1.5.2. Техногенные взрывы

Аварии и катастрофы, связанные с взрывами, являются наиболее опасными и непредсказуемыми. Потенциально опасными объектами с точки зрения возможности взрыва являются:

– хранилища и склады взрывчатых веществ (ВВ), горюче-смазочных материалов (ГСМ), нефте-, газо- и продуктопроводы;

– различные производства на предприятиях химической, нефтеперерабатывающей, фармацевтической промышленности;

– мельничные элеваторы, деревообрабатывающие предприятия, ткацкое производство и т.п. (мучная, древесная, хлопковая пыль);

– средства транспортировки горючих веществ и ВВ железнодорожным, водным, автомобильным транспортом.

Общие сведения о взрыве. Взрыв – это кратковременное неуправляемое выделение большого количества энергии в незначительном объеме, в результате которого формируется ударная волна. В зависимости от процесса выделения энергии взрывы делят на виды:

– физические взрывы;

– химические взрывы;

– ядерные взрывы.

При физических взрывах выделяется уже накопленная веществом к моменту взрыва энергия, например, энергия сжатых или сжиженных газов при разрушении емкостей, в которых они хранятся, энергия нагретого вещества при выливании расплавленного металла в воду.

Источник энергии при химических взрывах – это быстропротекающие самоускоряющиеся (лавинные) экзотермические реакции окислении горючих веществ или термического разложения нестабильных соединений.

При ядерных взрывах энергия выделяется в процессе реакций деления тяжелых ядер и синтеза легких ядер.

Будем рассматривать химические взрывы в нормальной атмосфере (273 К, 1,013·10⁵ Па), как наиболее характерные для аварийных ситуаций. Подводные и подземные взрывы обычно являются запланированными и используются в военных и мирных целях.

Взрывчатое вещество, участвующее в химическом превращении, может быть твердым или жидким (конденсированные ВВ), газообразным или аэрозолем жидкого или твердого горючего вещества в воздухе (газовоздушная, паровоздушная или пылевоздушная смеси). В последнем случае взрывы называются объемными.

Химическая реакция взрывного превращения запускается источником взрыва – это источник зажигания для смесей горючих веществ с воздухом или детонатор для конденсированных ВВ. От источника взрыва по исходному веществу со скоростью распространяется волна взрывного превращения – зона реакции, за ней остаются нагретые газообразные продукты взрыва. В зависимости от величины этой скорости различают два режима взрывного превращения: детонация и дефлаграция.

В режиме детонации происходит взрыв конденсированных ВВ и при некоторых условиях – взрыв смеси горючих веществ с воздухом.

При детонации движение зоны реакции управляется ударным сжатием исходного вещества. Плотность, давление и температура среды на фронте ударной волны меняются скачком. Перемещение зоны реакции происходит со скоростью ударной волны, они двигаются вместе, образуя детонационную волну. Ее скорость превышает скорость звука в исходной среде ( м/с в смесях горючих веществ с воздухом;  м/с в твердых веществах и жидкостях). Скорость детонационной волны – максимально возможная для данного взрывчатого вещества и является для него константой.

Режим дефлаграции (дефлаграционный взрыв) наблюдается при взрыве смесей горючих веществ с воздухом.

При дефлаграции движение зоны реакции по горючей смеси осуществляется за счет процессов переноса – диффузии и теплопроводности, определяемых скоростью теплового движения молекул газа. Скорость движения зоны горения – дозвуковая . Волна давления – воздушная ударная волна уходит вперед от зоны горения.

Взрыв смесей горючих веществ с воздухом в режиме детонации опаснее, чем дефлаграционный взрыв вследствие образования более интенсивной ударной волны.

Наиболее типичная картина взрыва в режиме детонации наблюдается при взрыве конденсированных взрывчатых веществ. Одна из основных характеристик конденсированных взрывчатых веществ – это удельная теплота взрыва – энергия, выделяющаяся при взрыве единицы массы ВВ (табл. 1.8).

Т а б л и ц а 1.8