tema6_1 (Лекции ЗчС и ГО)

«АВАРИИ НА ВЗРЫВООПАСНЫХ ОБЪЕКТАХ».Общие сведения о взрыве.Характеристика процесса взрыва.Взрыв - быстро протекающий процесс физического или химического превращения веществ, сопровождающийся освобождением 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 ущерб народному хозяйству и окружающей среде, стать источником ЧС.Взрыв представляет собой широкий круг явлений, связанных с очень быстрымвыделением значительного количества энергии, сопровождающимся расширением вещества, обладающего избыточной энергией, в среде с меньшим энергетическим потенциалом. Расширение протекает с настолько большой скоростью (сотни м/с), что приводит к резкому повышению давления, плотности, температуры и сопровождается значительными звуковыми эффектами.

Источником энергии при взрыве могут быть как химические, так и физические процессы.В подавляющем большинстве взрывов, с которыми приходится сталкиваться напрактике, источником выделения энергии являются химические превращения веществ.Это относится как к взрывам, предназначенным для достижения определенных целей(например в военной области или производственной сфере), так и к взрывам аварийногохарактера.Примерами взрывов, энерговыделение при которых обусловлено физическимипроцессами, могут служить взрывы сжатых газов или взрывы, связанные с образованиемперегретых жидкостей.

В этом случае энергия, выделяющаяся при взрыве, определяетсяпроцессами, связанными с адиабатическим расширением парогазовых сред и перегревомжидкостей. Так при выливании расплавленного металла в воду испарение протекаетвзрывным образом вследствие фрагментации капель расплава, быстрой теплоотдачи иперегрева холодной жидкости.

Возникающая при этом физическая детонация сопровождается образованием ударной волны.На практике взрывы, имеющие физическую природу, встречаются значительнореже, чем взрывы химического происхождения, и как правило только при авариях, поэтому далее будут рассматриваться только химические взрывы.Высвобождение энергии при взрывах в общем случае выражается удельной мощностью, т.е. количеством энергии, выделяемой в единицу времени в единице объема.При химических взрывах скорость энерговыделения определяется скоростью распространения детонации или скоростью распространения пламени в соответствующей среде. Для различных твердых и жидких взрывчатых веществ эта скорость находится в интервале 2-9 тыс.м/с, а для газов зависит от динамики изменения значений параметров,характеризующих газовую среду в процессе взрывного горения, и может в несколько разпревосходить скорость звука в невозмущенной среде.Возможное суммарное выделение энергии при взрыве называется энергетическимпотенциалом взрыва и определяет его масштабы и последствия.

Для твердых и жидкихконденсированных ВВ этот показатель зависит от удельного энергетического потенциала вещества, находящегося в диапазоне 1.5 - 7.5 МДж/кг.Тема «Аварии на взрывоопасных объектах»2Следует отметить, что при определении этого показателя для твердого или жидкого взрывчатого вещества, в значение массы входят все его составляющие, т.е. части,играющие роль и горючего, и окислителя (в основном кислорода), и инертной компоненты.Удельная теплота взрыва парогазовых смесей рассчитывается для их стехиометрического состава только по горючему веществу.1 Так например теплота сгорания водорода по горючему веществу составляет 120 МДж/кг и значительно превосходит соответствующий показатель тротила - 4520 кДж/кг.Это обстоятельство использовано при создании боеприпасов объемного взрыва.

Втаких боеприпасах сначала подрывается вспомогательный заряд, разрушая корпус, содержащий горючее. Горючее распыляется в воздухе, образуя в смеси с ним газовое облако, заполняющее негерметизированные полости и укрытия. После некоторой задержки, необходимой для формирования облака смеси по возможности близкой к стехиометрическому составу, оно подрывается при помощи детонатора.

В результате, например,мощность взрыва боеприпаса, содержащего этиленоксид, в 3-5 раз превосходит мощность взрыва боеприпаса, начиненного тротилом в количестве, равном массе этиленоксида. Увеличение мощности достигается за счет того, что в качестве окислителя привзрыве этиленоксида используется воздух, находящийся на месте взрыва, т.е. не входивший в состав боеприпаса.Единство процессов горения и взрыва.В литературе и практике установились определенные подходы и терминологияпри рассмотрении пожаров, взрывов и связанных с ними проблем. В случаях, когда процессы окисления протекают сравнительно медленно, без образования ударной волны явления рассматриваются как горение.

Аналогичные процессы во взрывчатых средах протекают значительно быстрее, чем при обычном горении, и определяются как взрыв.Различают два вида взрывного горения: дефлаграционное и детонационное. Посвоей природе они имеют много общего, близки и химические процессы, протекающиепри этих явлениях.Дефлаграционное горение.В основе механизма распространения дефлаграционного горения лежит теплопередача в соседние с зоной горения участки материала. Скорость распространения процесса зависит от теплоемкости материала, его теплопроводности и некоторых другихсвойств.Детонационное горение.При детонации, как и при дефлаграционном горении реакция протекает в узкойзоне, перемещающейся по веществу, но механизм ее распространения принципиальнодругой.

Причиной инициализации экзотермических реакций при детонационном горении является скачкообразное изменение параметров состояния вещества (давления, температуры, плотности и др.), называемое детонационной волной. При этом происходитсамовоспламенение вещества, что и является источником выделения энергии взрыва.1Стехиометрическим называется такой состав смеси, в которой горючее и окислитель находятся в пропорции, необходимой дляих полного взаимодействия в процессе окисления.Распространение детонационной волны происходит со сверхзвуковой скоростью(до 1-5 км/с в газовых смесях и до 8-9 км/с в конденсированных ВВ). Давление во фронте детонационной волны для практической оценки разрушающей способности взрывовгазовоздушных смесей на открытом воздухе в неблагоприятных условиях может доходить до 100 кПа.

В тоже время известны случаи, когда при взрывах ГВС фиксировалосьдавление до 2 МПа. При взрывах конденсированных ВВ давление может достигать 10ГПа.Скорость детонации есть скорость распространения детонационной волны вовзрывчатом веществе. Продукты детонации оказываются под большим давлением, чтообуславливает соответствующие последствия взрыва - разлет элементов разрушенныхконструкций, звуковой эффект и др.Причины взрывов.Непосредственными причинами взрывов могут быть любые физические явления,вызывающие нарушение устойчивого состояния взрывчатого вещества: изменение температуры, химические реакции, резкие внешние воздействия (удар, трение), ударнаяволна другого взрыва и т.п..Взрывчатые вещества.Определение взрывчатых веществ.Существует много веществ, в которых в том или ином виде запасено большое количество энергии, например в виде внутримолекулярных или межмолекулярных связей.В нормальных условиях эти вещества достаточно устойчивы и могут находиться в твердом, жидком, газообразном или аэрозольном состоянии.

Однако, в результате оказанияинициирующего воздействия ( теплом. трением. ударом или каким- либо другим способом) в них запускаются экзотермические процессы, протекающие с большой скоростьюи приводящие к большому выделению энергии. Обычно говорят, что произошло взрывчатое превращение, а сами вещества называют взрывчатыми веществами или краткоВВ.Твердые и жидкие ВВ имеют в своем составе химически нестабильные соединения, а также восстановители или окислители либо в виде однородного вещества, либов виде смеси нескольких веществ. Эти вещества называют конденсированными ВВ.Газообразные энергоносители представляют собой гомогенные смеси горючихгазов (паров) с газообразными окислителями, либо нестабильные газообразные соединения, склонные к разложению в отсутствие окислителей (например ацетилен).

В этих газообразных веществах при взрывах протекают экзотермические реакции окисления илиреакции разложения нестабильных соединений.Участвующие в химическом взрыве аэровзвеси состоят из мелкодисперсных горючих жидкостей (туманов) или твердых веществ (пыли) в окислительной среде (обычно в воздухе). Источником энергии в этом случае служит тепло их сгорания.К взрывчатым могут быть отнесены любые вещества, способные к взрывчатомупревращению.