- •Предисловие
- •Раздел 1. ГОРЕНИЕ
- •1.1. Условия для возникновения горения
- •1.1.1. Горючее вещество
- •1.1.2. Окислители
- •1.1.3. Источники воспламенения (зажигания)
- •1.2. Полное и неполное горение
- •1.2.1. Расход воздуха при горении
- •1.2.2. Объем продуктов сгорания
- •1.3. Виды и режимы горения
- •1.3.1. Распространение зоны химической реакции
- •1.3.2. Гомогенное и гетерогенное горение
- •1.3.3. Кинетические параметры процесса горения
- •1.3.4. Газодинамические параметры режима горения
- •1.5. Теплота горения
- •1.6. Температура горения
- •1.7.1. Методы определения температуры воспламенения
- •1.8. Самовоспламенение
- •1.9.1. Методы расчета температуры вспышки
- •1.9.3. Методы определения температуры вспышки
- •1.10.2. Температурные пределы воспламенения
- •1.12.1. Механизм самоокисления масел и жиров
- •1.12.2. Определение йодного числа
- •1.13. Горение твердых веществ и материалов
- •2.1. Разновидности взрывов
- •2.1.1. Химические взрывы
- •2.1.2. Физические взрывы
- •2.1.4. Взрывы в средах
- •2.2.2. Взрывы сосудов с газом под давлением
- •2.2.3. Взрывы емкостей с перегретой жидкостью
- •2.2.5. Физические (паровые) взрывы
- •2.3. Характеристика ударных волн
- •2.3.2. Параметры ударной волны
- •2.4. Параметры взрыва в замкнутом объеме
- •2.5. Тепловое действие взрыва
- •3.3.1. Расчет масс горючих веществ
- •Соотношение между единицами измерения
2.1. Разно в идности взры во в |
175 |
атомного ядра. Ядерный взрыв основан на сnособности оnределен
ных изотоnов тяжелых элементов урана или nлутония к делению, nри котором ядра исходного вещества расnадаются , образуя ядра более легких элементов. При делении всех ядер, содержащихся в 50 г урана или nлутония, освобождается такое же количество энергии, как и nри детонации 1 000 т тринитротолуола.
Термоядерные взры вы
Существует другой тиn ядерной реакции - реакция синтеза лег ких ядер, соnровождающаяся выделением большого количества энер
гии. Силы отталкивания одноименных электрических зарядов (все ядра имеют nоложительный электрический заряд) nреnятствуют nро теканию реакции синтеза, nоэтому для эффективного ядерного nре вращения такого тиnа ядра должны обладать высокой энергией. Такие условия могут быть созданы нагреванием веществ до очень высокой темnературы. Процесс синтеза, nротекающий nри высокой темnера туре, называют термоядерной реакцией . При синтезе ядер дейтерия (изотоnа водорода 2Н) освобождается nочти в три раза больше энер гии , чем nри делении такой же массы урана. Необходимая для синтеза темnература достигается nри ядерном взрыве урана или nлутония.
Таким образом, если nоместить в одном и том же устройстве де лящееся вещество и изотоnы водорода, то может быть осуществлена реакция синтеза, результатом которой будет взрыв огромной силы -
термоядерный взрыв.
2. 1.4. Взрывы в средах
Взрывы nроисходят в различных средах. В зависимости от места nервоначального выделения энергии взрывы nодразделяются:
•воздушный взрыв - это взрыв заряда в газе в отсутствии отражающих nоверхностей;
•nодземный взрыв - взрыв заряда в грунте;
•nодводный взрыв - взрыв заряда в воде;
•наземный взрыв - взрыв заряда на nоверхности грунта (nо
верхностный).
Действие взрыва зависит от характеристик среды и от условий его осуществления, таких как глубина (высота) nод или над границей
раздела фаз.
176 |
Раздел 2 . Взры в |
Воздушные взрывы |
|
При взрыве в воздухе продукты взрыва движутся вслед за ударной |
|
волной, <•nодпитывая•> ее. Затем характер ударной волны определяет |
|
ся запасом энергии, переданной ей продуктами взрыва в процессе их |
|
расширения. |
|
Для расчета избыточного давления используются многочислен |
|
ные методы, |
учитывающие состав горючего вещества (индивидуаль |
ное вещество или смесь горючих веществ), место взрыва (открытое |
|
пространство или закрытое помещение) и т. д. В качестве иллюстра |
|
ции приведем метод определения избыточного давления для воздуш |
|
ных взрывов по формуле М.А. Садовского: |
где
вов
др |
|
3 |
( |
vm |
)2 |
+ О,7 |
( |
vm |
)3 |
|
= |
0,084-r- + 0,27 |
|
--;- |
|
|
--;- |
|
, М Па, |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
т - масса тротилового эквивалента взрывного вещества, кг; |
||||||||||
r - расстояние до центра взрыва, м. |
|
|
|
|
||||||
Более подробно ознакомимся с методами расчета подобных взры |
||||||||||
в разделе 3. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Подземные взрывы |
|
При подземном взрыве происходит передача энергии внешней |
|
среде путем прогрева ее выделяющейся теплотой. По грунту распро |
|
страняются тепловая и ударная волны. |
|
Особенностью подземного взрыва является большая плотность |
|
грунта, которая на три порядка больше плотности воздуха. |
|
Ударная волна в грунте, в отличие от ударной волны в воздухе, |
|
является неустойчивой, так как встречающийся на пути ударной |
|
волны грунт имеет различную структуру (почва, скальные породы |
|
и пр.). |
|
Подземные взрывы являются контролируемыми взрывами. В за- |
|
висимости от глубины заложения заряда в грунт принято различать: |
|
• |
камуфлетный подземный взрыв; |
• |
подземный взрыв с выбросом грунта. |
Особенности таких взрывов заключаются в следуюшем: |
|
• |
при камуфлетнам взрыве не происходит раскрытия грунтового |
|
канала (выброса грунта в атмосферу); |
2.2. Случа й н ые взры вы |
177 |
•при подземном взрыве с выбросом грунта происходит раскры
тие грунтового купола и образование воронки выброса.
Подводные взрывы
При подводном взрыве в момент выхода детонационной волны на поверхность начинает распространяться ударная волна. Вслед за
ударной волной движется граница раздела между продуктами детона
ции и водой. При этом в воде образуется полость с газообразными
продуктами детонации, обладающими колоссальной энергией.
Давление на фронте ударной волны определяется по формуле |
||
|
( w ) •.•з |
' |
р = 533 |
R |
|
- |
|
где GR-масса заряда взрывчатого вещества (ВВ), кг; расстояние от заряда ВВ до точки наблюдения, м.
2.2.Случай ные взрывы
Взависимости от причин, вызывающих взрыв, принято разделе ни взрывов на контролируемые и неконтролируемые.
Контролируемые взрывы используются для решения экономиче
ских задач. Наиболее часто применяют такие взрывы для ведения гор ных разработок, в сейсморазведке, при строительстве подземных со
оружений, в военных целях. Параметры контролируемых взрывов стро го регламентированы в соответствии с нормативными документами.
Неконтролируе.мые взрывы происходят случайно, поэтому их на
зывают случайными.
Термин «случайный взрыв» включает широкий спектр взрывов, и
каждый из них в отдельных своих проявлениях отличается от остальных.
Причинами таких взрывов чаше всего являются процессы горения. Случайные взрывы происходят:
•при изготовлении, хранении, транспортировке горючих, взры воопасных вешеств;
•нарушении технологических режимов, поломке оборудования.
Чаще всего взрывы имеют место в химической, нефтеперерабаты вающей промышленности, при утечке природного газа и т. д.
1 2
49 5 |
1 |
178 |
Раздел 2. Взры в |
Классификация случайных взрывов
Случайные взрывы объединены в груnnы, каждая из которых имеет отличительные особенности.
Случайные взрывы nодразделяются:
•на взрывы газов, nаров и n ыли в замкнутых объемах без избыточного давления;
•взрывы сосудов с газом nод давлением;
•взрывы, вызванные горением;
•взрывы емкостей с nереrретой жидкостью;
•взрывы неограниченных облаков пара;
•физические (nаровые) взрывы и др.
2.2.1. Взрывы паров горючего и пыли в замкнутых
объемах
Такие взрывы, как nравило, nроисходят nри неисnравности обо рудования. Горючее nодтекает в ограждение, nары его смешиваются с воздухом и образуется горючая смесь, которая встуnает в контакт с уже имеющимиен nарами.
Взрывы случаются в жилых домах nри утечке газа. В результате nроисходят расnространение и значительное ускорение nламени , nриводящие к nожарам и значительным разрушениям.
Примером взрыва горючих nаров и газов является катастрофа, nроизошедшая 26 февраля 2006 г в г. Ангарске на лакокрасочном nредnриятии.
Наиболее расnространены взрывы nыли. Взрывы nыли в замкну том nространстве имеют более длительную историю, чем взрывы nа ров и газов. Это объясняется тем, что nары и газы в качестве тоnлива
начали исnользоваться относительно недавно. Взрывы же пыли nро исходят в котельных, на nредnриятиях химической nромышленности,
в фармацевтической индустрии, угольных шахтах, мукомольных nредnриятиях.
Взрыв nыли в замкнутом объеме может nривести к катастрофиче ским nоследствиям.
Практически все органические nыли и некоторые неорганичек ские или металлические nыли сгорают в воздухе и могут nривести взрывам.
2.2. Случ ай н ые взры в ы |
179 |
Для возникновения таких взрывов необходимы следующие ус |
|
ловия: |
|
•высокая концентрация пыли в замкнутых объемах (помещени ях реакторов, топочных устройствах, трубопроводах и пр.);
•спонтанное воспламенение пыли.
Для того чтобы облако пыли взорвалось, необходима такая кон центрация пыли, при которой характерное расстояние поглощения и
рассеяния света составляет примерно 0,2 м . Подобные облака, как
правило, непрозрачны, и концентрация пыли в них выше переноси мой человеком. Такие условия могут достигаться лишь внутри трубо
проводов и специального оборудования, т. е. в закрытых объемах. Взрывы пыли склонны к спонтанному воспламенению. Воспла
менение возникает от источника зажигания (искра, открытый огонь и т. д.) при нижнем или верхнем концентрационных пределах воспла менения.
Пример. Рассмотрим типичную последовательность событий при взрыве пыли. Вначале происходит небольшой взрыв в какой-либо части помещения или оборудования. Затем возникают движение пыли и вибрация оборудования от ударной волны, образующейся от взрыва. Это приводит к тому, что слой пыли, находящейся в помеще нии, поднимается в воздух. Эта пыль является топливом для более сильного второго взрыва, который и вызывает основные разрушения.
В другой типичной ситуации масса пыли начинает тлеть либо из-за спонтанного воспламенения, например, когда слой пыли по крывает горячий участок оборудования (кожух электромотора, обой му электролампы). Рабочий, обнаружив очаг горения, пытается лик видировать его либо с помощью химического огнетушителя, либо струей воды. Это приводит к тому, что пыль разбрасывается и образу ется облако с большим количеством пыли, часть которой горит. Уси ление горения приводит к взрыву.
Для взрывов пыли в помещении, также как и для взрывов газов и паров, характерно существование двух предельных случаев. В замкну
том объеме с малым отношением длины сосуда к диаметру (Ljd = \ ) следует ожидать простого взрыва за счет избыточного давления. В конструкциях с большим отношением Ljd может возникать ускоре ние пламени вплоть до детонационной скорости. В этом случае раз рушения носят локальный характер и оказываются достаточно серь езными. Осколки могут разбрасываться на значительное расстояние, а внешняя взрывная волна может быть очень сильной.
1 :!'"