- •13 Курс «бжд: Защита в чс и го»
- •«Аварии на взрывоопасных объектах». Общие сведения о взрыве. Характеристика процесса взрыва.
- •Единство процессов горения и взрыва.
- •Взрывчатые вещества. Определение взрывчатых веществ.
- •Классификация конденсированных взрывчатых веществ.
- •Газовоздушные смеси.
- •Пыль и пылевоздушные смеси.
- •Ударная волна и характеризующие ее параметры
- •Ударная волна ядерного взрыва.
- •Поражающее действие взрыва.
- •Воздействие поражающих факторов взрыва на здания и сооружения.
- •Воздействие поражающих факторов взрыва на людей.
- •Воздействие ударной волны на вооружение и технику.
- •Мероприятия по обеспечению взрывобезопасности.
Пыль и пылевоздушные смеси.
Взрывы пыли (пылевоздушных смесей - аэрозолей) представляют одну из основных опасностей на производстве. Взрывы пыли происходят в ограниченном пространстве - в помещениях зданий, внутри оборудования, в штольнях шахт. Возможны взрывы пыли на мукомольном производстве, на зерновых элеваторах (мучная пыль), при обращении с красителями, серой сахаром, другими пищевыми продуктами, производстве пластмасс, лекарственных препаратов, на установках дробления топлива (угольная пыль), в текстильном производстве.
Понятие промышленные пыли включает в себя тонкие дисперсии с размерами частиц менее 800 мкм. Взрывы, в основном, происходят по дефлаграционному механизму. Переход к детонации возможен в вытянутых помещениях за счет турбулизации процесса горения в облаке пылевоздушной смеси (ПВС), например, в штольнях шахт, на конвейерных линиях зернохранилищ.
Взрыв ПлВС возможен только при наличии концентрации пыли в воздухе не ниже определенного предела, измеряемого в г/м.куб: алюминий 58, уголь и сахар 35, резина 25, полиуретан 30 и т.д.
По степени пожаровзрывоопасности все промышленные пыли делятся на 4 класса:
1 класс - наиболее взрывоопасные пыли с НКПР равным 15 г/м.куб и ниже (сера 2,3; нафталин 2,5). НКПР - нижний концентрационный предел распространения пламени;
2 класс - взрывоопасные пыли с НКПР от 16 до 65 г/м.куб (алюминий 58, овес 30.2, крахмал картофельный 40.3);
3 класс- наиболее пожароопасные пыли - с температурой воспламенения до 250 оС ;
4 класс - пожароопасные пыли - с температурой воспламенения >250 оС .
Температура самовоспламенения пыли равна в среднем 500оС. Пыль, находящаяся в слоях воспламеняется при более низкой температуре, чем облако пыли - разница достигает 200оС, причем, чем толще слой пыли, тем ниже температура ее самовоспламенения. Пыль в слоях не взрывается. Однако, если в слое пыли возникнет горение (тление), то конвективные потоки горячих газов поднимают пыль в воздух, образуется пылевоздушная смесь, которая может взрываться. Максимальное давление взрыва ПВС лежит в пределах от 700 до 500 кПа (5-7 атм). Опасность взрыва ПВС возрастает с уменьшением размеров частиц пыли.
Ударная волна и характеризующие ее параметры
Определяющим параметром при характеристике взрыва является образующаяся и распространяющаяся в окружающем пространстве воздушная ударная волна.
Рассмотрим облако взрывоопасной смеси в окружающем воздушном пространстве. До момента возгорания давление в объеме облака равно атмосферному. При сгорании (взрыве) облака в его объеме давление возрастает, преграды с окружающей средой нет, и область высокого давления увеличивается в объеме, а давление внутри нее уменьшается (рис.1). Распространение области сжатия воздуха происходит со сверхзвуковой скоростью и получило название воздушной ударной волны — ВУВ. Поверхность, которая отделяет сжатый воздух от невозмущенного, называется фронтом ударной волны.
При прохождении фронта ударной волны через воздух в очень узкой зоне скачком возрастают давление, температура и плотность, а воздух за фронтом начинает двигаться в сторону области пониженного давления. Скорость движения воздуха меньше скорости движения фронта ВУВ. После того как фронт ударной волны проходит данную точку пространства, давление в ней постепенно снижается до атмосферного. В дальнейшем давление продолжает уменьшаться и становится ниже атмосферного, а воздух начинает двигаться в обратную сторону. Постепенно давление выравнивается с атмосферным и действие воздушной ударной волны в данной точке прекращается (рис.2). Время, в течение которого давление превышает атмосферное, называется фазой сжатия, а время действия пониженного давления — фазой разрежения. Основные разрушения происходят в фазе сжатия, поэтому действие фазы разрежения обычно не учитывается.
Ударная волна имеет два основных отличия от звуковой волны:
параметры среды в ней (давление, температура, плотность) изменяются практически скачком;
скорость ее распространения превышает скорость звука в невозмущенной среде.
P
O R
r
О - центр облака, r - первоначальный радиус облака, R- расстояние от места взрыва, Р - давление во фронте волны
Рис.1. Давление во фронте воздушной ударной волны как функция расстояния от места взрыва
P
PфP
Po
Рис.2. Изменение давления в некоторой точке пространства при прохождении через нее ударной волны.
Рассмотрим параметры ВУВ.
До прихода волны давление в точке определялось атмосферным давлением P0. В момент прихода фронта волны давление возрастает на величину, равнуюPф. После скачка давление начинает падать и через промежуток времени+ достигает величины P0. Дальнейшее снижение давления приводит к образованию в рассматриваемой точке разрежения с амплитудойP- , после чего рост давления возобновляется и оно снова достигает величины P0. Период+называется фазой сжатия, а-- фазой разрежения.
По мере удаления от места взрыва происходит постепенное “затухание” ударной волны. При этом уменьшаются амплитуды PфиP-_, уменьшаются крутизна скачка и крутизна спада давления, увеличиваются интервалы+ и-,уменьшается скорость распространения ударной волны и она постепенно трансформируется в звуковую. Скорость “затухания” ударной волны зависит от состояния среды, в которой эта волна распространяется, и от расстояния до места взрыва.
Поражающее действие ВУВ определяется следующими параметрами.
Первым параметром, определяющим поражающее действие ВУВ, является избыточное давлениеPф.
Рассмотрим, во-первых, величину Pф. Энергосодержание ВВ, в частности ГВС, одинаково независимо от режима горения, однако скорость взрывчатых превращений разная при дефлаграции и при детонации, поэтому при детонации объем горящей ГВС не успевает увеличиться и давление возрастает до значительно больших значений, чем при дефлаграции.
P(t)
Pmax
t
Характер изменения давления при взрывном дефлаграционном горении.
P(t)
Pmax
t
Характер изменения давления при взрывном детонационном горении.
Рис.3. Формы фронта ВУВ при дефлаграционном и детонационном взрывах.
Скачок давления в месте взрыва (а, следовательно, и во фронте ВУВ) при детонационных взрывах ГВС на открытом воздухе может достигать 2 Мпа. При взрывах конденсированных ВВ это давление может достигать значительно более высоких значений, измеряемых даже Гпа.
Во-вторых, разница в скорости процессов приводит к тому, что продолжительность нарастания давления (наклон фронта) разная. При детонации продолжительность нарастания давления ~ 10-3cдля воздушных смесей и ~10-5для конденсированных ВВ, а при дефлаграции ~ 0,1 – 0,2 с.
Формы фронта ВУВ при разных режимах взрывного горения показаны на Рис.3.
Вторым параметром ВУВ, определяющим ее поражающее действие, является импульс давления i. Импульс характеризует суммарное воздействие избыточного давления за время+ . Он числено равен площади под кривой избыточного давления на рис.2.
Поражающее действие ВУВхарактеризуется также давлением скоростного напора Pсквоздуха. Скоростной напор возникает вследствие того, что частички воздуха во всех точках фронта ударной волны совершают резкое смещение по направлению от центра взрыва, а затем в обратную сторону. Тело, находящееся на пути смещения частиц воздуха, испытывает силовое воздействие.
Скоростной напор вызывает отбрасывание предметов, оказавшихся на пути распространения ударной волны, т. е. оказывает на них метательное воздействие. В результате метательного воздействия незакрепленные предметы, а также люди могут быть отброшены на расстояние в несколько метров и, вследствие этого, получить повреждения и травмы по своей тяжести соизмеримые с последствиями воздействия избыточного давления ВУВ
Скоростной напор ВУВ приводит к разрушению (сламыванию) сооружений, имеющих значительную протяженность по сравнению с поперечным сечением (столбы электропередач, заводские трубы, опоры и т.п.)
Перечисленные параметры ударной волны (давление, импульс, скоростной напор) являются основными, но не единственными параметрами, определяющими ее поражающее действие. Так при встрече ударной волны с препятствием, например со стеной здания, давление вблизи от отражающей поверхности препятствия возрастает в несколько раз. Степень роста амплитуды зависит от угла наклона отражающей поверхности к направлению распространения ударной волны и от состояния среды у отражающей поверхности, от других величин.
Основными параметрами воздушной ударной волны будем считать:
— избыточное давление во фронте волны, Рф;
— время действия давления (фазы сжатия), ;
— импульс,
скорость распространения ударной волны, v,
давление скоростного напора Рск.