Белов С.В. (ред.) Безопасность жизнедеятельности

Подождите немного. Документ загружается.

Средние температуры поверхности пламени (Т,, К)

Горючий материал Температура пламени

Торф, мазут 1273

Древесина, нефть, керосин, дизельное топливо 1373

Каменный уголь, каучук, бензин 1473

Антрацит, сера 1573

Горючие газы 1773 *

Температура самовоспламенения некоторых веществ (T

, К)

Материал ' Температура самовос-

пламенения

Картон серый 478

Войлок строительный 498

Ацетон 523

Этиловый спирт 568

Нефть 573

Бензин, керосин 573

Древесина сосновая 643

Дизельное топливо 653

Торф кусковой и брикетный 700

Мазут 738

Хлопок-волокно 883

Допустимая температура на теле человека 313 (40°С)

Учитываемая выражением (5.1), приведенная степень черноты

определяется по степени черноты факела пламени (s

) и степени чер-

ноты облучаемого материала (s

Степень черноты факела пламени (s

)

Материал Степень черноты

Каменный уголь, древесина, торф 0,7

Мазут, нефть i 0,85

Бензин, керосин, дизельное топливо 0,98

Степень черноты различных материалов (в

)

Материал Степень черноты

Сталь литовая 0,6

Сталь окисленная 0,8

Медь окисленная 0,95

Резина твердая 0,86

Резина мягкая 0,9

Дерево строганое, картон, торф 0,93

451

Материал Степень черноты

Толь кровельный ' 0,9

Эмаль белая, приплавленная к железу 0,8

Кожа человека 0,95

Взаимное размещение факела пламени и облучаемого тела учиты-

вается с помощью коэффициента \\/. Значение этого коэффициента

зависит от формы и размеров факела пламени, а также от расположе-

ния облучаемой поверхности по отношению к факелу пламени.

Для упрощения процедуры определения значения \\/ может быть

использован график, приведенный на рис. 12.1.

Вычисляемое по уравнению (5.1) значение плотности теплового

потока существенно зависит от продолжительности воздействия.

Минимально необходимая для возгорания материала плотность теп-

лового излучения, воздействующая на тело в течение определенно-

го времени, называется критической ((?

ЛК

р) и определяется в лабо-

раторных экспериментах. В табл. 12.1 приведены значения 0

лкр

для различных материалов при продолжительности воздействия

3,5 и 15 мин.

20 25 30 40 50 6070 80 90 100 150 200 250 300 400 500 600 700

Рис. 12.1. Графики зависимости \\j от a, b (линейные размеры факела пламени)

и г (расстояние до точки возгорания)

452

Таблица 12.1. Значения критической плотности теплового потока, Вт/м

Материал

Qi.kd»

продолжительности облучения, мин

3 5

Древесина с шероховатой поверхно-

стью 20

600

500

900

Древесина,

окрашенная масляной

краской

700

300

500

Торф брикетный

500

300

Торф кусковой

600

300 9 800

Хлопок-волокно

11000

9700 7500

Картон серый

000

200

800

Стеклопластик

400

600

300

Резина

600

200

800

Горючие газы и огнеопасные жидко-

сти с температурой самовоспламене-

ния, °С (К)

250 523

7800 7290 5950

300 573

200

300 8100

350 623

600

200

000

400

673

800

000

800

= 500 773 — —

000

Человек без средств спец. защиты в

течение длительного времени 1050

в течение 20 с

4000

Сравнение значений (?

.к

полученных расчетом по формуле (6.1)

с данными из табл. 12.1, позволяет сделать вывод о возможности воз-

горания за заданное время или определить безопасные расстояния от

очага пожара при заданном времени воздействия.

Взрыв: физико-химические основы, виды ВВ, пожаровзрывоопас-

ность технологических процессов на производстве.

Взрыв — быстро протекающий процесс физического или химиче-

ского превращения веществ, сопровождающийся высвобождением

большого количества энергии в ограниченном объеме, в результате

которого в окружающем пространстве образуется и распространяется

ударная волна, способная создать угрозу жизни и здоровью людей,

нанести материальный ущерб и ущерб окружающей среде, стать ис-

точником ЧС.

Источником энергии при взрыве могут быть как химические, так

и физические процессы. В подавляющем большинстве взрывов ис-

точником выделения энергии являются химические превращения ве-

15—Белов

453

ществ, связанные с окислением. Установились определенные подхо-

ды и терминология при рассмотрении пожаров, взрывов и связанных

с ними проблем: в случаях, когда процессы окисления протекают

сравнительно медленно, без образования ударной волны, явления

рассматриваются как горение. Аналогичные процессы во взрывчатых

средах протекают значительно быстрее и определяются как взрывное

горение или взрыв.

Примерами взрывов, энерговыделение при которых обусловлено

физическими процессами, могут служить, во-первых, аварийное вы-

ливание расплавленного металла в воду, при котором испарение про-

текает взрывным образом вследствие чрезвычайно быстрой теплоот-

дачи, и, во-вторых, взрывы сжатых или сжиженных газов. В этом слу-

чае энергия, выделяющаяся при взрыве, определяется процессами,

связанными с адиабатическим расширением парогазовых сред и пе-

регревом жидкостей.

Суммарное выделение энергии при взрыве называется энергети-

ческим потенциалом взрыва и определяет его масштабы и последст-

вия. Существует много веществ, в которых в том или ином виде запа-

сено большое количество энергии, например в виде внутримолеку-

лярных или межмолекулярных связей. В нормальных условиях эти

вещества достаточно устойчивы и могут находиться в твердом, жид-

ком, газообразном или аэрозольном состоянии. Однако в результате

инициирующего воздействия (теплом, трением, ударом или ка-

ким-либо другим способом) в них начинаются экзотермические про-

цессы, протекающие с большой скоростью и приводящие к взрывча-

тому превращению. К взрывчатым веществам могут быть отнесены

любые вещества, способные к взрывчатому превращению, однако на

практике к ВВ относят вещества, обладающие следующими свойства-

ми:

— достаточно высокое содержание энергии в единице массы и

большая мощность, развиваемая при взрыве;

— пределами чувствительности к внешнему воздействию, обеспе-

чивающие как достаточную безопасность, так и легкость возбужде-

ния взрыва.

На промышленных предприятиях наиболее взрывоопасными яв-

ляются образующиеся в нормальных или аварийных условиях газо-

воздушные и пылевоздушные смеси (ГВС и ПлВС).

Из ГВС наиболее опасны взрывы смесей с воздухом углеводород-

ных газов, а также паров легковоспламеняющихся жидкостей. Взры-

вы ПлВС происходят на мукомольном производстве, на зерновые

элеваторах, при обращении с красителями, при производстве пище-

454

вых продуктов, лекарственных препаратов, на текстильном произ-

водстве.

Пожаровзрывоопасность производства определяется параметра-

ми пожароопасности и количеством используемых в технологиче-

ских процессах материалов и веществ, конструктивными особенно-

стями и режимами работы оборудования, наличием возможных ис-

точников зажигания и условий для быстрого распространения огня в

случае пожара.

Согласно НПБ 105—03, все объекты в соответствии с характером

технологического процесса по взрывопожарной и пожарной опасно-

сти подразделяются на пять категорий (табл. 12.2).

Таблица 12.2. Категории помещений и зданий по пожарной

и взрывной опасности

Категория помещения

Характеристика веществ и материалов, находящихся

(обращающихся) в помещении

А (взрывопожарная)

Б (взрывопожаро-

опасная)

В1— В4 (пожаро-

опасные)

Горючие газы, легковоспламеняющиеся жидкости с тем-

пературой вспышки не более 28°С в таком количестве, что

могут образовывать взрывоопасные парогазовоздушные

смеси, при воспламенении которых развивается расчетное

избыточное давление взрыва в помещении, превышающее

5 кПа

Вещества и материалы, способные взрываться и гореть

при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с

другом в таком количестве, что расчетное избыточное давле-

ние взрыва в помещении превышает 5 кПа

Горючие пыли или волокна, легковоспламеняющиеся

жидкости с температурой вспышки более 28°С, горючие

жидкости в таком количестве, что могут образовывать взры-

воопасные пылевоздушные или паровоздушные смеси, при

воспламенении которых развивается расчетное избыточное

давление взрыва в помещении, превышающее 5 кПа

Горючие и трудногорючие жидкости, твердые горючие и

трудногорючие вещества и материалы (в том числе пыли и

волокна), вещества и материалы, способные при взаимодей-

ствии с водой, кислородом воздуха или друг с другом только

гореть при условии, что помещение, в котором они имеются

в наличии или обращении, не относятся к категориям А или

Горючие вещества и материалы в горячем, раскаленном

или расплавленном состоянии, процесс обработки которых

сопровождается выделением лучистой теплоты, искр пламе-

ни; горючие газы, жидкости и твердые вещества, которые

сжигаются или утилизируются в качестве топлива

Негорючие вещества и материалы в холодном состоянии

15* 455

Обозначенные выше нормы не распространяются на помещения

и здания для производства и хранения взрывчатых веществ, средств

инициирования взрывчатых веществ, здания и сооружения, проекти-

руемые по специальным нормам и правилам, утвержденным в уста-

новленном порядке.

Категории помещений и зданий, определяемые в соответствии с

табл. 12.2, применяют для установления нормативных требований по

обеспечению взрывопожарной и пожарной безопасности указанных

зданий и сооружений в отношении планировки и застройки, этажно-

сти, площадей, размещения помещений, конструктивных решений,

инженерного оборудования и т. д.

Оценка поражающих факторов ЧС при взрывах. На практике чаще

других встречаются свободные воздушные взрывы, наземные (при-

земные) взрывы, взрывы внутри помещений (внутренний взрыв), а

также взрывы больших облаков ГВС.

К свободным воздушным взрывам относят взрывы, происходя-

щие на значительной высоте от поверхности Земли, при этом не про-

исходит усиления ударной волны между центром взрыва и объектом

за счет отражения. Избыточное давление на фронте и длительность

фазы сжатия т зависят от энергии взрыва (массы Сзаряда ВВ), высоты

центра взрыва над поверхностью Земли, условий взрыва и расстояния

R от эпицентра. Параметры взрыва подчиняются законам подобия

согласно следующим соотношениям:

=R^C

{

; т

=т, lJC

/С

где Q и С

—

массы первого и второго заряда; R

— расстояния до

рассматриваемых точек.

Предыдущее соотношение можно записать в виде

R=R/

4C* ,

где R — приведенное расстояние; С* — тротиловый эквивалент. Для

воздушных взрывов на высоте Н из условий подобия имеем

# = #/Vc,

где Я—приведенная высота.

Давление Р

(МПА) для свободно распространяющейся сфериче-

ской воздушной ударной волны

ДР

= 0,084/7? + 0,27/1? + 0,7л

в которой вид взрывчатого вещества учитывается тротиловым экви-

валентом.

456

Рис. 12.2. Волнообразование при воз-

душном взрыве:

Э — эпицентр взрыва; П — фронт падающей

волны; О —фронт отраженной волны; Г—

фронт головной ударной волны; Т— траекто-

рия тройной точки; А — зона регулярного от-

ражения; Б — зона нерегулярного отражения

Для ядерных взрывов величина С представляет тротиловый экви-

валент по ударной волне. Если обозначить С

— полный тротиловый

эквивалент, то для свободно распространяющейся в атмосфере удар-

ной волны воздушного взрыва С = 0,5 С

, а для наземного и призем-

ного ядерных взрывов — С = 2 • 0,5 С

Наземные и приземные взрывы. Если взрыв происходит на поверх-

ности Земли, то воздушная ударная волна от взрыва усиливается за

счет отражения. Параметры ударной волны рассчитывают по форму-

лам воздушного взрыва, однако величину энергии взрыва удваивают;

в случае конденсированных ВВ избыточное давление взрыва можно

рассчитывать по соотношению

А А

Ue'io"'

+ 4,3

Г(л0

2/3

+14,0

Глс]

г г

,г

где Р

— атмосферное давление, МПа; г—расстояние от центра

взрыва; С — мощность заряда, кг; г\ — свойства поверхности, на ко-

торой происходит взрыв. Значения коэффициента г| приведены

ниже:

Грунт средней плотности 0,6...0,65

Плотные глины и суглинки 0,8

Бетон 0,85...0,9

Стальные плиты 0,95...1,0

Более сложные процессы происходят при взрывах в приземных

слоях атмосферы. При этих взрывах образуются сферические воз-

душные ударные волны, распространяющиеся в пространстве в виде

области сжатия — разряжения (рис. 12.2). Фронт воздушной ударной

волны характеризуется скачком давления,температуры, плотности и

скорости частиц воздуха. При достижении сферической ударной вол-

ны земной поверхности она отражается от нее, что приводит к фор-

457

мированию отраженной волны. На некотором расстоянии от эпицен-

тра взрыва (проекции центра взрыва на земную поверхность) фронты

прямой и отраженной ударных волн сливаются, образуя головную

волну, имеющую фронт, нормальный к поверхности Земли и переме-

щающийся вдоль ее поверхности. Область пространства, где отсутст-

вует наложение и слияние фронтов, называется зоной регулярного от-

ражения, а область пространства, в которой распространяется голов-

ная волна,— зоной нерегулярного отражения.

С момента прихода фронта воздушной ударной волны в точку на-

земной поверхности деление резко повышается до максимального

значения АР

, а затем убывает до атмосферного Р

и ниже его. Период

повышенного избыточного давления называется фазой сжатия, а пе-

риод пониженного давления — фазой разрежения.

Действие воздушной ударной волны на здания и сооружения оп-

ределяется не только избыточным давлением, но и действием скоро-

стного напора воздушных масс, величину которого можно опреде-

лить по следующему соотношению:

ли =др

лр;/[(у-1)л^+2у],

для воздуха у = C

= 1,4, тогда

скф

АР

АР;/(АР;+7)

где АР'

= АР

/Р

АР

отр

=2АР

6А Pi

А Р

+0,72

Внутренний взрыв характеризуется тем, что нагрузка воздействует

на объект изнутри. Возникающие нагрузки зависят от многих факто-

ров: типа взрывчатого вещества, его массы, полноты заполнения

внутреннего объема помещения взрывчатым веществом, его место-

положения во внутреннем объеме и т. д. Полное решение задачи оп-

ределения параметров взрыва является сложной задачей, с ним мож-

но познакомиться в специальной литературе. Ориентировочно оцен-

ку возможных последствий взрывов внутри помещения можно про-

изводить по величине избыточного давления, возникающего в

объеме производственного помещения по НПБ 105—95.

458

Для горючих газов, паров легковоспламеняющихся и горючих

жидкостей, состоящих из атомов Н, О, N, CI, F, L, Вг, избыточное

давление взрыва

АР'=(Р

тах

~Р

)

Z 100 1

РЛВ С

сг

где Р

тах

— максимальное давление взрыва стехиометрической газо-

воздушной или паровоздушной смести в замкнутом объеме; опреде-

ляется экспериментально или по справочным данным, при отсутст-

вии данных допускается принимать равным 900 кПа; Р

— начальное

давление, кПа; допускается принимать равным 101 кПа; т

— масса

горючего газа или паров легковоспламеняющейся или горючей жид-

кости, поступивших в результате аварии в помещение, кг; Z— доля

участия взвешенного дисперсного продукта во взрыве; р

— плот-

ность газа, кг/м

; V

— свободный объем помещения, м

; определяет-

ся как разность между объемом помещения и объемом, занимаемым

технологическим оборудованием; если свободный объем помещения

определить невозможно, то его принимают условно равным 80 % гео-

метрического объема помещения; С

сг

— стехиометрический коэффи-

циент; К

— коэффициент, учитывающий негерметичность помеще-

ния и неадиабатичность процесса горения; допускается принимать

равным 3.

Избыточное давление взрыва для химических веществ кроме упо-

мянутых выше, а также для смесей

А Р =

Z 1

CBPB

(12.1)

где Н

— теплота сгорания, Дж;кг; р

— плотность воздуха до взрыва

при начальной температуре, кг/м

; С

— удельная теплоемкость возду-

ха, Дж/(кг • К); допускается принимать равной 1,01 • 10

Дж/(кг • К);

— начальная температура воздуха, К.

Избыточное давление взрыва для горючих пылей определяют по

формуле (12.1), где при отсутствии данных коэффициент Zпринима-

ется равным 0,5.

Расчет избыточного давления взрыва для веществ и материалов,

способных взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кисло-

родом воздуха или друг с другом, проводят по формуле (12.1), прини-

мая Z= 1 и в качестве величины Н

энергию, выделяющуюся при

взаимодействии 1 кг вещества (с учетом сгорания продуктов взаимо-

459

действия до конечных соединений), или экспериментально в натур-

ных испытаниях.

Расчетное избыточное давление взрыва для гибридных взрыво-

опасных смесей, содержащих газы (пары) и пыли:

АР = AjPj + AjP

где AjPj — давление взрыва, вычисленное для газа (пара); АР

— дав-

ление взрыва, вычисленное для пыли.

Массы т

горючего газа (массу паров жидкости или массу взве-

шенной в объеме помещения пыли), поступившего в результате ава-

рии в помещения, определяют согласно НПБ 105—95 «Определение

категорий помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной

опасности» или исходя из иных объективных экспертных оценок.

Взрыв (горение) газового облака. Причинами взрывов могут быть

большие газовые облака, образующиеся при утечках или внезапном

разрушении герметичных емкостей, трубопроводов и т. п. Процесс

взрыва или горения таких газовых облаков имеет рад специфических

особенностей, что приводит к необходимости рассмотреть эти про-

цессы отдельно. Образующиеся в атмосфере газовые облака чаще

всего имеют сигарообразную форму, вытянутую по направлению вет-

ра. Инициаторы горения или взрыва в этих случаях носят чаще всего

случайный характер. Причем воспламенение не всегда сопровожда-

ется взрывом.

При плохом перемешивании газообразных веществ с атмосфер-

ным воздухом взрыва вообще не наблюдается. В этом случае при вос-

пламенении газо- или паровоздушной смеси от места инициирова-

ния с дозвуковой скоростью будет распространяться «волна горения».

Так как распространение пламени происходит со сравнительно низ-

кой скоростью, в волне горения давление не повышается. В таком

процессе имеет место только расширение продуктов горения за счет

их нагрева в зоне пламени, и давление успевает выравняться по всему

объему. Медленный режим горения облака с наружной поверхности с

большим выделением лучистой энергии может привести к образова-

нию множества очагов пожаров на промышленном объекте.

При оценке разрушительного действия взрыва газового облака в

открытом пространстве необходимо определить избыточное давле-

ние (скоростной напор) во фронте пламени. Если пламя распростра-

няется от точечного источника зажигания в неограниченном про-

странстве, то оно имеет форму, близкую к сфере радиуса г, который

непрерывно увеличивается по закону

460