наблюдаются на значительно больших расстояниях чем избыточное давление во фронте ударной волны 10 кПа. Так, при воздушном ядерном взрыве мощностью 1 Мт в ясную солнечную погоду деревянные строения могут воспламеняться на расстоянии 20 километров от места взрыва, автотранспорт — до
18 км, сухая трава, сухие листья и гнилая древесина в лесу — до 17 км, тогда как действие избыточного давления
10 кПа для данного взрыва отмечается на расстоянии не более 11 километров.

Большое влияние на возникновение пожаров оказывает наличие горючих материалов на территории объекта и внутри зданий и сооружений. Световые лучи на близких расстояниях от центра взрыва падают под большим углом к поверхности земли, на больших расстояниях — практически параллельно поверхности земли.
В этом случае световое излучение проникает через застекленные проемы в помещения и может воспламенить горючие материалы, изделия и оборудование в цехах предприятия (большинство сортов хозяйственных тканей, резины и резиновых изделий воспламеняется при световом импульсе 250 — 420 кДж/кв.м, т.е.
6 — 10 ккал/кв.см).

Распространение пожаров на промышленных объектах непосредственно зависит от огнестойкости материалов, из которых возведены здания и сооружения, изготовлено оборудование и другие элементы объекта; степени пожарной опасности технологических процессов, сырья и готовой продукции; плотности и характера застройки.

С точки зрения проведения спасательных работ, пожары классифицируют по трем зонам: зона отдельных пожаров, зона сплошных пожаров и зона горения и тления в завалах. Зона пожаров представляет собой территорию, в пределах которой в результате воздействия оружия массового поражения, в частности, ядерного оружия; других средств нападения противника или стихийного бедствия, возникли пожары.

Зоны отдельных пожаров представляют собой районы, участки застройки, на территории которых пожары возникают в отдельных зданиях, сооружениях. Маневр формирования между отдельными пожарами без средств тепловой защиты возможен.

Зона сплошных пожаров — территория, на которой горит большинство сохранившихся зданий. Через эту территорию невозможен проход или нахождение на ней формирований без средств защиты от теплового излучения или провеление специальных противопожарных мероприятий по локализации или тушению пожаров.

Зона горения и тления в завалах характеризуется сильным задымлением, выделением окиси углерода и других токсичных газов и продолжительным (до нескольких суток) горением в завалах.

Сплошные пожары могут развиться в огневой шторм, представляющий собой особую форму пожара. Огневой шторм характеризуется мощными восходящими вверх потоками продуктов сгорания и нагретого воздуха, создающими условия для ураганного ветра, дующего со всех сторон к центру горящего района со скоростью 50 — 60 км/ч и более.
Образование огненных штормов возможно на участках с плотностью застройки не менее 20%.

По степени возгораемости здания и сооружения делятся на пять групп (1, 2, 3, 4, и 5) в зависимости от огнестойкости частей зданий и сооружений. Наиболее огнестойкими зданиями или сооружениями являются кирпичные (бетонные) здания 1 и 2 степени огнестойкости, у которых все части выполнены из несгораемых материалов. Особенно опасными в противипожарном отношении являются здания 4 и 5 степени огнестойкости.

Возникновение пожара зависит, также, от технологического процесса и характера производства. Поэтому объекты оцениваются по пожарной безопасности в зависимости от характера производства. При этом возникновение пожаров возможно от светового излучения и разрушения производственных зданий ударной волной.

По пожарной опасности все объекты делят на пять категорий: А, Б, В, Г и Д.

К предприятиям категории А относятся неытеперерабатывающие заводы, химические предприятия, баратные и ксантанные цехи фабрик искуственного волокна, бензоэкстракционные цехи, цехи гидрирования, дисцилляции и газофракционирования производства искусственного жидкого топлива, склады бензина, цехи обработки и применения металлического натрия, калия и др..

К предприятиям категории Б относятся цехи приготовления и транспортировки угольной пыли и древесной муки, промывочно- пропарочные станции цисткрн и другой тары от мазута и других жидкостей с температурой вспышки паров 28 — 120 градусов; выбойные и размольные отделения мельниц, цехи обработки синтетического каучука, цехи изготовления сахарной пудры и склады кинопленки.

К предприятиям категории В относятся лесопильные, деревообрабатывающие, столярные, модельные и лесотарные цехи; открытые склады масла, масляное хозяйство электростанций; подавляющее количество цехов текстильного производства.

К предприятиям категории Г относятся металлургические производства, предприятия горячей обработки металла, термические и другие цехи, а также котельные.

К предприятиям категории Д относятся предприятия по холодной обработке металлов и другие, связанные с хранением и переработкой несгораемых материалов.

Наиболее опасными в пожарном отношении являются предприятия категорий А и Б. Практически возможность возникновения пожаров в производственных зданиях категорий В, Г и Д находится от степени огнестойкости зданий.

Приыеденной информации достаточно для рассмотрения противорожарной безопасности заданного нам сборочного цеха завода по производству радиоэлектронной аппаратуры.

Нам известно, что завод располагается на окраине города, в четырех километрах от его геометричесеого центра, по которому возможен ракетно-ядерный удар мощностью 300 кт, с вероятным максимальным отклонением эпицентра возможного ядерного взрыва от точки прицеливания 100 м.

Здание цеха одноэтажное, кирпичное, без каркаса, предел огнестойкости несущих стен — три часа, чердачное перекрытие несгораемое, с пределом огнестойкости 1,5 часа, кровля черепичная, перегородки внутри цеха из дерева, двери и оконные рамы также деревянные. Все окрашено в темный цвет.

В цехе производится сборка бортовой самолетной аппаратуры, имеется упаковочный материал, пластмассы и другие горючие материалы.

Степень огнестойкости соседних зданий — 2, категории производства В и Г. Плотность застройки на заводе — 35%.

Прежде всего необходимо определить наибольший световой импульс и избыточное давление ударной волны, ожидаемые на территории объекта.

Rmin = 4 — 0,1 = 3,9 км

По справочнику находим требуемые значения при заданной мощности взрыва на таком расстоянии от его эпицентра.
Максимальное избыточное давление будет равно 25 кПа, наибольший световой импульс — 1200 кДж/кв.м

Проанализировав исходные данные, делаем вывод, что здание цеха относится к 1 степени огнестойкости; по характеру производственного процесса оно может быть отнесено к категории Д.

Однако, в здании цеха имеются некоторые достаточно легко воспламеняемые элементы, такие как двери, оконные рамы, перегородки и т.д.. Проанализировав устойчивость указанных элементов к световому излучению, делаем вывод, что при при нанесении противником ядерного удара мощностью 300 кт, произойдет воспламенение этих элементов конструкции цеха.

Анализ устойчивости здания цеха показывает, что ударная волна, которая должна будет возникнуть при ядерном взрыве, приведет к средним разрушениям здания. Ударная волна с приведенным выше значением избыточного давления может привести к повреждениям коммуникаций и энергосетей, способным вызвать пожары в здании.

При проведении анализа, видим, что ядерный удар приведет к средним разрушениям здания, воспламенению некоторых его элементов, повреждению некоторых линий коммуникаций. Завод окажется в зоне сполшных пожаров. Оборудование будет выведено из строя. Функционирование завода станет невозможным. Для устранения возникших неисправностей потребуется капитальный ремонт.