Конденсированные взрывчатые вещества

В промышленных условиях опасными считаются все вещества и их

смеси, при разложении которых выделяется тепло. Способность веществ к термическому разложению определяется прежде всего строением их молекул, что не всегда учитывается при разработке технологических процессов. Поэтому при эксплуатации производств часто допускается образование и накопление большого количества нестабильных соединений в технологических системах, не всегда выбираются оптимальные режимы, исключающие взрывы этих веществ.

Для разработки научно обоснованных мер предупреждения или ослабления разрушающего эффекта случайных взрывов в гражданской промышленности используют знания основных закономерностей и условий преднамеренных взрывов конденсированных взрывчатых веществ. Так, по химическому строению взрывчатого вещества нетрудно качественно определить его стабильность и склонность к взрывчатому разложению. По удельной теплоте химического разложения и скорости реакции могут быть определены такие параметры как энергия взрыва, тротиловый эквивалент, плотность энерговыделения на единицу объема и удельная скорость энерговыделения (мощность). Вещества, близкие по плотности энерговыделения, генерируют подобные ударные волны соответствующей разрушающей способности.

Как следует из данных таблицы 9.2, большинство как твердых, так и

жидких взрывчатых веществ мало различаются по тротиловому эквиваленту, и этот показатель достаточно универсален для общей характеристики уровня взрывоопасности этих веществ. При моделировании промышленных случайных взрывов такие вещества можно рассматривать как точечные источники энерговыделения.

Все способные к экзотермическому разложению конденсированные системы делятся на четыре группы. К первой группе относятся вещества, являющиеся чрезвычайно взрывоопасными. В качестве примера соединений этого класса, которые способны образовываться в промышленных установках, является ацетилид меди, получающийся при соприкосновении ацетилена с медью или медьсодержащим сплавом. Если ацетилен регулярно вступает в контакт с медью, то на различных частях установки начнет накапливаться ацетилид меди. Когда на стенках установки накопится достаточное количество этого соединения, почти любое возмущение приведет к локальному взрыву ацетилида меди и, следовательно, станет возможным разрушение установки. Это явление становится особо опасным, если ацетилен находится в системе под высоким давлением, так как в чистом ацетилене возможно распространение детонации за счет реакции разложения ацетилена.

К другой, несколько менее опасной, группе относится класс соединений, называемых инициирующими (первичными) взрывчатыми веществами. К этой группе, в частности, относится азид свинца. Инициирующие взрывчатые вещества обладают очень высокой чувствительностью к ударному и тепловому воздействию и используются в основном в капсюлях-детонаторах для возбуждения детонации в зарядах взрывчатых веществ.

К третьей группе относятся бризантные (вторичные) взрывчатые вещества, среди которых наиболее известны различные динамиты, тротил, гексоген, октоген и т. п. Все эти вещества являются мощными взрывчатыми веществами. Возбуждение детонации в них происходит за счет введения в заряд взрывчатого вещества сильной ударной волны. Эта ударная волна может быть образована за счет удара осколка, детонации донорного (инициирующего) заряда или локального трения во взрывчатом веществе. Энергия, необходимая для возбуждения детонации, определяется обычно амплитудой ударной волны, обеспечивающей непосредственное инициирование детонации. Как правило взрывчатые вещества этой группы сравнительно безопасны в обращении и могут храниться в течение длительных промежутков времени.

К четвертой группе взрывчатых материалов относятся пороха. Их чувствительность к воздействию ударных волн обычно столь мала, что пороха часто считают недетонационноспособными веществами.

И взрывчатые вещества, и пороха представляют собой горючие материалы. Следовательно, к ним применимы те же соображения стабильности, что и для химических реакторов. Поэтому все взрывчатые вещества и пороха при хранении в адиабатических условиях (нет теплообмена с внешней средой) способны разлагаться с возрастающей скоростью и в конце концов взорвутся.

В случае конденсированных взрывчатых материалов с точки зрения взрывобезопасности важнейшими характеристиками взрывчатых веществ являются критический диаметр детонации (то есть наименьший диаметр заряда взрывчатого вещества, при котором еще возможно самоподдерживающееся распространение детонационной волны), ударноволновая чувствительность и термическая стабильность взрывчатых веществ.

Крупномасштабные взрывы конденсированных взрывчатых веществ за последние годы участились в связи с широким применением их в гражданской промышленности и возросшем при этом объеме их производства и перевозок. Для оценки уровней разрушений и обеспечения необходимой безопасности людей и объектов с учетом результатов исследований случайных взрывов могут быть составлены таблицы зависимостей между массой взрывчатых веществ и расстояниями, которыми можно воспользоваться при разработке необходимых защитных мероприятий.

Сжатые газы

В промышленности часто приходится сжимать как инертные (азот, диоксид углерода, фреоны, воздух), так и горючие газы. При этом сжатый газ (пар) находится в герметичных сосудах различных геометрических форм и объемов. Однако в ряде случаев сжатие газов (паров) в технологических системах происходит случайно вследствие превышения регламентированной скорости нагрева жидкости внешним теплоносителем или в результате неуправляемой экзотермической химической реакции в жидкой фазе, а также других химических превращений с газообразованием без взрывных химических процессов.

При взрывах сосудов от превышения давления могут возникать сильные ударные волны, образуется большое число осколков, что приводит к серьезным разрушениям и травмам. При этом общая энергия взрыва переходит в основном в энергию ударной волны и кинетическую

энергию осколков. Составляющие общей энергии взрыва Е – это энергия волны Е_р и кинетическая энергия Е_к, которые могут быть определены по формулам, приведенным выше (см. п. 8.2). Общая энергия взрыва Е определяется по формуле:

Е = [(Р₂ – Р₁)/(k -1)]V₁

или рассчитывается как работа адиабатического расширения сжатого газа А по формуле:

Е = А Р₁V₁ (1 – Р_о/Р₁) ,

где k – показатель адиабаты;

Р₁ – начальное авление в сосуде;

V₁ – начальный удельный объем газов;

Р_о – атмосферное давление.

Для технологических объектов с высокими значениями параметров сжатых газов и энергетических потенциалов Е уровень опасности можно оценивать по энергетическим балансам как ударных волн (Е_р = 0,6 – 0,4 Е), так и разлета осколков (Е = 0,4 – 0,6 Е).

При оценке разрушающей способности сосудов со сжатыми газами пренебрегают влиянием осколков на взрывную волну, а учитывают лишь уменьшение энергии взрыва на величину кинетической энергии осколков. Кроме того, принимают, что отрицательный удельный импульс близок по абсолютному значению к положительному. Заметим, что при взрывах высокоэнергетических взрывчатых веществ отрицательный импульс пренебрежимо мал по сравнению с положительным.

При разрушении сосудов со сжатыми горючими газами (парами) высвобождение энергии может сопровождаться образованием парового облака и последующим его взрывом. При мгновенном ( практически одновременном) воспламенении выбрасываемых газов (паров) при разрушении сосудов масштабы разрушения можно прогнозировать по сумме энерговыделения расширяющихся газов и сгорания их в атмосфере.