При анализе таких аварий необходимо опираться на известные представления об общей физической картине взрыва.

БАЛТИЙСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ РЫБОПРОМЫСЛОВОГО ФЛОТА

КАФЕДРА ЗАЩИТЫ В ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЯХ

Разработал д.т.н., профессор

А.В. Кипер.

Калининград

Краткие сведения о природе взрывчатых превращений

Взрыв – это процесс превращения вещества протекающий cо сверхзвуковой скоростью и сопровождающийся выделением большого количества энергии.

К наиболее опасным относятся аварии и катастрофы, вызванные взрывами. При таких авариях образуются обширные очаги поражения, в пределах которых разрушаются здания и сооружения, гибнут и получают различные травмы люди.

К потенциально взрывоопасным объектам относятся, прежде всего, хранилища и склады взрывчатых веществ (ВВ), боеприпасов, ракетного топлива, горюче-смазочных материалов (ГСМ), нефтебазы и так далее.

Не менее взрывоопасны пары бензина и других компонент производства нефтеперегонных заводов, продукция химических предприятий, мучная пыль на мельничных комбинатах и элеваторах, древесная пыль, пары лаков и красок на мебельных фабриках, котлы в котельных, газовые конденсаты при утечке из газопроводов.

Взрывоопасны перевозки ВВ, легковоспламеняющихся жидкостей и горючих газов железнодорожным, водным и автомобильным транспортом.

При анализе таких аварий необходимо опираться на известные представления об общей физической картине взрыва.

Для оценки поражающего действия различных взрывов и определения очагов поражения используется энергетический подход.

В результате взрыва вещество, заполнявшее определенный объем, превращается в сильно нагретый и сжатый газ (продукты взрыва). Область, заполненная продуктами взрыва, стремительно расширяется, сжимая и приводя в движение окружающую среду.

Порожденное взрывом движение внешней среды проявляется в виде специфического волнового процесса – ударной волны. Ударная волна является основным поражающим фактором взрыва. Ударная волна распространяется со сверхзвуковой скоростью. По мере удаления от центра взрыва скорость ударной волны снижается.

Взрывы могут быть вызваны различными физическими или химическими явлениями.

В инженерной практике и военном деле широко применяются химические взрывчатые вещества (ВВ). Они используются при ведении строительных и горных работ: при строительстве туннелей, каналов, разработке полезных ископаемых. В военном деле ВВ используются для снаряжения различного рода боеприпасов, подрывных средств и так далее.

Химические ВВ - относительно неустойчивые в термодинамическом смысле системы, способные под влиянием внешних ударных или тепловых воздействий к быстрым экзотермическим превращениям.

Энергия при химических взрывах выделяется в результате разрушения внутримолекулярных связей ВВ. То есть при взрыве происходит превращение относительно сложных нестойких молекул исходного вещества в молекулы более простых и стойких веществ.

Способность любого вещества к взрыву можно выявить, используя известные положения термохимии. Для этого необходимо определить тепловой эффект превращения например вещества A, в вещества B, C, D и так далее.

Известно, что взрыв можно представить в виде уравнения

A = B + C + D + Q_V, (1)

где Q_V – теплота (энергия), высвобождаемая при взрывчатом превращении.

Величина Q_V является критерием мощности взрыва. Согласно закону Г.И. Гесса Q_V определяется как разность между суммой теплоты образования каждого продукта взрыва (Q_B, Q_C, Q_D) и теплотой образования самого взрывчатого вещества (Q_A).

Q_V= (Q_B + Q_C + Q_D) - Q_A

Теплотой образования называется тепловая энергия, получающаяся при образовании одного грамм-моля вещества из свободных элементов в стандартных условиях.

За стандартные условия принимают температуру всех веществ, участвующих в реакции 25 Сº и давление 1 кг/м². Теплоту образования простых веществ (H₂, O₂, N₂, C и др.) считают равной нулю.

Важной характеристикой взрыва является скорость распространения взрывчатого превращения. В зависимости от величины этой скорости различают дефлаграционное (дозвуковое) горение и детонацию.

Детонация – это взрывчатое превращение, протекающее с максимальной, постоянной для данного типа ВВ сверхзвуковой скоростью. В условиях детонации достигается максимальное разрушающее действие взрыва.

Дефлаграционное горение может быть ламинарным и турбулентным. При ламинарном горении скорость распространения пламени постоянная, не превышает несколько метров в секунду, а при турбулентном горении - скорость прогрессивно возрастает.

При увеличении скорости распространения пламени до десятков и сотен метров в секунду, но не выше скорости звука в данной среде, имеет место взрывное горение, а само явление называется дефлаграционным взрывом.

Примерами взрывов, обусловленных физическими явлениями, могут служить

- взрывы паровых котлов и емкостей со сжатым газом;

- взрывы, возникающие при мощных искровых разрядах, например молниях;

- взрывы, возникающие при пропускании электрического тока высокого напряжения через тонкие металлические проволочки и др.

При взрыве парового котла взрывной процесс связан с быстрым переходом перегретой воды в парообразное состояние.

При взрыве емкости со сжатым газом – взрыв происходит при разрушении стенок котла или оболочки емкости (резервуара, баллона и др.) в результате повышенного давления газа.

Мощные искровые разряды протекают за промежутки времени 10^-6 - 10^-7 секунды. Поэтому в зоне разряда достигается большая плотность электрического тока и воздух разогревается до температуры 20000 - 40000 Сº. Это приводит к резкому росту давления воздуха в зоне разряда и образованию в окружающей среде волны возмущения.

Взрывы проволочек под действием тока высокого напряжения вызваны быстрым ростом температуры до 20000 Cº, и интенсивным испарением металла.

Можно привести и другие примеры взрывов, обусловленных физическими процессами, например, взрывы при извержениях вулканов, падении космических тел на земную поверхность и так далее.

Экстремальные значения температуры и давления имеют место при ядерных и термоядерных взрывах.