14.2.2. Защита на взрывоопасных объектах

Взрыв — быстро протекающий процесс физического или химического превращения веществ, сопровождающийся высвобождением большого количества энергии в ограничен­ном объеме, в результате которого в окружающем простран­стве образуется и распространяется ударная волна, способная создать угрозу жизни и здоровью людей, нанести матери­альный ущерб, ущерб окружающей среде и стать источни­ком ЧС.

Источником энергии при взрыве могут быть как хими­ческие, так и физические процессы. В большинстве взры­вов источником выделения энергии являются химические превращения веществ, связанные с окислением. Существует много веществ, в которых в том или ином виде запасено боль­шое количество энергии, например в виде внутримолекуляр­ных и межмолекулярных связей. В нормальных условиях эти вещества достаточно устойчивы и могут находится в твердом, жидком, газообразном или аэрозольном состоянии. Однако в результате инициирующего воздействия (теплотой, трением, ударом или каким-либо другим способом) в них начинаются экзотермические процессы, протекающие с большой скоро­стью и приводящие к взрывчатому превращению.

Наиболее распространенными конденсированными взрыв­чатыми веществами являются тротил, гексоген, дымный порох, пироксилин, аммотол, октоген и некоторые другие. Взрывы конденсированных ВВ протекают в режиме детонации, при котором взрывная волна в заряде распространяется с посто­янной скоростью. Скорость детонации находится в преде­лах от 1,5 до 8 км/с, а давление в эпицентре взрыва дости­гает 20-38 ГПа.

Примерами взрывов, энерговыделение при которых обу­словлено физическими процессами, могут служить аварий­ное выливание расплавленного металла в воду, при котором испарение протекает взрывным образом вследствие чрезвы­чайно быстрой теплоотдачи, и взрывы сжатых или сжижен­ных газов. В этом случае энергия определяется процессами, связанными с адиабатическим расширением парогазовых сред и перегревом жидкостей.

На промышленных предприятиях наиболее взрывоопас­ными являются образующиеся в нормальных или аварийных ситуациях газовоздушные и пылевоздушные смеси.

Из ГВС наиболее опасны взрывы смесей углеводородных газов с воздухом, а также паров легковоспламеняющихся жидкостей. Взрывы ПлВС происходят на мукомольном про­изводстве, на зерновых элеваторах, при обращении с красите­лями, при производстве пищевых продуктов, в текстильной промышленности и т.п.

Суммарное выделение энергии при взрыве оценивается энергетическим потенциалом взрыва.

Виды взрывов и оценка опасных факторов взрыва. На практике чаще других встречаются свободные воздуш­ные взрывы, наземные (приземные) взрывы, взрывы внутри помещений (внутренний взрыв), а также взрывы больших облаков ГВС.

Свободные воздушные взрывы. К ним относят взрывы, происходящие на значительной высоте от земной поверх­ности, когда не происходит усиления ударной волны между центром взрыва и объектом за счет отражения. Взрывная волна ослабляется по мере ее распространения, и по харак­теру воздействия на окружающую среду образуются три зоны: ближайшая, промежуточная и слабого взрыва. Ближайшая к источнику зона характеризуется огромными давлениями и температурами. В промежуточной зоне, в которой избы­точное давление достаточно велико, возможны тяжелые раз­рушения и смертельные поражения людей. В зоне слабого взрыва могут быть средние и слабые разрушения и пораже­ния людей средней степени тяжести.

Основным параметром, определяющим поражающее воздействие ударной волны на людей и объекты, является избыточное давление во фронте ударной волны ЛРф. Оно зависит от массы М заряда ВВ в тротиловом эквиваленте, условий взрыва и расстояния х от центра взрыва до объекта. Для практических расчетов зависимость избыточного давле­ния взрыва (МПа) от расстояния, массы заряда и вида взрыва определяется формулой

INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\D899~1\\AppData\\Local\\Temp\\FineReader10\\media\\image7.jpeg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\D899~1\\AppData\\Local\\Temp\\FineReader10\\media\\image7.jpeg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "C:\\Documents and Settings\\Мария\\Application Data\\QIP\\Profiles\\mariadark1412@qip.ru\\D899~1\\AppData\\Local\\Temp\\FineReader10\\media\\image7.jpeg" \* MERGEFORMATINET

В случае кон­денсированных ВВ избыточное давление взрыва можно рас­считывать по соотношению

Более сложные процессы происходят при взрывах в при­земных слоях атмосферы. При этих взрывах образуются сферические воздушные ударные волны, распространяю­щиеся в пространстве в виде области сжатия — разреже­ния (рис. 14.5).

Э — эпицентр взрыва; П — фронт падающей волны; О — фронт отраженной волны; А — зона регулярного отражения; Б — зона нерегулярного отражения; Г — фронт головной ударной волны

сливаются, образуя головную волну, имеющую фронт, нор­мальный к земной поверхности и перемещающийся вдоль ее поверхности. Область пространства, где отсутствует наложе­ние и слияние фронтов, называется зоной регулярного отра­жения, а область пространства, в которой распространяется головная волна, — зоной нерегулярного отражения.

С момента прихода фронта воздушной ударной волны в точку наземной поверхности давление резко повышается до максимального значения ΔР_ф, а затем убывает до атмо­сферного Р₀ и ниже его. Период повышенного избыточного давления называется фазой сжатия, а период пониженного давления — фазой разрежения.

Действие воздушной ударной волны на здания и сооруже­ния определяется не только избыточным давлением, но и ско­ростным напором воздушных масс.

Внутренний взрыв. Он характеризуется тем, что нагрузка воздействует на объект изнутри. Возникающие нагрузки зависят от многих факторов: типа взрывчатого вещества, его массы, полноты заполнения внутреннего объ­ема помещения взрывчатым веществом, его местоположе­ния во внутреннем объеме и т.д. Полное решение задачи определения параметров взрыва является сложной задачей. Ориентировочно оценку возможных последствий взрывов внутри помещения можно производить по величине избы точного давления, возникающего в объеме производствен­ного помещения.

Для горючих газов, паров легковоспламеняющихся и горю­чих жидкостей, состоящих из атомов Н, О, N, CI, F, L, Вг, избыточное давление взрыва

INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\D899~1\\AppData\\Local\\Temp\\FineReader10\\media\\image11.jpeg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\D899~1\\AppData\\Local\\Temp\\FineReader10\\media\\image11.jpeg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "C:\\Documents and Settings\\Мария\\Application Data\\QIP\\Profiles\\mariadark1412@qip.ru\\D899~1\\AppData\\Local\\Temp\\FineReader10\\media\\image11.jpeg" \* MERGEFORMATINET

где Р_max — максимальное давление взрыва стехиометрической газо- или паровоздушной смести в замкнутом объеме, кПа (опре­деляется экспериментально или по справочным данным, при отсутствии данных допускается принимать равным 900 кПа); р₀ — начальное давление, кПа (допускается принимать равным 101 кПа); М_т — масса горючего газа или паров легковоспламе­няющейся или горючей жидкости, поступивших в результате аварии в помещение, кг; Z — доля участия взвешенного дисперс­ного продукта во взрыве; р_г— плотность газа, кг/м³; V_CB— сво­бодный объем помещения, м³ (определяется как разность между объемом помещения и объемом, занимаемым технологическим оборудованием; если свободный объем помещения определить невозможно, то его принимают условно равным 80% геомет­рического объема помещения); С_сг — стехиометрический коэф­фициент; — коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения (допускается принимать равным 3).

Избыточное давление взрыва для химических веществ, кроме упомянутых выше, а также для смесей равно

INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\D899~1\\AppData\\Local\\Temp\\FineReader10\\media\\image12.jpeg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\D899~1\\AppData\\Local\\Temp\\FineReader10\\media\\image12.jpeg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "C:\\Documents and Settings\\Мария\\Application Data\\QIP\\Profiles\\mariadark1412@qip.ru\\D899~1\\AppData\\Local\\Temp\\FineReader10\\media\\image12.jpeg" \* MERGEFORMATINET

где H_г — теплота сгорания, Дж/кг; р_в — плотность воздуха до взрыва при начальной температуре, кг/м³ (допускается принимать равной 1,01 * 10³ ДжДкг * К)); Т₀— начальная температура воздуха, К.

Избыточное давление взрыва для горючих пылей опреде­ляют по формуле, где при отсутствии данных коэффициент Z принимается равным 0,5.

Основные параметры взрыва некоторых аэрозолей при­ведены в табл. 14.5.