Вопрос 2. Причины и виды взрывов. Поражающие факторы взрывов.

Особую опасность с точки зрения возможных потерь и ущерба пред­ставляют взрывы. Взрыв - это освобождение большого количества энергии в ограниченном объеме за короткий промежуток времени. Взрыв приводит к образованию сильно нагретого газа (плазмы) с очень высоким давлением, который при моментальном расширении оказывает ударное механическое воздействие (давление, разрушение) на окружающие тела.

В деятельности, не связанной с преднамеренными взрывами в условиях промышленного производства, под взрывом следует понимать быст­рое, неуправляемое высвобождение энергии, которое вызывает ударную волну, движущуюся на некотором удалении от источника. В результате взрыва вещество, заполняющее объем, в котором происходит высвобождение энергии, превращается в сильно нагретый газ (плазму) с очень высоким давлением, (до нескольких сотен тысяч атмос­фер). Этот газ, моментально расширяясь оказывает ударной механическое воздействия на окружающую среду, вызвав ее движение. Взрыв в твер­дой среде вызывает ее дробление и разрушение в гидравлической и воздушной среде - вызывает образование гидравлической и воздушной удар­ной (взрывной) волны.

Взрывная волна - есть движение среды, порожденное взрывом, при котором происходит резкое повышение давления, плотности и температуры среды. Фронт (передняя граница) взрывной волны распространяется по среде с большой скоростью, в результате чего область, охваченная движени­ем, быстро расширяется.

Посредством взрывной волны (или разлетающихся продуктов взрыва - в вакууме) взрыв производит механическое воздействие на объекты, на­ходящиеся на различных удалениях от места взрыва. По мере увеличения расстояния от места взрыва механическое воздействие взрывной волны ослабевает. Таким образом, взрыв несет потенциальную опасность пора­жения людей и обладает разрушительной способностью.

Взрыв может быть вызван:

- детонацией конденсированных взрывчатых веществ (ВВ);

- быстрым сгоранием воспламеняющего облака газа или пыли;

- внезапным разрушением сосуда со сжатым газом или с перегретой жид­костью;

- смешиванием перегретых твердых веществ (расплава) с холодными жид­костями и т.д.

В зависимости от вида энергоносителей и условий энерговыделения, источниками энергии при взрыве могут быть как химические так и физические процессы. Источником энергии химических взрывов являются быстропротекающие самоускоряющиеся экзотермические реакции взаимодействия горючих веществ с окислителями или реакции термического разложения нестабильных соединений.

Источниками энергии сжатых газов (паров) в замкнутых объемах аппаратуры (оборудования) могут быть как внешние (энергия, использу­емая для сжатия тазов, нагнетания жидкостей; теплоносители, обеспечивающие нагрев жидкости и газов в замкнутом пространстве) так и внутренние (экзотермические физико-химические процессы и процессы тепломассообмена в замкнутом объеме), приводящие к интенсивному испарению жидкостей или газообразованию, росту температуры и давления без внутренних взрывных явлений.

Источником энергии ядерных взрывов являются быстропротекающие цепные ядерные реакции синтеза легких ядер изотопов водорода (дей­терия и трития) или деления тяжелых ядер изотопов урана и плутония. Физические взрывы возникают при смещении горячей и холодной жидкостей, когда температура одной из них значительно превосходит темпера­туру кипения другой. Испарение в этом случае протекает взрывным об­разом. Возникающая при этом физическая детонация сопровождается возникновением ударной волны с избыточным давлением, достигающим в ряде случаев сотен МПа.

Энергоносителями химических взрывов могут быть твердые, жидкие, газообразные горючие вещества, а также аэровзвеси горючих веществ (жидких и твердых) в окислительной среде, в т.ч. и в воздухе.

Все виды взрывов можно классифицировать на следующие три группы:

- неконтролируемое резкое высвобождение энергии за короткий промежуток времени и в ограничением пространстве (взрывные процессы);

- образование облаков топливно-воздушной смеси (ТВС) или других химических газообразных, пылеобразных веществ, их быстрые взрывные превращения (объемный взрыв);

- взрывы трубопроводов, сосудов, находящихся под высоким давлением или с перегретой жидкостью, прежде всего резервуаров со сниженным углеродным газом.

Наиболее часто взрывы происходят на взрывоопасных объектах (ВОО). Взрывоопасный объект - это объект, на котором хранятся, используются, производятся, транспортируются вещества (продукты) приобретающие при определенных условиях способность к взрыву. К взрывоопасным объектам относятся:

- предприятия оборонной, нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, газовой промышленности;

- предприятия хлебопродуктовой, текстильной и фармацевтической промышленности;

- склады легковоспламеняющихся и горючих жидкостей и сжиженных газов.

Основными поражающими факторами взрыва являются:

1. воздушная ударная волна, возникающая при ядерных взрывах, взрывах инициирующих и детонирующих взрывчатых веществ, при взрывных превращениях топливо-воздушных смесей (ТВС), газовоздушных смесей (ГВС), взрывах ре­зервуаров с перегретой жидкостью и резервуаров под давлением,

2. осколочные поля, создаваемые летящими обломками разного рода объектов технологического оборудования, строительных деталей.

При взрыве газо-воздушной среды образуется три полусферические области (зоны рис.2):

I – зона непосредственного бризантного действия газо-воздушного взрыва вблизи земли (зона полных разрушений);

II – зона действия продуктов взрыва;

III – зона действия воздушной ударной волны.

Рисунок 2 – Зоны взрыва

Эффективное воздействие в I зоне характеризуется разрушениями, которые возникают в результате резкого удара продуктов детонации, находящихся внутри газо-воздушной смеси окружающих предметов. Радиус этой зоны определяется по таблицам или по формуле Ч_I = 1.7 Ч₀. При взрывах углеводорода, пропана и метана Ч₀ имеет значение 8.

Ударная волна любых взрывов вызывает большие людские потери и раз­рушения элементов сооружений. Размеры зон поражения от взрывов возраста­ют с увеличением их мощности. Действие ударной волны на элементы сооружения характеризуется сложным комплексом нагрузок:

- прямое давление;

-давление отражения;

- давление обтекания;

- давление затекания;

- нагрузка от сейсмовзрывных волн и т.п.

Сопротивляемость элементов сооружений действию ударной волны принято характеризовать величиной избыточного давления во фронте ударной волны, в Рф. Избыточное давление в Рф используется как универсальная характеристика сопротивляемости элементов сооружения действию ударной волны и для определения степени их разрушения и повреждения.

Факторы, влияющие на степень и характер повреждения сооружений при взрывах во время производственных аварий, приведены на рисунке 3.

Рисунок 3 - Факторы, влияющие на степень и характер повреждения сооружений при взрывах

В результате действия поражающих факторов взрыва происходит разру­шение или повреждение зданий, сооружений, технологического оборудования, транспортных средств, элементов коммуникаций и других объектов, гибель людей.

Известны три принципа предотвращения взрывов. К ним относятся

- исключение образования горючих систем;

- предотвращение инициирования горения;

- локализация очага горения в пределах определенного устройства, способного выдержать последствия горения.

Исключение образования горючих систем можно осуществлять тремя методами:

- поддержанием концентрации горючего вещества в смеси менее нижнего концентрационного предела воспламенения;

- флегматизацией взрывчатых смесей, т.е. добавлением в смесь с фиксированным соотношением горючего и окислителя инертных компонентов-флегматизаторов (СО₂,N₂, Н₂O) или ингибиторов (химически активных веществ, способных затормозить скорость химической реакции окисления).Добавление флегматизаторов к горючей смеси приводит к понижению температуры горения смеси, вместе с температурой горения понижается и скорость горения (скорость распространения пламени) соответствую­щим количеством флегматизаторов можно свести скорость горения к нулю и превратить смесь в негорючую.

- обезжириванием устройств и установок жидкого кислорода. Большую опасность представляют системы масло-кислород (воздух). Смазочные масла при перегреве подвергаются термическому разложению с выделением легкокипящих углеводородных фракций. При смешении указанных фракций с кислородом они взрываются под влиянием различных импульсов (искры ударной волны и т.д.)

Способы защиты персонала и оборудования от поражения и разруше­ния при взрывах смесей:

- проектирование прочных ограждений конструкций, способных выдержать нагрузку, равную максимальному давлению при взрыве;

- создание во взрывоопасных зонах инертной среды, в которой содержание кислорода было бы меньше необходимого для поддержания горения;
- изоляция взрывоопасной зоны прочными стенами;

- расположение взрывоопасного производства в местах, где при взрыве не будет причинен вред окружающей среде;

- установка специальных предохранительных клапанов для сброса давления взрыва;

- подавление взрыва (предотвращение распространения пламени);

- строительство для персонала защитных сооружений (убежищ).