Тема: ОПРЕДЕЛЕНИЕ УРОВНЯ ТЕХНОГЕННОЙ ОПАСНОСТИ ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ НА ОСНОВАНИИ ИХ ФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

Першин А.М., Топоров А.А.

Донецкий национальный технический университет

Машины и аппараты химических производств

В настоящее время, в связи с рядом причин, таких как усложнение конструкций современного оборудования и выработка ресурса существующего, ужесточение требований к уровню безопасности и т.д. возникает необходимость в определении уровня техногенной безопасности технических объектов. Существующие методики, в основном, основаны на экономических показателях и направлены на оценку риска, что не дает достаточных обоснований для принятия технических решений при проектировании таких объектов.

Представляется целесообразным при определении уровня опасности основываться на технических параметрах, характеризующих объект. Эти параметры можно разбить на три группы: физические, отражающие физические свойства объекта; химические, характеризующие химические свойства среды в объекте и геометрические, отражающие соотношения характерных размеров объекта. К физическим параметрам можно отнести перепад давлений внутри и снаружи объекта Р, разность температур внутри и снаружи объекта Т, величина общей кинетической энергии движущихся частей в объекте Е. К химическим параметрам относят количество химически активного вещества в объекте V и его предельно концентрации (ПДК). Если вещества в объекте являются пожаро- и взрывоопасными, то вместо ПДК используется величина минимальной взрывоопасной концентрации. К геометрическим параметрам относят объем объекта Vo, гидравлический радиус R и периметр П стыковочных узлов, величина удельной поверхности объекта А.

На основании этих технических параметров разработан ряд показателей влияющий на уровень техногенной опасности технических объектов, который в общем виде определяется по формуле:

U=P*Q.

где

Р - показатель потенциала опасности;

Q - показатель состояния объекта (вероятность реализации потенциала опасности). К таким показателем опасности относят коэффициент запаса прочности объекта Кб:

Kб=Рмакс/Рдейст (например, для механических нагрузок Кб=[б]*n/б )

где:

Fмакс- максимальная величина допустимых нагрузок;

Fдейст - величина действующих нагрузок;

[б] - допускаемые напряжения оболочки объекта; б - действительные напряжения в оболочке; n-коэффициент запаса прочности материала оболочки.

Увеличение разности температур Т ведет к уменьшению прочности, поэтому для оборудования, работающего с нагретыми средами, можно записать:

Кб=([б]*n)/(б*T)

где

k- коэффициент изменения прочности при изменении температуры в зависимости от природы материала.

Со временем уровень техногенной опасности технического объекта возрастает, что можно охарактеризовать коэффициентом изменения уровня техногенной опасности технического объекта во времени Kt.

В общем случае зависимость выглядит следующим образом

Kt=a*tn,

где:

а- коэффициент пропорциональности, определяемый для каждого объекта отдельно; n- величина, характеризующая интенсивность изменения уровня техногенной опасности технического объекта.

Для объектов, содержащих вредные и токсичные вещества, а также взрывчатые вещества показатель потенциала опасности определяем по формулам:

    

Если объект, содержит несколько опасных сред, то можно записать что:

Тогда, для любой точки техногенной зоны, содержащей техногенно-опасных объект уровень техногенной опасности можно определить по формуле:

где:

ф - коэффициент, зависящий от среды распространения опасного техногенного воздействия;

L- расстояние от объекта до точки пространства.

Если в пространстве техногенной зоны находится несколько техногенно-опасных объектов то уровень техногенной опасности в каждой точке пространства определяется как:

В общем случае показатели потенциала опасности и состояния объекта можно определить по формулам:

При создании технических объектов обычно рассматриваются несколько вариантов их конструкций. В этих условиях возникает необходимость определения наилучшего варианта, т.е. оптимального.

Так как в настоящее время основным требованием, предъявляемым к техническим объектам, является низкий уровень техногенной опасности, то выберем его в качестве целевой функции:

В этом случае ограничениями служит показатель производительности технического объекта, капитальные затраты на создание, себестоимость получаемой продукции и др. Граничными условиями являются пределы изменения входящих в модель технических параметров, характеризующих объект.

Проведя оптимизацию технического объекта по показателю уровень техногенной опасности технического объекта (P), можно определить наиболее оптимальный вариант технического объекта, при заданных ограничениях.

Разработанный подход является универсальным, т.к. позволяет оценивать уровень техногенной опасности технического объекта как для проектируемого нового оборудования, так и для существующего.