Питання 5
Особливу небезпеку з погляду можливих втрат та збитків становлять вибухи.Вибух -це звільнення великої кількості енергії в обмеженому обсязі за короткий проміжок часу.Вибухпризводить до утворення сильно нагрітого газу (плазми) з дуже високим тиском, який при миттєвому розширенні надає ударний механічний вплив (тиск, руйнування) на оточуючі тіла.
У діяльності, не пов'язаної з навмисними вибухами в умовах промислового виробництва, під вибухом слід розуміти швидке, некероване вивільнення енергії, що викликає ударну хвилю, що рухається на деякому віддаленні джерела. В результаті вибуху речовина, що заповнює об'єм, в якому відбувається вивільнення енергії, перетворюється на сильно нагрітий газ (плазму) з дуже високим тиском (до кількох сотень тисяч атмосфер). Цей газ, моментально розширюючись, надає ударної механічної дії на навколишнє середовище, викликавши її рух. Вибух у твердому середовищі викликає її дроблення та руйнування в гідравлічному та повітряному середовищі - викликає утворення гідравлічної та повітряної ударної (вибухової) хвилі.
Вибухова хвиля- є рух середовища, породжений вибухом, при якому відбувається різке підвищення тиску, щільності та температури середовища. Фронт (передня межа) вибухової хвилі поширюється по середовищі з великою швидкістю, у результаті область, охоплена рухом, швидко розширюється.
За допомогою вибухової хвилі (або продуктів вибуху, що розлітаються - у вакуумі) вибух справляє механічний вплив на об'єкти, що знаходяться на різних віддаленнях від місця вибуху. У міру збільшення відстані від місця вибуху механічна діявибухової хвилі слабшає. Таким чином, вибух несе потенційну небезпеку поразки людей і має руйнівну здатність.
Вибух може бути спричинений:
- детонацією конденсованих вибухових речовин (ВР);
- швидким згорянням займистої хмари газу або пилу;
- раптовим руйнуванням судини зі стисненим газом або з перегрітою рідиною;
- Змішуванням перегрітих твердих речовин (розплаву) з холодними рідинами і т.д.
Залежно від виду енергоносіїв та умов енерговиділення, джерелами енергії під час вибуху можуть бути як хімічні, так і фізичні процеси. Джерелом енергії хімічних вибухів є швидкопритікаючі екзотермічні реакції, що самоприскорюються, взаємодії горючих речовин з окислювачами або реакції термічного розкладання нестабільних сполук.
Джерелами енергії стиснутих газів (парів) у замкнутих обсягах апаратури (обладнання) можуть бути як зовнішні (енергія, що використовується для стиснення тазів, нагнітання рідин; теплоносія, що забезпечують нагрівання рідини та газів у замкнутому просторі) так і внутрішні (екзотермічні фізико-хімічні процеси та процеси тепломасообміну в замкнутому обсязі), що призводять до інтенсивного випаровування рідин або газоутворення, зростання температури та тиску без внутрішніх вибухових явищ.
Джерелом енергії ядерних вибухів є ланцюгові ядерні реакції, що швидкопротікають, синтезу легких ядер ізотопів водню (дейтерію і тритію) або поділу важких ядер ізотопів урану і плутонію. Фізичні вибухи виникають при зміщенні гарячої та холодної рідин, коли температура однієї з них значно перевищує температуру кипіння іншої. Випаровування у разі протікає вибуховим чином. Виникаюча при цьому фізична детонаціясупроводжується виникненням ударної хвилі з надлишковим тиском, що досягає у ряді випадків сотень МПа.
Енергоносіями хімічних вибухів можуть бути тверді, рідкі, газоподібні горючі речовини, а також аеровзвесі горючих речовин (рідких та твердих) в окисному середовищі, в т.ч. та у повітрі.
Вибуховими речовинаминазиваються хімічні сполуки або суміші речовин, здатні до швидкої хімічної реакції з виділенням великої кількості тепла та утворенням газу. До складу ВР входять відновники та окислювачі або інші хімічні нестабільні сполуки. При ініціювання вибуху в цих речовинах з величезною швидкістю протікають екзотермічні окисно-відновлювальні реакції або реакції термічного розкладання з виділенням теплової енергії та великої кількості газу. Ця реакція, виникнувши в будь-якій точці заряду в результаті нагрівання, удару, тертя, вибуху іншого ВР або іншого зовнішнього впливу, поширюється про заряд шляхом тепло- або масообміну, (горіння), бо ударної хвилі (детонація). ВР мають здатність до швидкого розкладання, при якому енергія міжмолекулярних зв'язків виділяється у вигляді теплоти, причому -при підвищенні температури швидкість розкладання ВР збільшується.
Основними характеристиками ВР є:
- хімічна та фізична стійкість (здатність зберігати свої властивості, при зберіганні та поводженні з ними);
- чутливість до зовнішніх впливів (мінімальна кількість енергії, необхідне порушення вибуху);
- детонаційна здатність (критичний діаметр детонації).
До вибухонебезпечних речовин належать:
- кисневмісні сполуки (перекиси, озоніди, органічні солі хлорної та хлорної кислот, нітрити, нітрозосполуки тощо);
-деякі речовини, що не містять кисню (азиду, ацетилен, ацетиленіду, діазосполуки, гідрозин, йодистий та хлористий азот, суміші горючих речовин з галогенами, сполуки інертних газів тощо).
З багатьох, здатних до вибуху сполук, як ВР використовуються:
- нітросполуки (тринітротолуол, тетрил, гексоген, октоген, нітрогліцерин, тен, нітроклітковина, нітрометан);
- Солі азотної кислоти (нітрат амонію).
Зазвичай, ці речовини застосовуються над чистому вигляді, а вигляді сумішей.
За вибуховими властивостями (умовами переходу горіння в детонацію) ВР поділяють на:
1)Ініціюючі ВВхарактеризуються дуже високою швидкістю вибухового перетворення, високою чутливістю, нестійким горінням, швидким його переходом у детонацію вже при атмосферному тиску. Вибух може бути збуджений підпалюванням, ударом чи тертям. Основними представниками ініціюючих ВР є азид свинцю, гримуча ртуть, тетразен, тринітрорезорцинат свинцю. Ініціюючі ВР використовуються для збудження вибухів інших ВР.
2)Бризантні ВВбільш інертні, мають меншу чутливість до зовнішніх впливів. Горіння цих ВР може перейти в детонацію тільки за наявності міцної оболонки або великої кількості ВР. Відносно безпечні у користуванні. Основними представниками бризантних ВР є нітросполуки та вибухові суміші на основі нітратів, хлоратів, перхлоратів та рідкого кисню: тринітротолуол, тетрил, гексоген, октоген ін. Застосовуються при виробництві вибухових робіт і для спорядження боєприпасів різних видів та призначення.
3)Метальні ВВ(пороху) мають стійке горіння, не детонують в самих жорстких умовах.
Всі види вибухів можна класифікувати на наступні тригрупи:
- неконтрольоване різке вивільнення енергії за короткий проміжок часу та в обмеженому просторі (вибухові процеси);
- освіта хмар паливно-повітряної суміші (ТВЗ) або інших хімічних газоподібних, пилоподібних речовин, їх швидкі вибухові перетворення (об'ємний вибух);
- Вибухи трубопроводів, судин, що знаходяться під високим тиском або з перегрітою рідиною, насамперед резервуарів зі зниженим вуглецевим газом.
Найчастіше вибухи відбуваються на вибухонебезпечних об'єктах (ВГО).Вибухонебезпечний об'єкт- це об'єкт, на якому зберігаються, використовуються, виробляються, транспортуються речовини (продукти), що набувають за певних умов здатність до вибуху. До вибухонебезпечних об'єктів належать:
- підприємства оборонної, нафтовидобувної, нафтопереробної, нафтохімічної, хімічної, газової промисловості;
- підприємства хлібопродуктової, текстильної та фармацевтичної промисловості;
- склади легкозаймистих та горючих рідин та зріджених газів.
Основними вражаючими факторами вибуху є:
1. повітряна ударна хвиля, що виникає при ядерних вибухах, вибухах ініціюючих і вибухових речовин, що детонують, при вибухових перетвореннях паливо-повітряних сумішей (ТВС), газоповітряних сумішей (ГВП), вибухах резервуарів з перегрітою рідиною і резервуарів під тиском,
2. осколкові поля, створювані уламками, що летять, різного роду об'єктів технологічного обладнання, будівельних деталей.
При вибуху газоповітряного середовища утворюється три напівсферичні області (зони рис.9.7):
I – зона безпосередньої бризантної дії газоповітряного вибуху поблизу землі (зона повних руйнувань);
ІІ – зона дії продуктіввибуху;
ІІІ – зона дії повітряної ударної хвилі.
Рисунок 9.7 – Зони вибуху
Ефективна дія в I зоні характеризується руйнуваннями, які виникають в результаті різкого удару продуктів детонації, що знаходяться всередині газо-повітряної суміші навколишніх предметів. Радіус цієї зони визначається за таблицями чи за формулою ЧI = 1.7 Ч0. При вибухах вуглеводню, пропану та метану Ч0 має значення 8.
Ударна хвиля будь-яких вибухів спричиняє великі людські втрати та руйнування елементів споруд. Розміри зон ураження від вибухів зростають із збільшенням їхньої потужності. Дія ударної хвилі на елементи споруди характеризується складним комплексом навантажень:
- навантаження від сейсмовибухових хвиль тощо.
Опірність елементів споруд дії ударної хвилі прийнято характеризувати величиною надлишкового тиску у фронті ударної хвилі, у Росії. Надлишковий тиск в Україні використовується як універсальна характеристика опірності елементів спорудження дії ударної хвилі та для визначення ступеня їх руйнування та пошкодження.
Фактори, що впливають на ступінь та характер пошкодження споруд під час вибухів під час виробничих аварій, наведено на малюнку 9.8.
Малюнок 9.8 - Фактори, що впливають на ступінь та характер пошкодження споруд під час вибухів
Внаслідок дії факторів вибуху, що вражають, відбувається руйнування або пошкодження будівель, споруд, технологічного обладнання, транспортних засобів, елементів комунікацій та інших об'єктів, загибель людей.
Відомі три принципи запобігання вибухам. До них відносяться
- виключення утворення горючих систем;
- запобігання ініціювання горіння;
- локалізація вогнища горіння в межах певногопристрою, здатного витримати наслідки горіння.
Виняток освіти горючих систем можна здійснювати трьома методами:
-підтримкою концентрації пального речовиниу суміші менш нижньої концентраційної межі займання;
-флегматизацією вибухових сумішей, тобто. додаванням до суміші з фіксованим співвідношенням пального та окислювача інертних компонентів-флегматизаторів (СО2, N2, Н2O) або інгібіторів (хімічно активних речовин, здатних загальмувати швидкість хімічної реакції окислення). Додавання флегматизаторів до горючої суміші призводить до зниження температури горіння горіння знижується і швидкість горіння (швидкість поширення полум'я) відповідною кількістю флегматизаторів можна звести швидкість горіння до нуля і перетворити суміш на негорючу.
-знежиренням пристроїв та установок рідкого кисню. Велику небезпеку становлять системи масло-кисень (повітря). Мастильні масла при перегріві піддаються термічного розкладання з виділенням вуглеводневих фракцій, що легко киплять. При змішуванні зазначених фракцій із киснем вони вибухають під впливом різних імпульсів (іскри ударної хвилі тощо)
Способи захисту персоналу та обладнання від ураження та руйнування при вибухах сумішей:
- проектування міцних огорож конструкцій, здатних витримати навантаження, що дорівнює максимальному тиску при вибуху;
- розташування вибухонебезпечного виробництва у місцях, де під час вибуху не буде заподіяно шкоди навколишньому середовищу;
- встановлення спеціальних запобіжних клапанів для скидання тиску вибуху;
- придушення вибуху (запобігання розповсюдженню полум'я);
- Будівництво для персоналу захисних споруд (притулків).