Физико-химические основы горения и взрыва

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Физико-химические основы горения и взрыва

горение взрыв пожарный

1. Условия, необходимые для горения и взрыва

1. Горение - это химическая реакция окисления, сопровождающаяся выделением большого количества тепла и свечением.

2. В зависимости от скорости протекания процесса, горение может происходить в форме собственно горения и взрыва.

3. Взрыв - это частный случай горения, протекающего мгновенно с кратковременным выделением значительного количества тепла и света.

4. Для процесса горения необходимо:

1) наличие горючей среды, состоящей ив горючего вещества и окислителя; 2) источника воспламенения.

Чтобы возник процесс горения, горючая среда должна быть нагрета до определенной температуры при помощи источника воспламенения (пламя, искра электрического или механического происхождения, накаленные тела, тепловое проявление химической, электрической или механической энергий).

5. После возникновения горения постоянным источником воспламенения является зона горения. Возникновение и продолжение горения возможно при определенном количественном соотношении горючего вещества и кислорода, а также при определенных температурах и запасе тепловой энергии источника воспламенения. Наибольшая скорость стационарного горения наблюдается в чистом кислороде, наименьшая - при содержании в воздухе 14 - 15% кислорода. При меньшем содержании кислорода в воздухе горение большей части веществ прекращается.

6. Различают следующие виды горения:

- полное - горение при достаточном количестве или избытке кислорода;

- неполное - горение при недостатке кислорода.

При полном горении продуктами сгорания являются двуокись углерода (CO₂), вода (H₂O), азот (N), сернистый ангидрид (SO₂), фосфорный ангидрид. При неполном горении обычно образуются едкие, ядовитые горючие и взрывоопасные продукты: окись углерода, спирты, кислоты, альдегиды.

7. Горение веществ может протекать не только в среде кислорода, но также в среде некоторых веществ, не содержащих кислорода, хлора, паров брома, серы и т.д.

8. Горючие вещества могут быть в трех агрегатных состояниях: жидком, твердом, газообразном. Отдельные твердые вещества при нагревании плавятся и испаряются, другие - разлагаются и выделяют газообразные продукты и твердый остаток в виде угля и шлака, третьи не разлагаются и не плавятся. Большинство горючих веществ независимо от агрегатного состояния при нагревании образуют газообразные продукты, которые при смешивании с кислородом воздуха образуют горючую среду.

По агрегатному состоянию горючего и окислителя различают;

- гомогенное горение - горение газов и горючих парообразующих веществ в среде газообразного окислителя;

- горение взрывчатых веществ и порохов;

- гетерогенное горение - горение жидких и твердых горючих веществ в среде газообразного окислителя;

- горение в системе «жидкая горючая смесь - жидкий окислитель»

9. Важнейшим вопросом теории горения является распространение пламени (зоны резкого возрастания температуры и интенсивной реакции). Различают следующие режимы распространения пламени (горения):

- нормальный режим горения;

- дефлеграционное горение;

- детонация.

а) Нормальный режим горения наблюдается при спокойном гетерогенном двухфазном диффузионном горении. Скорость горения будет определяться скоростью диффузии кислорода к горючему веществу в зону горения. Распространение пламени происходит от каждой точки фронта пламени по нормали к его поверхности. Такое горение и скорость распространения пламени по неподвижной смеси вдоль нормали к его поверхности называют нормальным (ламинарным).

Нормальные скорости горения невелики. В этом случае повышения давления и образования ударной волны не происходит.

б) В реальных условиях вследствие протекания внутренних процессов и при внешних осложняющих факторах происходит искривление фронта пламени, что приводит к росту скорости горения. При достижении скоростей распространения пламени до десятков и сотен метров в секунду, но не превышающих скорости звука в данной среде (300 - 320 м/сек) происходит взрывное (дефлеграционное) горение.

При взрывном горении продукты горения нагреваются до 1.5-3.0 тысяч°С, а давление в закрытых системах увеличивается до 0.б-0.9МПа.

Продолжительность реакции горения до взрывного режима составляет для газов ~0.1 сек, паров ~0.2 - 0.3 сек, пыли ~0.5 сек.

Применительно к случайным промышленным взрывам под дефлебрацией обычно понимают горение облака с видимой скоростью порядка 100 - 300 м/сек, при которой генерируются ударные волны с максимальным давлением 20 - 100 кПа.

в) В определенных условиях взрывное горение может перейти в детонационный процесс, при котором скорость распространения пламени превышает скорость распространения звука и достигает 1 - 5 км/сек. Это происходит при сильной турбулизации материальных потоков, вызывающей значительное искривление фронта пламени большое увеличение его поверхности.

При этом возникает ударная волна, во фронте которой резко повышается плотность, давление температура смеси. При возрастании этих параметров смеси до самовоспламенения горячих веществ возникает детонационная волна, являющаяся результатом сложения ударной волны и образующейся зоны сжатой быстрореагирующей (самовоспламеняющейся) смеси.

Избыточное давление в пределах детонирующего облака смеси может достигать 2 МПа.

Процесс химического превращения горючих веществ, который вводится ударной волной и сопровождается быстрым выделением энергии, называется детонацией.

При детонационном режиме горения облака ГВ большая часть энергии взрыва переходит в воздушную ударную волну, при дефлеграционном горении со скоростью распространения пламени ~200 м/сек переход энергии в волну составляет от 30 до 40%.

2. Показатели пожаро- и взрывоопасности веществ и материалов

Показатели пожаро- и взрывоопасности веществ и материалов определяются с целью получения исходных данных для определения категории производства и разработки систем обеспечения пожарной безопасности в соответствии с требованиями ГОСТ 12.I.004-85 и ГОСТ 12.I.010-76.

Пожаро- и взрывоопасность веществ и материалов определяется показателями, выбор которых зависит от агрегатного состояния вещества и условий его применения.

Количество показателей, необходимых и достаточных для характеристики пожаро- и взрывоопасности веществ и материалов в условиях их производства, переработки, транспортировки и хранения, как правило, определяется разработчиком системы обеспечения пожарной безопасности объекта.

Номенклатура и применяемость показателей пожароопасности веществ и материалов приведены в табл.

Ниже приведены понятия основных показателей пожаровзрывоопасности веществ, материалов и область их практического применения.

Одним из основных показателей пожароопасности, применяемых при классификации веществ и материалов по способности их к горению, является группа горючести. По горючести и вещества и материалы подразделяются на три группы: негорючие (несгораемые) - вещества и материалы, не способные к горению в воздухе. Негорючие вещества могут быть пожароопасными (например: окислители, а также вещества, выделяющие горючие продукты при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом); трудногорючие (трудносгораемые) - вещества и материалы, способные возгораться в воздухе от источника зажигания, но не способные самостоятельно гореть после его удаления; горючие (сгораемые) - вещества и материалы, способные самовозгораться, а также возгораться от источника зажигания и самостоятельно гореть после его удаления. Из группы горючих веществ и материалов выделяют легковоспламеняющееся вещества и материалы.

Легковоспламеняющиеся называют горючие вещества и материалы, способные воспламеняться от кратковременного (до 30 с) воздействия источника зажигания с низкой энергией (пламя спички, искра, тлеющая сигарета и т.п.). Легковоспламеняющимися называются жидкости с температурой вспышки не более 61°С в закрытом тигле или 66°С в открытом тигле.

Группа горючести применяется при подразделении материалов по горючести, при определении категории помещений, зданий по взрыво- и пожароопасности, а также классов взрывоопасных зон; при разработке мероприятий по обеспечению пожарной безопасности.

Температура вспышки - самая низкая температура горючего вещества, при которой в условиях специальных испытаний над его поверхностью образуются пары или газы, способные вспыхивать от источника зажигания, но скорость их образования еще не достаточна для устойчивого горения. Значение температуры вспышки применяется при классификации жидкостей по степени пожароопасности, при определении категории производств по взрывопожарной и пожарной опасности, а также классов взрывоопасных и пожароопасных зон по ПУЭ при разработке пожарной безопасности и взрывобезопасности.

Температура воспламенения - наименьшая температура вещества, при которой в условиях специальных испытаний вещество выделяет горючие пары и газы с такой скоростью, что после их зажигания возникает устойчивое пламенное горение. Значение температуры воспламенения применяется при установлении группы горючести веществ, оценке пожарной опасности оборудования и технологических процессов, связанных с переработкой горючих веществ, при разработке мероприятий по обеспечению пожаро - и взрывоопасности технологических процессов.

Температура самовоспламенения - самая низкая температура вещества, при которой в условиях специальных испытаний происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, заканчивающихся пламенным горением. Значение температуры самовоспламенения применяется при оценке пожаро - и взрывоопасности веществ, при определении группы взрывоопасной смеет по ГОСТ 12.1.011-78 для выбора типа взрывозащищенного электрооборудования, при разработке мероприятий по обеспечению пожаро - и взрывоопасности технологических процессов.

Нижний (верхний) концентрационный предел распространения пламени - минимальное (максимальное) содержание горючего в смеси «горючее вещество - окислительная среда», при котором возможно распространение пламени по смеси на любое расстояние от источника зажигания. Значения нижнего и верхнего концентрационных пределов распространения пламени (воспламенения) используются: при определении классов взрывоопасных и пожароопасных зон по ПУЭ; при расчете взрывобезопасных концентраций газов, паров и пылей внутри технологического оборудования, трубопроводов; при проектировании вентиляционных систем; при расчете предельно допустимых взрывобезопасных концентраций газов и паров в воздухе рабочей зоны с потенциальными источниками зажигания в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.010-76.

Температурные пределы распространения пламени (воспламенения) - такие температуры вещества, при которых его насыщенные пары образуют в конкретной окислительной среде концентрации, равные соответственно нижнему (нижний температурный предел) и верхнему (верхний температурный предел) концентрационным пределам распространения пламени. Значение температурных пределов распространения пламени применяется при расчете пожаро - и взрывобезопасных температурных режимов работы технологического оборудования, при оценке аварийных ситуаций, связанных с разливом горючих жидкостей, и для расчета концентрационных пределов распространения пламени.

Температурой самонагревания - называется самая низкая температура вещества, при которой самопроизвольный процесс его нагревания не приводит к тлению или пламенному горению. Значение температуры самонагревания применяется при выборе безопасных условий нагрева вещества, при разработке мероприятий по обеспечению пожаробезопасности технологических процессов. Безопасной температурой длительного нагрева вещества считают температуру, не превышающую 90% температуры самонагревания.

Температура тления - температура вещества, при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций окисления, заканчивающихся возникновением тления. Значение температуры тления следует применять при экспертизах причин пожаров, при выборе взрывозащищенного электрооборудования и разработке мероприятий по обеспечению пожарной безопасности и технологических процессов.

Условия теплового самовозгорания - экспериментально выявленная зависимость между температурой окружающей среды, массой вещества и временем до момента его самовозгорания. Результаты оценки условий теплового самовозгорания следует применять при выборе безопасных условий хранения и переработки самовозгорающихся веществ.

Минимальная энергия зажигания - наименьшее значение энергии электрического разряду, способной воспламенить наиболее легковоспламеняющуюся смесь газа, пара, пыли с воздухом. Значение минимальной энергии зажигания следует применять при разработке мероприятий по обеспечению пожаро - и взрывобезопасных условий переработки горючих веществ и электростатической искробезопасности технологических процессов.

Кислородный индекс - минимальное содержание кислорода в кислородно-азотной смеси, при котором возможно свечеобразное горение материалов в условиях специальных испытаний. Значение кислородного индекса применяется при разработке полимерных композиций пониженной горючести и контроле горючести твердых материалов.

Способность взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха и другими веществами - это качественный показатель, характеризующий особую пожарную опасность некоторых веществ. Результаты оценки способности взрываться и гореть при взаимном контакте веществ применяются при определении категорий производств; при выборе безопасных условий проведения технологических процессов и условий совместного хранения и транспортировки веществ и материалов.

Нормальная скорость распределения пламени - скорость перемещения фронта пламени относительно несгоревшего газа в направлении, перпендикулярном его поверхности.

Значение нормальной скорости распространения пламени применяется в расчетах скорости нарастания взрывного давления газо-, паро-воздушных смесей, критического (гасящего) диаметра, при разработке мероприятий по обеспечению (пожаро - и взрывобезопасности технологических процессов).

Скорость выгорания - количество горючего, сгорающего в единицу времени с единицы площади. Скорость выгорания характеризует интенсивность горения вещества в условиях пожара. Значение скорости выгорания применяется яри определении продолжительности пожара в резервуарах интенсивности тепловыделения и температурного режима пожара.

Коэффициент дымообразования - величина, характеризующая оптическую плотность дыма, образующегося при сгорании вещества (материала) с заданной насыщенностью в объеме помещения. Значение коэффициента дымообразования следует применять для классификации материалов по дымообразующей способности. По дымообразующей способности материалы подразделяют на три группы: с малой, умеренной, высокой дымообразующей способностью.

Индекс распространения пламени - условный безразмерный показатель, характеризующий способность веществ распространять пламя по поверхности. Значение индекса распространения пламени следует применять для классификации строительных материалов, лакокрасочных и полимерных покрытий, тканей и пленок по способности распространять пламя на поверхности.

Показатель токсичности продуктов горения - отношение количества материала к единице объема замкнутого пространства, при сгорании которого выделяющиеся продукты вызывают гибель 50% подопытных животных. Значение показателя токсичности продуктов горения полимерного материала следует применять для сравнительной оценки полимерных материалов, которые классифицируются по величине показателя токсичности продуктов горения: чрезвычайно опасные - показатель токсичности до 13 г./м; высоко опасные - показатель токсичности от 13 до 40 г./м; умеренно опасные - показатель токсичности от 40 до 120 г./м³; малоопасные - показатель токсичности свыше 120 г./м³.

Минимальное взрывоопасное содержание кислорода - такая его концентрация в горючей смеси, ниже которой воспламенение и горение смеси становится невозможным при любой концентрации горючего в смеси, разбавленной данным флегматизатором. Значение минимального взрывоопасного содержания кислорода применяется при расчетах пожаро- и взрывоопасных режимов работы технологического оборудования, выборе режимов работы систем (азотного дыхания), выборе безопасных условий работы пневмотранспорта, разработке мероприятий по обеспечению пожаро- и взрывобезопасности.

Минимальная флегматизирующая концентрация - наименьшая концентрация флегматизатора в смеси с горючим и окислительной средой, при которой смесь становиться неспособной к распространению пламени при любом соотношении горючего и окислительной среды. Значение минимальной флегматизирующей концентрации поменяется при расчетах безопасных составов газовых и пылегазовых смесей, при разработке мероприятий по пожаро - и взрывобезопасности технологических процессов.

Максимальное давление взрыва - наибольшее давление, возникающее при взрыве газо-, паро- или пылевоздушной смеси в замкнутом сосуде при начальном давлении смеси 101.3 кПа. Значение максимального давления взрыва следует применять при разработке мероприятий по пожаро - и взрывобезопасности технологических процессов.

Скорость нарастания давления при взрыве - производная давления взрыва по времени на восходящем участке зависимости давления взрыва газо-, паро-, пылевоздушной смеси в замкнутом сосуде от времени. Значение скорости нарастания давления при взрыве следует применять при расчетах предохранительных устройств, при разработке мероприятий по пожаро - и взрывобезопасности технологических процессов.

3. Пожары

Пожар - это неконтролируемый процесс поражения, сопровождающийся уничтожением материальных ценностей и создающий опасность для жизни людей.

Пожароопасный объект (ПОО) - это объект, на котором производятся (хранятся, транспортируются) продукты, приобретающие при некоторых условиях (авариях, инициировании) способность к возгоранию.

Основными причинами возникновения пожаров при производственных авариях и стихийных бедствиях являются:

- разрушения котельных, емкостей и трубопроводов с легковоспламеняющимися или взрывоопасными жидкостями и газами;

- короткие замыкания электропроводки в поврежденных или частично разрушенных зданиях и сооружениях;

- взрывы и возгорания некоторых веществ и материалов.

Возникновение пожаров, прежде всего, зависит от характера производства и степени возгораемости или огнестойкости зданий и материалов, из которых они изготовлены.

По взрывной, взрывопожарной и пожарной опасности все промышленные производства подразделяются на шесть категорий: А, Б, В, Г, Д, Е (СНи П. 2.01.02-85).

А - нефтеперерабатывающие заводы, химические предприятия, трубопроводы, склады нефтепродуктов и пр.

Б - цехи приготовления и транспортировки угольной пыли, древесной муки, сахарной пудри, выбойные и разно мольные отделения мельниц;

В-лесопильные, деревообрабатывающие, столярные, модельные, лесотарные и т.п. производства;

Г - технологические производства получения, хранения и применения несгораемых веществ и материалов в горючем, раскаленном или расплавленном виде, пожарная опасность которых связана с выделением лучистого тепла и образованием искр и пламени, а также производства, связанные со сжиганием твердого, жидкого и газообразного топлива (металлургические производства, котельные, электростанции и т.д.)

Д - процессы получения, хранения и применения несгораемых веществ и материалов в холодном виде (машиностроительные и другие предприятия склады негорючих веществ и материалов).

К наиболее пожароопасным предприятиям относят предприятия категорий: А, Б, В. Предприятия категорий Г и Д относят к не пожароопасным.

Под пожарной опасностью понимают возможность возникновения или развития пожара, заключенный в каком-либо веществе, состоянии или процессе.

Огнестойкость зданий - это способность зданий оказывать сопротивление воздействию высоких температур во времени при сохранении своих эксплуатационных свойств.

Огнестойкость здания зависит от пределов огнестойкости его конструктивных основных частей.

Все строительные материалы по возгораемости (огнестойкости) делятся нам три группы:

- несгораемые - это такие материалы, которые под воздействием огня или высокой температуры не воспламеняются, не тлеют и не обугливаются;

- трудно сгораемые - это такие материалы, которые под воздействием огня или высокой температуры с трудом воспламеняются, тлеют или обугливаются и продолжают гореть или тлеть только при наличии источника огня, при его отсутствии процесс горения или тления прекращается;

- сгораемые - это материалы, которое под воздействием огня или высокой температуры воспламеняются или тлеют и продолжают гореть или тлеть после удаления источника огня.

Здания, выполненные даже из несгораемых материалов, могут выдержать воздействие огня или высоких температур только определенное время.

Предел огнестойкости конструкций определяется временем, в течение которого не появляются сквозные трещины, конструкция не теряет несущей способности, не обрушивается и не нагревается до 200С на противоположной стороне.

По степени возгораемости (огнестойкости) здания и сооружения делятся на пять групп I, II, III, I У, У, в зависимости от огнестойкости частей зданий и сооружений (СН и П 2.01.02-85).

Огнестойкость строительных конструкций определяется временем возгорания к выражается в часах.

Пожары по своим масштабам и интенсивности подразделяются на следующие виды:

- отдельные пожары;

- сплошной пожар;

- огневой шторм;

- массовый пожар

Отдельный пожар - пожар, возникший в отдельном здании или сооружении. Продвижение людей и техники по застроенной территории между отдельными пожарами возможно без средств защиты от теплового излучения.

Сплошной пожар - одновременное интенсивное горение преобладающего количества зданий и сооружений на данном участке застройки (90% зданий и сооружений). Продвижение людей и техники через участок сплошного пожара невозможно без средств защиты от теплового излучения.

Огневой шторм - особая ферма распространяющегося сплошного пожара, характерными признаками которого являются: приток свежего воздуха, со всех сторон со скоростью не менее 50 км/час по направлению к границам огневого шторма. (Охватывает -90% зданий).

Массовый пожар - совокупность отдельных и сплошных пожаров, охватившие более 25% зданий.

К крупным пожарам на объектах народного хозяйства, соцкультбыта и жилого фонда относятся:

- пожары и выбросы газов и нефтяных фонтанов;

- пожары и выбросы горючей жидкости в резервуарах, нефти, нефтепродуктов;

- пожары на складах каучука, резинотехнических изделий, предприятий резинотехнической промышленности;

- пожары на складах лесоматериалов;

- пожары на складах и хранилищ химикатов;

- пожары на технологических установках предприятий химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей промышленности;

- пожары в жилых домах я учреждениях соцкультбыта, возведенных из дерева.

Пожары характеризуются следующими параметрами:

- Продолжительность пожара - время с момента его возникновения до полного прекращения горения.

- Температура внутреннего пожара - среднеобъемная температура газовой среды в помещении.

- Температура открытого пожара - температура пламени.

- Площадь пожара - площадь проекции зоны горения на горизонтальную или вертикальную плоскость.

- Зона горения - часть пространства, в котором происходит подготовка горючих веществ к горению и их горение.

- Зона теплового воздействия - часть пространства, примыкающего к зоне горения, в котором тепловое воздействие приводит к заметному изменению состояния материалов и конструкций и делает невозможным пребывание в нем людей без специальной тепловой защиты.

- Зона задымления - часть пространства, примыкающего к зоне горения и заполнения дымовыми газами в концентрациях, создающих угрозу жизни и здоровью людей или затрудняющих действия пожарных подразделений.

- Фронт сплошного пожара - граница сплошного пожара, по которой огонь распространяется с наибольшей скоростью.

- Скорость распространения сплошного пожара - скорость его перемещения.

- Распространение пожара - процесс распространения зоны горения по поверхности материалов за счет теплопроводности, тепловой радиации и конвенции. Основную роль в распространении пожара играет тепловая радиация племени. Тепло в окружающую среду передается за счет теплопроводности, конвенции и излучения.

Последствия пожаров

Последствия пожаров обусловлены воздействием их поражающих факторов. Основными поражающими факторами пожара являются непосредственное действие огня на горящий предмет (горение) и дистанционное воздействие на предметы и объекты высоких температур за счет излучения.

В результате происходит сгорание предметов и объектов, их обугливание, разрушение, выход из строя. Уничтожаются все элементы зданий и конструкций, выполненных из сгораемых материалов. Действие высоких температур вызывает пережог, деформацию и обрушение металлических ферм, балок перекрытий, других конструктивных деталей сооружений.

Кирпичные стены и столбы деформируются. В кладке из силикатного кирпича при длите льном нагреве до 500 - 600 С наблюдается расслоение кирпича трещинами и разрушение материала.

При пожарах полностью или частично уничтожается технологическое оборудование и транспортные средства. Гибнут домашние и сельхоз. животные. Гибнут или получают ожоги различной тяжести люди.

Вторичными последствиями пожаров могут быть:

- взрывы;

- утечка ядовитых или загрязняющих веществ в окружающую среду;

- большой ущерб не затронутым пожаром помещениям может принести вода, примененная для тушения пожара.

Тяжелыми социальными и экономическими последствиями пожара является прекращение объектом народного хозяйства выполнения своих хозяйственных и иных функций.

Последствия производственных аварий, вызванных пожарами, по своему характеру аналогичны последствиям светового излучения в очагах ядерного поражения и по выделяемой массовыми пожарами энергии могут превосходить эффект мегатонных ядерных взрывов.

4. Взрывы

горение взрыв пожарный

Общая характеристика взрывных явлений.

Особую опасность с точки зрения возможных потерь и ущерба представляют взрывы.

Взрыв - это освобождение большого количества энергии в ограниченном объеме за короткий промежуток времени.

Взрыв приводит к образованию сильно нагретого газа (плазмы) с очень высоким давлением, который при моментальном расширении оказывает ударное механическое воздействие (давление, разрушение) на окружащие тела.

Взрыв в твердой среде сопровождается ее разрушением и дроблением, в воздушной или водной - вызывает образование воздушной или гидравлической ударных волн, которые и оказывают разрушающее воздействие на помещенные в них объекты.

В деятельности, не связанной с преднамеренными взрывами в условиях промышленного производства, под взрывом следует понимать быстрое, неуправляемое высвобождение энергии, которое вызывает ударную волну, движущуюся на некотором удалении от источника.

В результате взрыва вещество, заполняющее объем, в котором происходит высвобождение энергии, превращается в сильно нагретый газ (плазму) с очень высоким давлением, (до нескольких сотен тысяч атмосфер). Этот газ, моментально расширяясь оказывает ударной механическое воздействия на окружающую среду, вызвав ее движение. Взрыв в твердой среде вызывает ее дробление и разрушение в гидравлической и воздушной среде - вызывает образование гидравлической и воздушной ударной (взрывной) волны.

Взрывная волна - есть движение среды, порожденное взрывом, при котором происходит резкое повышение давления, плотности и температуры среды.

Фронт (передняя граница) взрывной волны распространяется по среде с большой скоростью, в результате чего область охваченная движением, быстро расширяется.

Посредством взрывной волны (или разлетающихся продуктов взрыва - в вакууме) взрыв производит механическое воздействие на объекты, находящиеся на различных удалениях от места взрыва. По мере увеличения расстояния от места взрыва механическое воздействие взрывной волны ослабевает. Таким образом, взрыв несет потенциальную опасность поражения людей и обладает разрушительной способностью.

Взрыв может быть вызван:

- детонацией конденсированных взрывчатых веществ (ВВ);

- быстрым сгоранием воспламеняющего облака газа или пыли;

- внезапным разрушением сосуда со сжатым газом или с перегретой жидкостью;

- смешиванием перегретых твердых веществ (расплава) с холодными жидкостями и т.д.

В зависимости от вида энергоносителей и условий энерговыделения, источниками энергии при взрыве могут быть как химические так и физические процессы.

Источником энергии химических взрывов являются быстропротекающие самоускоряющиеся экзотермические реакции взаимодействия горючих веществ с окислителями или реакции термического разложения нестабильных соединений.

Источниками энергии сжатых газов (паров) в замкнутых объемах аппаратуры (оборудования) могут быть как внешние (энергия, используемая для сжатия тазов, нагнетания жидкостей; теплоносители, обеспечивающие нагрев жидкости и газов в замкнутом пространстве) так и внутренние (экзотермические физико-химические процессы и процессы тепломассообмена в замкнутом объеме), приводящие к интенсивному испарению жидкостей или газообразованию, росту температуры и давления без внутренних взрывных явлений.

Источником энергии ядерных взрывов являются быстропротекающие цепные ядерные реакции синтеза легких ядер изотопов водорода (дейтерия и трития) или деления тяжелых ядер изотопов урана и плутония. Физические взрывы возникают при смещении горячей и холодной жидкостей, когда температура одной из них значительно превосходит температуру кипения другой. Испарение в этом случае протекает взрывным образом. Возникающая при этом физическая детонация сопровождается возникновением ударной волны с избыточным давлением, достигающим в ряде случаев сотен МПа.

Энергоносителями химических взрывов могут быть твердые, жидкие, газообразные горючие вещества, а также аэровзвеси горючих веществ (жидких и твердых) в окислительной среде, в т.ч. и в воздухе.

Взрывчатые вещества

Твердые и жидкие энергоносители относятся в большинстве случаев к классу конденсированных взрывчатых веществ.

Взрывчатыми веществами называются химические соединения или смеси веществ, способные к быстрой химической реакции с выделением большого количества тепла и образованием газа.

В состав ВВ входят восстановители и окислители или другие химические нестабильные соединения. При инициировании взрыва в этих веществах с огромной скоростью протекают экзотермические окислительно-восстановительные реакции или реакции термического разложения с выделением тепловой энергии и большого количества газа. Эта реакция, возникнув в какой-либо точке заряда в результате нагревания, удара, трения, взрыва другого ВВ или иного внешнего воздействия распространяется о заряду путем тепло- или массообмена, (горение), ибо ударной волны (детонация).

ВВ обладают способностью к быстрому разложению, при котором энергия межмолекулярных связей выделяется в виде теплоты, причем - при повышений температуры скорость разложения ВВ увеличивается. При сравнительно низкой температуре скорость разложения ВВ невелика и ВВ в течении длительного времени может не претерпевать заметного изменения в своем состоянии. В этом случае между ВВ и окружающей средой устанавливается тепловое равновесие.

Если создаются условия, при которых теплота, выделяемая ВВ, не успевает отводится в окружающую среду, то благодаря повышению температуры развивается процесс самоускоряющегося химического разложения ВВ, который называется тепловым взрывом.

Возможен иной процесс осуществления взрыва, при котором химическая реакция распространяется по заряду ВВ последовательно от слоя к слою в виде волны. Движущийся по заряду с большой скоростью (>9 км/с) передний фронт этой волны представляет собой ударную волну - резкий переход вещества из исходного состояния в состояние с очень высоким давлением и температурой. ВВ, сжатое ударной волной, оказывается в состоянии, при котором химическое разложение протекает очень быстро.

Процесс химического превращения В1, который вводится ударной волной и сопровождается быстрым выделением энергии называется детонацией.

Скорость химической реакции при детонации обычно достигает нескольких км/сек. Тонна твердого ВВ может превратиться в плотный газ с очень высоким давлением за время 1*10^-4 сек. Давление достигает в этом случае нескольких сотен тысяч атмосфер.

Преимущество конденсированных и водонаполненных ВВ заключается в значительной концентрации энергии в единице объема.

Резко расширяясь, сжатый газ наносит по окружающим телам удар огромной силы. Происходит взрыв. Объекты, находящиеся вблизи заряда, подвергаются дроблению и сильнейшей пластической деформации (местное или бризантное действие взрыва). Объекты, находящиеся вдали от парада, испытывают меньшее разрушение, но зона, в которой оно происходит, гораздо больше (общее или фугасное действие взрыва). Бризантность ВВ определяется давлением, развивающемся при детонации, которое в свою очередь зависит от плотности заряда и скорости детонации. Фугасность (работоспособность) ВВ определяется теплотой, а также объемом газообразных продуктов, образующихся при взрыве.

Основными характеристиками ВВ являются:

- бризантность;

- фугасность (работоспособность);

- химическая и физическая стойкость (способность сохранять свои свойства, при хранении и обращении с ними);

- чувствительность к внешним воздействиям (минимальное количество энергии, необходимое для возбуждения взрыва);

- детонационная способность (критический диаметр детонации).

К взрывоопасным веществам относятся:

- кислородсодержащие соединения (перекиси, озониды, органические соли хлорной и хлорноватой кислот, нитриты, нитрозосоединения и т.п.);

- некоторые вещества, не содержащие кислорода (азида, ацетилен, ацетиленида, диазосоединения, гидрозин, йодистый и хлористый азот, смеси горючих веществ с галогенами, соединения инертных газов и т.п.).

Из многих, способных к взрыву соединений, в качестве ВВ используются:

- нитросоединения (тринитротолуол, тетрил, гексоген, октоген, нитроглицерин, тэн, нитроклетчатка, нитрометан);

- соли азотной кислоты (нитрат аммония).

Как правило эти вещества применяются не в чистом виде, а в виде смесей.

По взрывчатым свойствам (условиям перехода горения в детонацию) ВВ подразделяют на:

- инициирующие (первичные);

- бризантные (вторичные);

- метательные (пороха).

Инициирующие ВВ характеризуются очень высокой скорость взрывного превращения, высокой чувствительностью, неустойчивым горением, быстрым его переходом в детонацию уже при атмосферном давлении. Взрыв может быть возбужден поджиганием, ударом или трением.

Основными представителями инициирующих ВВ являются азид свинца, гремучая ртуть, тетразен, тринитрорезорцинат свинца. Инициирующие ВВ используются для возбуждения взрывов других ВВ.

Бризантные ВВ более инертны, обладают меньшей чувствительностью к внешним воздействиям. Горение этих ВВ может перейти в детонацию только при наличии прочной оболочки, либо большого количества ВВ. Относительно безопасны в обращении. Основными представителями бризантных ВВ являются нитросоединения и взрывчатые смеси на основе нитратов, хлоратов, перхлоратов и жидкого кислорода: тринитротолуол, тетрил, гексоген, октоген др. Применяются при производстве взрывных работ и для снаряжения боеприпасов различных видов и назначения.

Метательные ВВ (пороха) обладают устойчивым горением, не детонируют в самих жестких условиях.

Все виды взрывов можно классифицировать на следующие три группы:

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

- образование облаков топливно-воздушной смеси (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 сниженным углеродным газом.

Взрывы проходят за счет высвобождения химической энергии (взрывчатке вещества), внутриядерной энергии (ядерный взрыв), электромагнитной анергии (искровой разряд, лазерная искра), энергии сжатых газов (при превышении давления газа в сосуде предела прочности этого сосуда - различных баллонов, трубопроводов и т.д.)

Наиболее часто взрывы происходят на взрывоопасных объектах (ВОО).

Взрывоопасный объект - это объект, на котором хранятся, используются, производятся, транспортируются вещества (продукты) приобретающие при определенных условиях способность к взрыву.

К взрывоопасным объектам относятся:

- предприятия оборонной, нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, газовой промышленности;

- предприятия хлебопродуктовой, текстильной и фармацевтической промышленности

- склады легковоспламеняющихся и горючих жидкостей и сжиженных газов.

Основными поражающими факторами взрыва являются:

1. воздушная ударная волна, возникающая при ядерных взрывах, взрывах инициирующих и детонирующих взрывчатых веществ, при взрывных превращениях топливо-воздушных смесей (ТВС), газовоздушных смесей (ГВС), взрывах резервуаров с перегретой жидкостью и резервуаров под давлением, 2. осколочные поля, создаваемые летящими обломками разного рода объектов технологического оборудования, строительных деталей.

При взрыве газо-воздушной среды образуется три полусферические области (зоны):

I - зона непосредственного бризантного действия газо-воздушного взрыва вблизи земли (зона полных разрушений);

II - зона действия продуктов взрыва;

III - зона действия воздушной ударной волны.

Эффективное воздействие в I зоне характеризуется разрушениями, которые возникают в результате резкого удара продуктов детонации, находящихся внутри газо-воздушной смеси окружающих предметов. Радиус этой зоны определяется по таблицам или по формуле Ч_I = 1.7 Ч₀.

При взрывах углеводорода, пропана и метана Ч₀ имеет значение 8.

Кол-во ГВС	10 т.	50 т.	100 т.	200 т.
Значение Ч0	40 м.	70 м.	90 м.	109 м.

Основными параметрами поражающих факторов являются:

1. - воздушной ударной волны - избыточное давление в её фронте.

2. - осколочного поля - количество осколков, их кинетическая энергия и радиус разлёта.

Ударная волна любых взрывов вызывает большие людские потери и разрушения элементов сооружений. Размеры зон поражения от взрывов возрастают с увеличением их мощности. Действие ударной волны на элементы сооружения характеризуется сложным комплексом нагрузок:

- прямое давление;

- давление отражения;

- давление обтекания;

- давление затекания;

- нагрузка от сейсмовзрывных волн и т.п.

Сопротивляемость элементов сооружений действию ударной волны принято характеризовать величиной избыточного давления во фронте ударной волны, в Рф. Избыточное давление в Рф используется как универсальная характеристика сопротивляемости элементов сооружения действию ударной волны и для определения степени их разрушения и повреждения.

Степень и характер повреждения сооружений при взрывах во время производственных аварий зависят от:

1. - мощности (тротилового эквивалента) взрыва;

2. - технических характеристик сооружения (конструкция, прочность, размер, форма - капитальные, временные, наземные, подземные и т.п.);

3. - планировки объекта (рассредоточение сооружений), характера застройки, ландшафта местности (рельеф, грунт, занесенность);

5. - метеоусловий (направление и сила взрыва, влажность, температура, наличие осадков).

Последствия взрывов

В результате действия поражающих факторов взрыва происходит разрушение или повреждение зданий, сооружений, технологического оборудования, транспортных средств, элементов коммуникаций и других объектов, гибель людей.

Мероприятия по профилактике аварий на пожаро- и взрывоопасных объектах, защите персонала и населения

Пожары и взрывы на объектах экономики соцкультбыта и в жилых домах представляют большую опасность для персонала этих объектов и населения и могут причинить огромный материальный ущерб. Вопросы обеспечения пожарной безопасности производственных и жилых зданий и сооружений имеют большое значение и регламентируются специальными государственными решениями и постановлениями. Пожарная безопасность может быть обеспечена мерами пожарной профилактики и активной пожарной защиты.

Понятие пожарной профилактики включает в себя комплекс мероприятий, направленных на предупреждение возникновения пожара (взрыва) и создание условий для предотвращения ущерба от них.

Под активной пожарной защитой понимаются меры, обеспечивающие успешную борьбу с возникающими пожарами или взрывоопасной ситуацией.

Анализ имевших место на объектах экономики крупных пожарах показам что при пожаре на этих предприятиях создаётся сложная обстановка для пожаротушения, поэтому требуется разработка комплекса мероприятий но противопожарной защите. Этот комплекс включает мероприятия профилактического характера и устройство систем пожаротушения и взрывозащиты. Они рекомендуются общероссийскими и ведомственными документами.

Основы противопожарной защиты объектов определены стандартами (ГСТ 12.1.004-76 «Пожарная безопасность» и ГОСТ 12.1.010-76 «Взрывобезопасность». Общие требования). Этими стандартами возможная частота пожаров и взрывов допускается такой, чтобы вероятность их возникновения в течение года не превышала 10^-6 или чтобы вероятность воздействия опасных факторов на людей в течение года не превышала 10^-6 на человека.

Пожарная профилактика является составной частью технологических процессов производства, градостроительства, планировки и застройки населенных пунктов. Её мероприятия учитываются при проектировании, строительстве, реконструкции, эксплуатации объектов, зданий, сооружений, транспортных средств и в быту. Организацией пожарной профилактики занимаются органы Государственного пожарного надзора.

Пожарная профилактика достигается:

- разработкой, внедрением пожарных норм и правил на объектах и контролем за их соблюдением;

- ведением конструирования и проектирования создаваемых объектов с учётом их пожарной безопасности;

- совершенствованием и содержанием в готовности противопожарных средств;

- регулярным проведением пожарно-технических обследований объектов, жилых и общественных зданий;

- пропагандой пожарно-технических знаний среди населения.

Мероприятия по пожарной профилактике разделяются на организационные, технические, режимные и эксплуатационные.

Организационные мероприятия предусматривают:

- правильную эксплуатацию оборудования и транспорта;

- правильное содержание зданий и сооружений, территории;

- противопожарный инструктаж рабочих и служащих объекта;

- организацию добровольных пожарных формирований, пожарно-технических комиссий;

- издание приказов по вопросам усиления пожарных формирований и т.д.

К техническим мероприятиям относятся:

- соблюдение противопожарных правил и норм при проектировании зданий, устройстве электропроводов и оборудования, отопления, вентиляции, освещения;

- правильное размещение оборудования.

Мероприятия режимного характера - это запрещение курения в неустановленных местах производства сварочных и других огневых работ в пожароопасных помещениях.

Эксплуатационными мероприятиями являются своевременные профилактические осмотры, ремонты и испытания технологического оборудования.

Пожарная профилактика ведется по видам объектов - в гражданских зданиях, на складах, базах, на промышленных объектах, транспорте, в лесах и торфяных разработках.

В гражданских зданиях предусматриваются противопожарные меры, связанные с системами отопления, электроснабжения, газовыми и керосиновыми приборами.

Пожарная профилактика на складах, базах и в магазинах включает:

- соблюдение противопожарных разрывов между зданиями при их строительстве;

- создание внутреннего пожарного водопровода;

- оборудование пожарной и пожарно-охранной сигнализации;

- разделение больших складских помещений противопожарными стенами;

- раздельное хранение легковоспламеняющихся и горючих веществ;

- запрет на печное и газовое отопление.

Пожарная профилактика на промышленных объектах организуется на основе общих требований ко всем объектам, а также в соответствии с категорией пожарной опасности технологических процессов на каждом из них Она включает:

- исполнение зданий и сооружений объекта в степени огнестойкости, соответствующей категории пожарной опасности объекта.

Повысить огнестойкость зданий и сооружений можно облицовкой или оштукатуриванием металлических конструкций, защитой деревянных конструкций оштукатуриванием (известково-цементное, асбоцементное, гипсовое покрытие или пропитывание их антипиренами (фосфорно-кислый аммоний, сернокислый аммоний) или огнезащитными красками;

- устройство противопожарных разрывов между зданиями. Величины противопожарных разрывов между основными и вспомогательными зданиями определяют с учетом их огнестойкости они могут находиться в пределах от 9 до 18 метров;

- зонирование территории. Это мероприятие заключается в группировании при генеральной планировке предприятий в отдельные комплексы объектов, родственных по функциональному назначению и признаку пожарной опасности. Для таких комплексов на промышленной площадке отводят определенные участки. Сооружения с повышенной пожарной опасностью располагают с подветренной стороны, склады ЛВЖ и резервуары с горючими веществами располагают на границах объекта или за их пределами в более низких местах;

- устройство внутризаводских дорог, которые должны обеспечивать беспрепятственный удобный проезд пожарных автомобилей к любому зданию объекта; выбор мест расположения пожарных депо. Одна из сторон предприятия должна примыкать к дороге общего пользования или сообщаться с ней проездами;

- устройство внутреннего противопожарного водопровода, спринклерных и дренерных установок пожаротушения, пожарной сигнализации;

- замена сгораемых перекрытий на несгораемые;

- установка электрооборудования в пылевлагонепроницаемом исполнении;

- систематизация хранения горючих материалов, создание буферных складов, исключающих накопление горючих материалов на рабочих местах;

- отделение особо опасных технологических участков производства противопожарными преградами (противопожарные стены, перекрытия, люки, двери, ворота, тамбур-шлюзы и окна).

Противопожарные стены выполняются из несгораемых материалов и должны иметь предел огнестойкости не менее 2,5 час. и опираться на фундаменты Противопожарные двери, окна и ворота в противопожарных стенах должны иметь предел огнестойкости не менее 1 часа, а противопожарные перекрытия - не менее I часа. Перекрытия не должны иметь проемов и отверстий, через которые могут проникать в помещение продукты горения при пожаре;

- в чистоте и исправности поддерживаются пути эвакуации людей при пожаре. При возникновении пожара люди должны покинуть здание в минимальное время, которое определяется кратчайшим расстоянием от их место нахождения в здании до наружного выхода. Число эвакуационных выходов из зданий, помещений и каждого этажа здания определяется расчетом, но должно составлять не менее двух. Выходы должны располагаться рассредоточено.

Лифты и другие механические средства транспортирования людей в расчет не берутся. Ширина участков путей эвакуации должна быть не менее I метра, дверей на этих путях - не менее 0,8 м., ширина наружных дверей лестничных клеток - не менее ширины марша лестницы, высота прохода на путях эвакуации - не менее 2 метров.

Необходимое время эвакуации регламентируется СНиП 11-2-80 в зависимости от назначения здания и степени огнестойкости его конструктивных элементов. Для зданий I, II, и III степени огнестойкости в зависимости от категории производства по степени взрывной, взрыво- и пожарной опасности и объема помещения необходимое время устанавливается от 50 минут до 3 часов;

- устройство специальных конструктивных элементов в здании для удаления из помещений дыма при пожаре и стравливания избыточного давления при взрыве. Удаление газа и дыма из горящих помещений производится через оконные проемы, аэрационные фонари, специальные дымовые люки и легко сбрасываемые конструкции, (сброс давления при взрыве);

- установление строгого противопожарного режима на объекте.

Меры по предотвращению взрывов

Известны три принципа предотвращения взрывов. К ним относятся - исключение образования горючих систем;

- предотвращение инициирования горения;

- локализация очага горения в пределах определенного устройства, способного выдержать последствия горения.

Исключение образования горючих систем можно осуществлять тремя методами:

- поддержанием концентрации горючего вещества в смеси менее нижнего концентрационного предела воспламенения;

- флегматизацией взрывчатых смесей, т.е. добавлением в смесь с фиксированным соотношением горючего и окислителя инертных компонентовфлегматизаторов (СО₂, N₂, Н₂O) или ингибиторов (химически активных веществ, способных затормозить скорость химической реакции окисления).

Добавление флегматизаторов к горючей смеси приводит к понижению температуры горения смеси, вместе с температурой горения понижается и скорость горения (скорость распространения пламени) соответствующим количеством флегматизаторов можно свести скорость горения к нулю и превратить смесь в негорючую.

- обезжириванием устройств и установок жидкого кислорода. Большую опасность представляют системы масло-кислород (воздух). Смазочные масла при перегреве подвергаются термическому разложению с выделением легкокипящих углеводородных фракций. При смешении указанных фракций с кислородом они взрываются под влиянием различных импульсов (искры ударной волны и т.д.)

Предотвращение инициирования горения

Среди инициаторов горения наибольший удельный вес имеют электрические разряды и фрикционные искры. Наиболее благоприятной средой возникновения и накопления статических зарядов являются диэлектрические жидкости, а также газы, содержащие во взвешенном состоянии жидкие и твердые дисперсные частицы.

...