<<
>>

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: Л. А. Михайлов, В. П. Соломин, А. Л. Михайлов, А. В. Старостенко и др.. Безопасность жизнедеятельности: Учебник для вузов / — СПб.: Питер. — 302 с.: ил.. 2006

Еще по теме Взрывы конденсированных взрывчатых веществ, газо-, паро- и пылевоздушных смесей:

  1. 1.3.2 Горькие, дубильные, красящие вещества, витамины, минеральныеи другие вещества пряно-ароматического сырья
  2. СРЕДСТВА ДОСТАВКИ БЕТОННЫХ СМЕСЕЙ
  3. МОБИЛЬНЫЕ ЗАВОДЫ, СМЕСИТЕЛЬНЫЕ УЗЛЫ, УСТАНОВКИ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ БЕТОННЫХ И РАСТВОРНЫХ СМЕСЕЙ
  4. Классификация взрывов
  5. Взрывы
  6. ГЛАВА 10 Пожары и взрывы
  7. ВЗРЫВЫ НА ОРБИТЕ
  8. Вторичные поражающие факторы ядерного взрыва
  9. ПРИЧИНЫ ПОЖАРОВ И ВЗРЫВОВ В СЕЛЬСКОЙ МЕСТНОСТИ
  10. Общие сведения о пожарах и взрывах на объектах инфраструктуры
  11. ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ВЗРЫВО- И ПОЖАРООПАСНЫХ ЗОН
  12. Взрыв исторического полиморфизма
  13. Ядерные взрывы на благо... народного хозяйства
  14. Демографическим взрыв на информационной магистрали
  15. Демографический взрыв, «конфликт цивилизаций» и региональные вызовы
  16. Поражающие факторы ядерного взрыва и их воздействие на людей, здания, сооружения
  17. ГУМАНИТАРНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ В УСЛОВИЯХ «ИНФОРМАЦИОННОГО ВЗРЫВА» Степанюк В.К.