Въпрос 5
Експлозиите представляват особена опасност по отношение на възможните загуби и щети.Експлозия -е освобождаване на голямо количество енергия в ограничено количество за кратък период от време.Експлозиятаводи до образуването на силно нагрят газ (плазма) с много високо налягане, който при мигновено разширяване упражнява ударно механично въздействие (натиск, разрушаване) върху околните тела.
При дейности, различни от умишлени промишлени експлозии, експлозията трябва да се разбира като бързо, неконтролирано освобождаване на енергия, което причинява ударна вълна, движеща се на известно разстояние от източника. В резултат на експлозията веществото, което запълва обема, в който се отделя енергията, се превръща в силно нагрят газ (плазма) с много високо налягане (до няколкостотин хиляди атмосфери). Този газ, мигновено разширяващ се, има шоков механичен ефект върху околната среда, причинявайки нейното движение. Експлозията в твърда среда предизвиква нейното раздробяване и разрушаване в хидравлична и въздушна среда - предизвиква образуването на хидравлична и въздушна ударна (експлозивна) вълна.
Експлозивна вълна- е движението на средата, генерирано от експлозията, при което има рязко повишаване на налягането, плътността и температурата на средата. Фронтът (предната граница) на взривната вълна се разпространява през средата с висока скорост, в резултат на което площта, обхваната от движението, бързо се разширява.
Чрез взривна вълна (или летящи продукти на експлозия - във вакуум) експлозията предизвиква механично въздействие върху обекти, намиращи се на различни разстояния от мястото на експлозията. С увеличаване на разстоянието от мястото на експлозията механичният ефектвзривната вълна отслабва. По този начин взривът носи потенциална опасност от поразяване на хора и има разрушителна способност.
Експлозия може да бъде причинена от:
- детонация на кондензирани взривни вещества (ВВ);
- бързо запалване на запалим облак от газ или прах;
- внезапно разрушаване на съд със сгъстен газ или прегрята течност;
- смесване на прегряти твърди вещества (стопилка) със студени течности и др.
В зависимост от вида на енергийните носители и условията на освобождаване на енергия, източниците на енергия по време на експлозия могат да бъдат както химични, така и физични процеси. Източникът на енергия за химически експлозии са бързи самоускоряващи се екзотермични реакции на взаимодействие на горими вещества с окислители или реакции на термично разлагане на нестабилни съединения.
Източници на енергия на сгъстени газове (пари) в затворени обеми на оборудване (оборудване) могат да бъдат както външни (енергия, използвана за компресиране на кутии, изпомпване на течности; топлоносители, които загряват течности и газове в затворено пространство), така и вътрешни (екзотермични физични и химични процеси и процеси на пренос на топлина и маса в затворен обем), което води до интензивно изпаряване на течности или образуване на газ, повишаване на температурата и налягането без вътрешни експлозивни явления.
Източникът на енергия за ядрени експлозии са бързи верижни ядрени реакции на синтез на леки ядра на водородни изотопи (деутерий и тритий) или делене на тежки ядра на изотопи на уран и плутоний. Физическите експлозии възникват при разместване на горещи и студени течности, когато температурата на една от тях значително надвишава точката на кипене на другата. Изпарението в този случай протича експлозивно. Получената физическа детонацияе придружено от появата на ударна вълна със свръхналягане, достигащо в някои случаи стотици MPa.
Енергийните носители на химическите взривове могат да бъдат твърди, течни, газообразни горими вещества, както и въздушни суспензии на горими вещества (течни и твърди) в окислителна среда, вкл. и във въздуха.
Експлозивитеса химични съединения или смеси от вещества, способни на бърза химична реакция с отделяне на голямо количество топлина и образуване на газ. Съставът на експлозивите включва редуциращи агенти и окислители или други химически нестабилни съединения. Когато в тези вещества започне експлозия, екзотермичните редокс реакции или реакциите на термично разлагане протичат с голяма скорост с освобождаване на топлинна енергия и голямо количество газ. Тази реакция, възникнала във всяка точка на заряда в резултат на нагряване, удар, триене, експлозия на друго взривно вещество или друго външно въздействие, се разпространява около заряда чрез пренос на топлина или маса (горене) или чрез ударна вълна (детонация). Взривните вещества имат способността да се разлагат бързо, при което енергията на междумолекулните връзки се освобождава под формата на топлина, а с повишаване на температурата скоростта на разлагане на взривните вещества се увеличава.
Основните характеристики на експлозивите са:
- химическа и физическа устойчивост (способността да запазят свойствата си по време на съхранение и работа);
- чувствителност към външни влияния (минималното количество енергия, необходимо за иницииране на експлозия);
- детонационна способност (критичен диаметър на детонация).
Експлозивните вещества включват:
- кислородсъдържащи съединения (пероксиди, озониди, органични соли на перхлорна и хлорна киселина, нитрити, нитрозо съединения и др.);
-някои вещества, които не съдържат кислород (азид, ацетилен, ацетиленид, диазо съединения, хидразин, азотен йодид и хлорид, смеси от горими вещества с халогени, съединения на инертни газове и др.).
От многото експлозивни съединения следните се използват като експлозиви:
- нитросъединения (тринитротолуен, тетрил, RDX, HMX, нитроглицерин, PETN, нитроцелулоза, нитрометан);
- соли на азотна киселина (амониев нитрат).
По правило тези вещества не се използват в чист вид, а под формата на смеси.
Според експлозивните свойства (условията за преминаване на горене към детонация) експлозивите се разделят на:
1)Иницииращите експлозивисе характеризират с много висока скорост на експлозивна трансформация, висока чувствителност, нестабилно горене и бързия му преход към детонация още при атмосферно налягане. Експлозията може да бъде предизвикана от запалване, удар или триене. Основните представители на иницииращите взривни вещества са оловен азид, живачен фулминат, тетразен, оловен тринитрорезорцинат. Иницииращите експлозиви се използват за иницииране на експлозии на други експлозиви.
2)Brisant експлозивитеса по-инертни, по-малко чувствителни към външни влияния. Изгарянето на тези експлозиви може да се превърне в детонация само при наличие на здрав снаряд или голямо количество експлозиви. Относително безопасен за работа. Основните представители на взривните вещества са нитросъединения и взривни смеси на базата на нитрати, хлорати, перхлорати и течен кислород: тринитротолуен, тетрил, хексоген, октоген и др. Те се използват в производството на взривни вещества и за оборудване на боеприпаси от различни видове и цели.
3)Хвърлящите експлозиви(барут) имат стабилно горене, не детонират при най-тежки условия.
Всички видове експлозии могат да бъдат класифицирани в следните тригрупи:
- неконтролирано рязко отделяне на енергия за кратък период от време и в ограничено пространство (експлозивни процеси);
- образуване на облаци от горивно-въздушна смес (FA) или други химични газообразни, прахообразни вещества, техните бързи експлозивни трансформации (обемна експлозия);
- експлозии на тръбопроводи, съдове под високо налягане или с прегрята течност, особено резервоари с намален въглероден газ.
Най-често експлозии възникват при взривоопасни предмети (VOO).Взривоопасен обекте обект, в който се съхраняват, използват, произвеждат, транспортират вещества (продукти), които при определени условия придобиват способността да експлодират. Експлозивните предмети включват:
- предприятия от отбранителната, нефтодобивната, нефтопреработвателната, нефтохимическата, химическата, газовата промишленост;
- предприятия от хлебната, текстилната и фармацевтичната промишленост;
- складове за леснозапалими и горими течности и втечнени газове.
Основните увреждащи фактори на експлозията са:
1. въздушна ударна вълна, възникваща при ядрени експлозии, експлозии на иницииращи и детониращи експлозиви, експлозивни преобразувания на горивно-въздушни смеси (FA), газово-въздушни смеси (GVS), експлозии на резервоари с прегрята течност и резервоари под налягане,
2. фрагментационни полета, създадени от летящи фрагменти от различни видове обекти на технологично оборудване, строителни части.
По време на експлозията на газово-въздушната среда се образуват три полусферични области (зони на фиг. 9.7):
I - зона на директно взривно действие на газово-въздушна експлозия в близост до земята (зона на пълно унищожение);
II - зона на продуктово покритиеексплозия;
III - зоната на действие на въздушната ударна вълна.
Фигура 9.7 - Зони на експлозия
Ефективното въздействие в зона I се характеризира с разрушаване, което възниква в резултат на рязък удар на детонационни продукти, разположени вътре в газо-въздушната смес на околните обекти. Радиусът на тази зона се определя от таблиците или по формулата CHI = 1,7 CH0. За експлозии на въглеводороди, пропан и метан N0 има стойност 8.
Ударната вълна на всяка експлозия причинява големи жертви и разрушаване на строителни елементи. Размерът на засегнатите зони от експлозиите се увеличава с увеличаване на тяхната мощност. Действието на ударна вълна върху елементите на конструкцията се характеризира със сложен набор от натоварвания:
- натоварване от сеизмични вълни и др.
Устойчивостта на елементите на конструкциите към действието на ударна вълна обикновено се характеризира с количеството на излишното налягане в предната част на ударната вълна, в Rf. Свръхналягането в България се използва като универсална характеристика на устойчивостта на строителните елементи към действието на ударна вълна и за определяне степента на тяхното разрушаване и увреждане.
Факторите, влияещи върху степента и естеството на увреждането на конструкциите по време на експлозии по време на промишлени аварии, са показани на фигура 9.8.
Фигура 9.8 - Фактори, влияещи върху степента и характера на увреждането на конструкциите по време на експлозии
В резултат на действието на увреждащите фактори на експлозията се разрушават или повреждат сгради, конструкции, технологично оборудване, превозни средства, комуникационни елементи и други обекти, загиват хора.
Известни са три принципа за предотвратяване на експлозия. Те включват
- изключване на образуването на горими системи;
- предотвратяване на възникване на горене;
- локализиране на източника на горене в определенаустройство, способно да издържи на въздействието на горенето.
Изключването на образуването на горими системи може да се извърши по три начина:
-поддържане на концентрацията на горимо веществов сместа под долната концентрационна граница на възпламеняване;
-флегматизация на взривни смеси, т.е. чрез добавяне на инертни флегматизиращи компоненти (CO2, N2, H2O) или инхибитори (химически активни вещества, които могат да забавят скоростта на химическа окислителна реакция) към смес с фиксирано съотношение на гориво и окислител.Добавянето на флегматизатори към горима смес води до намаляване на температурата на горене на сместа, заедно с температурата на горене, скоростта на горене (скорост на разпространение на пламъка) също намалява с подходящия брой флегматизатори можете да намалите скоростта на горене до нула и да превърнете сместа в незапалима.
-обезмасляващи устройства и инсталации с течен кислород. Маслено-кислородните (въздушните) системи представляват голяма опасност. При прегряване смазочните масла се подлагат на термично разлагане с отделяне на лекокипящи въглеводородни фракции. Когато тези фракции се смесят с кислород, те експлодират под въздействието на различни импулси (искри от ударна вълна и др.)
Методи за защита на персонала и оборудването от повреда и унищожаване по време на експлозии на смес:
- проектиране на здрави оградни конструкции, способни да издържат натоварване, равно на максималното налягане по време на експлозията;
- разположението на взривното производство на места, където експлозията няма да причини вреда на околната среда;
- монтаж на специални предпазни клапани за освобождаване на налягането при експлозия;
- потискане на експлозията (предотвратяване на разпространението на пламъка);
- изграждане на защитни съоръжения (укрития) за персонала.