4.4. Взрыв газопаровоздушной смеси

Различают взрывы:

• химические (сопровождающиеся химическими превращениями веществ);

• физические (не сопровождающиеся химическим превращением веществ).

Химические взрывы делят на объемные и взрывы конденсированных взрывчатых веществ (ВВ).

Для взрыва конденсированных ВВ не требуется кислород, в этом их отличие от взрывоопасных веществ. К конденсированным ВВ относятся, в частности:

• инициирующие (азид свинца, гремучая ртуть),

• бризантные (гексоген, динамиты, тротил, центролит),

• метательные (пороха, смесевые ракетные топлива – смесь перхлората аммония и органического связующего), взрывчатые вещества.

Некоторые характеристики разных видов взрывов приведены на рис. 4.6.

Рис. 4.6. Характеристики различных видов взрывов

Форма работы взрыва может быть общего (фугасного) действия (ударная волна формируется на расстоянии от очага взрыва, максимальное разрушающее действие возникает при ударе о препятствие) и бризантного действия (дробление и разрушение тел, непосредственно примыкающих к месту взрыва). Бризантное действие характерно для конденсированных ВВ. Взрывная волна бывает проходящая и отраженная (последняя, как правило, мощнее).

В целом, если образуется ударная волна, то говорят о взрыве. К объемному взрыву приводит кинетическое горение (горение заранее подготовленной смеси), которое может быть дефлаграционным или детонационным.

Кинетическое дефлаграционное горение. При высокой скорости горения (от 50 до 900 м/с), свойственной кинетическому горению, фронт пламени сдвигает и сжимает свежую смесь, что приводит к значительному повышению давления. При наличии препятствия избыточное давление дефлаграционного горения образует проходящую и отраженную ударную волну (главную разрушающую силу взрыва), избыточно давление взрыва Р_взр достигает 1000 кПа.

Отметим, что взрыв ВВ приводит к более высоким давлениям, однако уже при избыточном давлении ударной волны порядка Р = 50 кПа наблюдается 50 % разрушение зданий, при Р = 500 кПа – здание разрушается полностью. Избыточное давление Р = 5кПа считается предельным безопасным давлением – разрушается только остекление, конструкции остаются целыми.

При разрыве емкости с горючей жидкостью, если давление жидкости больше атмосферного Р_жР_атм или топливно-воздушная смесь слишком богатая для одномоментного сгорания, образуются так называемый взрыв BLEVE (расширяющихся паров вскипающей жидкости), характеризующийся всплывающим огненным шаром. Характеризуется очень мощным излучением, зажигающим горючие вещества на расстоянии до 350 м. Взрывная волна сравнительно слабая.

Кинетическое детонационное горение (взрыв) – разновидность взрыва, при котором образуется самоподдерживающаяся сверхзвуковая волна (со скоростью порядка километров в секунду), сжимающая свежую смесь до такой степени, что в месте ее прохождения, еще до подхода пламени, начинается горение. Детонационная ударная волна не требует препятствий для своего развития. Детонация характеризуется очень сильными разрушениями, так как давление в проходящей волне достигает 2 МПа, в отраженной волне – 10 МПа.

Главное отличие детонации от дефлаграционного горения и дефлаграционного взрыва заключается:

• в очень высокой скорости распространения (порядка скорости звука и выше; при скорости горения, меньшей 45 м/с, возбуждение детонации не наблюдалось),

• в механизме распространения зоны горения.

Рассмотренные характеристики горения ГПВС приведены на рис. 4.7.

На пожарах чаще всего встречается дефлаграционные горение и взрыв.

Детонация – достаточно редкое явление на пожаре и может возникнуть при взрыве газопаровоздушных смесей при выполнении ряда условий:

• возникновение ударной волны, приводящей к возбуждению детонации;

• высокая скорость выделения энергии возбудителя детонации;

• ускорение и турбулизация пламени, приводящие к увеличению площади его поверхности и т.д. Необходимо достаточное расстояние - звуковой уровень скоростей достигается при L_кр = 70 м (водород), 600 м (этан), 3500 м (пропан), 5000 м (метан).

Рис. 4.7. Некоторые характеристики различных видов горения ГПВС

Случаи детонации фиксировались в газопроводах, при разливах легковоспламеняющихся жидкостей, в штольнях угольных шахт. В целом природа детонации еще нуждается в изучении. На практике детонация чаще наблюдается при взрыве различного рода взрывчатых веществ.

Итак, ударная волна – основная разрушающая сила взрыва. Ее мощность зависит от давления сжатия свежей смеси и продуктов горения, создаваемого при горении.

Представляется интересным выяснить, от чего зависит давление взрыва.