Взрывы конденсированных взрывчатых веществ, газо-, паро- и пылевоздушных смесей

Взрывы конденсированных взрывчатых веществ, газо-, паро- и пылевоздушных смесей

Взрывы конденсированных взрывчатых веществ, газо-, паро- и пылевоздушных смесей

Пожары и взрывы представляют собой явления, в результате которых исходное вещество переходит в качественно новое состояние. Схожесть этих процессов заключается в преобразовании энергии межмолекулярных и межатомных связей в энергии меньшего уровня, принимающие форму тепловой и кинетической, и об­разовании веществ, плотность которых гораздо меньше первоначальной.

Процессы, лежащие в основе пожаров, только химические, а в основе взрывов — и химические, обусловленные реакцией окисления, и физические. При этом для пожаров характерны только диффузионные реакции, а для взрывов газопаро­воздушных (ГПВС) и пылевоздушных смесей (ПЛВС) — только кинетические.

Обычно под горением понимается самоускоряющееся быстрое химическое пре­вращение, сопровождающееся интенсивным выделением тепла и света. Это оп­ределение не универсально. Существует целый класс химических реакций, про­текающих с так называемым холодным пламенем и умеренной скоростью.

Одна­ко холодное пламя возникает лишь в особых условиях и интересует нас лишь постольку, поскольку возможен его переход в обычное горячее пламя.

Соот­ветственно, пламенем (горячим) называется газообразная среда, в которой ин­тенсивная химическая реакция приводит к свечению, выделению тепла и само- разогреву.

Горение — это быстрое окисление кислородом (содержащимся в воздухе или чистым) горючих веществ — угля, жидких нефтяных продуктов, газообразных углеводородов и т. д. Однако химические превращения, соответствующие горению, не ограничиваются процессами соединения с кислородом.

В горючих смесях различают горючее и окислитель. Окислителем при горении могут быть также оксиды азота, галоиды, озон.

Кроме того, известны процессы горения, в которых участвует только один исходный продукт, способный к быстрому распаду, например, ацетилен (C2H2), взрывчатые вещества, пороха.

Конденсированные взрывчатые вещества.

Конденсированными взрывчатыми веществами (КВВ) являются химические соединения или смеси, находящиеся в твердом или жидком состоянии, которые под влиянием определенных внешних условий способны к быстрому самораспространяющемуся химическому превращению с образованием сильно нагретых и обладающих большим давлением га­зов, которые, расширяясь, производят механическую работу. Такое химическое превращение ВВ принято называть взрывчатым превращением.

Взрывчатое превращение в зависимости от свойств взрывчатого вещества и вида воздействия на него может протекать в виде взрыва или горения. Взрыв распро­страняется по взрывчатому веществу с большой переменной скоростью, изме­ряемой сотнями или тысячами метров в секунду.

Процесс взрывчатого превращения, обусловленный прохождением ударной волны по взрывчатому веществу и протекающий с постоянной (для данного вещества при данном его состоянии) сверхзвуковой скоростью, называется детонацией.

В случае снижения качеств ВВ (увлажнение, слеживание) или недостаточного начального импульса детонация может перейти в горение или совсем затухнуть — такая детонация называется неполной.

Горение конденсированных взрывчатых веществ КВВ — это процесс взрывчатого превращения, обусловлен­ный передачей энергии от одного слоя взрывчатого вещества к другому путем теплопроводности и излучения тепла газообразными продуктами.

Процесс го­рения ВВ (за исключением инициирующих веществ) протекает сравнительно медленно, со скоростями, не превышающими нескольких метров в секунду. Скорость горения в значительной степени зависит от внешних условий, и в первую очередь от давления в окружающем пространстве: с увеличением давления скорость горения возрастает, при этом в некоторых случаях горение может перейти во взрыв. Горение бризантных ВВ в замкнутом объеме, как правило, переходит в детонацию.

Возбуждение взрывчатого превращения ВВ называется инициированием. Для воз­буждения взрывчатого превращения ВВ требуется сообщить ему с определенной интенсивностью необходимое количество энергии (начальный импульс), кото­рая может быть передана одним из следующих способов:

□ механическим (удар, накол, трение);

□ тепловым (искра, пламя, нагревание);

□ электрическим (нагревание, искровой разряд);

□ химическим (реакции с интенсивным выделением тепла);

□ взрывом другого заряда ВВ (взрыв капсюля-детонатора или соседнего заряда).

Все ВВ, применяемые в производстве, делятся на три основные группы: иниции­рующие, бризантные, метательные (пороха).

Классификация ВВ

I Чрезвычайно опасные вещества. Нестабильны. Взрываются даже в самых ма­лых количествах

Трихлорид азота; некоторые органические пероксидные соединения; ацетиленид меди, образующийся при контакте ацетилена с медью или медесодержа­щим сплавом

II Первичные ВВ. Менее опасные вещества. Инициирующие соединения. Обла­дают очень высокой чувствительностью к удару и тепловому воздействию. Ис­пользуются в основном в капсюлях-детонаторах для возбуждения детонации в зарядах ВВ

Азид свинца, гремучая ртуть (фульманг ртути)

III Вторичные ВВ (бризантные ВВ). Возбуждение детонации в них происходит при воздействии достаточно сильной ударной волны. Последняя может созда­ваться в процессе их горения или с помощью детонатора. Как правило, ВВ этой группы сравнительно безопасны в обращении и могут храниться в тече­ние длительных промежутков времени

Динамиты, тротил, гексоген, октоген, центратил

IV Метательные ВВ, пороха. Чувствительность к удару очень мала, относительно медленно горят. Баллиститные пороха — смесь нитроцеллюлозы, нитроглице­рина и других технологических добавок

Загораются от пламени, искры или нагрева. На открытом воздухе быстро го­рят. В закрытом сосуде взрываются. На местах взрыва черного пороха, со­держащего азотнокислый калий, серу и древесный уголь в соотношениях 75:15:10, остается черный остаток, содержащий углерод

Смесевые твердые ракетные топлива — смесь перхлората аммония (или другого твердого окислителя) и органического связующего (например, полиуретана)

Приведенная существующая классификация ВВ является условной, так как поведение указанных веществ зависит от условий, в которых они находятся, и способов инициирования.

Так, например, аммиачная селитра, используемая в качестве сельскохозяйственного удобрения и даже не относи­мая некоторыми специалистами к числу ВВ, проявляет себя как весьма сильное взрывчатое вещество, о чем свидетельствуют данные об авариях. Так в г. Людвигсгафен (Германия) в 1921 г.

на территории компании BASF произошел гигант­ский взрыв аммиачной селитры массой 4500 т, в результате пострадало более 2000 человек, в том числе погиб 561 человек.

Взрывчатые вещества в зависимости от их природы и состояния обладают опре­деленными взрывчатыми характеристиками. Наиболее важными из них являются:

□ чувствительность к внешним воздействиям;

□ энергия (теплота) взрывчатого вещества;

□ скорость детонации;

□ бризантность;

□ фугасность (работоспособность).

Из-за высокой начальной плотности конденсированных ВВ при их детонации развиваются колоссальные давления — до 39 ГПа. Пылевоздушные смеси и особенности их горения. Некоторые промышленные производства сопровождаются образованием ПЛВС.

Практически все взрывы ПЛВС происходят в ограниченном пространстве, тогда как взрывы газопаро­воздушных ГПВС могут происходить как в ограниченном, так и в неограниченном пространстве.

Пыле­воздушную смесь иногда называют пылевым облаком, а взрыв ПЛВС — взрывом пылевого облака.

Механизм взрыва пыли аналогичен процессу окисления перемешанных ГПВС, когда окислителем выступает кислород воздуха. При этом процесс окисления протекает на поверхности твердых частиц пыли. Интенсивность горения ПЛВС зависит от размера частиц и содержания кислорода в системе.

Мелкодисперсная пыль обладает большей активностью, более низкой температурой самовоспламе­нения и широким интервалом между нижним и верхним концентрационными пределами взрываемости.

Если концентрация пыли в определенном объеме не­достаточна (то есть расстояние между отдельными частицами, находящимися во взвешенном состоянии, велико), то перенос пламени от частицы к частице не­возможен, и, значит, взрыв не произойдет.

Чрезмерно большое количество пыли также препятствует взрыву, так как в этом случае слишком мало кислорода для сгорания пыли. Уровень опасности пыли, так же, как и ГПВС, характеризует­ся следующими основными показателями:

□ концентрационными пределами воспламенения;

□ объемной плотностью энерговыделения;

□ максимальным давлением, возникающим при воспламенении;

□ скоростью распространения пламени;

□ временем нарастания давления при взрыве;

□ максимально допустимым содержанием кислорода в смеси пыли с воздухом, при котором пыль не воспламеняется.

Взрывоопасные ПЛВС могут возникать спонтанно, например, при встряхивании осевшей пыли.

В замкнутом объеме технологического аппарата начавшееся горе­ние и распространение пламени в ПЛВС приводит к быстро нарастающему повышению давления, что может вызвать разрыв аппарата, а затем и взрыв в по­мещении.

Так как в условиях производства довольно сложно создать высокие концентрации пыли, то возможности взрывов ПЛВС оценивают по нижнему кон­центрационному пределу распространения пламени и смеси.

Под максимальным давлением взрыва ПЛВС понимается наибольшее давление, возникающее при дефлаграционном горении в замкнутом объеме при начальном атмосферном давлении. Максимальное давление взрывов различных ПЛВС составляет от 700 до 1200 кПа, то есть может превышать атмосферное давле­ние в 7-12 раз.

Особенности физического взрыва. Физические взрывы, как правило, связыва­ют со взрывами сосудов от давления паров и газов. Их основной причиной явля­ется не химическая реакция, а физический процесс, обусловленный высвобожде­нием внутренней энергии сжатого или сжиженного газа.

Сила таких взрывов зависит от внутреннего давления, а разрушения вызывают ударная волна от расширяющегося газа или осколки разорвавшегося сосуда. Физический взрыв может произойти в случае, например, падения переносного баллона с газом под давлением и срыва вентиля, понижающего давление.

Давление сжиженного газа редко превышает 40 бар (критическое давление большинства обычных сжи­женных газов).

К физическим взрывам относится также явление так называемой физической де­тонации. Оно возникает при смешении горячей и холодной жидкостей, когда температура одной из них значительно превышает температуру кипения дру­гой (например, при выливании расплавленного металла в воду).

Физическая детонация сопровождается возникновением ударной волны с избыточным дав­лением в жидкой фазе, достигающим в некоторых случаях более 1000 атм.

Этот процесс наблюдается в производстве при взаимодействии, например, расплав­ленного алюминия с водой (при аварии на атомном реакторе), контакте с водой расплавленной стали (в литейном цехе) или расплаве солей (Na2CO3 и Na2S) — при производстве бумаги.

Взрыв вулкана Каракатау в 1883 г. — пример физической детонации, так как он возник в результате взаимодействия расплавленной лавы с водой. Гул взрыва был слышен на расстоянии 5000 км в течение четырех часов после события.

Многие жидкости хранятся или используются в условиях, когда давление их па­ров значительно превышает атмосферное.

К числу таких жидкостей относятся сжиженные горючие газы (например, пропан, бутан), сжиженные хладагенты — аммиак или фреон (хранимые при комнатной температуре), метан, который дол­жен храниться при пониженной температуре, перегретая вода в паровых котлах.

Если емкость с перегретой жидкостью повреждается, то происходит истечение пара в окружающее пространство и быстрое частичное испарение жидкости. При быстром расширении и истечении пара в окружающей среде генерируются взрывные волны.

Причинами взрывов сосудов с газами и парами под давлением являются:

□ нарушение целостности корпуса из-за поломки какого-либо узла, поврежде­ния или коррозии при неправильной эксплуатации;

□ перегрев сосуда из-за нарушений в электрообогреве или режиме работы топоч­ного устройства. В этом случае давление внутри сосуда повышается, а прочность корпуса понижается до состояния, при котором происходит его повреждение. Реальные взрывы сосудов будут менее интенсивными, чем расчетные, так как пластичность материала обусловливает более медленный разрыв сосуда;

□ превышение допустимого давления. Например, крупный паровой котел об­щего назначения может взорваться, если внутреннее давление повысится на 10-15 кПа. Повышение давления может произойти вследствие утечки пара в топку, вызванной повреждением трубы или водяного коллектора. Эти быст­ро протекающие аварийные процессы делают невозможным сброс избыточ­ного давления в котле.

Взрывы газовых емкостей с последующим горением в атмосфере имеют те же причины, что и физические взрывы.

Основное различие заключается в образовании в данном случае огненного шара, размер которого зависит от количества выброшенного в атмосферу газообразного горючего.

Оно, в свою очередь, зави­сит от физического состояния, в котором находится газ в емкости. Количество газообразного горючего намного меньше, чем сжиженного, содержащегося в той же емкости.

Таким образом, пожары являются результатом химических экзотермических ре­акций, а взрывы — физических превращений, они образуют зоны, в которых действуют опасные факторы.

Определить параметры опасных зон для интересую­щего объекта — значит оценить опасность.

Учесть эту опасность, удалить объект из опасной зоны, уменьшить ее размеры либо повысить защитные свойства объ­екта — значит решить проблему его безопасности.

Источник: https://megaobuchalka.ru/13/44774.html

10.3. Взрывы конденсированных взрывчатых веществ, газо-, паро- и пылевоздушных смесей

Взрывы конденсированных взрывчатых веществ, газо-, паро- и пылевоздушных смесей

Пожары и взрывы представляют собойявления, в результате которых исходноевещество переходит в качественно новоесостояние. Схожесть этих процессовзак­лючается в преобразовании энергиимежмолекулярных и межатомных связей вэнергии меньшего уровня, принимающиеформу тепловой и кинетической, иоб­разовании веществ, плотностькоторых гораздо меньше первоначальной.

Процессы, лежащие в основе пожаров,только химические, а в основе взрывов— и химические, обусловленные реакциейокисления, и физические. При этом дляпожаров характерны только диффузионныереакции, а для взрывов газопаровоздушных{ГПВС) и пылевоздушных смесей (ПЛВС) —только кинетические.

Обычно под горением понимаетсясамоускоряющееся быстрое химическоепре­вращение, сопровождающеесяинтенсивным выделением тепла и света.Это опре­деление не универсально.Существует целый класс химическихреакций, протека­ющих с так называемымхолодным пламенем и умеренной скоростью.

Однако холодное пламя возникает лишьв особых условиях и интересует нас лишьпостоль­ку, поскольку возможен егопереход в обычное горячее пламя.

Соответственно, пламенем(горячим)называется газообразная среда, в которойинтенсивная хими­ческая реакцияприводит к свечению, выделению тепла исаморазогреву.

Горение— это быстрое окислениекислородом (содержащимся в воздухе иличис­тым) горючих веществ — угля, жидкихнефтяных продуктов, газообразныхугле­водородов и т. д. Однако химическиепревращения, соответствующие горению,не ограничиваются процессами соединенияс кислородом.

В горючих смесях разли­чаютгорючее и окислитель. Окислителем пригорении могут быть также оксиды азота,галоиды, озон.

Кроме того, известныпроцессы горения, в которых участвуеттолько один исходный продукт, способныйк быстрому распаду, например, ацети­лен(С2Н2), взрывчатые вещества,пороха.

Конденсированные взрывчатые вещества.

Под конденсированными взрывчаты­мивеществами (КВВ) понимаются химическиесоединения или смеси, находящи­еся втвердом или жидком состоянии, которыепод влиянием определенных вне­шнихусловий способны к быстромусамораспространяющемуся химическомупревращению с образованием сильнонагретых и обладающих большим давлени­емгазов, которые, расширяясь, производятмеханическую работу. Такое химичес­коепревращение ВВ принято называтьвзрывчатым превращением.

Взрывчатое превращение в зависимостиот свойств взрывчатого вещества и видавоздействия на него может протекать ввиде взрыва или горения. Взрывраспрост­раняется по взрывчатомувеществу с большой переменной скоростью,измеряе­мой сотнями или тысячамиметров в секунду.

Процесс взрывчатогопревращения, обусловленный прохождениемударной волны по взрывчатому веществуи проте­кающий с постоянной (дляданного вещества при данном его состоянии)сверх­звуковой скоростью, называетсядетонацией.

В случае снижения качествВВ (увлажнение,слеживание) или недостаточного начальногоимпульса детонация может перейти вгорение или совсем затухнуть — такаядетонация называется неполной.

ГорениеКВВ— это процесс взрывчатогопревращения, обусловленный передачейэнергии от одного слоя взрывчатоговещества к другому путем теплопроводностии излучения тепла газообразнымипродуктами.

Процесс горения ВВ (заисключе­нием инициирующих веществ)протекает сравнительно медленно, соскоростями, не превышающими несколькихметров в секунду. Скорость горения взначитель­ной степени зависит отвнешних условий, и в первую очередь отдавления в окру­жающем пространстве:с увеличением давления скорость горениявозрастает, при этом в некоторых случаяхгорение может перейти во взрыв. Горениебризантных ВВ в замкнутом объеме, какправило, переходит в детонацию.

Возбуждение взрывчатого превращенияВВ называется инициированием. Длявоз­буждения взрывчатого превращенияВВ требуется сообщить ему с определеннойинтенсивностью необходимое количествоэнергии (начальный импульс), кото­раяможет быть передана одним из следующихспособов:

  • механическим (удар, накол, трение);
  • тепловым (искра, пламя, нагревание);
  • электрическим (нагревание, искровой разряд);
  • химическим (реакции с интенсивным выделением тепла);
  • взрывом другого заряда ВВ (взрыв капсюля-детонатора или соседнего заряда).

Все ВВ, применяемые в производстве,делятся на три основные группы:иниции­рующие, бризантные, метательные(пороха) (табл. 10.3).

Таблица 10.3. Классификация КВВ

ГруппаХарактеристика. Примеры веществ
IЧрезвычайно опасные вещества. Нестабильны. Взрываются даже в самых малых количествах. Трихлорид азота; некоторые органические пероксидные соединения; ацетиленид меди, образующийся при контакте ацетилена с медью или медесодержащим сплавом
IIПервичные ВВ. Менее опасные вещества. Инициирующие соединения. Обладают очень высокой чувствительностью к удару и тепловому воздействию. Используются в основном в капсюлях-детонаторах для возбуждения детонации в зарядах ВВ. Азид свинца, гремучая ртуть (фульманг ртути)
IIIВторичные ВВ (бризантные ВВ). Возбуждение детонации в них происходит при воздействии достаточно сильной ударной волны. Последняя может создаваться в процессе их горения или с помощью детонатора. Как правило, ВВ этой группы сравнительно безопасны в обращении и могут храниться в течение длительных промежутков времени. Динамиты, тротил, гексоген, октоген, центратил
IVМетательные ВВ, пороха. Чувствительность к удару очень мала, относительно медленно горят. Валлиститные пороха — смесь нитроцеллюлозы, нитроглицерина и других технологических добавок. Загораются от пламени, искры или нагрева. На открытом воздухе быстро горят. В закрытом сосуде взрываются. На местах взрыва черного пороха, содержащего азотнокислый калий, серу и древесный уголь в соотношениях 75:15:10, остается черный остаток, содержащий углерод. Смесевые твердые ракетные топлива — смесь перхлората аммония (или другого твердого окислителя) и органического связующего (например, полиуретана)

В этой таблице приведена существующаяклассификация ВВ, которая являетсяусловной, так как поведение указанныхвеществ зависит от условий, в которыхони находятся, и способов инициирования.

Так, например, аммиачная селитрариспользуемая в качестве сельскохозяйственногоудобрения и даже не относимая некоторымиспециалистами к числу ВВ, проявляетсебя как весьма сильное взрыв­чатоевещество, о чем свидетельствуют данныеоб авариях. Так в г. Людвигсгафен(Германия) в 1921 г.

на территории компанииBASF произошел гигантский взрыв аммиачнойселитры массой 4500 т, в результатепострадало более 2000 человек, в том числепогиб 561 человек.

ВВ в зависимости от их природы исостояния обладают определеннымивзрывча­тыми характеристиками.Наиболее важными из них являются:

  • чувствительность к внешним воздействиям;
  • энергия (теплота) взрывчатого вещества;
  • скорость детонации;
  • бризантность;
  • фугасность (работоспособность).

Количественные значения основныххарактеристик некоторых КВВ приведеныв табл. 10.4.

Таблица 10.4. Характеристики некоторыхвзрывчатых веществ

Взрывчатое веществоТеплота взрыва, кДж/кгтнт-эквивалент*Плотность, г/см3Скорость детонации, км/сДавление детонации, ГПа
Гексоген5 3601,851,658,734,0
Октоген5 6801,2361,909,1138,7
Октол (70% гексогена +30% ТНТ)4 5000,9941,808,4834,2
ТЭН5 8001,2821,778,2634,0
Пентолит50/50 (50% ТЭН +50% ТНТ)5 1101,1291,667,4728,0
Пикриновая кислота4 1800,9261,717,2626,5
ТНТ4 5201,0001,606,7321,0
РВХ9404 (94% октогена +3% нитроцеллюлозы +3% пластификатора)5 7701,2271,8448,8037,5

* ТНТ-эквивалент определяется изсоотношения теплоты взрыва исследуемоговещества и тринитротолуола.

Как видно из таблицы, из-за высокойначальной плотности конденсированныхВВ при их детонации развиваютсяколоссальные давления — до 39 ГПа.

Пылевоздушные смеси и особенности ихгорения. Некоторые промышленныепроизводства сопровождаются образованиемПЛ-ВС. Практически все взрывы ПЛВСпроисходят в ограниченном пространстве,тогда как взрывы ГПВС могут происходитькак в ограниченном, так и в неограниченномпространстве. Пылевоздушную смесьиногда называют пылевым облаком, а взрывПЛВС — взрывом пы­левого облака.

Опытликвидации ЧС на взрывопожароопасныхпроизводствах позволяет сделать выводо возможности таких взрывов в мукомольномпроизвод­стве, на зерновых элеваторах(мучная пыль), при обращении с красителями,се­рой, сахаром, другими порошкообразнымипищевыми продуктами, в производствепластмасс, лекарственных препаратов,на установках дробления топлива (угольнаяпыль), в текстильном производстве.

Механизм взрыва пыли аналогичен процессуокисления перемешанных ГПВС, когдаокислителем выступает кислород воздуха.При этом процесс окисления про­текаетна поверхности твердых частиц пыли.Интенсивность горения ПЛВС зави­ситот размера частиц и содержания кислородав системе.

Мелкодисперсная пыль обладаетбольшей активностью, более низкойтемпературой самовоспламенения ишироким интервалом между нижним иверхним концентрационными предела­мивзрываемости.

Если концентрация пылив определенном объеме недостаточна (тоесть расстояние между отдельнымичастицами, находящимися во взвешенномсостоянии, велико), то перенос пламениот частицы к частице невозможен, изна­чит, взрыв не произойдет.

Чрезмернобольшое количество пыли также препятствуетвзрыву, так как в этом случае слишкоммало кислорода для сгорания пыли.Уро­вень опасности пыли, так же, каки ГПВС, характеризуется следующимиоснов­ными показателями:

  • концентрационными пределами воспламенения;
  • объемной плотностью энерговыделения;
  • максимальным давлением, возникающим при воспламенении;
  • скоростью распространения пламени;
  • временем нарастания давления при взрыве;
  • максимально допустимым содержанием кислорода в смеси пыли с воздухом, при котором пыль не воспламеняется.

Взрывоопасные ПЛВС могут возникатьспонтанно, например, при встряхиванииосевшей пыли.

В замкнутом объеметехнологического аппарата начавшеесягоре­ние и распространение пламенив ПЛВС приводит к быстро нарастающемуповы­шению давления, что может вызватьразрыв аппарата, а затем и взрыв впомещении.

Так как в условиях производствадовольно сложно создать высокиеконцентрации пыли, то возможностивзрывов ПЛВС оценивают по нижнемуконцентрационно­му пределураспространения пламени и смеси.

Под максимальным давлением взрыва ПЛВСпонимается наибольшее давление,возникающее при дефлаграционном горениив замкнутом объеме при начальноматмосферном давлении. Максимальноедавление взрывов различных ПЛВСсоставляет от 700 до 1200 кПа, то есть можетпревышать атмосферное давление в 7-12раз.

Особенности физического взрыва.Физические взрывы, как правило, связывают—со взрывами сосудов от давления парови газов. Их основной причиной являетсяне химическая реакция, афизическийпроцесс, обусловленный высвобождениемвнутренней энергии сжатого или сжиженногогаза.

Сила таких взрывов зависит отвнутреннего давления, а разрушениявызывают ударная волна от расширяющего­сягаза или осколки разорвавшегося сосуда.Физический взрыв может произойти вслучае, например, падения переносногобаллона с газом под давлением и срывавентиля, понижающего давление.

Давлениесжиженного газа редко превышает 40 бар(критическое давление большинстваобычных сжиженных газов)

К физическим взрывам относится такжеявление так называемой физическойде­тонацииОно возникает при смешениигорячей и холодной жидкостей, когдатемпе­ратура одной из них значительнопревышает температуру кипения другой(напри­мер, при выливании расплавленногометалла в воду).

Физическая детонациясопровождается возникновением ударнойволны с избыточным давлением в жид­койфазе, достигающим в некоторых случаяхболее1000 атм.

Этот процесс наблю­даетсяв производстве при взаимодействии,например, расплавленного алюминия сводой (при аварии на атомном реакторе),контакте с водой расплавленной стали(в литейном цехе) или расплава солей(Na2CO3и Na2S) — припроизводстве бумаги.

Взрыв вулкана Каракатау в 1883 г. — примерфизической детонации, так как он возникв результате взаимодействия расплавленнойлавы с водой. Гул взрыва был слышен нарасстоянии 5000 км в течение четырех часовпосле события.

Многие жидкости хранятся или используютсяв условиях, когда давление их па­ровзначительно превышает атмосферное.

Кчислу таких жидкостей относятся сжиженныегорючие газы (например, пропан, бутан),сжиженные хладагенты — аммиак или фреон(хранимые при комнатной температуре),метан, который дол­жен храниться припониженной температуре, перегретаявода в паровых котлах Если емкость сперегретой жидкостью повреждается, топроисходит истечение пара в окружающеепространство и быстрое частичноеиспарение жидкости. При быст­рыхрасширении и истечении пара в окружающейсреде генерируются взрывные волны.

Причинами взрывов сосудов с газами ипарами под давлением являются:

  • нарушение целостности корпуса из-за поломки какого-либо узла, повреждения или коррозии при неправильной эксплуатации;
  • перегрев сосуда из-за нарушений в электрообогреве или режиме работы топоч­ного устройства. В этом случае давление внутри сосуда повышается, а проч­ность корпуса понижается до состояния, при котором происходит его повреж­дение. Реальные взрывы сосудов будут менее интенсивными, чем расчетные, так как пластичность материала обусловливает более медленный разрыв сосуда;
  • превышение допустимого давления. Например, крупный паровой котел обще­го назначения может взорваться, если внутреннее давление повысится на 10-15 кПа. Повышение давления может произойти вследствие утечки пара в топку, вызванной повреждением грубы или водяного коллектора. Эти быст­ро протекающие аварийные процессы делают невозможным сброс избыточного давления в котле

Взрывы газовых емкостей с последующимгорением в атмосфере имеют те же при­чины,что и у физических взрывов.

Основноеразличие заключается в образова­ниив данном случае огненного шара, размеркоторого зависит от количествавы­брошенного в атмосферу газообразногогорючего Оно, в свою очередь, зависитот физического состояния, в которомнаходится газ в емкости. Количествогазооб­разного горючего намногоменьше, чем сжиженного, содержащегосяв той же ем­кости.

Таким образом, пожары являются результатомхимических экзотермических ре­акций,а взрывы — физических превращений, ониобразуют зоны, в которых дей­ствуютопасные факторы.

Определить параметрыопасных зон для интересующе­го объекта— значит, оценить опасность.

Учесть этуопасность, удалить объект из опаснойзоны, уменьшить ее размеры либо повыситьзащитные свойства объек­та — значит,решить проблему его безопасности.

Источник: https://studfile.net/preview/2168312/page:12/

Взрывы конденсированных взрывчатых веществ, газо-, паро- и

Взрывы конденсированных взрывчатых веществ, газо-, паро- и пылевоздушных смесей
Пожары и взрывы представляют собой явления, в результате которых исходное вещество переходит в качественно новое состояние.

Схожесть этих процессов заключается в преобразовании энергии межмолекулярных и межатомных связей в энергии меньшего уровня, принимающие форму тепловой и кинетической, и образовании веществ, плотность которых гораздо меньше первоначальной.

Процессы, лежащие в основе пожаров, только химические, а в основе взрывов — и химические, обусловленные реакцией окисления, и физические. При этом для пожаров характерны только диффузионные реакции, а для взрывов газопаровоз- душиых (ГПВС) и иылевоздушных смесей (ПЛВС) — только кинетические.

Обычно иод горением понимается самоускоряющееся быстрое химическое превращение, сопровождающееся интенсивным выделением тепла и света. Это определение не универсально. Существует целый класс химических реакций, протекающих с так называемым холодным пламенем и умеренной скоростью.

Однако холодное пламя возникает лишь в особых условиях и интересует нас лишь постольку, поскольку возможен его переход в обычное горячее пламя. Соответственно, пламенем (горячим) называется газообразная среда, в которой интенсивная химическая реакция приводит к свечению, выделению тепла и саморазогреву..

Горение — это быстрое окисление кислородом (содержащимся в воздухе или чистым) горючих веществ — угля, жидких нефтяных продуктов, газообразных углеводородов и т. д. Однако химические превращения, соответствующие горению, не ограничиваются процессами соединения с кислородом. В горючих смесях различают горючее и окислитель. Окислителем при горении могут быть также оксиды азота, галоиды, озон. Кроме того, известны процессы горения, в которых участвует только один исходный продукт, способный к быстрому распаду, например, ацетилен (С2Н2), взрывчатые вещества, пороха.

Конденсированные взрывчатые вещества.

Под конденсированными взрывчатыми веществами (КВВ) понимаются химические соединения или смеси, находящиеся в твердом или жидком состоянии, которые иод влиянием определенных внешних условий способны к быстрому самораспространяющемуся химическому превращению с образованием сильно нагретых и обладающих большим давлением газов, которые, расширяясь, производят механическую работу. Такое химическое превращение ВВ принято называть взрывчатым превращением.

Взрывчатое превращение в зависимости от свойств взрывчатого вещества и вида воздействия на него может протекать в виде взрыва или горения. Взрыв распространяется по взрывчатому веществу с оольшон переменной скоростью, измеряемой сотнями или тысячами метров в секунду.

Процесс взрывчатого превращения, ооусловленный прохождением ударной волны по взрывчатому веществу и протекающий с постоянной (для данного вещества при данном его состоянии) сверхзвуковой скоростью, называется детонацией.

В случае снижения качеств ВВ (ув- лажненне, слеживание) или недостаточного начального импульса детонация может перейти в 1 оренне или совсем затухнуть – такая детонация называется неполной.

Горение КВВ — это процесс взрывчатого превращения, обусловленный передачей энергии от одною слоя взрывчатого вещества к другому путем теплопроводности и излучения тепла газообразными продуктами.

Процесс горения ВВ (за исключением инициирующих веществ) протекает сравнительно медленно, со скоростями, не превышающими нескольких метров в секунду. Скорость горения в значительной степени зависит от внешних условий, и в первую очередь от давления в окружающем пространстве: с увеличением давления скорость горения возрастает, при этом в некоторых случаях горение может перейти во взрыв. Горение бризантных ВВ в замкнутом объеме, как правило, переходит в детонацию.

Возбуждение взрывчатого превращения ВВ называется инициированием. Лля возбуждения взрывчатого превращения ВВ требуется сообщить ему с определенной интенсивностью необходимое количество энергии (начальный импульс), которая может быть передана одним из следующих способов: ?

механическим (удар, накол, трение); . ?

тепловым (искра, пламя, нагревание); ?

электрическим (нагревание, искровой разряд); ?

химическим (реакции с интенсивным выделением тепла); ?

взры вом другого заряда ВВ (взрыв капсюля-детонатора или соседнего заряда). Все ВВ, применяемые в производстве, делятся натри основные группы: инициирующие, бризантные, метательные (пороха) (табл. 10.3).

Таблица 10.3. Классификация КВВ

Группа Характеристика. Примеры веществ

I Чрезвычайно опасные вещества. Нестабильны. Взрываются даже в самых

~фВЗЬЫЧсШМи > ibuiourmunu,. — –

количествах. Трихлорид азота; некоторые органические пероксидные соединения: ацетиленид меди, образующийся при контакте ацетилена с медью или медесодержащим сплавом

Первичные ВВ. Менее опасные вещества. Инициирующие соединения. Обладают очень высокой чувствительностью к удару и тепловому воздействию. Используются в основном в капсюлях-детонаторах для возбуждения детонации в зарядах ВВ. Азид свинца, гремучая ртуть (фульманг ртути)

Вторичные ВВ (бризантные ВВ). Возбуждение детонации в них происходит при воздействии достаточно сильной ударной волны. Последняя может создаваться в процессе их горения или с помощью детонатора. Как правило.

ВВ этой группы сравнительно безопасны в обращении и могут храниться в точение длительных промежутков времени. Динамиты, тротил, гексоген, октоген, центратил Метательные ВВ. пороха. Чувствительность к удару очень мала, относительно медленно горят. Баллиститные пороха – смесь нитроцеллюлозы, нитроглицерина и других технологических добавок. Загораются от пламени, искры или нагрева.

На открытом воздухе быстро горят. В закрытом сосуде взрываются. На местах взрыва черного пороха, содержащего азотнокислый калий,

о Соотношениях 75:15:10, остается черный остаток, содержащий углерод. Смесевые твердые ракетные топлива – смесь перхлората аммония (или другого твердого окислителя) и органического связующего (например, полиуретана)

В этой таблице приведена существующая классификация ВВ, которая является условной, так как поведение указанных веществ зависит от условий, в которых они находятся, и способов инициирования.

Так, например, аммиачная селитра, используемая в качестве сельскохозяйственного удобрения и даже не относимая некоторыми специалистами к числу ВВ. проявляет себя как весьма сильное взрывчатое вещество, о чем свидетельствуют данные об авариях. Так в г. Людвигсгафен (Германия) в 1921 г.

на территории компании BASF произошел гигантский взрыв аммиачной селитры массой 4500 т, в результате пострадало более 2000 человек, в том числе погиб 561 человек.

ВВ в зависимости от их природы и состояния обладают определенными взрывчатыми характеристиками. Наиболее важными из них являются: ?

чувствительность к внешним воздействиям; ?

энергия (теплота) взрывчатого вещества; ?

скорость детонации; ?

бризантность; ?

фугасность (работоспособность).

Количественные значения основных характеристик некоторых КВВ приведены в табл. 10.4.

Таблица 10.4. Характеристики некоторых взрывчатых веществ Взрывчатое

вещество
Теплота

взрыва.

кДж/кг
ТНТ-

эквивалент*
Плотность,

г/см3
Скорость

детонации,

км/с
Давление

детонации,

ГПа
Гексоген
5360
1,85
1,65
8,7
34,0
Октоген
5680
1,236
1,90
9,11
38,7
Октол

(70% гексогена + + 30%7НТ)
4500
0,994
1,80
8,48
34,2
тэн
5800
1,282
1,77
8,26
34,0
Пентолит 50/50 (50% ТЭН +

+ 50% THT)
5110
1,129
1.66
7,47
28,0
Пикриновая

кислота
4180
0.926
1.71
7,26
26,5
тнт
4520
1.000
1,60
6,73
21,0
РВХ 9404 (94% октогена +

+ 3% нитроцеллюлозы +

+ 3% пластификатора)
5770
1.227
1,844
8,80
37,5 •
•'I I (Т-экипшкпт определяется из соотношения теплоты взрыва исследуемого вещества II Тр ітрії-

толуола.

10;3_Взри_вы взрывчатых веществ, газо, паро- и пылевоздушных смесей 139

Как видно из таблицы, из-за высокой начальной плотности конденсированных ВВ при их детонации развиваются колоссальные давления — до 39 ГПа. Пылевозлушные смеси и особенности их горения. Некоторые промышленные ?Ф—сопровождаются образованием ПЛВС.

Практически и взрывы ШШС происходят в ограниченном пространстве, тогда как взрывы ГПВС могут происходить как в ограниченном, так и в неограниченном пространстве. Пылевоз- душную смесь иногда называют пылевым облаком, а взрыв ПЛВС – взрывом пылевого облака.

Опыт ликвидации ЧС на взрывопожароопасных производствах позволяет сделать вывод о возможности таких взрывов в мукомольном производстве, на зерновых элеваторах (мучная пыль), при обращении с красителями, серой, сахаром, другими порошкообразными пищевыми продуктами, в производстве пластмасс, лекарственных препаратов, на установках дробления топлива (уголь- ная пыль), в текстильном производстве.

Механизм взрыва пыли аналогичен процессу окисления перемешанных ГПВС, когда окислителем выступает кислород воздуха. При этом процесс окисления протекает на поверхности твердых частиц пыли. Интенсивность горения ПЛВС зависит от размера частиц и содержания кислорода в системе.

Мелкодисперсная пыль обладает большей активностью, более низкой температурой самовоспламенения и широким интервалом между нижним и верхним концентрационными пределами взрываемости.

Если концентрация пыли в определенном объеме недостаточна (то есть расстояние между отдельными частицами, находящимися во взвешенном состоянии, велико), то перенос пламени от частицы к частице невозможен, и значит, взрыв не произойдет.

Чрезмерно большое количество пыли также препятствует взрыву, так как в этом случае слишком мало кислорода для сгорания пыли. Уровень опасности пыли, так же, как и ГПВС, характеризуется следующими основными показателями: ?

концентрационными пределами воспламенения; ?

объемной плотностью энерговыделения; ?

максимальным давлением, возникающим при воспламенении; ?

скоростью распространения пламени; ?

временем нарастания давления при взрыве; ?

максимально допустимым содержанием кислорода в смеси пыли с воздухом, при котором пыль не воспламеняется.

Взрывоопасные ПЛВС могут возникать спонтанно, например, при встряхивании осевшей пыли.

В замкнутом объеме технологического аппарата начавшееся горение И распространение пламени в ПЛВС приводит к быстро нарастающему повышению давления, что может вызвать разрыв аппарата, азатсм и взрыв в помещении.

Так как в условиях производства довольно сложно создать высокие концентрации пыли, то возможности взрывов ПЛВС оценивают по нижнему концентрационному пределу распространения пламени и смеси.

Под максимальным давлением взрыва ПЛВС понимается наибо.™.« ..а« возникающее при лефла,рационном горении в замкнутом объеме при атмосферном давлении. Максимальное давление взрывов различных ПЛВС со-

ставляет от 700 до 1200 кПа, то есть может превышать атмосферное давление в 7-12 раз.

Особенности физического взрыва. Физические взрывы, как правило, связывают со взрывами сосудов от давления паров и газов. Их основной причиной является не химическая реакция, а физический процесс, обусловленный высвобождением внутренней энергии сжатого или сжиженного газа.

Сила таких взрывов зависит от внутреннего давления, а разрушения вызывают ударная волна от расширяющегося газа или осколки разорвавшегося сосуда. Физический взрыв может произойти в случае, например, падения переносного баллона с газом под давлением и срыва вентиля, понижающего давление.

Давление сжиженного газа редко превышает 40 бар (критическое давление большинства обычных сжиженных газов).

К физическим взрывам относится также явление так называемой физической детонации. Оно возникает при смешении горячен и холодной жидкостей, когда температура одной из них значительно превышает температуру кипения другой (например, при выливании расплавленного металла в воду).

Физическая детонация сопровождается возникновением ударной волны с избыточным давлением в жидкой фазе, достигающим в некоторых случаях более 1000 атм.

Этот процесс наблюдается в производстве при взаимодействии, например, расплавленного алюминия с водой (при аварии на атомном реакторе), контакте с водой расплавленной стали (в литейном цехе) или расплава солей (Na,C03 и Na2S) — при производстве бумаги. Взрыв вулкана Каракатау в 1883 г.

— пример физической детонации, так как он возник в результате взаимодействия расплавленной лавы с водой. Гул взрыва был слышен на расстоянии 5000 км в течение четырех часов после события.

Многие жидкости хранятся или используются в условиях, когда давление их паров значительно превышает атмосферное.

К числу таких жидкостей относятся сжиженные горючие газы (например, пропан, бутан), сжиженные хладагенты – аммиак или фреон (хранимые при комнатной температуре), метан, который должен храниться при пониженной температуре, перегретая вода в паровых котлах.

Если емкость с перегретой жидкостью повреждается, то происходит истечение пара в окружающее пространство и быстрое частичное испарение жидкости. При быстрых расширении и истечении пара в окружающей среде генерируются взрывные волны.

Причинами взрывов сосудов с газами и парами под давлением являются: ?

нарушение целостности корпуса из-за поломки какого-либо узла, повреждения или коррозии при неправильной эксплуатации; ?

перегрев сосуда из-за нарушений в электрообогреве или режиме работы топочного устройства. В этом случае давление внутри сосуда повышается, а прочность корпуса понижается до состояния, при котором происходит его повреждение. Реальные взрывы сосудов будут менее интенсивными, чем расчетные, так как пластичность материала обусловливает более медленный разрыв сосуда; ?

превышение допустимого давления. Например, крупный паровой котел общего назначения может взорваться, если внутреннее давление повысится на 10-15 кПа. Повышение давления может произойти вследствие утечки пара в топку, вызванной повреждением трубы или водяного коллектора. с*ти быстро протекающие аварийные процессы делают невозможным сброс избыточного давления в котле.

Взрывы газовых емкостей с последующим горением в атмосфере имеют те же причины, что и у физических взрывов.

Основное различие заключается в образовании в данном случае огненного шара, размер которого зависит от количества выброшенного в атмосферу газообразного горючего.

Оно, в свою очередь, зависит от физического состояния, в котором находится газ в емкости. Количество газообразного горючего намного меньше, чем сжиженного, содержащегося в той же емкости.

Таким образом, пожары являются результатом химических экзотермических реакций, а взрывы — физических превращений, они образуют зоны, в которых действуют опасные факторы.

Определить параметры опасных зон для интересующего объекта – значит, оценить опасность.

Учесть эту опасность, удалить объект из опасной зоны, уменьшить ее размеры либо повысить защитные свойства объекта — значит, решить проблему его безопасности.

Контрольные вопросы 1.

Дайте определение пожара. Как классифицируются пожары? 2.

Назовите опасные факторы при пожаре. 3.

Назовите правила поведения во время пожара. 4.

Что такое взрыв? Перечислите поражающие факторы взрыва. 5.

Какими бывают взрывы в зависимости от среды, в которой они происходят?

Источник: https://bookucheba.com/jiznedeyatelnosti-bjd-bezopasnost/vzryivyi-kondensirovannyih-vzryivchatyih-18203.html

Взрывы газопаровоздушных и пылевоздушных смесей

Взрывы конденсированных взрывчатых веществ, газо-, паро- и пылевоздушных смесей

Взрывы ГПВС и ПВС образуют класс объёмных взрывов. Взрывы ГПВС могут происходить как в помещениях, так и в открытом (неограниченном) пространстве. Взрывы ПВС происходят в замкнутых объёмах (помещениях).

Подобные взрывы происходят от искры, если размер облака смеси превышает некоторое критическое значение (минимальный диаметр смеси облака способного детонировать), а энергия искры превышает некоторое пороговое значение. Облако ГПВС в расчётах принимают за полусферу радиуса Ro c центром на поверхности грунта.

При взрыве ГПВС в открытом пространстве выделяют 2 зоны: зону действия детонационной волны в пределах всего облака (зона 1, см. рис.6.4); зону действия ВУВ за пределами облака (зона 2).

В пределах облака ГПВС (в зоне 1) избыточное давление детонационной волны постоянно и будет определяться конкретной величиной для исходного горючего материала, т.е. теплотой взрыва горючего. Давление на фронте детонационной волны может достигать 2 МПа, а вследствие многократных отражений в помещениях – доходить до 10 МПа.

Для расчёта поражающего действия взрыва определяют параметры детонационной волны и ВУВ.

Рис.6.4. Схема взрыва ГПВС и изменения давления.

Взрывы ГПВС (ПВС) в замкнутых объёмах (помещениях) происходят по дефлаграционному механизму (взрывного, возмущенного горения).

При точечном зажигании горение в замкнутых объектах идёт послойно с дозвуковой скоростью распространения пламени при повышении температуры до 3000оС и давления во всём объеме, поскольку границы помещения не дают возможности расширяться продуктам горения.

Поэтому давление нарастает в объеме до максимального значения постепенно. Переход к детонации возможен в протяжённых помещениях за счёт турбулизации смеси (пыли) (например, в штольнях шахт, конвейерных линиях зернохранилищ и т.п.).

При взрывах гибридных смесей, содержащих газы или пары и пыли, давление определяется суммой давления – для газа (пара) и – для пыли (аэрозоля), т.е.

Расчёт основных параметров поражающих факторов взрывов (упрощенные зависимости).

1. Взрывы конденсированных ВВ и ЯВ

Массу заряда и мощность взрыва ВВ (ЯВ) принято оценивать тротиловым эквивалентом в килограммах, кг, или килотоннах, кт (1 кт=1000 кг).

Масса заряда ВВ (ЯВ) в тротиловом эквиваленте равна , где – масса заряда данного ВВ, кг (кт); – коэффициент пересчёта данного ВВ на тротиловый эквивалент, величина табличная или определяется зависимостью К= QВВ/QT . Здесь QВВ и QT – теплоты взрыва данного ВВ и тротила (QT = 4240 кДж/кг).

Мощность взрыва ВВ (ЯВ) в тротиловом эквиваленте (полный тротиловый эквивалент взрыва) определяется зависимостью

* Для воздушного взрыва масса заряда и мощность взрыва численно совпадают. (1)

где: – поправочный коэффициент для наземного взрыва. Мощность наземного взрыва удваивается за счёт формирования полусферической волны и отражения части энергии от земли, а учитывает расход энергии взрыва на деформацию и выброс грунта (образование воронки) и равна для: 0,95-1 – стальных плит; 0.85-0.95 – бетона; 0.8 – плотных грунтов; 0.6-0.65 – средних грунтов.

Параметры ударной волны и теплового излучения (в 4.1) взрывов определяются половинной мощностью взрыва (половиной тротилового эквивалента взрыва), называемым тротиловым эквивалентом по ударной волне – , т.е.:

(2)

Избыточное давление DРФ, кПа, для свободно распространяющейся сферической ударной волны определяется по формуле:

(3)

где – приведённое расстояние (высота), м/кг1/3 и равное

– для воздушного, (4)
– для наземного взрывов. (5)

R – расстояние от эпицентра (центра) взрыва до заданного объекта, м.

Удельный импульс волны фазы сжатия

– для воздушного (6)
– для наземного взрывов

Длительность фазы сжатия , С

; – для воздушного (7)
– для наземного взрывов

Скоростной напор волны

Избыточное давление в отраженной волне

Коэффициент отражения (до 13 при больших давлениях и для протяжённых объектов).

Безопасное расстояние действия ВУВ на людей:

, где – для открытой местности и – в укрытиях;

CУВ, кг – тротиловый эквивалент по ударной волне воздушного или наземного взрыва (см. формулу 2).

Безопасным для открыто расположенного человека принимается давление .

Действие волны на объекты с учетом различных экранирующих и отражающих объектов

где ki – табличные коэффициенты (только на здания и различные сооружения). При макс. их значениях

.

Взрывы подчиняются законам подобия, в основе которых лежит принцип кубического корня. Если известны и др. параметры ВУВ для заряда массой С1 на расстоянии R1, тогда те же давление и др. параметры волны для заряда массой будут на расстоянии , т.е.

.

2. Взрывы (детонация) ГПВС в открытом пространстве

а) Параметры детонационной волны

Начальный объем и начальный радиус полусферического облака ГПВС

[††], м3 ,

где – объем киломоля идеального газа;

– объемная концентрация газа в смеси;

– молекулярная масса;

– масса горючей компоненты, кг;

– коэффициент, учитывающий способ хранения продукта:

1-для газов при нормальном давлении;

0,5-для сжиженных газов под давлением;

0,1-для сжиженных охлаждением;

0,02…0,07-при растекании ЛВЖ.

, м

Тротиловый эквивалент наземного взрыва полусферического облака ГПВС

где – масса горючего облака, кг; – теплота взрыва горючего, Дж/кг; -теплота взрыва тротила.

Избыточное (эффективное) давление детонационной волны

,

где – показатель адиабаты продуктов детонации; – плотность, кг/м3;

[‡‡]-стандартное давление, Па. – отраженная детонационная волна.

– скорость детонационной волны, м/с;

– время полной детонации облака.

б) Параметры воздушной ударной волны

Максимальное избыточное давление ВУВ

; ,

где и R -текущее расстояние, м.

Удельный импульс, ПаžС ;

Уточнённый радиус зоны действия детонационной волны[§§]

, где – полный тротиловый эквивалент взрыва.

3. Взрывы ГПВС (пылевоздушных смесей) в замкнутом объеме (помещениях)

Избыточное давление при взрыве ГПВС, состоящих из атомов C, H, O, N, Cl, Br, I, F.

где Pmax – максимальное давление взрыва стехиометрической ГПВС в замкнутом объёме (при отсутствии данных допускается принимать в расчётах Pmax=900 кПа);

C – масса горючего материала (газа, паров ЛВЖ или ГЖ), кг;

Z – коэффициент участия горючего во взрыве (Z=0,5 для ГГ; Z=0,3 – для ЛВЖ и ГЖ);

V –свободный объём помещения, м3(Vсв=0.8*V0, здесь V0 – полный объём помещения);

ρГ,Пстх – плотность газа или пара стехиометр. состава, кг/м3;

Сстх – стехиометрическая концентрация горючего материала, %(объёма);

Кн – коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения(допускается принимать Кн=3);

Объём газа, вышедшего из аппарата Vа=0.01∙Р∙V, м3, где Р – давление в аппарате, кПа;

V – объём аппарата, м3.

Масса горючего материала С=Vа∙rГ,Пстх, кг.

Избыточное давление при взрыве других ГПВС и пылей (для пыли в МПа),

где С – масса горючего вещества, поступившего в помещение в результате аварийного вскрытия емкости (с учетом коэффициента q, а для пыли – общая масса дисперсного продукта), кг; – теплота сгорания вещества, Дж/кг; – начальные давление, температура и плотность воздуха в помещении (если они не заданы, то допускается брать как для МСА); – удельная теплоемкость воздуха (допускается принимать ); – свободный объем помещения (за вычетом объема оборудования); Z=0,5 – доля участия продукта во взрыве с учетом негерметичности помещения; Kн=2…3 – коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения.

При взрывах гибридных смесей , т.е. общее давление определяется как сумма давлений от паров и пыли.

Если в формуле массу горючего вещества заменить через , тогда .

4. Тепловое действие взрывов

А. Взрывы конденсированных ВВ, ГПВС и ЯВ

Радиус огненного шара и время его существования Rош , км и tош , с, определяются зависимостями

Rош=0.052С0.4 (4.1) и (4.2) ,

где С – половина полного тротилового эквивалента воздушного или наземного взрывов, т.е.

а СТ в формуле (4.2) – полный тротиловый эквивалент воздушного или наземного взрыва (мощность взрыва).

Тротиловые эквиваленты воздушного или наземного взрывов выражаются в килотоннах, а радиус – в км.

Примечание. Для взрывов ГПВС радиус огненного шара Rош принимается равным уточненному радиусу зоны действия детонационной волны Rо , т.е. Rош= Rо .

Тепловой поток (энергетическая освещенность),

где ∙К4 – константа Стефана-Больцмана; T=8000К – эквивалентная температура излучения огненного шара как черного тела;

– энергетическая светимость огненного шара;

K – коэффициент прозрачности атмосферы, K=0,12…0,96.

R – удаление объекта, м.

Тепловая доза (тепловой импульс, энергетическая экспозиция)

, где t, с – время облучения (экспозиции), Q=q×tош..

Б. Дефлаграционные взрывы (взрывное сгорание смесей)

Облака ГПВС, переобогащенные топливом, не детонируют, а интенсивно горят, образуя огненный шар.

Радиус огненного шара и время его существования

,

где C – масса испарившегося вещества, кг; -коэффициенты, которые достаточно близки для жидких ракетных топлив и сжиженных газов

Температура огненного шара T=2500К – для ракетных топлив и T=1350К – для горючих газов.

Тепловой поток ,

где – константы.

Тепловая доза (тепловой импульс) Q=qt или Q=qtош.

Опасным для человека является (первая степень ожога), а допускаемая безопасная величина Q = 42 кДж/м2.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Источник: https://studopedia.ru/2_34761_vzrivi-gazoparovozdushnih-i-pilevozdushnih-smesey.html

Контрольные вопросы

1.Дайте определение пожара. Как классифицируются пожары?

2.Назовите опасные факторы при пожаре.

3.Назовите правила поведения во время пожара.

4.Что такое взрыв? Перечислите поражающие факторы взрыва.

5.Какими бывают взрывы в зависимости от среды, в которой они происходят?

Источник: https://studfile.net/preview/2165872/page:29/

Book for ucheba
Добавить комментарий