Теоретические вопросы по взрыву
В технологических процессах, связанных с добычей, транспортировкой, переработкой, получением, хранением и применением горючих газов (ГГ) и легковоспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ), всегда имеется опасность образования взрывоопасных газо- и паровоздушных смесей.
Взрывоопасную среду могут образовать смеси веществ (газов, паров, пылей) с воздухом и другими окислителями (кислород, озон. хлор, окислы азота и др.) и вещества, склонные к взрывному превращению (ацетилен, озон, гидразин и др.).
Причинами взрывов наиболее часто является нарушение правил безопасной эксплуатации оборудования, утечки газов через неплотности в соединениях, перегрев аппаратов, чрезмерной повышение давления, отсутствие надлежащего контроля за технологическим процессом, разрыв или поломка деталей оборудования и др.
Источником инициирования взрыва являются:
открытое пламя, горящие и раскаленные тела;
электрические разряды;
- тепловые проявления химических реакций и механических воздействий;
искры от удара и трения:
ударные волны;
- электромагнитные и другие излучения.
Согласно ПБ 09-540-03 Взрыв это:
I.Процесс скоротечного высвобождения потенциальной энергии, связанный с внезапным изменением состояния вещества и сопровождающийся скачком давления или ударной волной.
Кратковременное высвобождение внутренней энергии, создающее избыточное давление
Взрыв может происходить с горением (процессом окисления) или без него.
Параметры и свойства, характеризующие взрывоопасность среды:
- температура вспышки;
- концентрационные и температурные пределы воспламенения;
- температура самовоспламенения;
- нормальная скорость распространения пламени;
- минимальное взрывоопасное содержание кислорода (окислителя);
-минимальная энергия зажигания;
-чувствительность к механическому воздействию (удару и трению). Опасными и вредными факторами, воздействующими на работающих
в результате взрыва, являются:
-ударная волна, во фронте которой давление превышает допустимое значение;
- пламя;
-обрушивающиеся конструкции, оборудование, коммуникации, здания и сооружения и их разлетающиеся части;
-образовавшиеся при взрыве и (или) выделившиеся из поврежденного оборудования вредные вещества, содержание которых в воздухе рабочей зоны превышает предельно допустимые концентрации.
Основные факторы, характеризующие опасность взрыва:
- максимальное давление и температура взрыва;
- скорость нарастания давления при взрыве;
- давление во фронте ударной волны;
- дробящие и фугасные свойства взрывоопасной среды.
При взрыве исходная потенциальная энергия вещества превращается, как правило, в энергию нагретых сжатых газов, которая в свою очередь при их расширении переходит в энергию движения, сжатия, разогрева среды. Часть энергии остается в виде внутренней (тепловой) энергии расширившихся газов.
Полное количество выделившейся при взрыве энергии определяет общие параметры (объема, площади) разрушений. Концентрация энергии (энергия в единице объема) определяет интенсивность разрушений в очаге взрыва. Эти характеристики в свою очередь зависят от скорости высвобождения энергии взрывоопасной системой, обуславливающей взрывной волны.
Взрывы, наиболее часто встречающиеся в практике расследования, можно подразделить на две основные группы: химические и физические взрывы.
К химическим взрывам относятся процессы химического превращения вещества, проявляющиеся горением и характеризующиеся выделением тепловой энергии за короткий промежуток времени и в таком объеме, что образуются волны давления, распространяющиеся от источника взрыва.
К физическим взрывам относятся процессы, приводящие к взрыву и не связанные с химическими превращениями вещества.
Причиной случайных взрывов чаще всего являются процессы горения. Взрывы такого рода чаще всего происходят при хранении, транспортировке и изготовлении взрывчатых веществ (ВВ). Они имеют место:
- при обращении с ВВ и взрывоопасными веществами химической и нефтехимической промышленности;
- при утечках природного газа в жилых домах;
при изготовлении, транспортировке и хранении легколетучих или сжиженных горючих веществ;
при промывке резервуаров для хранения жидкого топлива;
при изготовлении, хранении и использовании горючих пылевых систем и некоторых самовозгорающихся твердых и жидких веществ.
Особенности химического взрыва
Существуют два основных типа взрывов: взрыв конденсированного ВВ и объемный взрыв (взрыв паров пылегазовых смесей). Взрывы конденсированных ВВ вызываются всеми твердыми ВВ и относительно незначительным числом жидких ВВ, включая нитроглицерин. Такие ВВ обычно имеют плотность 1300-1800 кг/м3, однако первичные ВВ содержащие свинец или ртуть, имеют намного большие плотности.
Реакции разложения:
Самый простой случай взрыва - процесс разложения с образованием газообразных продуктов. Например, разложение пероксида водорода с большим тепловым эффектом и образованием водяного пара и кислорода:
2Н2О2 → 2Н2О2 + О2 + 106 кДж/моль
Пероксид водорода опасен, начиная с концентрации 60%.
Разложение при трении или ударе азида свинца:
Pb(N3)2 → Pb -ь 3N2 + 474 кДж/моль.
Тринитротолуол (ТНТ) является веществом с «дефицитом кислорода» и поэтому одним из основных продуктов его распада является углерод, что способствует образованию дыма при взрывах ТНТ.
Вещества, склонные к взрывчатому разложению, почти всегда содержат одну или несколько характерных химических структур, ответственных за внезапное развитие процесса с выделением большого количества энергии. Эти структуры включают следующие группы:
-NO2 и NО3 - в органических и неорганических веществах;
-N=N-N - в органических и неорганических азидах;
-NX3, где X - галоид,
-N=C в фульминатах.
На основании законов термохимии представляется возможным выявить соединения, процесс разложения которых может оказаться взрывоопасным. Одним из решающих факторов, определяющих потенциальную опасность системы, является превалирование ее внутренней энергии в начальном состоянии по сравнению с конечным состоянием. Такое условие выполняется при поглощении тепла (эндотермическая реакция) в процессе образования вещества. Примером соответствующего процесса является образование ацетилена из элементов:
2С + Н2 → СН=СН - 242 кДж/моль.
К веществам не взрывоопасным, которые теряют тепло в процессе образования (экзотермическая реакция), относятся, например, диоксид углерода
С + О2 → СО2 + 394 кДж/моль.
Следует учитывать, что применение законов термохимии позволяет лишь выявить возможность взрывного процесса. Осуществление его зависит от скорости реакции и образования летучих продуктов. Так, например, реакция парафина свечи с кислородом, несмотря на высокую экзотермичность, не приводит к взрыву из-за ее низкой скорости.
Реакция 2Аl+ 4АС2О2 → Аl2О3 + 2Fе сама по себе, несмотря на высокую экзотермичность, также не приводит к взрыву, так как не образуются газообразные продукты.
Скачать реферат