Муравченко В.Б., Ковалев С.А., Коннова С.С. Безапасность жизнедеятельности

Подождите немного. Документ загружается.

181

К бризантным ВВ пониженной мощности относятся:

1) аммиачно-селитренные:

– аммониты;

– водонаполненные;

2) нитроглицериновые:

– нитроглицерин;

– динамит;

3) перхлоратные ВВ.

Аммиачно-селитренные ВВ (аммиачная селитра NH

)

могут содержать нитроглицерин, тротил, гексоген, ТЭН, горючие

материалы – алюминий, нефть, масла и другие – и инертные на-

полнители. К таким ВВ относятся аммониты.

Аммониты – бризантные аммиачно-селитренные ВВ, меха-

ническая смесь аммиачной селитры (окислителя) с горючими и

другие ВВ.

Пример: селитра + тротил = аммонал;

селитра + древесная мука = динамоны;

и другие смеси.

Аммониты имеют более низкие взрывчатые характеристики,

чем у тротила. Они малочувствительны к механическим воздейст-

виям. Применяются для взрывных работ в подземных выработках.

Водонаполненные ВВ – аммиачно-селитренные ВВ, содержа-

щие 5–20 % воды для снижения их чувствительности к внешним

воздействиям, придания пластичности и текучести. Применяются

при выполнении взрывных работ.

Нитроглицериновые ВВ.

Нитроглицерин – мощное ВВ. Это маслянистая бесцветная

жидкость. Чувствительна к удару, трению, огню.

Теплота взрыва – 6,3 МДж·кг

–1

Скорость детонации – 7,7 м·с

–1

Температура вспышки – 200 °С.

Применяется при производстве динамитов и бездымных поро-

хов. Используется в медицине для снятия приступов стенокардии.

Динамит (от греч. dynamis – сила) – бризантная взрывчатая

смесь, содержащая нитроглицерин, нитрогликоль, жидкие и по-

рошкообразные наполнители и специальные добавки. Производи-

мый в России динамит содержит 62 % нитроглицерина.

182

Теплота взрыва – 5,3 МДж·кг

–1

;

Скорость детонации – 6 000 м·с

–1

;

Температура вспышки – 205 °С.

Мощное ВВ, чувствительно к ударам и трению. Используют

при взрывных работах с твердыми скальными породами. Вытесня-

ется более безопасным в обращении ВВ (аммонитами, динамона-

ми). В военном деле не применяется. Нитроглицериновые ВВ ус-

ловно делятся на:

• высокопроцентные ВВ – содержат более 35 % нитроглице-

рина;

• низкопроцентные ВВ – до 15 % нитроглицерина.

Перхлоратные ВВ – взрывчатые смеси, состоящие из пер-

хлоратов (солей хлорной кислоты) и различных взрывчатых (тро-

тил, динитронафталин и др.) и невзрывчатых (парафина, древесной

муки и др.) компонентов. Перхлораты играют роль окислителей.

Из-за высокой чувствительности к удару и трению широкого при-

менения не нашли.

2.3Взрывоопасныесреды

Взрывоопасные среды – это смесь горючего вещества с окис-

лителем (кислородом воздуха) в определенных соотношениях, ко-

торая при определенных условиях может взрываться.

взрывоопасным средам относятся:

1) парогазовые смеси;

2) перегретые жидкости;

3) сжатые газы;

4) пылевоздушные смеси.

2.3.1.Парогазовыесмеси

В парогазовой среде взрывоопасными могут быть как инди-

видуальные нестабильные соединения, так и смеси горючих ве-

ществ с окислителями. Склонность к взрывному термическому

разложению индивидуальных веществ и взаимодействию веществ в

смесях определяется химическим строением вещества и количест-

вом тепла, выделяемого при химической реакции. Типичными не-

стабильными индивидуальными соединениями, способными взры-

ваться бе

з участия окислителей в условиях технологических про-

183

цессов, можно считать некоторые непредельные углеводороды

алифатического ряда, например ацетилен.

В химической промышленности наибольшую опасность

представляют взрывы

парогазовых смесей горючих веществ с

окислителями как в замкнутых объемах аппаратуры, так и вне их.

Некоторые вещества повышенной активности, обусловлен-

ной их химическим строением, например ацетилен и водород, в

газовой фазе (так же как и с кислородом) взаимодействуют с хло-

ром и другими окислителями с взрывом. При этом уровень их

взрывоопасности так

же характеризуется тепловым эффектом реак-

ции, плотностью энерговыделения и энергией инициирования

взрыва. Например, взрыву стехиометрической смеси водорода и

хлора с образованием хлорида водорода при тепловом эффекте ре-

акции 2,54 МДж на 1 кг смеси будет соответствовать тротиловый

эквивалент 0,56 кг и плотность энерговыделения 4,14 МДж/м

Важной особенностью газовых смесей является наличие кон-

центрационных пределов воспламенения, т. е. интервала составов

от нижнего – НКПВ («бедного») до верхнего – ВКПВ («богатого»)

пределов содержания горючего вещества, при котором возможно

самостоятельное распространение пламени.

Для большинства типичных углеводородовоздушных смесей

эти предельные значения составляют 55 % (НКПВ) и 30 % (ВКПВ)

от стехиометрической концентрации горючего вещества в смеси.

Технологические процес

сы химических производств в боль-

шинстве случаев протекают вне области концентрационных преде-

лов воспламенения, что является наиболее надежным направлени-

ем обеспечения безопасности. Однако в производственных услови-

ях при различных неполадках и аварийных ситуациях возникают

условия для образования горючих парогазовоздушных смесей как в

замкнутых объемах, так и в неорганизованных паровых облак

ах

больших масс. В большинстве случаев образуются смеси с высо-

ким уровнем неоднородности состава в диапазоне от верхнего до

нижнего концентрационных пределов воспламенения.

При такой концентрационной неоднородности смеси неиз-

бежны существенные изменения скоростей горения и других пара-

метров разрушающей способности взрывного горения и ударных

волн. При больших объемах горючих газовых смесей, нали

чии раз-

184

личного оборудования, большого числа зданий и сооружений при

случайных взрывах практически неизбежна генерация турбулент-

ности и мощных вихрей в местах контакта потока с препятствиями,

что приводит к детонации газовой смеси в некоторых областях. В

этих областях за очень короткий промежуток времени (≈ 1 мс) дав-

ление достигает высоких значений (≈ 1,5 МПа), что может при

во-

дить к сильным локальным разрушениям не в точке зажигания, а в

удаленных от нее участках, где состав горючей смеси наиболее

близок к стехиометрическому.

Классификация парогазовых смесей

Взрывоопасные смеси газов и паров подразделяются на кате-

гории взрывоопасности в зависимости от величины безопасного

экспериментального максимального зазора (БЭМЗ) и значения со-

отношения между минимальной температурой воспламенения ис-

пытуемого газа или пара и минимальной температурой воспламе-

нения метана (МТВ); на группы – в зависимости от величины тем-

пературы самовоспламенения.

Взрывоопасные смеси подразделяются на кат

егории:

I – метан на подземных горных работах;

II – газы и пары за исключением метана на подземных, гор-

ных работах.

Данная категория подразделяется на II A, II B, II C.

Для классификации большинства газов и паров достаточно приме-

нения одного критерия БЭМЗ.

– для категории II А – БЭМЗ больше 0,9 мм;

– для категории II В – БЭМЗ в пределах 0,55...0,9 мм;

– для категории II С – БЭМЗ меньше 0,5 мм.

В зависимос

ти от температуры самовоспламенения взрыво-

опасные смеси газов и паров подразделяются на группы (табл. 2.1).

Отнесение к категориям и группам взрывоопасных смесей

для газов и паров приводятся в нормативных документах.

185

Таблица 2.1

Классификация взрывоопасных смесей газов и паров

в зависимости от температуры самовоспламенения

Группы

взрывоопасных смесей

Температура

самовоспламенения, °С

Т 1 св. 450

Т 2 300…450

Т З 200…300

Т 4 135…200

Т 5 100…135

Т 6 85…100

2.3.2.Перегретыежидкости

Перегретая жидкость отличается тем, что давление её паров

превышает атмосферное. К перегретым жидкостям относятся сжи-

женные углеводородные газы, хлор, аммиак, фреоны, находящиеся

в технологических системах при температуре окружающей среды и

давлении, превышающим атмосферное. Перегретыми могут быть

жидкости, имеющие температуру кипения выше температуры ок-

ружающей среды при высоких давлениях, превышающих атмо-

сферное, нап

ример, вода в паровых котлах.

Если в аппаратуре находится негорючая перегретая жид-

кость, то при аварийном раскрытии системы может произойти

взрыв. Взрывы технологических систем с высокими параметрами

перегрева жидкости по разрушающему эффекту часто бывают по-

добны взрывам сосудов со сжатыми газами.

Перегретая жидкость в технологических системах в боль-

шинстве случаев находится вме

сте со сжатыми парами над её по-

верхностью, и при аварийных условиях происходит одновременное

высвобождение энергии как перегрева жидкости, так и сжатого га-

за (пара). В случае горючих и взрывоопасных веществ развитие

аварии может происходить по моделям взрыва парового облака (в

замкнутом или незамкнутом объеме) и огненного шара.

Взрывы с об

разованием огненных шаров происходят при

больших массах горючей жидкости, высоких значениях энергии

186

перегрева и внезапном разрушении сосудов, когда мгновенно обра-

зуется огромная масса паров. Это часто происходит при огневом

или другом интенсивном нагреве сосудов со сжиженными углево-

дородными газами (СУГ) и легко воспламеняющимися жидкостями

(ЛВЖ). Поэтому локальные пожары или взрывы с последующим

возникновением пожаров на складах сжиженных газов или техно-

логических установках всегда пред

ставляют опасность масштабно-

го развития аварий, особенно при больших плотностях энергоноси-

телей на производственных площадках.

Так, при катастрофе на хранилище СУГ в пригороде Мехико

Сан-Хуа-никуо (1984 г.) было зарегистрировано девять крупных

следовавших один за другим взрывов резервуаров. При этом воз-

никали огненные шары от 200 до 600 м со временем существования

от 30 до 90 с.

В резу

льтате аварии было полностью уничтожено само хра-

нилище, соседние с ним промышленные объекты, строения рай-

онов городской застройки. При аварии погибли 500 человек, 7 000

серьезно пострадали; из района аварии были эвакуированы при-

мерно 200 тыс. человек. В жилых кварталах разрушено 400 и серь-

езно пострадали 300 жилых домов; в радиусе 1 км огнем у

ничто-

жена вся растительность.

Взрыв по модели парового облака произошел в ночь с 3 на

4 июня 1989 г. на перегоне между станциями Казаяк и Улу-Теляк

под Уфой. В месте катастрофы под насыпью, на которой уложено

железнодорожное полотно, проходил магистральный продуктопро-

вод, предназначенный для перекачки под рабочим давлением

3,5…3,8 МПа углеводородной смеси (метан, этан, пропан, из

обу-

тан, гексан и др.). Разрыв продуктопровода произошел в 900 м от

полотна железной дороги. Выброс сжиженного газа сопровождался

неограниченным разливом жидкости по поверхности земли, что

способствовало скоротечному парообразованию при интенсивной

теплопередаче от твердой поверхности к разлитой жидкости. Через

10 мин с момента полного разрыва трубопровода масса парового

облака сост

авляла 1 020…1 360 т, облако имело дискообразную

форму с условным диаметром 2 700 м и высотой 5…8 м, и в усло-

виях безветренной погоды оно заполнило низменную лесистую

лощину, где проходило полотно железной дороги.

187

Идущие навстречу друг другу поезда вызвали турбулизацию

газовоздушной смеси, её воспламенение, прогремел взрыв чудо-

вищной силы, пламя взметнулось на огромную высоту.

В зоне взрыва оказались два пассажирских поезда, в которых

находилось 1 284 человека. При катастрофе погибли и получили

разной степени тяжелые повреждения 1 224 человека; на месте ава-

рии обнаружено 258 трупов (из них 86 – в ст

епени обугливания).

Воздушной ударной волной было оторвано от поездов и сброшено

с пути 11 вагонов, из которых 7 были полностью разрушены, а ос-

тальные обгорели снаружи и полностью выгорели внутри. В районе

взрыва образовалась зона сплошного завала леса на площади

2,5 км

. В радиусе до 15 км от места взрыва в населенных пунктах

были выбиты стекла в домах, полностью или частично разрушены

рамы и шиферные фронтоны (покрытия).

2.3.3.Сжатыегазы

В химической технологии часто приходится преднамеренно

сжимать как инертные, так и горючие газы, затрачивая при этом

электрическую, тепловую или другие виды энергии. При этом сжа-

тый газ (пар) находится в герметичных аппаратах различных гео-

метрических форм и объемов. Однако в ряде случаев сжатие газов

(паров) в технологических системах происходит случайно вследст-

вие превышения реглам

ентированной скорости нагрева жидкости

внешним теплоносителем или в результате неуправляемой экзо-

термической химической реакции в жидкой фазе, а также других

химических превращений с газообразованием без взрывных хими-

ческих процессов.

При взрывах сосудов под давлением могут возникать силь-

ные ударные волны, образуется большое число осколков, что при-

водит к сер

ьезным разрушениям и травмам. При этом общая энер-

гия взрыва переходит в основном в энергию ударной волны и кине-

тическую энергию осколков.

Нейтральные (негорючие) сжатые газы – азот, диоксид угле-

рода, фреоны, воздух – в больших объемах находятся главным об-

разом в сферических газгольдерах высокого давления.

9 июля 1988 г. произошел взрыв шарового газгольдера сжа-

того возду

ха объемом 600 м

(радиус сферы 5,25 м), изготовленно-

188

го из стали толщиной стенки 16 мм и рассчитанного для работы

под давлением 0,8 МПа.

В результате взрыва корпус газгольдера был разрушен на

многочисленные осколки; рядом стоящий газгольдер (10 м) сорван

с опор и опрокинут, на зданиях расположенных на удалении до

100 м разрушены крепления стеновых панелей, плиты перекрытий

имели трещины. Разрушено до 100 % остекления в производствен-

ных зданиях, у

даленных от места аварии 1 000…1 500 м.

Разрушение сосудов со сжатыми горючими газами (парами)

может сопровождаться образованием парового облака с после-

дующим его взрывом. При мгновенном (практически одновремен-

ном) воспламенении выбрасываемых газов (паров) при разрушении

сосудов масштабы разрушения можно прогнозировать по сумме

энергии выделения расширяющихся газов и сгорания их в атмо-

сфере. В реальных ус

ловиях возможна и другая модель развития

аварии, когда после разрушения сосуда от превышения давления

происходит некоторая задержка формирования и воспламенения

парового облака. Масштабы и характер разрушений в этом случае

оценивают раздельно: от расширяющегося газа при разрыве сосуда

и от взрыва парового облака.

По такой модели развития ав

арии произошел взрыв в февра-

ле 1990 г. на Новокуйбышевском НПЗ. Вначале разрушился гори-

зонтальный резервуар (диаметром 3 м, длиной 7,656 м) от превы-

шения давления паров до 0,9 МПа пропанбутановой фракции (ра-

бочее давление 0,52 МПа).

В результате образовалось газовое (паровое) облако в атмо-

сфере, которое распространилось над территорией по направлению

ветра. При достижении облаком печей пиролиза произошел вз

рыв с

возникновением пожара на технологической установке.

Время

с момента разрушения резервуара до взрыва парога-

зового облака составило

несколько минут, что создало возмож-

ность удаления от загазованной зоны значительной части персо-

нала, находящегося вблизи разрушенного сосуда и в помещении

пульта управления. При взрыве парового облака и пожаре полу-

чили термические ожоги 6 человек из персонала, все пострадав-

шие находились за пределами области высокого давления взрыва

парового облака.

189

Взрывные явления, происходящие при высвобождении энер-

гии сжатых газов, могут протекать в тех случаях, когда превыше-

ние давления в технологических системах происходит в результате

химических реакций как в жидкой, так и в твердой фазе. При этом

газовыделение может происходить с высокими скоростями, при

которых резко повышается давление в системе, что приводит к раз-

ру

шению оболочек.

2.3.4.Пылевоздушныесмеси

Из взрывов пылевоздушных смесей примерно 50 % происхо-

дит при работе с зерном, мукой, сахаром и другими продуктами,

8 % – с металлами, 6 % – с угольной пылью на установках дробле-

ния топлива, 4 % – с серой, 6 % – в химической и нефтеперераба-

тывающей промышленности.

В декабре 1989 г. на производственном объединении «Омск-

химпром» произошел взрыв аэрозоля полистирола в отделении его

хранения. Хранилище полистирола было выпо

лнено в виде трех

расположенных в ряд сваренных из листовой стали вертикальных

цилиндрических оболочек (диаметром 10 м и высотой 60 м) с на-

ружной теплоизоляцией.

В процессе эксплуатации тонкодисперсная пыль полистирола

скапливалась на строительных конструкциях, технологическом

оборудовании, кабельных лотках, а также в незаполненных про-

дуктом бункерах хранилищ в количествах, достаточных для обра-

зовани

я взрывоопасной концентрации в замкнутых объемах бунке-

ров. Первичный (локальный) взрыв аэровзвеси пыли полистирола

произошел в бункере хранилища, на котором проводились свароч-

ные работы. Этот взрыв по системе пневмотранспорта распростра-

нился в помещение и другие хранилища. При взрыве полностью

разрушены части бункеров хранилищ, строительные конструкции

стен помещения воздуходувок и по

вреждены системы пневмо-

транспорта.

Взрыв пыли происходит при мгновенном соединении горю-

чей части пыли с

кислородом воздуха с выделением большого ко-

личества тепла и газообразных продуктов, которые, нагреваясь,

расширяются и образуют взрывную волну. Сила и интенсивность

взрыва пыли зависят от многих факторов и достигают максималь-

190

ных значении при соответствующем соотношении горючей массы

и кислорода. Процесс окисления кислородом протекает на поверх-

ности твердых частиц пыли. В зависимости от структуры и свойств

исходного вещества и условий образования пыли её частицы могут

иметь различную форму, быть волокнистыми, гладкими, шерохо-

ватыми, иметь различные размеры, что обуславливает воспламе-

няемость и взрываемость пыли.

Скорость образования взрывоопасно

й смеси возрастает по

мере увеличения поверхности контакта воздуха и твердых частиц

пыли, поэтому опасность взрыва зависит от размера частиц пыли и

содержания кислорода в системе. Мелкодисперсная пыль с сильно

развитой поверхностью характеризуется большей активностью,

более низкой температурой самовоспламенения и широким интер-

валом между нижним и верхним концентрационными преде

лами

взрываемости.

При низких концентрациях пыли расстояние между частица-

ми, находящимися во взвешенном состоянии, велико, переноса

пламени от частицы к частице не происходит, следовательно,

взрыв не распространяется на весь объем. Чрезмерно большое ко-

личество пыли также препятствует возникновению и распростра-

нению взрывов, так как в этом случае в смеси содержится сл

ишком

мало кислорода для сгорания пыли.

Большая поверхность частиц обуславливает также высокую

степень адсорбции газов на их поверхности. Вследствие более вы-

сокой температуры кипения кислорода по сравнению с азотом воз-

дух, окружающий твердые частицы пыли, уплотняется и обогаща-

ется кислородом, при этом его химическая активность, а следова-

тельно, и взрывоопасность возрастают. Пыль, осевш

ая на поверх-

ности твердых предметов, имеет более низкую температуру само-

воспламенения, так как концентрация частиц в ней возрастает и

улучшаются условия аккумуляции тепла.

Число твердых веществ, из которых могут образоваться

взрывоопасные пыли, чрезвычайно велико, причем в ряде случаев

вещества, которые ранее считались безопасными, в новых техноло-

гических процессах, в которых они соприкасают

ся с другими ве-

ществами или с определенными источниками энергии, могут стать

опасными.