4.3. Взрывоопасные парогазовые смеси. Взрывные термические разложения

В парогазовой среде технологических установок взрывоопасными могут быть как индивидуальные нестабильные соединения, так и смеси горючих веществ с окислителями. Склонность к взрывному термическому разложению индивидуальных веществ и взаимодействию веществ в смесях определяются химическим строением вещества, выделяемого при химической реакции.

Типичными нестабильными соединениями, способными взрываться без участия окислителей в условиях технологических процессов, можно считать некоторые непредельные углеводороды алифатического ряда, например, ацетилен. При его взрывном разложении в отсутствие кислорода или других окислителей выделяется 8,7 МДж/кг энергии, которой достаточно для того, чтобы разогреть продукты реакции до 280 С. Взрывной распад ацетилена под давлением 400 кПа в присутствии катализатора – оксида железа возможен при 280 С.

Следует обратить внимание на то, что многие вещества, ранее считавшиеся достаточно стабильными соединениями, в условиях современных технологических процессов оказываются взрывоопасными. Например, этилен в реакторах полимеризации высокого давления (350 – 400 МПа при 280 С) уже при 320 С оказывается способным к взрывчатому разложению на метан и углерод, что важно при нарушении режима экзотермического процесса полимеризации.

Техническое разложение этилена в реакторах полимеризации сопровождается быстрым нарастанием давления и температуры с последующей разгерметизацией системы и воспламенением горючих газов в атмосфере. Инициирование термического разложения этилена может произойти вследствие изменений температуры и давления, попадания с газовым потоком и накоплением повышенного количества инициирующих примесей (кислорода), превышения заданного времени пребывания его в реакционной зоне.

На производстве чаще всего взрывоопасность технологических установок, объектов и уровень возможных разрушений при авариях характеризуют энергетическим потенциалом, а также удельной объемной плотностью энерговыделения.

4.4. Аэровзвеси горючих жидкостей

В реальных промышленных условиях при аварийных разрушениях технологических систем вместе с газовыми потоками в атмосферу могут и часто выбрасываются горючие жидкости. Они диспергируются с образованием паровоздушных смесей и взвесей мелких капелек жидкости в воздухе (туманность), что создаст условия для турбулизации потоков, образование поверхностного теплообмена с окружающей средой.

Сегодня не существует теоретически обоснованных методов оценки особенностей таких взрывов аэровзвесей, однако опыт использования боеприпасов с жидким топливом и анализ ряда крупномасштабных промышленных аварий подтверждают большую опасность взрывов таких неоднородных парогазовых и дисперсных смесей с воздухом. Пример - взрыв на продуктопроводе под Уфой в 1988 г. - около 2000 пораженных.

При взрывах американских авиационных бомб , содержащих по 32,6 кг этиленоксида, возникает облако топливо-воздушной смеси диаметром 15 – 17 м и высотой до 3 м. При его подрыве через 125 м/с образуется ударная волна с избыточным давлением по фронту 2,1 МПа, которая, отражаясь от земли, возрастает в 2 – 3 раза. На расстоянии 3 – 4 радиусов облако от эпицентра избыточного давления по фронту уменьшается до 0,1 МПа.

Подобные двухфазные системы в промышленных условиях образуются не только при диспергировании горючих жидкостей, но и при аварийных выбросах нагретых жидкостей и паров, конденсирующихся в атмосфере с образованием туманов, что также является чрезвычайно опасным явлением.