180 Раздел 2. Вз ры в

2.2.2. Взрывы сосудов с газом под давлением

Простые взрывы (нереагирующие газы)

И нертные газы (азот, аргон и др.), находящиеся в сосудах под давлением, могут вызывать взрывы. Причины простых взрывов сосу­ дов под давлением можно подразделить на две группы.

К первой группе относятся нарушения целостности корпуса, на­ пример, за счет поломки какого-либо узла, повреждения или корро­ зии корпуса, неправильной эксплуатации. При этом сосуд может выйти из строя в любое время.

Вторая группа аварий связана с перегревом сосуда, например, за счет нарушения электронагревания или нарушения режима работы топочного устройства. В этом случае давление газа в сосуде повыша­ ется, а прочность корпуса понижается до тех пор, пока не произойдет разрушение сосуда. Первичные осколки, образованные подобными взрывами, бывают очень опасными.

Имеют место и взрывы сосудов под небольшим давлением - это взрывы паровых котлов. Например, крупный паровой котел общего назначения взорвется, если внутреннее давление повысится лишь на 1 0- 1 5 кПа. Повышение давления может произойти как в результате взрыва при горении в топке, так и вследствие утечки пара в топку, вызванной повреждением крупной трубы или водяного коллектора. В этом случае пар поступает в топку с такой скоростью, что сброс из­ быточного давления становится невозможным. Из-за нарастания дав­ ления котел раздувается, округляется и может просто деформировать­ ся без разрушения. Авария приобретает более серьезный характер, когда котел разрушается. Подобные аварии приводят обычно к не­ большим разрушениям окружающего оборудования, хотя сам котел повреждается серьезно.

Примером такого взрыва является взрыв парового котла, произо­ шедший в Бангладеш, г. Савар, 1 1 апреля 2005 г. на ткацкой фабрике. Этот взрыв привел к значительным разрушениям.

Взрывы, вызванные горением

Особенно чувствительны к взрывам, вызванным горением, маги­ страли со сжатым воздухом. Горючим веществом в этом случае явля­ ются масляные или нагаро-масляные отложения на стенках. При та­ ких взрывах разрушения локализованы , что типично для взрывов в

сосудах с большим отношением длины к диаметру L/D. Рассмотрим

nример взрыва нефтеnровода. В результате пожара, возникшего на

нефтеперерабатывающем заводе, возник взрыв, принесший значи­

тельные разрушения и материал ьный ущерб. Взрыв произошел

вследствие неисправности оборудования: пары компрессорного мас­

ла смешались в магистрали с обогащенным кислородом воздухом и

детонировали. Во многих местах магистрали оказались расщеплен­

ными на длинные полосы, особенно в местах изгиба трубы.

Такие взрывы бывают часто. Причины возникновения взрывов,

как правило, - неисправность оборудования, халатность персонала и

его низкая квалификация.

Взрывы газовых емкостей с последующим горением в атмосфере

Разрушения при этом типе взрывов подобны взрывам, вызван­ ным горением. Основное различие заключается в образовании в этом

случае огненного шара, размер которого зависит от количества выбро­ шенного в атмосферу газообразного горючего. Если в емкости нахо­ дится газообразное топливо, то его количество намного меньше того, которое может храниться в той же емкости в жидком виде. Поэтому последствия таких огненных шаров не столь серьезны , как в случае взрывов емкостей с переrретой жидкостью.

Взры вы химического реактора

Взрывы химических реакторов в основном случаются вследствие того, что происходит нарушение системы контроля за реакцией , как правило, экзотермической (например, слишком большое количество катализатора, выходит из строя система охлаждения, нарушается пе­ ремешивание и т. п.). В случае выхода из-под контроля жидкостного реактора скорость роста давления невысока, и реактор разрушается, как эластичное тело. Если реактор жидкостной с температурой выше температуры кипения (что, как правило, и бывает), то взрыв происхо­ дит по типу взрывов сосудов с перегретой жидкостью. Если реактор газовый, то разрушение носит взрывной характер, как взрыв сосуда под давлением.

Взры вы атомного реактора

Взрывы атомного реактора происходят за счет неконтролируемо­ го развития ядерной реакции либо за счет nростого взрыва при повы­ шенном давлении. Атомные реакторы сконструированы таким обра­ зом, чтобы аварии не могли привести к чему-либо, хотя бы отдаленно наnоми наюшему взрыв атомной бомбы. Тем не менее, по nрогнозу

специалистов, наиболее серьезная авария может включать расплавле­ ние сердечника реактора, проход расплавленной массы через реактор и (или) систему защиты, это приведет к физическому взрыву при пе­ ремешивании с более холодными жидкостями вне реактора. Однако следует помнить, что если выход из-под контроля атомного реактора вызывает разрушение корпуса, то повреЖдения, причиняемые, взры­

вом, можно не учитывать. Дело в том, что выброс радиоактивного ма­ териала с большим периодом полураспада нанесет столь серьезный ущерб всему окружению, что повреЖдения, вызванные взрывом, можно рассматривать как несущественные.

2.2.3. Взрывы емкостей с перегретой жидкостью

При перегреве жидкости, хранящейся в емкости, наблюдается яв­

ление BLEVE.

Перегревы происходят при разрыве емкости с жидкостью в очаге пожара. В этом случае создается давление паров жидкости, превы­ шающее атмосферное. Емкость с перегретой жидкостью разрушается. Поскольку емкость пластична, процесс разрушения относительно медленный, и образуется небольшое число крупных осколков. Эти осколки, на внутренней поверхности которых находится быстроиспа­ ряющаяся жидкость, могут приобрести большую скорость и разле­ теться на значительное расстояние, вызывая возгорания и приводя к пожару. Взрывная волна, образуемая таким взрывом, обычно доволь­ но слабая, и испарение жидкости в этом случае довольно медленное и вызывает лишь небольшое повышение давления.

П ричины, вызывающие перегрев жидкости с последующим

взрывом

Внешний нагрев

В случае если жидкость в емкости является горючей, взрыв вызы­ вается пламенным нагревом от внешнего источника. В этом случае BLEYE приводит к появлению подпитываемого топливом огненного шара, продолжительность горения и размер которого определяются общей массой жидкости в емкости в момент взрыва.

Примеры. К настоящему времени наиболее впечатляющие и опас­

ные взрывы описываемого типа случались на железнодорож­ ном транспорте. Аварии происходили с железнодорожными цистер­ нами , перевозящими горючие сжиженные газы : нефтяной газ, про-

пан, пропилен, бутан, винилхлорид и т. п. Типичное развитие аварии

начиналось с того, что грузовой поезд, в составе которого имелось не­

сколько цистерн, сцепленных вместе, сходил с рельсов. Цистерны на­

громождались друг на друга. Нарушалась целостность либо системы

напуска, либо самой цистерны, и выходящий газ загорался. Образо­

вавшийся факел нагревал соседние цистерны, что приводило к откры­

тию предохранительных клапанов на этих цистернах и образованию

новых факелов. Передача тепла от факелов к цистернам в конечном

итоге приводила к их взрыву по типу BLEYE. Взрывы способствовали нагромождению цистерн , выбросу отдельных кусков цистерн, образо­ ванию небольшой взрывной волны и огненному шару. Пожары про­

должались длительное время, и нагроможденные цистерны в течение

3-4 часов, а иногда и нескольких дней, по очереди взрывал ись по типу BLEVE. Были случаи, в которых происходило до шести взрывов

такого типа. Подобная авария случилась в Кресент-Сити в США. Уда­ лось избежать описанного выше события при аварии, произошедшей в Уфе 1 8 января 2005 г. В перевернутой цистерне не возникло BLEVE, так как опрокидывание цистерн с мазутом и пропанобутановой сме­ сью привело к выливанию на землю десятков тонн мазута.

Выход из-под контроля химического реактора

Химические реакторы, содержащие под высоким давлением жид­

кость, в которой совершается экзотермическая химическая реакция,

могут стать источником аварии по типу BLEVE, сходному со взрывом емкостей с перегретой водой , температура которой выше 1 00 ·с, а давление пара превышает атмосферное.

2.2.4. Взрывы неоzраниченных облаков пара

Взрыв неограниченного облака пара может произойти в результа­ те стечения обстоятельств. Во-первых, необходим массовый выброс горючего (например, углеводорода) либо в атмосферу, либо на по­ верхности земли. Подобное событие возможно как на химическом предприятии, так и при перевозке горючего или при взрыве газопро­ вода. После выброса горючего в атмосферу развитие ситуации может пойти по четырем направлениям:

1 ) выброшенное горючее рассеивается без воспламенения;

2) ао время выброса горючее загорается , при этом, как правило, инцидент завершается только пожаром без взрыва;

3)выброшенное горючее рассеивается на большой площади; после

некоторой задержки облако зажигается, и происходит обширный пожар;

4)последовательность событий такая же, как и в третьем случае, но после начала пожара пламя заметно ускоряется и образуется опас­ ная взрывная волна.

Взрывы неограниченных паровых облаков могут быть чрезвы­ чайно опасными. Это вызвано тем, что при большой утечке в атмо­ сферу энергоносителя (природного газа, пропана и пр.) в определен­ ных метеорологических условиях могут образоваться огромные об­ лака горючей смеси. Примерам таких взрывов является взрыв,

происшедший на заводе <<Н ипро кемикл плант>> около Фликсборо

(Англия) в июне 1974 г. Как установлено, временно подсоединенная труба диаметром 0,5 м с двумя сильфанами вышла из строя, что вы­ звало выброс через два отверстия размером О,7 м примерно 45 т циклогексана, находившегася при температуре 1 55 ·с и давлении 850 кПа. Это горючее быстро испарилось и образовало большое об­ лако. Зажигание произошло от печи водородного цеха, находивше­ гася на некотором расстоянии от места утечки. Зажигание было <<мягким•>, и вначале возник крупный пожар, а затем в результате ус­ корения пламени образовалась ударная волна, которая вызвала серь­ езные разрушения завода и домов на расстоянии до полутора кило­ метров. Погибли 28 человек и 89 были ранены. Ущерб заводу и ок­ ружающей территории оценивается в 100 млн долл.

Другим примерам взрыва неограниченного облака паров на транспорте является авария в Ист-Сент-Луисе в январе 1 972 г. Про­ изводилось формирование железнодорожного состава с использова­ нием <<горки>>. В этой операции вагоны освобождаются на вершине горки и переключением стрелок направляются к определенному со­ ставу. Вдоль пути имеются специальные тормоза, замедляющие дви­ жение вагона, как только он достигнет определенного места. Желез­ нодорожная цистерна с пропиленом была направлена к формирую­ щемуся составу. До нее в этом же направлении был пущен пустой хоппер (саморазгружающийся вагон). Хоппер не успел пройти пол­ ный путь и сцепиться с формирующимся составом. Тормозная сис­ тема не замедлила достаточным образом ход цистерны с пропиле­ нам, и она ударила хоппер на большой скорости. Хоппер был под­ брошен вверх и своим механизмом сцепки пробил отверстие в цистерне с пропиленом. Два вагона затем прошли путь около 500 м, при этом происходил разлив жидкого пропилена вдоль пути. Облако загорелось в служебном вагоне на некотором расстоянии от того