Взрыв газовоздушных смесей в открытом пространстве

k = 1 - для резервуаров с газообразным веществом;

k = 0,6 - для газов, сжиженных под давлением;

k = 0,1 - для газов, сжиженных охлаждением (хранящихся в изотермических емкостях);

k = 0,05 - при аварийном разливе легковоспламеняющихся жидкостей.
Зона действия воздушной ударной волны (ВУВ) начинается сразу за внешней границей облака ГВС. Давление во фронте ударной волны Р_ф зависит от расстояния до центра взрыва и определяется по табл.2.3, исходя из соотношения

Р_ф = f (r / r₀), (2.8)

где r - расстояние от центра взрыва до рассматриваемой точки.

r/r0	0-1	1,01	1,04	1,08	1,2	1,4	1,8	2,7	3	4	5	6	8	12	20
Рф, кПа	1700	1232	814	568	400	300	200	100	80	50	40	30	20	10	5

r₀= , м, (2.9)

где 1/ 24 - коэффициент, м/кДж^1/3;

Э - энергия взрыва смеси, определяемая из выражения:
Э =, кДж (2.10)
где V_гпвс - объем смеси, равный
V_гпвс = 100 V_г / С, (2.11)
где V_г - объем газа в помещении;

С - стехиометрическая концентрация горючего по объему в % (табл. 2.4);

- плотность смеси стехиометрического состава, кг/м³ (табл. 2.4);

Q_стх - энергия взрывчатого превращения единицы массы смеси стехиометрического состава, кДж/кг (табл. 2.4).

Далее принимается, что за пределами зоны детонационной волны с давлением 17 кгс/см², действует воздушная ударная волна, давление во фронте которой определяется с использованием данных табл. 2.4.

Таблица 2.4

Характеристики газопаровоздушных смесей

Вещество, ха- Характеристики смеси

рак теризующее m_k r_стх, Q_стх, С,

смесь кг/кмоль кг/м³ МДж/кг об. %

Ацетилен 26 1,278 3,387 7,75

Бутан 58 1,328 2,776 3,13

Бутилен 56 1,329 2,892 3,38

Винилхлорид 63 1,400 2,483 7,75

Водород 2 0,933 3,425 29,59

Дивинил 54 1,330 2,962 3,68

Метан 16 1,232 2,763 9,45

Окись углерода 28 1,280 2,930 29,59

Пропан 44 1,315 2,801 4,03

Пропилен 42 3,314 2,922 4,46

Этан 30 1,250 2,797 5,66

Этилен 28 1,285 3,010 6,54
Паровоздушные смеси
Ацетон 58 1,210 3,112 4,99

Бензин авиационный 94 1,350 2,973 2,10

Бензол 78 1,350 2,937 2,84

Гексан 86 1,340 2,797 2,16

Дихлорэтан 99 1,49 2,164 6,54

Диэтиловый эфир 74 1,360 2,840 3,38

Ксилол 106 1,355 2,830 1,96

Метанол 32 1,300 2,843 12,30

Пентан 72 1,340 2,797 2,56

Толуол 92 1,350 2,843 2,23

Циклогексан 84 1,340 2,797 2,28

Этанол 46 1,340 2,804 6,54

При нарушении герметичности технологических аппаратов пыль выбрасывается в помещение, где вместе с накопившейся пылью смешивается с воздухом, образуя пылевоздушную смесь (ПВС), способную гореть. Искровой разряд приводит к взрывному горению смеси.

В отличие от газовых смесей образование взрывоопасного облака пыли в помещении может происходить в процессе самого горения. Взрыву в большинстве случаев предшествуют локальные микровзрывы (хлопки) в оборудовании, резервуарах и воспламенение в отдельных участках здания, что вызывает встряхивание пыли, осевшей на полу, стенах и других строительных конструкциях и оборудовании. Это приводит к образованию взрывоопасных концентраций пыли во всем объеме помещения, взрыв которой вызывает сильные разрушения.

Взрывное горение может происходить по одному из двух режимов - дефлаграционному или детонационному.

При оперативном прогнозировании последствий принимают, что процесс развивается в детонационном режиме.

Зону детонационной волны, ограниченную радиусом r₀, можно определить по формуле (2.9), в которой энергия взрыва определяется из выражения

Э = m, кДж, (2.11)

где Q - удельная теплота сгорания вещества, образовавшего пыль, кДж/кг (табл.2.5);

m - расчетная масса пыли, кг.
При оперативном прогнозировании расчетная масса пыли определяется из условия, что свободный объем помещения будет полностью заполнен взвешенным дисперсным продуктом, образуя при этом пылевоздушную смесь стехиометрической концентрации
m = , кг, (2.12)
где V₀ - свободный объем помещения, (V₀=0,8 V_п ), м³;

С - стехиометрическая концентрация пыли, г / м³,

С (2.13)

где – нижний концентрационный предел распространения пламени – это минимальное содержание пыли в смеси с воздухом, при котором возможно возгорание.

неорганических веществ (сера, фосфор) = 2 - 30 г/м³;

пластмасс = 20 - 100 г/м³;

пестицидов и красителей = 30 - 300 г/м³;

шерсти = 100 - 200 г/м³.
Значения характеристик некоторых аэрозолей приведены в табл. 2.5.

Таблица 2.5

Полиэтилен 45,0 47,1

Метилцеллюлоза 30,0 11,8

Полиоксадиазол 18,0 18,0

Пигмент зеленый (краситель) 45,0 42,9

Пигмент бордо на полиэтилене 39,0 42,9

Нафталин 2,5 39,9

Фталиевый ангидрид 12,6 21,0

Уротропин 15,0 28,1

Адипиновая кислота 35,0 19,7

Сера 2,3 8,2

Алюминий 58,0 30,13

Приведенный радиус зоны взрыва R может быть определен по формуле

для металла - 1;

для бетона – 0,95;

для грунта и дерева – 0,60,8;

Q - масса ВВ, кг.

К_эфф - коэффициент приведения рассматриваемого вида ВВ к тротилу, принимаемый по приведенной ниже таблице.

Таблица 2.6

Значения коэффициента К_эфф
Вид ВВ Тротил Тритонал Гексоген ТЭН Аммонал Порох ТНРС Тетрил
К_эфф 1 1,53 1,3 1,39 0,99 0,66 0,39 1,15
В зависимости от величины приведенного радиуса избыточное давление может быть определено по одной из следующих формул
, кПа, при (2.15)

, кПа, при (2.16)
Прогнозирование обстановки при авариях со взрывом на пожаровзрывоопасных объектах
Обстановку в зоне принято оценивать показателями, которые могут быть разделены на две группы:

показатели, непосредственно характеризующие инженерную обстановку;

показатели, определяющие объем аварийно-спасательных работ и жизнеобеспечения населения.
Для прогнозирования обстановки на пожаровзрывоопасных объектах рекомендуется на план объекта нанести зоны с радиусами, соответственно равными DР_ф = 100; 50; 30; 20; 10 кПа.

При оперативном прогнозировании можно выделить четыре зоны разрушений:

полных разрушений кПа);

сильных разрушений (кПа);

средних разрушений (кПа);

слабых разрушений (кПа).

количество зданий, получивших полные, сильные, средние и слабые разрушения;

объем завала;

количество участков, требующих укрепления (обрушения) поврежденных или разрушенных конструкций;

количество аварий на коммунально-энеретических сетях (КЭС);

протяженность заваленных проездов.

Рассмотрим порядок определения показателей, характеризующих инженерную обстановку. Для чрезвычайных ситуаций, вызванных взрывами, при оперативном прогнозировании обстановки принято рассматривать четыре степени разрушения зданий - слабые, средние, сильные и полные (табл. 6.4).

Количество зданий, получивших полные, сильные, средние и слабые разрушения определяют путем сопоставления давлений, характеризующих прочность зданий и давлений, характеризующих воздействие взрыва.

В таблице 2.7 приведены интервалы давлений, вызывающих ту или иную степень разрушения жилых, общественных и производственных зданий при взрывах ВВ и горючих смесей. Данные, приведенные в таблице, представляют аппроксимацию законов определенных степеней разрушения зданий в виде ступенчатой функции.

разрушения Характеристика разрушения

ли, дверных и оконных коробок, легких построек и др.

Основные несущие конструкции сохраняются.

Для полного восстановления требуется капитальный

ремонт.
Средние Разрушение меньшей части несущих конструкций.

Большая часть несущих конструкций сохраняется и

лишь частично деформируется. Может сохраняться

часть ограждающих конструкций (стен), однако при

этом второстепенные и несущие конструкции могут

быть частично разрушены.

Здание выводится из строя, но может быть

восстановлено.

При этом могут сохраняться наиболее прочные

элементы здания, каркасы, ядра жесткости, час-

тично стены и перекрытия нижних этажей. При

сильном разрушении образуется завал.

Восстановление возможно с использованием со-

хранившихся частей и конструктивных элементов.

В большинстве случаев восстановление нецелесо-

образно.
Полные Полное обрушение здания, от которого могут со-

храниться только поврежденные (или неповреж-

денные) подвалы и незначительная часть прочных

элементов. При полном разрушении образуется

завал.

Здание восстановлению не подлежит.

и избыточные давления, кПа

малоэтажные 8 - 20 20 – 35 35 - 50 50 - 70

многоэтажные 8 - 15 15 - 30 30 - 45 45 - 60

Железобетонные крупно-

панельные:

малоэтажные 10 - 30 30 – 45 45 - 70 70 - 90

многоэтажные 8 - 25 25 - 40 40 - 60 60 - 80

Железобетонные моно-

литные:

многоэтажные 25 - 50 50 – 115 115 - 180 180 - 250

Железобетонные крупно-

панельные с железобетон-

ным и металлическим

каркасом и крановым

оборудованием грузоподъ-

емностью, в тоннах:

до 50 5 - 30 30 – 45 45 - 75 75 - 120

от 50 до 100 15 - 45 45 - 60 60 - 90 90 - 135

Здания со стенами типа

«Сэндвич» и крановым

оборудованием грузо-

подъемностью до 20 тонн 10 - 30 30 – 50 50 - 65 65 - 105

Складские помещения

с металлическим карка-

сом и стенами из листо-

вого металла 5 - 10 10 – 20 20 - 35 35 - 45


Объем завала полностью разрушенного здания определяют по формуле
, м³, (2.17)
где A, B, H - длина, ширина и высота здания, м;

- объем завала на 100 м³ строительного объема здания, принимаемый:

для промышленных зданий - = 20 м³;

для жилых зданий - = 40 м³.
Объем завала здания, получившего сильную степень разрушения, принимают равным половине от объема завала полностью разрушенного здания.

Количество участков, требующих укрепления (обрушения) поврежденных или разрушенных конструкций, принимают из расчета один участок на здание, получившее сильное разрушение.

Количество аварий на КЭС принимают равным числу разрушенных вводов коммуникаций в здание (электро-, газо-, тепло- и водоснабжения). Кроме того, проверяется возможность разрушения головных элементов коммуникаций и линий снабжения. Ввод коммуникации считается разрушенным, если здание получило полную или сильную степень разрушения. При отсутствии исходных данных можно принять, что каждое здание имеет четыре ввода коммуникации.

Протяженность заваленных проездов оценивается с учетом ширины улиц и дальности разлета обломков. При отсутствии данных ширина улиц принимается равной:

30 м - для магистральных;

18 м - районных;

10 - 12 м - проездов и переулков.

Для определения численности пострадавших в завалах, образованных при взрывах, принимается, что:

в полностью разрушенных зданиях выходит из строя 100 % находящихся в них людей, при этом полагают, что все пострадавшие находятся в завалах;

в сильно разрушенных зданиях выходит из строя до 60 % находящихся в них людей, при этом считают, что 50 % из числа вышедших из строя может оказаться в завале, остальные поражаются обломками, стеклами и давлением в волне;

в зданиях, получивших средние разрушения, может выйти из строя до 10 - 15 % находящихся в них людей.

F_i - площадь территории объекта, где воздействует воздушная ударная волна с давлением Р_ф,i;

Р_i - вероятность выхода из строя персонала, находящегося в i - ой зоне воздействия ударной волны взрыва (табл. 2.9).

Таблица 2.9

Р_i 0 0,05 0,13 0,35 0,75 1

получение ожогов III степени