Значения критической плотности теплового потока, Вт/м2

Материал	Продолжительность облучения, мин.
	3	5	15
Древесина с шерохова­той поверхностью	20 600	17 500	12 900
Древесина, окрашен­ная масляной краской Торф брикетный Торф кусковой Хлопок-волокно Картон серый Стеклопластик Резина	26 700	23 300	17 500
	31 500	24 500	13 300
	16 600	14 300	9 800
	11 000	9 700	7 500
	18 000	15 200	10 800
	19 400	18 600	15 300
	22 600	19 200	14 800

Взрыв — быстро протекающий процесс физического или химического превращения веществ, сопровождающийся вы­свобождением большого количества энергии в ограниченном объеме, в результате которого в окружающем пространстве об­разуется и распространяется ударная волна, способная создать угрозу жизни и здоровью людей, нанести материальный ущерб, ущерб окружающей среде и стать источником ЧС.

Источником энергии при взрыве могут быть как хими­ческие, так и физические процессы. В большинстве взрывов источником выделения энергии являются химические пре­вращения веществ, связанные с окислением. Существует много веществ, в которых в том или ином виде запасено боль­шое количество энергии, например в виде внутримолекуляр­ных и межмолекулярных связей. В нормальных условиях эти вещества достаточно устойчивы и могут находиться в твердом, жидком, газообразном или аэрозольном состоянии. Однако в результате инициирующего воздействия (теплотой, трени­ем, ударом или каким-либо другим способом) в них начина­ются экзотермические процессы, протекающие с большой скоростью и приводящие к взрывчатому превращению.

Наиболее распространенными конденсированными взрывчатыми веществами (ВВ) являются тротил, гексоген, дымный порох, пироксилин, аммотол, октоген и некоторые другие. Взрывы конденсированных ВВ протекают в режиме детонации, при котором взрывная волна в заряде распро­страняется с постоянной скоростью. Скорости детонации находятся в пределах 1,5...8 км/с, а давление в эпицентре взрыва достигает 20...38 ГПа.

Примерами взрывов, энерговыделение при которых обу­словлено физическими процессами, могут служить аварий­ное выливание расплавленного металла в воду, при котором испарение протекает взрывным образом вследствие чрезвы­чайно быстрой теплоотдачи, и взрывы сжатых или сжижен­ных газов. В этом случае энергия определяется процессами, связанными с адиабатическим расширением парогазовых сред и перегревом жидкостей.

На промышленных предприятиях наиболее взрывоопас­ными являются образующиеся в нормальных или аварийных ситуациях газовоздушные (ГВС) и пылевоздушные (ПлВС) смеси. Из ГВС наиболее опасны взрывы смесей с воздухом уг­леводородных газов, а также паров легковоспламеняющихся жидкостей. Взрывы ПлВС происходят на мукомольном произ­водстве, на зерновых элеваторах, при обращении с красителями, при производстве пищевых продуктов, в текстильной про­мышленности и т. п.

На практике чаще других встречаются свободные воздуш­ные взрывы, наземные (приземные) взрывы, взрывы внутри помещений (внутренний взрыв), а также взрывы больших об­лаков ГВС. Суммарное выделение энергии при взрыве оце­нивается энергетическим потенциалом взрыва.

К свободным воздушным взрывам относят взрывы, происходя­щие на значительной высоте от поверхности земли, когда не про­исходит усиления ударной волны между центром взрыва и объ­ектом за счет отражения. Взрывная волна ослабляется по мере ее распространения и, по характеру воздействия на окружающую среду образуется три зоны: ближайшая, промежуточная и зона слабого взрыва. Ближайшая к источнику зона характеризуется ог­ромными давлениями и температурами. В промежуточной зоне, в которой избыточное давление достаточно велико, возможны тяжелые разрушения и смертельные поражения людей. В зоне слабого взрыва — возможны средние и слабые разрушения и по­ражения людей средней степени тяжести.

Основным параметром, определяющим поражающее воздействие ударной волны на людей и объекты, является избыточное давление во фронте ударной волны, МПа:

где М - масса заряда в тротиловом эквиваленте, кг; х — рас­стояние от центра взрыва до объекта, м.

Наземные (приземные) взрывы. Если взрыв происходит на по­верхности Земли, то воздушная ударная волна от взрыва усили­вается за счет отражения. Параметры ударной волны рассчиты­вают по формуле свободного воздушного взрыва, однако вели­чину избыточного давления взрыва удваивают.

Более сложные процессы происходят при взрывах в приземных слоях атмосферы. При этих взрывах образуются сферические воздушные ударные волны, распространяющиеся в пространстве в виде области сжатия—разряжения (рис. 1.44).

Рис. 1.44. Волнообразование при воздушном взрыве в приземной зоне: Э — эпицентр взрыва; П — фронт падающей волны; О — фронт отраженной волны; А — зона регулярного отражения; Б — зона нерегулярного отражения; Г — фронт головной ударной волны

Фронт воздушной ударной волны характеризуется скачком давления воздуха. При достижении сферической ударной вол­ны земной поверхности она отражается от нее, что приводит к формированию отраженной волны. На некотором расстоянии от эпицентра взрыва фронты прямой и отраженной ударных волн сливаются, образуя головную волну, имеющую фронт, нормальный к поверхности Земли и перемещающийся вдоль ее поверхности. Область пространства, где отсутствует наложение и слияние фронтов, называется зоной регулярного отражения, а область пространства, в которой распространяется головная волна,— зоной нерегулярного отражения.

С момента прихода фронта воздушной ударной волны в точку на земной поверхности давление резко повышается до максимального значения ∆Р_Ф, а затем убывает до атмо­сферного P₀ и ниже его. Период повышенного избыточного давления называется фазой сжатия, а период пониженного давления — фазой разрежения.

Действие воздушной ударной волны на здания и соору­жения определяется не только избыточным давлением, но и скоростным напором воздушных масс.

Взрыв внутри помещений (внутренний взрыв) характеризуется тем, что нагрузка воздействует на объект изнутри. Возникающие нагрузки зависят от многих факторов: типа взрывчатого веще­ства, его массы, полноты заполнения внутреннего объема поме­щения взрывчатым веществом, его местоположения во внутрен­нем объеме и т. д. Полное решение задачи определения пара­метров взрыва осуществляется довольно сложно. Ориентиро­вочно оценку возможных последствий взрывов внутри помещения можно производить по величине избыточного дав­ления, возникающего в объеме производственного помещения.

Для горючих газов, паров легковоспламеняющихся и го­рючих жидкостей, избыточное давление взрыва, кПа, опре­деляют по формуле:

где Р_max – максимальное давление взрыва стехиометрической газовоздушной или паровоздушной смеси в замкнутом объеме; определяется экспериментально, или по справочным данным; при отсутствии данных допускается принимать равным 900 кПа; P₀ - начальное давление, кПа; допускается принимать равным 101 кПа; М_т — масса горючего газа или паров легковоспламе­няющейся или горючей жидкости, поступивших в результате аварии в помещение, кг; Z— доля участия взвешенного дис­персного продукта во взрыве; ρ_r3 - плотность газа, кг/м³; V_СВ - свободный объем помещения, м³; определяется как разность ме­жду объемом помещения и объемом, занимаемым технологиче­ским оборудованием; если свободный объем помещения опре­делить невозможно, то его принимают условно равным 80 % геометрического объема помещения; С_с - стехиометрический коэффициент; К_н - коэффициент, учитывающий негерметич­ность помещения и неадиабатичность процесса горения; допус­кается принимать равным 3.

Для химических веществ, кроме упомянутых выше, а также для смесей избыточное давление взрыва, кПа, оп­ределяют следующим образом:

где Н_т - теплота горения, Дж/кг; ρ_в — плотность воздуха до взрыва при начальной температуре, кг/м³; С_р — удельная теп­лоемкость воздуха, Дж/(кг • К); допускается принимать равной 1,01 • 10³ Дж/(кг ·К); T₀ — начальная температура воздуха, К.

Избыточное давление взрыва для горючих пылей определяют по формуле, где при отсутствии данных коэффициент Z принимают равным 0,5. Расчет избыточного давления взрыва для веществ и ма­териалов, способных взрываться и гореть при взаимодействии с во­дой, кислородом воздуха или друг с другом, проводят по формуле, принимая Z— 1.

Основные параметры взрыва некоторых аэрозолей приведе­ны в табл. 1.33 (НКВП — нижкий концентрационный предел воспламенения аэрозолей).

Таблица 1.33