18. Чрезвычайные ситуации, вызванные взрывами

Взрыв – процесс выделения энергии за короткий промежуток времени, связанный с мгновенным физико-химическим изменением состояния вещества, приводящее к возникновению скачка давления или ударной волны, сопровождающейся образованием сжатых газов.

Взрывчатые превращения – химические соединения или смеси, находящиеся в твёрдом или жидком состоянии, которые под влиянием определённых внешних условий способны к быстрому самораспространяющемуся химическому превращению с образованием сильно нагретых и обладающих большим давлением газов, которые, расширяясь, производят механическую работу.

Виды взрывов:

- неконтролируемое резкое высвобождение энергии за короткий промежуток времени в ограниченном пространстве

- образование облаков топливо-воздушных смесей или других газообразных пылевоздушных веществ, их быстрое взрывное превращение

- взрывы трубопроводов, сосудов, находящихся под высоким давлением или с перегретой жидкостью.

Общая характеристика взрывов. Согласно ГОСТ Р 22.0.09—94: взрыв — быстро протекающий процесс физических и химических превращений вещества, сопровождающийся высвобождением зна­чительного количества энергии в ограниченном объеме, в резуль­тате которого в окружающем пространстве образуется и распро­страняется ударная волна, способная привести или приводящая к возникновению техногенной ЧС.

По мере прохождения ударной волны давление в фиксирован­ной точке изменяется. Период т⁺ повышенного избыточного дав­ления называется фазой сжатия, а период т" пониженного давления — фазой разрежения.

По мере распространения ударной волны ее интенсивность убывает, скорость продвижения фронта волны уменьшается, и на определенном расстоянии от эпицентра взрыва ударная волна пе­реходит в звуковую.

Взрывы большинства конденсированных взрывчатых веществ (ВВ) протекают в режиме детонации, при котором взрывная вол­на распространяется с постоянной скоростью при данной плотно­сти и форме заряда.

При скорости распространения пламени, не превышающей ско­рость звука, возникает взрывное, горение, при котором продукты сгорания нагреваются до температур 1500... 3000 °С и генерируются ударные волны с максимальным дав­лением 20... 100 кПа. В ударную волну переходит около 40 % энер­гии взрыва.

Изменение избыточного давления во фронте ударной волны, образующейся при взрыве сосуда со сжатым газом, при высоких давлениях и температурах подобно изменению этой величины в волне, генерируемой при взрыве конденсированного ВВ. Однако следует учитывать, что при взрыве сосуда со сжатым газом только 40...60% энергии взрыва тратится на образование ударной вол­ны, а остальное — на разрушение сосуда и разлет осколков.

Особое внимание следует обратить на сосуды с перегретыми жидкостями, при аварийной разгерметизации которых может про­изойти взрыв. При нарушении герметичности сосуда с перегретой жидкостью, сопровождающемся падением давления, происходит интенсивное испарение жидкости с образованием и воспламене­нием паров в окружающей среде и формированием ударных волн. Несмотря на многие общие особенности распространения удар­ных волн, генерируемых при взрывах различных типов, имеются и существенные различия. Поэтому далее различные сценарии взрывных аварий рассматривают раздельно, с учетом того, что основными параметрами, определяющими барическое поражаю­щее действие взрыва, являются величины избыточного давления и импульса.

Взрывы технологических систем с перегретыми жидкостями. В раз­личных отраслях промышленности приходится иметь дело с огромными массами как нейтральных, так и горючих перегретых жид­костей, к которым относятся сжиженные углеводородные газы, хлор, аммиак, фреоны и др. Жидкость, имеющая температуру кипения ниже температуры окружающей среды, является пере­гретой при высоких температурах и давлениях, превышающих ат­мосферные (например, вода в паровых котлах). Уровень перегрева жидкости обычно характеризуется разностью между температу­рой, при которой жидкость находится в технологической систе­ме, и температурой кипения жидкости при атмосферном давле­нии. Если внезапно разрушается сосуд (система) с перегретой жидкостью, последняя быстро испаряется с образованием пара в окружающей среде и формированием ударных волн.

В зависимости от давления и температуры вещество может на­ходиться в различных агрегатных состояниях. В. Маршалл класси­фицировал вещества по признаку их расположения в зонах диа­граммы состояния.

Категория I — вещества с критической температурой ниже тем­пературы окружающей среды (криогенные вещества — сжижен­ный природный газ (СПГ), азот, кислород).

Категория II — вещества с критической температурой выше и точкой кипения ниже, чем температура окружающей среды (сжи­женный нефтяной газ (СНГ), пропан, бутан в теплую погоду, аммиак, хлор). Их особенностью является мгновенное испарение части жидкости при разгерметизации и охлаждение оставшейся доли до точки кипения при атмосферном давлении.

Категорию III составляют жидкости, у которых критическое давление выше атмосферного и температура кипения выше тем­пературы окружающей среды (вещества, находящиеся в обыч­ных условиях в жидком состоянии, например вода). Сюда попа­дают также некоторые вещества из предыдущей категории, на­пример, бутан — в холодную погоду.

Категория IV — вещества, содержащиеся при повышенных тем­пературах (водяной пар в котлах, циклогексан и другие жидкости под давлением и температуре, превышающей их точку кипения при атмосферном давлении).