Значения критической плотности теплового потока, Вт/м2

Рис. 2.40. Динамика пожаров на территории Российской Федерации

Динамика пожаров на территории Российской Федера­ции в 2003-2010 гг. показана на рис. 2.40.

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, которые в нормальных условиях достаточно устойчивы и могут находиться 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 (ВВ) являются тротил, гексоген, дымный порох, пироксилин, амматол, октоген и некоторые другие. Взрывы конденсированных ВВ протекают в режиме детонации, при котором взрывная волна в заряде распрост­раняется с постоянной скоростью. Скорости детонации на­ходятся 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 (ГВС) и пылевоздушные (ПлВС) 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.

На практике чаще других встречаются свободные воздуш­ные, наземные (приземные) взрывы, взрывы внутри помеще­ний (внутренние), а также взрывы больших облаков ГВС. Суммарное выделение энергии при взрыве оценивается энер­гетическим потенциалом взрыва.

К свободным воздушным относят взрывы, происходящие на значительной высоте от поверхности земли, 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 вероятны 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 ΔРф. Оно зависит от массы М заряда ВВ в тротиловом эквиваленте (кг) и от расстояния х от центра взрыва до объекта (м). Для практических расчетов зависимость избыточного давления взрыва от расстояния, массы заряда и вида взрыва опреде­ляется формулой

, МПа.

Наземные и приземные взрывы. Если взрыв происходит на поверхности земли, то воздушная ударная волна от него усиливается за счет отражения. Параметры ударной волны рассчитывают по формуле свободного воздушного взрыва, однако величину избыточного давления взрыва удваивают.

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 - разряжения (рис. 2.41).

Фронт воздушной ударной волны характеризуется скач­ком давления воздуха, при достижении сферической удар­ной волны земной поверхности она отражается от нее, что приводит к формированию отраженной волны. На некото­ром расстоянии от эпицентра взрыва фронты прямой и от­раженной ударных волн сливаются, образуя головную вол­ну, имеющую фронт, нормальный к поверхности Земли 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 на земной поверхности давление резко повышается до максимального значения ΔРф, а затем убывает до атмосферного Р_о и ниже. Период повышенного избыточного давления называется фазой сжатия, а период пониженного давления - фазой разрежения.

Рис. 2.41. Волнообразование при воздушном взрыве в приземной зоне:

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

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

Внутренний взрыв 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 избыточного давления, возника­ющего в объеме производственного помещения.

Для горючих газов, паров легковоспламеняющихся и го­рючих жидкостей избыточное давление взрыва рассчитыва­ется по формуле

,

где - максимальное давление взрыва стехиометрической газовоздушной или паровоздушной смеси в замкнутом объеме; определяется экспериментально или по справоч­ным данным, при отсутствии данных его допускается при­нимать равным 900 кПа; Р₀ - начальное давление (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; ρ_г - плотность газа, кг/м³; V_CB - свободный объем помеще­ния в м³, он 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_ст - стехиометрический коэффициент; К_н - коэффициент, учитывающий негерме­тичность помещения и неадиабатичность процесса горения, его допускается принимать равным 3.

Избыточное давление взрыва для химических веществ, кроме упомянутых выше, а также для смесей рассчитывает­ся по формуле

,

где Н_Г - теплота сгорания, Дж/кг^-1; ρ_в - плотность воздуха до взрыва при начальной температуре, кг/м³; С_р - удельная теплоемкость воздуха, Дж/(кгК); допускается принимать равной 1,01 -10³ Дж/кг∙К); Т_о - начальная температура воздуха, К.

Избыточное давление взрыва для горючих пылей опреде­ляют по формуле, где при отсутствии данных коэффициент Z принимается равным 0,5. Расчет избыточного давления взрыва для веществ и материалов, способных взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом, проводят по этой же формуле, принимая Z=l.

Основные параметры взрыва некоторых аэрозолей при­ведены в табл. 2.29 (НКПВ - нижний концентрационный предел воспламенения аэрозолей или предел распростране­ния пламени).

Таблица 2.29