1. Вибухи

Джерела вибуху у виробничій сфері – це котли в котельнях, продукція і напівфабрикати хімічних і нафтопереробних підприємств, цукрова пудра на цукрово-рафінадних заводах, деревний пил і лакофарбове випаровування на деревообробних комбінатах, вугільний пил і газ в шахтах і т. ін.

У побуті джерелом небезпеки є газові балони, газоопалювальні системи, виявлені бомби, снаряди та ін., залишені з війни, вибухові речовини для диверсійних актів.

Вибух спричиняє, здебільшого, дія вогню, тиску, електричної іскри, зокрема накопичення статичної електрики.

Вибух – це процес вивільнення великої кількості енергії за короткий відрізок часу. У результаті вибуху речовина перетворюється в сильно нагрітий газ з дуже високим тиском, що впливає на навколишнє середовище, викликає його рух та утворення чинників, що уражають – уражальних факторів.

Уражальний фактор вибуху – це повітряна ударна хвиля (УХ) – зона сильно стиснутого повітря, яка переміщується від центру вибуху в усі боки з надзвуковою швидкістю (понад 330 м/с).

Закон зміни тиску в будь-якій точці під час проходження УХ показано на рис. 2.2. Елементи УХ:

– фронт УХ (передня межа, де спостерігається найбільший тиск);

– фаза стиснення;

– фаза розрідження.

У фазі стиснення тиск більший від атмосферного (Р₀), у фазі розрідження – менший.

Основним параметром УХ, що визначає її уражальну дію, є надмірний тиск у фронті УХ ( ):

де   – тиск у фронті УХ, кПа;   – атмосферний тиск, кПа.

Надмірний тиск   вимірюється у Па, кПа; позасистемна одиниця – кгс/см², (співвідношення одиниць: 1 кгс/см²  100 кПа).

Надмірний тиск УХ   у будь-якій точці простору залежить від типу вибухової речовини, потужності вибуху (кількості речовини, що вибухає), відстані до центру вибуху  (зворотно пропорційна), рельєфу місцевості, стану атмосфери та інших факторів.

Рис. 2.2. Зміна тиску під час проходження ударної повітряної хвилі

Інші параметри УХ – швидкісний напір і час дії УХ.

Швидкісний напір (ШН) – це динамічні навантаження, створювані потоками повітря, Па, що залежать від густини повітря, швидкості повітряних мас і пов’язані з надмірним тиском. Там, де надмірний тиск УХ становить 50 кПа і більше, швидкість повітря перевищує 100 м/с. Швидкісний напір визначають за формулою, кПа,

де ? – густина повітря, г/см³; V – швидкість руху повітря, м/с.

Час дії УХ   – це час дії надмірного тиску у фазі стиснення. Він залежить від потужності вибуху і триває від долі секунди до декількох секунд залежно від потужності вибуху.

Під час вибуху газоповітряної суміші (ГПС) вуглеводневих продуктів (пропану, бутану та ін.) утворюється осередок вибуху, в якому виділяють три кругові зони для визначення надмірного тиску на заданій відстані від центру (місця) вибуху(ЦВ) (рис. 2.3).

Зона детонаційної хвилі (зона І) існує в межах хмари вибуху. Радіус цієї зони r_І визначають за формулою, м,

де Q – кількість зрідженого вуглеводневого продукту, т. У межах зони I надмірний тиск можна вважати постійним, 

Зона дії продуктів вибуху (зона II) охоплює весь радіус поширення продукту ГПС у результаті її детонації. Радіус зони IIстановить

Рис. 2.3. Зони осередку вибуху газоповітряної суміші: I – зона детонаційної хвилі; II – зона дії продуктів вибуху;

III – зона дії повітряної хвилі; ЦВ – центр вибуху

Надмірний тиск у межах зони II змінюється від 1350 до 300 кПа і може бути визначений на заданій відстані R₀ від ЦВ за формулою

де   – радіус зони I, м; R₀ – відстань від ЦВ до визначеного об’єкта, м.

У зоні дії повітряної УХ (зона III) надмірний тиск на відстані R₀ від центру ( ) розраховують за формулою, кПа,

^,

де R₀ – відстань від ЦВ до об’єкта, в якому визначають надмірний тиск.

У разі вибуху звичайної вибухової речовини (ВР) – тротилу – надмірний тиск на відстані R₀ від ЦВ визначають за формулою, кПа,

,

де Q – маса тротилу, т; R₀ – відстань до ЦВ, м.

Для інших ВР уводять коефіцієнт перерахунку маси К_ВР: для амоніту К_ВР = 0,94; пікринової кислоти К_ВР = 0,97; тетрилу К_ВР= 1,08; гексогену К_ВР = 1,28; ТЕНА К_ВР = 1,28. Тоді маса вибухової речовини Q_ВР у тротиловому еквіваленті визначають співвідношенням Q = Q_ВРК_ВР.

Надмірний тиск УХ   на заданій відстані від місця вибуху можна визначити із заздалегідь складених таблиць, графіків (рис. 2.4, 2.5) або розрахунком.

Рис. 2.4. Графік для визначення надмірного тиску УХ ( ? Р_ф) на заданій відстані від ЦВ (L) залежно від маси вуглеводневого продукту Q

Рис. 2.5. Графік залежності надмірного тиску від кількості тротилу і відстані до ЦВ

У разі ядерного вибуху надмірний тиск УХ за різних потужностей ядерного боєприпасу, виду вибуху і відстаней до ЦВ визначають за дод. 1.

Наслідки дії ударної повітряної хвилі. Повітряна УХ уражає людей, руйнує або пошкоджує будинки і споруди, обладнання і техніку. У незахищених людей від упливу УХ залежно від величини надмірного тиску можливі травми різного ступеня: легкі – за  = 20–40 кПа, середні – за 40–60 кПа, важкі – 60–100 кПа, вкрай важкі (смертельні) – більше, ніж 100 кПа. Характеристику травм наведено в табл. 2.1.

Будинки, споруди, обладнання внаслідок дії УХ можуть бути пошкоджені або зруйновані (слабке, середнє, сильне або повне руйнування) залежно від надмірного тиску   типу, розмірів та інших чинників. Ці дані наведено в дод. 2.

Слабкими називають такі руйнування, коли в будинках і спорудах зруйновано частину внутрішніх не несучих перегородок, дверей, вікон; обладнання має незначні деформації. Для відновлення потрібен поточний ремонт.

Середніми є такі руйнування, коли в будинках і спорудах зруйновано другорядні (не несучі) конструкції, зірвано дах, у капітальних стінах утворилися тріщини, вивали в окремих місцях; обладнання і механізми мають значні деформації. Для відновлення споруди та обладнання потрібен капітальний ремонт.

Сильні руйнування спричиняють значні деформації несучих конструкцій, руйнування більшої частини перекриттів і стін; обладнання і механізми зруйновані, можливе використання тільки окремих їх деталей. Відновлення будівель можливе, але економічно недоцільне.

За повного руйнування в будинках і спорудах зруйновані усі несучі конструкції і перекриття. Обладнання знищено. Відновлення неможливе.

Таблиця 2.1. Характеристика травм незахищених людей залежно від надмірного тиску УХ

	кПа			Ступінь травм		Характер ураження
	20–40			Легкі		Легка загальна контузія організму, тимчасова втрата слуху, забиті місця
40–60			Середні		Серйозні контузії, пошкодження органів слуху, кровотеча з носу і вух, сильно забиті місця
	60–100			Важкі		Сильна контузія всього організму, пошкодження внутрішніх органів і мозку, важкі переломи кінцівок. Можлива смерть
	>100			Вкрай важкі		Смертельні травми

 

Класифікація вибухонебезпечних зон на підприємствах. Для попередження вибуху на підприємствах визначають вибухонебезпечні зони – приміщення чи його частини, де створюються вибухонебезпечні суміші, – за такою класифікацією (згідно з ДНАОП 0.00-1.32-01). Газопароповітряні вибухонебезпечні середовища визначають як вибухонебезпечні зони класів 0, 1, 2, а пилоповітряні – класів 20, 21, 22.

Вибухонебезпечна зона класу 0 – простір, у якому газоповітряне вибухонебезпечне середовище існує постійно або протягом тривалого часу.

Вибухонебезпечна зона класу 1 – простір, у якому вибухонебезпечне середовище може утворюватись під час нормальної роботи.

Вибухонебезпечна зона класу 2 – простір, у якому вибухонебезпечного середовища за нормальних умов експлуатації немає, а якщо воно виникає, то рідко і триває недовго (у разі порушення процесу).

Вибухонебезпечна зона класу 20 – простір, у якому під час нормальної експлуатації вибухонебезпечний пил у вигляді хмари існує постійно або часто в кількості, достатній для утворення небезпечної концентрації з повітрям.

Вибухонебезпечна зона класу 21 – простір, у якому під час нормальної експлуатації ймовірна поява пилу в кількості, достатній для утворення суміші з повітрям вибухонебезпечної концентрації.

Вибухонебезпечна зона класу 22 – простір, у якому вибухонебезпечний пил може з’явитися не часто й існувати недовго або утворювати вибухонебезпечні суміші в разі аварії.