2.3 Вибухи горючої речовини ззовні приміщення (у відкритому просторі)

На підприємствах зі вибухо- і пожеже небезпечною технологією вибухи виникають при витіканні газоподібних або зріджених вуглеводневих продуктів. Змішування їх з повітрям приводити до утворення вибухо- та пожеже небезпечних сумішей. До вибухо - та пожеже небезпечних відносяться гази метан, етан, пропан, ацетилен, етилен, пропілен, бутилен і ін. Вибух або займання відбувається при певному змісту газу в повітрі, приводити до зруйнування або ушкодження будинків, споруд, технологічних установок, ємностей та трубопроводів.

В осередку вибуху у відкритій атмосфері можна визначити дві зони: зону детонації (детонаційної хвилі) і розповсюдження (дії) ударної хвилі. У зоні детонації тиск має максимальне значення.

Умовний (розрахунковий) радіус зони детонаційної хвилі (r_O) визначають за емпіричною формулою: r_{O =} 18.5 *,

де Q_H – кількість речовини (в тонах), яка вилилася або розтеклася з ємності (сховища), що розгерметизовано;

К – коефіцієнт, який характеризує об’єм газів або парів речовини, що перейшли в стехіометричну суміш (за даними джерел, він може розрізнятися від 0.4 до 0.6). Емпіричний показник перед коренем дозволяє враховувати різни умови виникнення вибуху.

В межах зони 1 діє надлишковий тиск, якій приблизно можна вважати постійним і рівним 1700 кПа. Точніші значення тиску визначають за довідковими даними для кожної речовини, наприклад, за таблицею 2.2. Максимальний тиск в зоні детонації – це найбільший тиск, який виникає при утворенні найбільш пожежо - вибухонебезпечної суміші газу, пару або пилу з повітрям в замкнутому об’ємі при початковому тиску суміші 101кПа (атмосферному тиску).

За межами зони детонації, в зоні дії повітряної ударної хвилі, формується фронт ударної хвилі, який розповсюджується по поверхні землі. Він різко зніжується до атмосферного через невелику відстань. Літературні джерела дають різні закономірності його зміни з урахуванням відстані до місця вибуху. В таблиці 2.1 приведені зведені дані зміни надмірного тиску, виходячи із відстані, що виражено в частках від радіуса зони детонації (r₁ / r_O), і максимального тиску в зоні детонації.

Таблиця 2.1 - Зміна тиску в зоні розповсюдження ударної хвилі

Максим. тиск в зоні детонації, кПа	Значення надмірного тиску, кПа, на відстані від центру вибуху в частках від rO (r1 / rO)
	1	1.05	1.1	1.2	1.4	1.8	2.0	3.0	4.0	6.0	8.0	10	12	15	20	30
500	500	270	155	115	90	55	48	25	15	8	5	4	3	2.5	1.5	1.0
900	900	486	279	207	162	99	86	45	26	14	9	7	5	4.5	2.7	1.8
1000	1000	540	310	230	180	110	96	50	29	16	10	8	6	5	3	2
1700	1700	918	527	391	306	195	163	82	50	28	18	13	10	8	5	3.7
2000	2000	1080	620	460	360	220	192	100	58	32	20	16	12	10	6	4

У межах осередку ураження, що виникнув при вибуху, виділяють зони руйнувань:

- повних та сильних руйнувань. На дальній межі зони надмірний тиск дорівнює 50кПа;

- середніх руйнувань. Тиск змінюється від 50 до 30 кПа;

- слабких руйнувань. Тиск на дальній(зовнішньої) межі зони 10 кПА.

При оцінки вибуху горючої рідини у відкритому просторі можна розраховувати масштаби зон руйнування, визначати можливе значення надмірного тиску при відомих відстанях об’єкту від місця аварії (вибуху), а також визначати ступень руйнування різних будинків, споруд, будівель залежно від величини надмірного тиску та інші завдання. При цьому також використовують таблицю 2.1.

Р

исунок 2.2 Зони руйнувань при вибуху у відкритому просторі

Таблиця 2.2 – Максимальний тиск і концентраційні межи загоряння окремих речовин

Речовина (газ, суміш)	Максимальний тиск вибуху, кПа	Концентраційні межі загоряння
		НКМВ, %	ВКМВ, %
Аміак	600	15	28
Ацетилен	1030	2.5	90
Ацетон	893	2	13
Бензен		1.4	7.1
Гідроген	739	4	75
Деревинна мука	770
Карбон (11) оксид вуглецю		12.5	74
Толуен		1.3	6.7
Полістирол	720	25	-
Поліетилен	560	12	-
Магній	500	12	-
Алюміній	660	25	-
Сульфур	460	17	-
Фосфор червоний	700	14	-

Приклад за завданням: На промисловому підприємстві трапилася аварія у сховищі з розливом і вибухом горючої речовини. Кількість речовини в ємності – 75 тон. Речовина - толуол. Треба визначити розміри зон руйнування.

Розв’язування: За таблицями 2.2 та 2.3 визначаємо величину максимального тиску, в цьому випадку – 900 кПа(при відсутності табличних даних і при невідомому типу речовини умовно приймаємо це значення тиску ).

1) Радіус зони детонації, де тиск буде максимальним і рівним 900 кПа:

r_O = 18.5 *= 18.5 *= 18.5 *3,347 = 61,92 м.

2) Розрахуємо радіуси зон слабких, середніх і сильних руйнувань. За таблицею 2.1 знайдемо, що за максимального тиску 900 кПа тиск в 9кПа буде за відношенням r₁ / r_O = 8, в 14кПа - за відношенням r₁ / r_O = 6, інтерполюванням знаходимо, що тиску 10 кПа відповідає відношення r₁ / r_O = 7.6. Цей результат отримано через пропорцію:

r₁₀/ r_O = 6 + [(8 – 6)/ (14 – 9)] * 4 = 7.6. Тут r₁₀ – радіус зони, де на межи зони тиск дорівнює 10 кПа.

3) Отримаємо радіус зони слабких руйнувань: r_СЛ = 61,92 * 7.6 = 470,6 м.

4) Аналогічно обчислюють радіуси середніх і сильних руйнувань:

r_СЕР = 234 м.; r_СИЛ. = 178 м.

Таблиця 2.3 - Характеристика деяких легкозаймистих рідин і газів

Назва рідин і газів	Межі вибухової концентрації, об’ємні %	Точка загоряння парів, оС	Відносна густина парів і газів	Максимум тиску вибуху, кПа	Температура спалахування, оС
Ацетилен	2,5 - 100	-	0,91	1035	305
Ацетон	2,6 - 12,8	-18	2,00	573	535
Аміак	15,0 - 28,0	-	-0,58	-	630
Бутан	1,8 - 9,0	-	1,9	669	410
Етиловий спирт	3,3 - 19,0	13	1,59	684	365
Етилен	2,7 - 36,0	-	0,69	821	425
Водень	4,0 - 75,0	-	0,07	697	585
Метан	1,5 - 15,0	-	0,55	-	538
Лігроїн	1,3 - 6,0	- 43	3.0 - 4.0	-	250 - 400
Пропан	2,2 - 10,0	-	1,5	662	450