Повна версія

Головна arrow БЖД arrow Безпека в галузі та надзвичайних ситуаціях

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

Аварії на вибухонебезпечних об'єктах: прогнозування основних параметрів вибуху

Загальні відомості про вибухи

Особливу небезпеку, з точки зору можливих втрат і збитків для виробництва, становлять вибухи різної природи.

Вибух – швидке некероване фізичне або хімічне перетворення речовини, що супроводжується утворенням великої кількості стиснених газів, під впливом високого тиску яких можуть відбуватися руйнування різних об'єктів. При вибуху потенційна енергія системи переходить в механічну роботу.

NON MULTА, SED MULTUM

  • 10 червня 2014 року в Миколаєві загорівся перевантажувальний термінал сільськогосподарської компанії “Нібулон”, розташований на Каботажному узвозі. Через пиловий вибух (вибух дрібнодисперсного зернового пилу) було пошкоджено технологічне обладнання. Пожежа сталася внаслідок порушення технологічних процесів. Постраждалих не виявилося.
  • 3 серпня 2014 року в Харкові на території Бронетанкового заводу, який займається ремонтом техніки для Збройних Сил України та рятувальників, стався вибух. У гуртожитку, розташованому на території підприємства, на підвіконні 2 поверху вибухнув невідомий предмет. Внаслідок вибуху вибиті вікна на поверсі. Ніхто не постраждав.
  • 9 серпня 2014 року близько 5 ранку в місті Конотоп на оборонному підприємстві “Авіакон” сталася нештатна ситуація, було чутно 4 потужних вибухи. Жертв не виявилося. Як відомо, державне підприємство “Конотопський авіаремонтний завод “Авіакон”займається ремонтом і переобладнання вертольотів Мі-24, Мі-35, Мі-8, Мі-17, Мі-26, Мі-2 будь-яких модифікацій.
  • 10 грудня 2014 року в місті Зіньків (Полтавська область) стався вибух, внаслідок якого загинула людина. Як повідомив рятувальникам черговий охоронець, під час відвантаження сировини стався хлопок без подальшого горіння. Внаслідок вибуху зруйновано три стіни цеху на першому поверсі будівлі. Загиблий – 42-річний житель Зінькова. Один з постраждалих отримав переломи і забої рук, ніг і грудної клітки і потрапив у реанімацію. Також госпіталізовано ще двох співробітників заводу: чоловіки 1985 і 1994 років народження отримали опіки обличчя та кінцівок.
  • 9 лютого 2015 року стався вибух на Донецькому казенному заводі хімічних виробів у Куйбишевському районі. У штабі АТО запевнили, що не відкривали вогонь по підприємству, а вибух на донецькому заводі міг спричинити "недопалок". Речник АТО зазначив, що у вересні вже мала місце подібна ситуація. Про жертв даних немає.

Характерна дія вибуху полягає у різкому ударі стиснених газів по навколишньому середовищу, що викликає руйнування предметів, конструкцій на відносно невеликих відстанях від місця вибуху.

Залежно від виду енергоносіїв та умов енерговиділення вибух може бути хімічним, фізичним, ядерним та ін. Розглянемо лише два перших види вибуху.

Стосовно виробничих процесів при хімічному вибуху йде хімічна взаємодія між пальним та окислювачем. Горючі речовини, що беруть участь у реакціях, можуть бути твердими, рідкими, газоподібними, а також аерозолями (рідкі краплі і тверді частинки в повітрі). При взаємодії цих речовин з киснем повітря або іншим окислювачем відбувається лавиноподібна хімічна реакція, що називається вибухом.

Фізичний вибух найчастіше пов'язаний з неконтрольованим вивільненням потенційної енергії стиснутих газів, парів або рідин із замкнутих об'ємів судин, машин і апаратів. При такому вибуху його сила залежить від внутрішнього тиску того вмісту, що знаходиться в резервуарі.

Якщо при хімічному вибуху (вибухове горіння) досягаються швидкості поширення полум'я до десятків і сотень метрів за секунду, але не перевищують швидкості звуку в даному середовищі, то такий вибух називають дефлаграційним. При цьому генеруються ударні хвилі.

У певних умовах вибухове горіння може перейти в детонаційне горіння, при якому швидкість поширення полум'я є максимальною і перевищує швидкість поширення звуку в навколишньому середовищі. Швидкість детонації є величиною, постійною для даної речовини.

Ударна (вибухова) хвиля, що виникає при вибуху, є рухом навколишнього середовища. Ударна хвиля створюється газоподібними продуктами вибуху, які, розширюючись, чинять різкий удар (по ґрунту, повітрю, воді тощо). В результаті такого удару прилеглий до заряду шар навколишнього середовища стискається і, прагнучи розширитися, стискає наступний шар середовища, потім наступний і т. д. Так рухається ударна хвиля.

Одночасно зі стисненням в шарах середовища відбувається різке підвищення тиску – стрибок тиску, і вся маса стислого середовища приходить у рух у напрямку від центра вибуху. Межа, що відокремлює незбурене навколишнє середовище від середовища, що зазнало дії ударної (вибухової) хвилі, називається фронтом ударної хвилі.

Вибухи можуть бути керованими і некерованими. У будівництві та інших галузях промисловості керовані вибухи використовуються при руйнуванні гірських порід, знесенні старих будівель і споруд, руйнуванні крижаних заторів на річках, штампуванні і зварюванні виробів, тобто в багатьох технологічних процесах. Некеровані вибухи можуть відбуватися в технологічних процесах і обладнанні при нештатних ситуаціях або порушенні технологічних режимів при експлуатації різних сушильних установок і випалювальних печей для виробництва будівельних матеріалів і виробів, котлів та вогнетехнічних установок, паливоспалюючих пристроїв та інших, що працюють на органічному паливі.

Вибухи також поділяються на зосереджені і об'ємні. Зосереджений (точковий) вибух – це вибух конденсованої вибухової речовини або конденсованої вибухонебезпечної системи, коли сама вибухова речовина займає невеликий об'єм по відношенню до того об'єму навколишнього середовища, де стався вплив вибуху. Під конденсованими речовинами розуміють речовини в твердому і рідкому станах. При такому вибуху внутрішня енергія конденсованих вибухових речовин виділяється практично миттєво в невеликому обсязі, тому такі вибухи отримали назву точкових, а також відбувається утворення сильних ударних хвиль.Тривалість вибуху при цьому лежить зазвичай в межах від 10-5 до 10-6 с, що призводить до великої потужності вибуху навіть при малих запасах внутрішньої енергії вибухової речовини.

Об'ємний вибух – це детонаційний або дефлаграційний вибух газоповітряних, пилоповітряних і пилогазових хмар досить великих об'ємів.

Об'ємні хімічні вибухи поділяються на два основних види: вибухи парогазоповітряних сумішей і вибухи пилоповітряних сумішей.

Газо- та пароподібні суміші горючих речовин являють собою гомогенні суміші з газоподібними окислювачами – повітрям, киснем та іншими газами, або нестабільні газоподібні сполуки, такі як ацетилен, етилен, схильні до термічного розкладання за відсутністю окислювачів. Джерелом енергії вибухів газових сумішей часто є екзотермічні реакції окислення горючої речовини або реакції розкладання нестабільних з'єднань.

Виробничі процеси, в яких застосовуються вибухонебезпечні гази, горючі і легкозаймисті рідини, широко використовуються в різних галузях промисловості. При нормальній роботі обладнання в більшості випадків вибухонебезпечні газо- або пароповітряні суміші, що утворюються, не досягають концентраційних меж займання. Це є найбільш надійним напрямом забезпечення безпеки обладнання і процесів.Однак у виробничих умовах при різних неполадках обладнання, помилкових діях персоналу та аварійних ситуаціях виникають умови для утворення великих мас горючих парогазоповітряних сумішей, як у замкнутих об'ємах, так і в неорганізованих парових хмарах. При цьому можуть утворитися суміші з високим рівнем неоднорідності складу у всьому діапазоні концентраційних меж займання, що викликає суттєві зміни швидкостей горіння, а також інших параметрів руйнівної здатності вибухового горіння і ударних хвиль.

Вибухи пилу являють одну з основних небезпек в технологічних процесах і виробництвах. Вони відбуваються в обмежених просторах (в приміщеннях будівель, всередині різного устаткування, у штольнях шахт, транспортних каналах та ін.). Можливі вибухи пилу у виробництві борошна, на зернових елеваторах, у фармацевтичній промисловості, при виробництві барвників, сірки, цукру, різних порошкоподібних речовин, на установках подрібнення палива (вугільного пилу), у текстильному, будівельному виробництві тощо.

В окрему групу горючих дисперсних матеріалів, здатних вибухати, виділяють частинки твердої або рідкої речовини, що знаходяться в повітряному середовищі. Ці суміші називають аерозолями. Вони використовуються або є побічними продуктами в різних технологічних процесах. До них можна віднести алюмінієву пудру, пил різних органічних речовин і багато інших, які знаходяться у завислому стані в повітрі.

Аерозолі зазвичай є пожежонебезпечними до тих пір, поки ця речовина не буде розпорошена в повітрі, після чого вони стають вибухонебезпечними.

Вибухонебезпечні аеродисперсні системи можуть виникати спонтанно, наприклад, при струшуванні відкладень пилу на обладнанні. Швидкість розповсюдження полум'я по аерозолю може досягати великих швидкостей – до 10 м/с і більше. Це пояснюється тим, що випромінювання від палаючих частинок нагріває зважені в повітрі інші частинки навіть на великих відстанях від фронту горіння.

Вибухонебезпечність аерозолів залежить від розмірів пилових частинок і вмісту кисню в системі. Мілкодисперсний пил в аерозолі характеризується розвиненою поверхнею і великою хімічною активністю. Велика питома поверхня пилових частинок обумовлює також високу ступінь адсорбції кисню на їх поверхні, при цьому зростає вибухонебезпечність системи.

Двофазні вибухонебезпечні аерозолі складаються з дрібнодисперсних горючих рідин у вигляді туману або твердих речовин у вигляді пилу в окислювальному середовищі, в основному в повітрі, наприклад борошняний або деревний пил у повітрі. Джерелом енергії при таких вибухах є теплота згоряння цих речовин. Пилоповітряна система містить зазвичай достатньо кисню для згоряння частинок пилу, тобто для організації горіння не вимагається підведення кисню з навколишньої атмосфери. Цей кисень адсорбується на поверхні частинок. Все це призводить до того, що аерозолі є вибухонебезпечними подібно газоповітряній суміші.

При оцінюванні вибухових явищ тверді й рідкі горючі речовини відносять у більшості випадків до класу конденсованих вибухових речовин (ВР), до складу яких входять відновники та окислювачі або інші хімічно нестабільні з'єднання. При ініціюванні вибуху в цих речовинах з величезною швидкістю протікають екзотермічні окислювально-відновлювальні реакції або реакції термічного розкладання з виділенням великої кількості теплової енергії.

Особливу роль при виникненні хімічних вибухів відіграє джерело запалювання. Такими джерелами найчастіше служать тепловиділення при теплових, хімічних і мікробіологічних процесах. Це можуть бути відкрите полум'я, іскри, електрична дуга або нагріта поверхня тощо.

Джерелом енергії фізичних вибухів є потенційна енергія стиснутих газів (пари) або перегрітих рідин у замкнутих об'ємах. Кількість такої потенційної енергії для різних енергоносіїв визначається відповідними фізико-хімічними закономірностями енерговивільнення. При фізичних вибухах систем ця енергія при адіабатичному розширенні газу, пари або рідини вивільняється в навколишній простір. Відбувається руйнування посудини від перевищення тиску і до 60% енергії розширення парогазових середовищ переходить у кінетичну енергію уламків, які при промислових аваріях розлітаються на значні відстані. При цьому на формування ударної хвилі витрачається до 40% загальної потенційної енергії фізичного вибуху стисненого газу.

NON MULTА, SED MULTUM

Адіабатичний процес – це така зміна станів газу, при якому він не відцає і не поглинає ззовні теплоти. Отже, адіабатичний процес характеризується відсутністю теплообміну газу з навколишнім середовищем. Адіабатичними можна вважати усі процеси, що швидко протікають. В такому випадку газ може здійснювати роботу лише за рахунок зміни своєї внутрішньої енергії. Адіабатне розширення газу (при виході з посудини) супроводжується позитивної зовнішньої роботою, але при цьому внутрішня енергія зменшується і газ охолоджується. Навпаки, адіабатне стиснення газу призводить до здійснення негативної роботи, а значить, супроводжується його нагріванням.

При вибухах виділяється величезна кількість енергії. Відомо, що спочатку вся енергія зосереджена в джерелі у формі потенційної енергії. У момент вибуху вона переходить як у теплову та кінетичну енергію різних областей і фрагментів системи, так і в енергію випромінювання. Все це призводить до різних руйнувань будівель, обладнання, травм обслуговуючого персоналу і навіть їх загибелі, як показано в табл. 3.1.

Для оцінювання вибухових явищ газопароповітряних і пилоповітряних середовищ у замкнутому і відкритому просторах, а також для оцінювання фізичних вибухів різних середовищ і вибухів конденсованих вибухових речовин, слід використовувати спеціальні методики, про які буде сказано нижче.

Таблиця 3.1

Гранично допустимий надлишковий тиск АР при вибухах газо- паро- чи пилоповітряних сумішей у приміщеннях або на відкритому просторі, кПа

Ступінь ураження

Надлишковий тиск D

Повне руйнування будівель

100

50%руйнування будівель

53

Середнє пошкодження будівель

28

Помірне пошкодження будівель (пошкодження внутрішніх перегородок, рам, дверей тощо)

12

Нижній поріг пошкодження людини хвилею тиску

5

Малі пошкодження (розбита частина скління)

3

Докладніше з процесами вибухів різних горючих речовин і самими вибухами можна познайомитися в навчальній літературі [36,39].

 
<<   ЗМІСТ   >>