Практическое занятие № 6.

Тема: Оценка обстановки в районе пожаровзрывоопасного объекта.

Цель:рассчитать параметры обстановки при ЧС, сопровождающихся взрывами.

Вопросы:

1. Оценка обстановки при ЧС, сопровождающихся взрывами

2. Расчет параметров зоны ЧС при взрыве

1

Взрывчатое вещество (ВВ) - химическое соединение или их смесь, способное в результате определённых внешних воздействий или внутренних процессов взрываться, выделяя тепло и образуя сильно нагретые газы.

Комплекс процессов который происходит в таком веществе, называется детонацией. Традиционно к взрывчатым веществам также относят соединения и смеси, которые не детонируют, а горят с определенной скоростью (метательные пороха, пиротехнические составы).

Существует ряд веществ, также способных к взрыву (например, ядерные и термоядерные материалы, антивещество). Также существуют методы воздействия на различные вещества, приводящие к взрыву (например, лазером или электрической дугой). Обычно такие вещества не называют «взрывчатыми».

Любое взрывчатое вещество обладает следующими характеристиками:

• способность к экзотермическим химическим превращениям

• способность к самораспространяющемуся химическому превращению

Важнейшими характеристиками взрывчатых веществ являются:

• скорость взрывчатого превращения (скорость детонации или скорость горения);

• давление детонации;

• теплота (удельная теплота) взрыва;

• состав и объём газовых продуктов взрывчатого превращения;

• максимальная температура продуктов взрыва (температура взрыва);

• чувствительность к внешним воздействиям;

• критический диаметр детонации;

• критическая плотность детонации.

1. По форме работы взрыва

• инициирующие (первичные). Инициирующие ВВ предназначаются для возбуждения взрывчатых превращений в зарядах других ВВ. Они отличаются повышенной чувствительностью и легко взрываются от простых начальных импульсов (удара, трения, накола жалом, электрической искры и т. д.). Основой инициирующих ВВ являются гремучая ртуть, азид свинца, тринитрорезорцинат свинца (ТНРС), тетразен, диазодинитрофенол (или их смеси) и прочие с высокой скоростью детонации (свыше 5000 м/с);

• бризантные (вторичные). Бризантные ВВ менее чувствительны к внешним воздействиям, и возбуждение взрывчатых превращений в них осуществляется главным образом с помощью инициирующих ВВ. В качестве бризантных ВВ применяются обычно различные нитросоединения (тротил, нитрометан и др.), N-нитрамины (тетрил, гексоген, октоген, этилен-N,N'-динитрамин и др.), нитраты спиртов (нитроглицерин, нитрогликоль), нитраты целлюлозы и др. Часто эти соединения применяют в виде смесей между собой и с другими веществами.

Бризантные взрывчатые смеси часто называют по виду окислителя:

• хлоратиты (окислитель - хлорат калия)

• перхлоратиты (окислитель - перхлорат калия, перхлорат аммония)

• аммониты (окислитель - нитрат аммония)

оксиликвиты (окислитель - жидкий кислород) и др.

На ВОО возможны следующие виды взрывов:

• неконтролируемое резкое высвобождение энергии за короткий промежуток времени и в ограниченном пространстве (взрывные процессы);

• образование облаков топливно-воздушных смесей (ТВС) или других химических газообразных, пылеобразных веществ, их быстрые взрывные превращения (объемный взрыв);

• взрывы трубопроводов, сосудов, находящихся под высоким давлением или с перегретой жидкостью, прежде всего резервуаров со сжиженным углеводородным газом.

Основными поражающими факторами взрыва являются:

• воздушная ударная волна (УВ),

• осколочные поля, создаваемые летящими обломками разного рода объектов техногенного образования, строительных деталей и т. д.

Основными параметрами поражающих факторов взрыва являются:

для воздушной ударной волны :

• избыточное давление во фронте (ΔР_ф),

• скоростной напор воздуха (ΔР_ск)

• время действия ΔР_ф;

для осколочного поля:

• количество осколков,

• их кинетическая энергия

• радиус разлета.

Однако на практике в качестве определяющего параметра воздушной УВ принимают избыточное давление во фронте волны.

За единицу измерения ΔР_ф в системе СИ принят Паскаль (Па), внесистемная единица – кгс/см²: 1 Па = 1 Н/м² = 10 дин/см² = 0,102 кгс/м² =10^-5 бар = 7,50.10^-3 мм ртутного столба = 0,102 мм водяного столба.

1 кгс/см² = = 98,1 кПа ≈ 100 кПа.

Опыт ликвидации последствий аварий со взрывом газо- и паровоздушных смесей углеводородных веществ в нашей стране и за рубежом показывает, что наиболее сложная обстановка складывается в зонах взрыва газо- и пылевоздушных смесей (ПВС), паровых облаков и сгорания нефтепродуктов, масел и др. опасных веществ. При возникновении таких аварий возможны два варианта развития ситуации: детонационный взрыв и дефлаграционное (или взрывное) горение.

Расчет максимального давления взрыва парогазовых смесей

Паровоздушные горючие смеси взрывоопасны. В закрытой емкости при наличии теплового источника воспламенение паровоздушной смеси сопровождается взрывом, как и газовоздушной смеси с присущими ей аналогичными закономерностями

Максимальное давление взрыва – это давление, которое возникает в

результате сгорания или детонации парогазовых смесей при условии реализации изобаро-изохорического процесса.

Максимальное давление взрыва для парогазовых смесей углеводород-

ных топлив рассчитывается по формуле:

Pвзрmax = Po∙Tвзр∙nпгnс∙Tо

где Pвзрmax – максимальное давление взрыва, Па; Po, Tо, nс – давление, температура, количество смеси до взрыва, соответственно в Па, К, молях; Tвзр, nпг – температура взрыва, количество продуктов горения, соответственно в К, молях.

П р и м е р 1. Рассчитать максимальное давление взрыва бутано-

воздушной смеси стехиометрического состава. На момент взрыва давление

и температура были близки к нормальным условиям (Р_о=105 Па, Т=273 К).

Температура взрыва 2905 К.

Р е ш е н и е.

1. Определяем состав и объем исходной смеси и продуктов горения.

Запишем уравнение химической реакции:

С₄Н₁₀ + 6,5О₂ + (6,5·3,76)N₂ = 4СО₂ +5Н₂О + (6,5∙3,76)N₂.

Из уравнения реакции следует: количество исходной смеси стехио-

метрического состава равно 31,9 моля, количество продуктов сгорания 33,4 моля.

2. Рассчитываем максимальное давление взрыва бутано-воздушной

смеси:

Pвзрmax=Po∙Tвзр∙nпгnс∙Tо=103 ∙2905∙33,∙431,9∙273=11,14∙10³Па

4. Избыточное давления взрыва ΔР будет равно:

∆P=Pвзрmax - 1·10⁵ Па = 11,14·10⁵ - 1×105 = 10,14·10⁵ Па.

Расчет тротилового эквивалента взрыва и безопасного расстояния по действию воздушных ударных волн

Тротиловый эквивалент вещества рассчитывается по формуле:

η_тнт=QвзрQТНТ

где η - тротиловый эквивалент парогазовой смеси;

Q_взр = Q_н – теплота взрыва вещества, кДж/кг;

Q_ТНТ = 4,19∙10³ кДж/кг – теплота взрыва тротила (тринитротолуола).

Тротиловый эквивалент взрыва (мощность взрыва) – это отношение

энергии, выделившейся при взрыве к теплоте взрыва 1 кг тротила. Из определения тротилового эквивалента взрыва следует, что тротиловый эквивалент взрыва есть условное количество взорвавшегося тротила.

Тротиловый эквивалент взрыва (мощность взрыва) парогазовых сме-

сей рассчитывается по формуле:

М_тнт=Qвзр∙m∙γQТНТ

или М_ТНТ = h∙m∙g

где М_ТНТ – масса условно взорвавшегося тротила;

m – количество горючего вещества пожаровзрвывоопасной смеси;

g – доля потенциальной энергии, перешедшей в кинетическую энергию взрыва.

При взрыве парогазовой смеси углеводородных топлив в ограничен-

ном объеме (помещении, оборудовании) коэффициент g принимается рав-

ным 1, при взрыве в неограниченном объеме (взрыв облака парогазовой

смеси) коэффициент g, как правило, принимают равным 0,4.

Размер безопасной зоны по действию давления воздушной ударной

волны взрыва рассчитывают по формуле:

R _без=15 3МТНТ

где R_без – безопасное расстояние по действию ударной волны взрыва, м;

М_ТНТ – тротиловый эквивалент взрыва, кг.

П р и м е р 1. Рассчитать тротиловый эквивалент взрыва бутана.

Р е ш е н и е:

1. Теплота взрыва бутана принимается равной его низшей теплоте

сгорания. Значение Q_н для бутана составляет 2,67·10³ кДж/моль. При пере-

счете на 1 кг бутана теплота взрыва составит:

Q_взр = 2,67∙ 10358∙10-3=кДж/моль кг/моль = 46∙10³ кДж/кг.

2. Тротиловый эквивалент взрыва бутана в смеси стехиометрического состава будет:

η_С4Н10 =QвзрС4Н10Qтнт=46∙1034,187∙103=10.9=11

П р и м е р 2. Рассчитать тротиловый эквивалент возможного аварийного взрыва 20 кг бутана с воздухом:

а) в технологическом оборудовании;

б) в облаке.

Р е ш е н и е.

1. Тротиловый эквивалент взрыва бутана в смеси стехиометрического

состава равен 10,9 (см. пример 1).

2. Тротиловый эквивалент возможного аварийного взрыва при взрыве

в технологическом оборудовании рассчитывается при условии g=1.

М_ТНТ = h∙m∙g = 10,9∙20∙1 = 220 кг (тротила).

3. Тротиловый эквивалент возможного аварийного взрыва при взрыве

облака рассчитывается при условии g=0,4.

М_ТНТ = h∙m∙g = 10,9∙20∙0,4 = 90 кг (тротила).

П р и м е р 3. Для случаев взрывов, рассмотренных в примере 2, рас-

считать безопасное расстояние по действию ударной воздушной волны.

Р е ш е н и е.

1. Безопасное расстояние по действию ударной воздушной волны при

взрыве в технологическом оборудовании будет равно:

R_без=153Мтнт=15 3220=91 м.

2. Безопасное расстояние по действию ударной воздушной волны при

взрыве облака) будет равно:

R_без=153Мтнт=15 390=67 м.

Контрольные задачи

1. Определить тротиловый эквивалент аварийного взрыва облака из

смеси паров ацетона с воздухом и безопасное расстояние по действию

ударной волны взрыва. Концентрация паров горючего в смеси 0,2 кг/м³.

Объем облака 2500 м³.

2. Определить количество взорвавшихся паров бензола, если после

аварии отмечены разрушения на расстоянии 100 м от эпицентра взрыва.

Взрыв произошел в помещении.

3. Определить возможность разрушения металлического резервуара,

рассчитанного на давление 5·10⁵ Па, при взрыве паров толуола.