Взрывы внутри помещений (внутренний взрыв)

Эти взрывы характеризуются тем, что нагрузка воздействует на объект изнутри. Возникающие нагрузки зависят от многих факторов: типа взрывоопасной смеси, ее массы, полноты заполнения внутреннего объема помещения, местоположения взрывоопасной смеси в объеме помещения. Приближенную оценку возможных последствий взрыва внутри помещения можно производить по величине избыточного давления, возникающего в объеме производственного помещения.

1. Для горючих газов, паров легковоспламеняющихся (ЛВЖ) и горючих жидкостей избыточное давлениеDР взрыва (кПа), вычисляют формуле

(51)

где P_max – максимальное значение взрыва стехиометрической газовоздушной или паровоздушной смеси в замкнутом объеме; определяется экспериментально или по справочным данным, при отсутствии данных допускается принимать равным 900 кПа; Р₀ – начальное давление, кПа (допускается принимать равным 101 кПа); М_г – масса горючего газа или паров легковоспламеняющейся или горючей жидкости, поступившей в помещение в результате аварии, кг; Z – доля участия взвешенного дисперсного продукта во взрыве; ρ_г – плотность газа, кг/м³; V_св – свободный объем помещения, м³ (определяется как разность между объемом помещения и объемом, занимаемым технологическим оборудованием; если свободный объем определить невозможно, то его принимают условно равным 80% геометрического объема помещения); С_c – стехиометрический коэффициент; K_н– коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения; допускается принимать равным 3.

2. Для химических веществ, кроме упомянутых выше, а также для смесейизбыточное давление взрыва рассчитывают по формуле:

(52)

где М – масса вещества, поступившего в помещение в результате аварии, кг; Н_т – теплота горения вещества, Дж/кг; Р₀ – начальное давление, кПа (допускается принимать равным 101 кПа); Z – доля участия взвешенного дисперсного продукта во взрыве; V_св – свободный объем помещения, м³; ρ_в – плотность воздуха до взрыва при начальной температуре, кг/м³; Т₀ – начальная температура воздуха, К; K_н– коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения; С_р – удельная теплоемкость воздуха, Дж/(кг · К) (допускается принимать равной 1,01 · 10³).

3. Для горючих пылей находящихся во взвешенном состоянии избыточное давление взрываDР внутри помещений определяют по формуле (52), где при отсутствии данных коэффициент Z принимают равным 0,5. При ведении процессов с пожаровзрывоопасными пылями необходимо, чтобы концентрация пыли в аппарате или производственном помещении была ниже НКПВ (табл. 26).

Таблица 26

Основные параметры пожаровзрывоопасности
пылевоздушных смесей (аэрозолей)

На НКПВ пыли оказывает влияние размер частиц, их форма и состояние поверхности, дисперсность, влажность, электризуемость и другие факторы.

4. Для веществ и материалов, способных взрываться и гореть при взаимодействии с водой и кислородом воздуха или друг с другом,расчет избыточного давления проводят по формуле (52), принимая Z, равным 1.

Поражающим фактором при взрывах является воздушная ударная волна (ВУВ) – резкое сжатие воздуха, двигающегося со сверхзвуковой скоростью. ВУВ характеризуется избыточным давлением (ΔР_ф) и скоростным напором (ΔР_ск).

Воздушная ударная волна имеет разрушительную способность, если избыточное давление (∆Р_ф) в ней выше 15 кПа. Она распространяется в среде перед фронтом пламени со звуковой скоростью. При взрыве исходная энергия превращается в энергию нагретых сжатых газов, которая переходит в энергию движения, сжатия и разогрева среды.

При достижении фронта ударной волны конструкций зданий и сооружений давление резко повышается до максимального значения за счет отражения от объекта. Разрушающие нагрузки зависят от устойчивости зданий и сооружений. Действие воздушной ударной волны на здания сооружения, оборудование определяется не только избыточным давлением, но и скоростным напором воздушных масс.

При воздействии избыточного давления ВУВ люди получают травмы различной степени тяжести.

Характер разрушений зданий, сооружений и оборудования, которые вызваны воздействием избыточного давления, оценивается по табл. П1; степень тяжести травм персонала и населения избыточным давлением воздушной ударной волны – по табл. П2.

Применительно к жилым и промышленным зданиям степень разрушения характеризуется следующим состоянием конструкций:

– слабые разрушения (разрушаются оконные и дверные заполнения, легкие перегородки, частично – кровля, возможны трещины в стенах верхних этажей. Подвалы зданий сохраняются. Возможны травмы людей обломками конструкций);

– средние разрушения (разрушаются встроенные элементы внутренних перегородок, окна, двери, крыши, появляются трещины в стенах, происходит обрушение отдельных участков чердачных перекрытий и стен верхних этажей. Подвальные помещения сохраняются. Люди получают травмы обломками элементов конструкций);

– сильные разрушения (разрушаются части стен и перекрытия верхних этажей, образуются трещины, происходит деформация нижних этажей. Люди получают травмы обломками конструкций на всех этажах зданий).

Промышленное и энергетическое оборудование характеризуется:

1) при слабых разрушениях – деформацией трубопроводов; повреждением контрольно-измерительной аппаратуры; отдельными разрывами на линиях электропередач (ЛЭП); повреждением станков, которым потребуется замена электропроводки, приборов и других составных частей; повреждением системы смазки, гидравлики, передаточных механизмов и т. д.;

2) при средних разрушениях – отдельными разрывами и деформацией трубопроводов, кабелей; деформацией и повреждением отдельных опор линий электропередач (ЛЭП); деформацией и смещением на опорах цистерн, разрушением их выше уровня жидкости; повреждением станков, требующих капитального ремонта, смещением их относительно фундамента и т. д.

Станочное оборудование разрушается при избыточных давлениях 35–70 кПа, измерительные приборы – при 20–30 кПа, а наиболее чувствительные приборы могут повреждаться при 10 кПа и меньше. Повреждение промышленного оборудования возможно при обрушении конструкций зданий.