Воздушная ударная волна взрыва вызывает разрушения или повреждения железнодорожного пути, подвижного состава, зданий, элементов связи, СЦБ, железнодорожного водоснабжения и других элементов инженерно-технического комплекса (ИТК)* железнодорожного транспорта.

Качественное состояние разрушенных элементов ИТК в зонах чрезвычайных ситуаций оценивается соответствующей степенью разрушения: полной, сильной, средней и слабой.

Полные разрушения характеризуются разрушением или обрушением всех или большей части несущих конструкций, капитальных стен, сильной деформацией или обрушением межэтажных и потолочных перекрытий, пролетных строений мостов. При этом обломки зданий и сооружений создают сплошные завалы. Основные элементы железнодорожного пути полностью выходят из строя. Подвижной состав, путевые машины, станционное оборудование и аппаратура не подлежат восстановлению.

Использование элементов машин, подвижного состава и разрушенных частей сооружений невозможно.

Сильные разрушения характеризуются разрушением части капитальных и большинства остальных стен зданий, деформацией пролетных строений мостов, большинства опор контактной сети и ЛЭП. Восстановление железнодорожного пути и сооружений возможно, но нецелесообразно, так как практически сводится к новому строительству с использованием некоторых сохранившихся элементов и конструкций. Технические и транспортные средства ремонту не подлежат, отдельные их детали в дальнейшем могут быть использованы при ремонте.

Средние разрушения характеризуются разрушением второстепенных элементов (внутренних перегородок, окон, крыш), появлением трещин в стенах, обрушением чердачных перекрытий и отдельных участков верхних этажей. Вокруг зданий завалов не образуется, но отдельные обломки конструкций могут быть отброшены на значительные расстояния. Железнодорожный путь получает деформацию. Деформируются отдельные элементы пролетных строений мостов, отдельные опоры ЛЭП, контактной сети и линии связи. Возможно восстановление зданий, железнодорожного пути, сооружений, подвижного состава, транспортных и других технических средств с использованием капитального и среднего ремонта.

Слабые разрушения зданий характеризуются разрушением наименее прочных конструкций: оконных и дверных заполнений, легких перегородок, кровли. Оборудование получает незначительные деформации второстепенных элементов. Восстановление железнодорожного пути, сооружений, подвижного состава и техники требует текущего ремонта.

В связи с тем, что при полном и сильном разрушениях здания, сооружения и технические средства не восстанавливаются, в справочных данных и расчетах часто используют только три степени разрушений -сильную, среднюю и слабую.

При воздействии одних и тех же параметров ударной волны взрыва на различные элементы ИТК степень их разрушения будет неодинакова в связи с различной их физической устойчивостью.

Под физической устойчивостью следует понимать способность сооружения противостоять воздействию внешних нагрузок в чрезвычайной ситуации. Эта способность является свойством сооружения, которое зависит от его размеров, конструктивных и других параметров и не зависит от каких-либо внешних факторов. К таким параметрам, например, относятся: жесткость конструкции, наличие фундамента, закрепление элементов и другие прочностные свойства; материал; масса и положение центра тяжести; размеры элементов и их конфигурация; площадь опоры; расстояние между опорными частями и др.

Например, при одних и тех же внешних нагрузках наибольшим разрушениям подвергаются многоэтажные жилые здания без каркаса с несущими стенами из кирпича, панелей и блоков. Наибольшие нагрузки выдерживают массивные промышленные здания с металлическим каркасом и внутренним крановым оборудованием большой грузоподъемности, для которых устраиваются несущие колонны, что делает конструкцию здания более жесткой и прочной.

Высокие внешние нагрузки выдерживает верхнее строение железнодорожного пути, имеющее жесткую конструкцию (соединение балластного слоя, шпал и рельсов), незначительное возвышение над поверхностью земли и малый коэффициент аэродинамического сопротивления.

Среди различных видов железнодорожного подвижного состава наибольшей устойчивостью к воздействию внешних нагрузок при взрывах обладают четырехосные незагруженные платформы (малые размеры при значительной массе), груженые цистерны (малый коэффициент аэродинамического сопротивления) и локомотивы. Наименее устойчивыми являются пассажирские вагоны и крытые порожние грузовые вагоны (значительные размеры и относительно малая масса).

Сравнительная оценка устойчивости (по степеням разрушения) элементов ИТК при взрывах производится с помощью единого количественного показателя - величины избыточного давления во фронте ударной волны

Если определяющим фактором при разрушении сооружения является не избыточное давление во фронте воздушной ударной волны ΔР ф, а давление скоростного напора воздуха ΔР ск (при отсутствии опытных данных о степени разрушений сооружений при соответствующих значениях ΔР ф ), то устойчивость сооружения рассчитывается на действие давления скоростного напора ΔР ск . Расчетные значения ΔР ск пересчитываются по формуле (3.1) или графику (рис. 3.3) в ΔР ф , что позволяет сравнивать устойчивость сооружений и определять степень их разрушений с использованием единого показателя ΔР ф , (Расчеты устойчивости сооружений представлены в главе 8.)

Характер зависимости степени разрушения сооружения от величины избыточного давления во фронте ударной волны ΔР ф может быть пред-ставлен в виде графика (рис. 3.7).

Для оценки сопротивляемости сооружений и устройств действию ударной волны необходимо знать их предел устойчивости - предельное значение избыточного давления во фронте воздушной ударной волны, при превышении которого функционирование сооружений и устройств невозможно.

Рис. 3.7. Характер зависимости степени разрушения от величины избыточного давления во фронте ударной волны:

I - зона слабых разрушений; II - зона средних разрушений; III - зона сильных разрушений; IV - зона полных разрушений; - предел устойчивости сооружения;

Радиус функционирования - удаление от центра взрыва, на котором численно равно пределу устойчивости

За предел устойчивости элемента ИТК принимается нижняя граница средних разрушений (на определенном расстоянии от центра взрыва ) (рис. 3.7).

Смысл указанного положения состоит в том, что, попадая в зону I - слабых разрушений (рис. 3.7), сооружению требуется текущий ремонт, но его временное использование возможно с определенными ограничениями.

При превышении предела устойчивости сооружения (попадании его в зону II) дальнейшее использование сооружения становится невозможным без проведения среднего ремонта.

Таким образом, предел устойчивости и степень разрушения элементов ИТК количественно характеризуются граничными значениями ΔР ф, Для основных сооружений и устройств железнодорожного транспорта эти значения приведены в табл. 3.3.

Указанные в табл. 3.3 интервалы с минимальными и максимальными значениями избыточного давления, характеризующие определенную степень разрушения, учитывают возможные различия в конструкции сооружений и положении сооружений по отношению к направлению распространения фронта ударной волны.

Для железнодорожного пути и подвижного состава данные табл. 3.3 приведены для случая, когда фронт ударной волны распространяется перпендикулярно к оси пути и боковой стороне подвижного состава (наихудший вариант). При распространении ударной волны вдоль оси железнодорожного пути подвижной состав выдерживает избыточное давление (давление скоростного напора) в 1,5-2 раза больше табличных значений, а железнодорожный путь получает сильные и полные разрушения в основном в пределах радиуса воронки.

В табл. 3.3 значения величины давления во фронте ударной волны, вызывающие определенную степень разрушения, приведены для ядерного взрыва. Считается, что одинаковая степень разрушения ударной волной от ядерного взрыва и взрыва ВМ, ГВС или УВГ имеет место, если давление во фронте ударной волны взрыва этих взрывоопасных веществ примерно в 1,5 раза выше давления во фронте ударной волны ядерного взрыва. (Для ВМ, ГВС и УВГ табличные данные увеличиваются в 1,5 раза).

В отличие от городов и объектов экономики, содержащих, как правило, однотипные элементы - здания, на объектах железнодорожного (транспорта размещаются многообразные виды сооружений и устройств,

обеспечивающие движение поездов и имеющие неодинаковую устойчивость. По этой причине на объектах железнодорожного транспорта в зоне аварийных взрывов невозможно выделить общие зоны полных, сильных, средних и слабых разрушений. Для каждого вида сооружений эти зоны будут иметь свои размеры.

8.2. Классификация взрывов

На взрывоопасных объектах возможны следующие виды взрывов :

1. Взрывы конденсированных взрывчатых веществ (КВВ). При этом происходит неконтролируемое резкое высвобождение энергии за короткий промежуток времени в ограниченном пространстве. К таким ВВ относятся тротил, динамит, пластид, нитроглицерин и др.

2. Взрывы топливовоздушных смесей или других газообразных, пылевоздушных веществ (ПЛВС). Эти взрывы еще называют объемными взрывами.

3. Взрывы сосудов, работающих под избыточным давлением (баллоны со сжатыми и сжиженными газами, котельные установки, газопроводы и т.д.). Это так называемые физические взрывы.

Основными поражающими факторами взрыва являются: воздушная ударная волна, осколки.

Первичные последствия взрыва: разрушение зданий, сооружений, оборудования, коммуникаций (трубопроводов, кабелей, железных дорог), травмирование и гибель людей.

Вторичные последствия взрыва: обрушение конструкций зданий и сооружений, травмирование и погребение под их обломками людей, находящихся в здании, отравление людей ядовитыми веществами, находившимися в разрушенных емкостях, оборудовании, трубопроводах.

При взрывах люди получат термические, механические, химические или радиационные поражения.

Для предотвращения взрывов на предприятиях принимается комплекс мер, зависящих от характера производства. Многие меры являются специфическим, характерными только для одного или нескольких видов производства. Однако существуют меры, соблюдать которые необходимо на любых производствах. К ним относятся:

1) размещение взрывоопасных производств, хранилищ, складов ВВ в незаселенных или малозаселенных районах;

2) если первое условие выполнить невозможно, то такие объекты допускается строить на безопасных расстояниях от населенных пунктов;

3) для надежного обеспечения взрывоопасных производств электроэнергией (при этом нарушается технологический режим) необходимо иметь автономные источники электроснабжения (генераторы, аккумуляторы);

4) на протяженных нефте- и газопроводах через каждые 100 км рекомендуется иметь аварийные бригады.

8.3. Характеристика и классификация конденсированных взрывчатых веществ

Под КВВ понимаются химические соединения , находящиеся в твердом или жидком состоянии , которые под влиянием внешних условий способны к быстрому самораспространяющемуся химическому превращению с образованием сильно нагретых и обладающих большим давлением газов, которые расширяясь производят механическую работу. Такое химпревращение ВВ называют взрывчатых превращением.

Взрывчатое превращение в зависимости от свойств взрывчатого вещества и вида воздействия на него может протекать в виде взрыва или горения. Взрыв распространяется по взрывчатому веществу с большой переменной скоростью, измеряемой сотнями или тысячами метров в секунду. Процесс взрывчатого превращения, обусловленный прохождением ударной волны по взрывчатому веществу и протекающий с постоянной (для данного вещества при данном его состоянии) сверхзвуковой скоростью, называется детонацией . В случае снижения качества ВВ (увлажнение, слёживание) или недостаточного начального импульса детонация может перейти в горение или совсем затухнуть.

Процесс горения КВВ протекает сравнительно медленно со скоростью несколько метров в секунду. Скорость горения зависит от давления в окружающем пространстве: с увеличением давления скорость горения возрастает и иногда горение может перейти во взрыв.

Возбуждение взрывчатого превращения ВВ называется инициированием . Оно происходит если сообщить ВВ необходимое количество энергии(начальный импульс). Он может быть передан одним из следующих способов:

Механическим (удар, накол, трение);

Тепловым (искра, пламя, нагревание);

Электрическим (нагревание, искровой разряд);

Химическим (реакции с интенсивным выделением тепла);

Взрывом другого заряда ВВ (взрыв капсюля-детонатора или соседнего заряда).

Все КВВ, применяемые в производстве, классифицируются на три группы:

- инициирующие (первичные), они обладают очень высокой чувствительностью к удару и тепловому воздействию и в основном используются в капсюлях- детонаторах для подрыва основного заряда ВВ (гремучая ртуть, нитроглицерин);

- вторичные ВВ. Взрыв их происходит при воздействии на них сильной ударной волны, которая может создаваться в процессе их горения или с помощью внешнего детонатора. ВВ этой группы относительно безопасны в обращении и могут долго храниться (тротил, динамит, гексоген, пластид);

- пороха . Чувствительность к удару очень мала, медленно горят. Загораются от пламени, искры или нагрева, быстрее горят на открытом воздухе. В закрытом сосуде взрываются. В состав пороха входят: древесный уголь, сера, азотнокислый калий.

В народном хозяйстве КВВ применяются при прокладке дорог, тоннелей в горах, разрушении заторов льда в период ледохода на реках, в карьерах при добыче полезных ископаемых, при сносе старых зданий и т.д.

Введение

Взрыв. Классификация взрывов

Особенности взрывов

Заключение

Используемая литература

Введение

Чрезвычайная ситуация (ЧС)- это состояние или обстановка в определенной территории, сложившийся в результате аварии, катастрофы, опасного явления, стихийного или иного бедствия, которые могут повлечь или уже повлекли за собой за собой человеческие жертвы, ущерб здоровью людей или окружающей природной среде, значительные материальные потери, нарушение условий нормальной жизнедеятельности человека.

В большинстве случаев техногенные аварии связаны с неконтролируемым, самопроизвольным выходом в окружающее пространство вещества или энергии. Самопроизвольное высвобождение энергии приводит к промышленным взрывам, а вещества – к взрывам, пожарам и химическому загрязнению окружающей среды.

Существуют различные классификации чрезвычайных ситуаций. Наиболее часто за основание классификации выбирают характер возникновения (генезис) чрезвычайной ситуации. По природе (сфере) возникновения все ЧС условно можно разделить на следующие большие группы:

Техногенные ЧС, связанные по происхождению с техническими объектами или технологическими процессами (выбросы радиоактивных веществ, аварии на химических опасных объектах, пожары и взрывы, разрушение строительных конструкций, транспортные катастрофы и т.д.) в том числе антропогенные ЧС, вызванные негативным влиянием самого человека на техносферу (ошибочные и несвоевременные действия операторов, диспетчеров, пилотов, водителей и т.д.)

Природные ЧС, связанные с воздействием стихийных явлений физической природы (наводнение, землетрясения, ураганы и т.д.) на человека и его среду обитания, а также биологические ЧС и экологические ЧС.

Социальные ЧС, связанные с масштабными событиями в обществе и государстве (войны, вооруженные конфликты, столкновения на межнациональной и межрелигиозной основе и т.д.)

Комбинированные ЧС, имеющие сочетанный, инициированный характер различных видов вышеназванных групп ЧС.

В этой работе мы рассмотрим лишь небольшую группу, относящуюся к техногенным ЧС.

Взрыв. Классификация взрывов.

Взрыв - процесс быстрого неуправляемого физического или химического превращения системы, сопровождающейся переходом ее потенциальной энергии в механическую работу. Механическая работа, совершаемая при взрыве, обусловлена быстрым расширением газов или паров независимо от того, существовали ли они до взрыва или образовались во время взрыва. В основе взрывного процесса, могут лежать как физические (разрушение сосуда со сжатым газом или с перегретой жидкостью), так и химические превращения (детонация конденсированного взрывчатого вещества, быстрое сгорание газового облака). Самым существенным признаком взрыва является резкий скачок давления в среде, обуславливающий образование ударной волны, распространяющееся на некоторое расстояние от места взрыва.

При химических взрывах взрывчатые вещества могут быть твердыми, жидкими, газообразными, а также аэровзвесями горючих веществ (жидких и твердых) в окислительной среде (часто в воздухе). Твердые и жидкие взрывчатые вещества в большинстве случаев относятся к классу конденсированных взрывчатых веществ (ВВ). При инициировании взрыва в этих веществах с огромной скоростью протекают экзотермические окислительно-восстановительные реакции или реакции термического разложения с выделением тепловой энергии. Газообразные взрывчатые вещества представляют собой гомогенные смеси горючих газов (паров) с газообразными окислителями - воздухом, кислородом, хлором и др. Взрывоопасные аэровзвеси состоят из мелкодисперсных частиц горючих жидкостей (туманов) или твердых веществ (пылей) в окислительной среде, чаще всего в воздухе.

Физический взрыв чаще всего связан с неконтролируемым высвобождением потенциальной энергии сжатых газов из замкнутых объемов машин и аппаратов. Сила взрыва сжатого или сниженного газа зависит от внутреннего давления, а разрушения вызываются ударной волной от расширяющегося газа (пара) и осколками разорвавшегося резервуара.

Параметрами, определяющими мощность взрыва, являются энергия взрыва и скорость ее выделения. Энергия взрыва определяется физико-химическими превращениями, протекающими при различных типах взрывов. Для парогазовых сред энергию взрыва определяют по теплоте сгорания горючих веществ в с смеси с воздухом; конденсированных ВВ- по теплоте, выделяющейся при детонации (реакции разложения); при физических взрывах систем со сжатыми газами и перегретыми жидкостями- по энергии адиабатического расширения парогазовых сред и перегрева жидкости.

В производственных условиях возможны следующие основные виды взрывов: свободный воздушный, наземный, взрыв в непосредственной близости от объекта, а также взрыв внутри объекта (производственного сооружения).

При воздушном взрыве ударная сферическая волна достигает земной поверхности и отражается от нее. На некотором расстоянии от эпицентра взрыва (проекции центра взрыва на земную поверхность) фронт отраженной волны сливается с фронтом падающей, вследствие чего образуется так называемая головная волна, вертикальным фронтом, распространяющаяся от эпицентра вдоль земной поверхности.

Характер воздушной ударной волны при наземной взрыве (за пределами воронки) соответствует дальней зоне воздушного взрыва. Таким образом, как при воздушном, так и при наземном взрывах обычно рассматривают воздушную ударную волну, распространяющуюся от эпицентра с вертикальным фронтом. При подходе ударной волны к преграде она отражается и происходит торможение масс движущегося воздуха, что приводит к повышению избыточного давления в 2…8 раз.

После начального взаимодействия с преградой (препятствием) ударная волна начинает его обтекать и под действие давления уже попадают боковые и тыльные поверхности преграды. Она как бы оказывается в сжатом состоянии со всех сторон, однако наибольшее давление оказывается на фронтальную часть препятствия.

Копирование технологических объектов по взрывоопасности производится по значениям показателей Q в =(16,534) -1 *E 1/3 .

Энергетический эквивалент взрыва тротила W=E/4520 кг, где Е полная энергия взрыва.

По этим показателям технологические объекты подразделяются на три категории:

Взрыв внутри объекта характеризуется тем, что нагрузка воздействует на объект изнутри. При взрыве смеси внутри объекта, заполненного частично, на последствия взрыва будет влиять местоположение взрывоопасного облака. В общем случае последствие взрывов внутри помещения во многом будут определяться максимально возможным избыточным давлением взрыва ∆р, расчет которого возможно производить по следующему соотношению:

∆р=WZ p0 H T 1/K H N 0 C B p B V C K ,

Где W-масса горючего газа, пара ЛЖВ или взвешенной в воздухе горючей пыли, поступившей в объем помещения, кг; Z-коэффициент участия горючего вещества во взрыве; р 0 -атмосферное давление, равное 101 кПа; Н т - теплота сгорания поступившего в помещение вещества; К н - коэффициент учитывающий негерметичность помещения(принимается равным трем); Т 0 -температура в помещении (можно принять равной 293К); С в - теплоемкость воздуха (можно принять равной 1,01 кДж/(кг*К)); р в - плотность воздуха (можно принять равной 1,2 кг/м 3); V с - свободный объем помещения, м 3 ; K=k B t+1-коэффициент, учитывающий наличие в помещении аварийной вентиляции (k B -кратность воздуха обмена в помещении, с -1 ; t-время поступления взрывоопасных веществ в помещении, с).

Особенности взрывов

Взрывы систем повышенного давления сопровождаются разлетом осколков. На сообщение осколкам кинетической энергии тратится до 60% энергии расширения газов, а 40 %- на формировании ударной волны. При взрывах большая часть осколков (до 80%) разлетается на расстояние 200 м, меньшая (20%) на расстояния до 1000 м, отдельные осколки могут разлетаться на расстояния до 3 км. Направления разлета осколков для цилиндрических сосудов со сниженными газами характеризуются схемой, представленной на рис 9.4. за безопасное расстояние для людей можно принимать величину, превышающую 1000 м.

Большие газовые облака могут образовываться при утечках или внезапном разрушении герметичных емкостей, трубопроводах и т.д. Процесс взрыва или горения таких газовых облаков имеет ряд специфических особенностей. Образующиеся в атмосфере газовые облака чаще всего имеют сигарообразную форму, вытянутую по направлению ветра. Инициаторы горения или взрыва в этих случаях носят чаще всего случайный характер. Причем воспламенение не всегда сопровождается взрывом.

При плохом перемешивании газообразных веществ с атмосферным воздухом взрыва вообще не наблюдается. В этом случае при воспламенении газо - или паровоздушной смеси от места инициирования будет распространяться «волна горения». Так как распространение пламени происходит со сравнительно низкой скоростью, то в волне горения давление не повышается. В таком процессе наблюдается только расширение продуктов горения за счет их нагрева в зоне пламени. Медленный режим горения облака с наружной поверхности с большим выделением лучистой энергии может привести к образованию множества очагов пожара на промышленном объекте.

При оценке разрушительного действия взрыва газового облака в открытом пространстве определяющим будет скоростной напор во фронте пламени. Для пламени предельных углеводов скоростной напор в открытом пространстве может достигать 26кПа.

Заключение

Чрезвычайная ситуация (ЧС)- это состояние или обстановка на определенной территории, сложившийся в результате катастрофы или стихийного бедствия и повлекшие человеческие жертвы, значительный ущерб здоровью людей или окружающей природной среде.

По сфере возникновения различают техногенные, природные (физические, биологические), социальные и комбинированные ЧС.

По масштабам последствий их делят на локальные, местные, территориальные, региональные, федеральные и трансграничные.

По структуре развития ЧС имеют следующие основные фазы: накопление отклонений, инициирующего события, активного развития, действия остаточных и вторичных поражающих факторов, активной ликвидации последствий.

Государственная система предупреждения и ликвидации ЧС (РСЧС) имеет следующие структурные уровни: федеральный, межрегиональный, региональный, муниципальный и объектовый.

Основными направлениями деятельности РСЧС являются профилактика и предупреждения ЧС (как основное и способное снизить ущерб от ЧС), аварийно-спасательные работы и ликвидация последствий ЧС.

Система градации состояний угрозы ЧС, принятая в РСЧС, требует большей дифференциации и введения дополнительных уровней угроз.

Используемая литература

Безопасность жизнедеятельности. Учебник для студентов Б 40/С.В. Белов, В.А. Девисилов, А.Ф. Козьяков и др.; Под общ. Ред. С.В. Белова.

Безопасность жизнедеятельности: конспект лекций.-М.: Юрайт-Издат,2008.191с.

Экология и безопасность жизнедеятельности:учеб.пособие для вузов/Д.А.Кривошеин, Л.А. Муравей, Н.Н. Роева и др.; Под ред. Л.А. Муравей

1. Техногенные черезвычайные ситуации . Пожары

   Реферат >>

   ... – рассмотреть особенности техногенных чрезвычайных ситуаций на примере пожаров . При написании... Следствием горения может быть пожар и взрыв . Пожар – это горение вне... сопровождается появлением пламени. Взрыв - процесс чрезвычайно быстрого, под влиянием...

2. Техногенные чрезвычайные ситуации

   Реферат >> Безопасность жизнедеятельности

   ... техногенная чрезвычайная ситуация . К опасным техногенным происшествиям относят аварии на промышленных объектах или на транспорте, пожары , взрывы ...

3. Экологическая безопасность человека, биосферы и промышленных объектов в условиях техногенных чрезвычайных ситуаций и аварий

   Курсовая работа >> Экология

   Промышленных объектов в условиях техногенных чрезвычайных ситуаций и аварий 1. Основные понятия Чрезвычайная ситуация - это обстановка на определенной... веществами является возможность их потенциального взрыва

Взрывы, наиболее часто встречающиеся на практике, можно разделить на две основные группы: физические и химические (см. рис. 7.2).

К физическим взрывам относят процессы, приводящие к взрыву и не сопровождающиеся химическим превращением вещества.

К химическим взрывам относят процессы, химического превращения вещества, проявляющиеся горением и характеризующиеся выделением тепловой энергии за короткий промежуток времени и в таком объеме, что образуются волны давления, распространяющиеся от источника взрыва.

Причиной случайных взрывов чаще всего являются процессы го­рения. Взрывы такого рода чаще всего происходят при хранении, транспортировке и изготовлении ВВ. Они имеют место при обращении с ВВ и взрывоопасными веществами в химической и нефтехимической промышленности; при утечках природного газа в жилых домах; при изготовлении, транспортировке и хранении легколетучих или сжиженных горючих веществ; при промывке резервуаров для хранения жидкого топлива; при изготовлении, хранении и использовании горючих пылевых систем и некоторых самовозгорающихся твердых и жидких веществ.

Рис. 7.2. Классификация взрывов, наиболее часто встречающихся на практике

При физическом взрыве высвобождающаяся энергия является внутренней энергией сжатого или сжиженного газа (более строго, сжиженного пара). Сила таких взрывов зависитот внутреннего давления, а разрушения могут быть вызваны ударной волной от расширяющегося газа или осколками разорвавшегося резервуара. В ряде аварий отмечались физические взрывы, возникающие от полного разрушения автоцистерн. В зависимости от обстоятельств части такого резервуара разлетались на сотни метров.

То же может случиться (в меньших масштабах) с переносными баллонами для газа, если такой баллон упадет и сорвется вентиль, понижающий давление. Известны многочисленные случаи таких чисто физических взрывов сосудов со сжиженными газами под давлением, не превышающим 4 МПа.

К физическим взрывам следует отнести и явление так называемой физической (или термической) детонации, которая возникает при смешении горячей и холодной жидкостей, когда температура одной из них значительно превышает температуру кипения другой (например, при выливании расплавленного железа в воду). В образовавшейся парожидкостной смеси испарение может протекать взрывным образом вследствие развивающихся процессов тонкой фрагментации капель расплава, быстрого отвода от них и перегрева холодной жидкости. Физическая детонация сопровождается образованием ударной волны с избыточным давлением в жидкой фазе, достигающим в некоторых случаях сотен мегапаскалей. Указанное явление может стать причиной крупных аварий в ядерных реакторах и на промышленных предприятиях металлургической, химической и бумажной промышленности.

Источники энергии сжатых газов (паров) в замкнутых объемах аппаратуры могут быть как внешними, так и внут­ренними. Внешние – это электрическая энергия, используе­мая для сжатия газов и нагнетания жидкостей; теплоносите­ли, в том числе электрические, обеспечивающие нагрев жидкостей и газов в замкнутых объемах аппаратуры. К внутренним источникам относится энергия экзотермиче­ских физико-химических и тепломассообменных процессов в замкнутом объеме аппаратуры, приводящая к интенсив­ному испарению жидких сред или газообразованию, росту температуры и давления без внутренних взрывных явлений.

Химические взрывы делят на объемные (см. рис. 7.3) и взрывы конденсированных ВВ. Источником химического взрываявляются быстро протекающие самоускоряющиеся экзотермические реакции взаимодействия горючих веществ с окислителями или тер­мического разложения нестабильных соединений. При не­которых обстоятельствах возможны неконтролируемые ре­акции, сопровождающиеся возрастанием давления в реак­ционном сосуде, который может полностью разрушиться, ес­ли нет предохранительного клапана. При этом могут обра­зоваться ударная волна и осколочное поле.

Рис. 7.3. Классификация объемных взрывов

Энергоносители химических взрывов могут быть твердыми, жидкими, газообразными веществами, а также аэровзвесями горючих веществ (жидких и твердых) в окис­лительной среде (часто в воздухе). Взрывы газовых смесей и аэровзвесей горючих веществ иногда называют объемны­ми взрывами. Твердые и жидкие энергоносители относятся в большинстве случаев к классу конденсированных ВВ. В состав этих веществ или их смесей вхо­дят восстановители и окислители или другие химически нест абильные соединения. При инициировании взрыва в этих веществах с огромной скоростью протекают экзотермические окислительно-восстановительные реакции или реакции термического разложения с выделением тепловой энергии(при взрывах конденсированного ВВ атомы углерода и водорода в молекулах вещества замеща­ется атомами азота).

Газообразные энергоносители представляют собой гомогенные смеси горючих газов (паров) с газообразными окислителями, такими как воздух, кислород, хлор и др., либо нестабильные газообразные соединения, такие как ацетилен, этилен (склонные к термическому разложению в отсутствии окислителей). Источником взрывов газовых смесей являются экзотермические реакции окисления горючего вещества или реакции разложения нестабильных соединений.

Двухфазные взрывоопасные аэровзвеси состоят измелкодисперсных горючих жидкостей («туманов») или твердых веществ (пыли) в окислительной среде, в основном, в воздухе. Источником энергии их взрывов также является тепло сгорания этих веществ.

Технологическая система взрывоопасна, если она обладает запасом потенциальной энергии, высвобождающейся с настолько большой скоростью, что она может генерировать воздушную ударную волну (ВУВ), способную вызвать крушения или поражения людей. Количество потенциальной энергии определяется соответствующими физико-химическими закономерностями энерговысвобождения.

Энергию взрыва парогазовых сред определяют по теплоте сгорания горючих веществ в смеси с воздухом (окислителем); конденсированных ВВ – по теплоте, выделяющейся при их детонации (реакции разложения); при физиче­ских взрывах систем со сжатыми газами и перегретыми жидкостями – по энергии адиабатического расширения па­рогазовых сред и перегрева жидкости.

Скорость высвобождения энергии в общем случае вы­ражается удельной мощностью , т. е. количеством энергии, выделяемой в единицу времени на единицу объема. При химических взрывах скорость энерговыделения можно оп­ределить по скоростям распространения детонации или пламени в газовой среде. Скорость распространения дето­нации в твердом или жидком ВВ приблизительно соответ­ствует скорости звука в веществе и находится в интервале 2 . 10 3 -9 . 10 3 м/с; при газовых физических и химических взрывах волны сжатия двигаются со скоростью, близкой к скорости звука в воздухе.

Химические взрывы, вызываемые экзотермическими реакциями разложения в конденсированных ВВ или неус­тойчивых соединениях в газовой фазе, сопровождаются об­разованием (увеличением) числа моль газов. Например, при взрыве 1 кг тринитротолуола (ТНТ), являющегося вещест­вом с отрицательным кислородным балансом, образуется приблизительно 20 моль газов (паров) (0,6 – СО; 10,0 – СО 2 ; 0,8 – Н 2 О; 6,0 – N 2 ; 0,4 – NH 3 ; 4,7 –СН 3 ОН; 1,0 – HCN) и 15 моль угле­рода. Большинство других бризантных ВВ (за исключением нитроглицерина) также являются веществами с отрицатель­ным кислородным балансом, т. е. числа атомов кислорода в их молекулах недостаточно для полного превращения имеющихся атомов углерода в СО 2 и водорода в Н 2 О.Спо­собность вещества к взрывному процессу подчиняется за­конам термохимии, согласно которым, если в данной реакции сумма теплот образования продуктов меньше теплоты образования исходного соединения, то это вещество потен­циально взрывоопасно. Например, если вещество А, разла­гающееся по реакции А → B + C + D, взрывоопасно, то долж­но соблюдаться условие:

q(A) ≥ q(B) + q(C) + q(D),

где q – эн­тальпия (теплота) образования; qимеет положительные зна­чения для соединений, образующихся с поглощением тепла (эндотермические процессы) и отрицательное для соедине­ний образующихся с выделением тепла (экзотермические процессы).

Таким образом можно оценить лишь способность вещества к взрывному процессу, а энергию и мощность взрыва определяют по скорости реакции.

Источниками энергии взрывов могут быть окислительно-восстановительные химические реакции, в которых
воздух или кислород взаимодействуют с восстановителем.
Наряду с горючими газами восстановителями могут быть
мелкодисперсные горючие твердые вещества (пыли) или
диспергированные жидкости. Окислительно-восстановительные реакции в этих условиях могут проте­кать как в замкнутых, так и незамкнутых объемах с доста­точно высокими скоростями, при которых генерируются ударные волны, способные вызвать ощутимые разрушения.