Главная → Статьи → Доступно о пожарной безопасности

Основы взрывобезопасности

Основные понятия

Взрывы представляют особую опасность с точки зрения возможных потерь и ущерба.

Взрыв – это освобождение большого количества энергии в ограниченном объеме за короткий промежуток времени. Он приводит к образованию сильно нагретого газа (плазмы) с очень высоким давлением, который при моментальном расширении оказывает механическое воздействие (давление, разрушение) на окружающие тела. Кроме того, высвободившаяся энергия проявляется в виде тепла, света, звука, хотя в ряде случаев могут наблюдаться не все указанные формы.

Взрыв в твердой среде сопровождается ее разрушением и дроблением, в воздушной или водной – вызывает образования воздушной или гидравлической ударных волн, которые и оказывают разрушающее воздействие на помещенные в них объекты.

Взрывы происходят за счет освобождения химической энергии, внутриядерной энергии (ядерный взрыв), электромагнитной энергии (искровой разряд, лазерная искра), механической энергии (при падении метеоритов на поверхность Земли и др.), энергии сжатых газов (при превышении давлением предела прочности сосуда – баллона, трубопровода и т.п.).

Говоря о высвобождении химической энергии взрыв следует рассматривать как чрезвычайно быстрое горение с образованием сжатых газов, способных производить механические разрушения.

Любая горючая пыль, а также газ или пар в смеси с воздухом или другим веществом, поддерживающим горение, в соответствующих условиях способны взорваться при зажигании. К взрывоопасным горючим веществам относятся:

• мелко раздробленные горючие твердые тела, включая некоторые металлы, в виде порошка или пыли;
• пары горючих жидкостей;
• горючие газы.

Для возникновения взрыва подобного рода необходимы:

• горючий материал (см. все вышеперечисленное);
• воздух  или какое-либо другое вещество, поддерживающее горение;
• источник зажигания или температура, превышающая температуру самовоспламенения.

Зачастую происходит образование облаков топливно-воздушных смесей (ТВС) или облаков других газообразных, пылеобразных веществ, их быстрые взрывные  превращения – объемный взрыв.

Некоторые вещества по своему химическому составу отличаются неустойчивостью и способны взрываться при ударе, трении или нагревании.

Для определения относительной взрывоопасности различных материалов важно знать верхний и нижний концентрационные пределы воспламенения конкретного вещества. Это позволяет в определенных обстоятельствах заменить растворитель, выделяющий взрывоопасные пары, веществом менее взрывоопасным.

Классификация взрывоопасных веществ

Взрывоопасные вещества классифицируются по скорости повышения давления, создаваемого во время взрыва их смеси с воздухом, поскольку это определяющий фактор, который следует учитывать при разработке соответствующих мер контроля.

Материалы класса А (низкая скорость повышение давления).

1. Металлические пыли:   кадмий,   хром,   медь,   железо,   свинец, пыли.
2. Прочие виды пыли: антрацит, графит, чай, кофе.
3. Пары: 1,2-Дихлорэтан.

 

Материалы класса Б (средняя скорость повышения давления).

1. Металлические пыли: марганец, олово, цинк.
2. Пыль от зерна: рис, бобы, пряности, люцерна, какао, мука, крахмал, декстрины, дрожжи.
3. Пыли пластмасс: полиэтилен, полистирол, ацетат целлюлозы.
4. Прочие виды пыли: пробка, лигнин, торф, сера, кремний.
5. Пары: дихлорпропилен.

 

Материалы класса В (быстрое повышение давления).

1. Металлические пыли: алюминий, магний, титан, цирконий.
2. Пары и газы: ацетон, эфиры, спирты, бензин, этилен.

В целом продукты взрыва, являющиеся результатом химических реакций, представляют собой газы, либо смеси газов и твердых веществ. Так, при взрыве ацетилена образуются только газообразные продукты, тогда как от черного пороха – твердые частицы и газы. В ряде случаев, например, при взрыве магниевой пыли, продуктами взрыва являются только твердые частицы. Газообразные продукты взрыва обычно имеют объем, намного превышающий объем исходного взрывного вещества.

В результате взрыва всегда выделяется тепло, количество которого определяет работу, выполняемую взрывчатым веществом.

Сосуды, работающие под давлением

Взрывоопасны все сосуды, работающие под давлением. К сосудам, работающим под давлением, относятся герметически закрытые емкости, предназначенные либо для хранения и транспортировки веществ, либо для наполнения их веществами, использование которых возможно лишь при выпуске через калиброванные отверстия. К этого же рода емкостям следует относить и энергопроизводящие установки, от которых можно получить рабочее тело в виде пара или воздуха под высоким давлением. Таковыми являются:

1. Баллоны, наполненные сжиженными газами. Баллоны могут взрываться от ударов, падения, перегрева, повышающегося внутреннего давления, нарушения работы вентилей, наполнения другим газом. При совместном хранении сосудов, наполненных разными газами, в помещении может образоваться взрывоопасная среда от смеси газов, незначительно просачивающихся через вентили. Чтобы не допустить совместного хранения баллонов, наполненных разными газами, применяются опознавательные надписи и наружная отличительная окраска. Существуют правила перевозки, хранения, установки в рабочее состояние и т.п

2. Цистерны и бочки, наполненные сжиженными газами. Цистерна – сосуд, постоянно установленный на раме ж/д вагона, на шасси автомобиля (прицепа) или других средств передвижения. Бочка – сосуд цилиндрической  формы, который можно перекатывать с места на место и ставить на торцы без дополнительных опор.

Цистерны и бочки представляют большую опасность при взрыве, чем баллоны, вследствие больших размеров и значительного количества хранящихся и перевозимых в них сжиженных газов.

Цистерны имеют в верхней части смотровой люк или лаз. Для предупреждения нагревания содержимого цистерны выше допустимой температуры устанавливаются или терморегуляционный кожух с предохранительной разрывной мембраной или над верхней частью цистерны – теневой козырек для защиты от попадания прямых солнечных лучей. На цистернах есть вентили для налива и слива сжиженного газа и для выпуска паров из верхней части цистерны. Существует опознавательная окраска цистерн, бочек и вентилей.

3. Компрессоры и воздухосборники при них. Компрессор – двигатель внутреннего сгорания, посылающий сжатый воздух толчками в емкость, именуемую воздухозаборником. Воздухозаборник – емкость, принимающая сжатый воздух от компрессора и удерживающая в себе заданное давление воздуха для отбора его инструментом, работающего от сжатого воздуха.
   • превышение давление в воздухозаборнике в случае неисправности предохранителя;
   • перегрев поршневой группы, что вызывает активное разложение масла с выделением паров углеводородов, смесь которых воздухом дает взрывоопасную смесь;
   • применение легкоплавких масел, способных разлагаться при невысоких температурах;
   • накопление статического электричества от корпуса компрессора или воздухозаборника, что может привести к искрению от пылинок в засасываемом воздухе.

Для этих устройств основными причинами взрыва являются:

4. Паровые и водогрейные котлы – теплотехнические установки, производящие пар с повышенным давлением, который используется как для отопления, так и в качестве рабочего тела в паросиловых двигательных установках, турбоагрегатах электростанций и передвижных теплосиловых комплексах.

Причинами взрыва котлов являются либо перегрев стенок котла (вследствие упуска воды), либо недостаточное охлаждение внутренних стенок из-за накопления накипи, а также внезапное разрушение стенок котла от проступивших на них трещин или усталостных образований; превышение давления против расчетного в случае неисправности предохранительных устройств.

Поражающие факторы взрыва

Основным поражающим фактором взрыва является ударная волна, возникающая при ядерных взрывах, взрывах инициирующих и детонирующих веществ, при взрывных превращениях облаков топливно-воздушных смесей, взрывах резервуаров под давлением.

Воздействие ударной волны на людей и животных может быть прямым и косвенным.

Прямое воздействие ударной волны возникает в результате избыточного давления и скоростного напора воздуха. Ввиду небольших размеров тела человека ударная волна почти мгновенно охватывает человека и подвергает его сильному сжатию в течение нескольких секунд. Мгновенное повышение давления воспринимается живым организмом как резкий удар. Скоростной напор при этом создает значительное лобовое давление, которое может привести к перемещению тела в пространстве.

Косвенные поражения людей и животных могут произойти в результате ударов обломками разрушенных зданий и сооружений или в результате ударов летящих с большой скоростью осколков стекла, шлака, камней, дерева и других предметов. Т.е. возникают осколочные поля, характеризующиеся числом осколков, их кинетической энергией и радиусом разлета.

Характер и степень воздействия ударной волны зависит, главным образом, от избыточного давления в ее фронте; от расстояния, метеоусловий, местонахождения (в здании, на открытой местности) и положения тела человека (лежа, сидя, стоя) и характеризуется легкими, средними, тяжелыми и крайне тяжелыми травмами.

Избыточное давление во фронте ударной волны 10 кПа (0,1 кгс/см²) и менее для людей и животных, расположенных вне укрытий, считается безопасным.

Легкие поражения наступают при избыточном давлении 20-40 кПа (0,2-0,4 кгс/см²). Они выражаются в скоропреходящих нарушениях функций организма (звон в ушах, головокружение, головная боль). Возможны вывихи, ушибы.

Поражения средней тяжести возникают при избыточном давлении от 40-60 кПа (0,4-0,6 кгс/см²). При этом могут быть вывихи конечностей, контузии головного мозга, повреждение органов слуха, кровотечение из носа и ушей.

Тяжелые контузии и травмы возможны при избыточном давлении ударной волны от 60-100 кПа (0,6-1 кгс/см²). Они характеризуются сильной контузией всего организма, потерей сознания, переломами костей, кровотечением из носа и ушей. Возможно повреждение внутренних органов и внутреннее кровотечение.

Крайне тяжелые контузии и травмы у людей возникают при избыточном давлении свыше 100 кПа (1 кгс/см²). Отмечаются разрывы внутренних органов, переломы костей, внутренние кровотечения, сотрясения мозга, длительная потеря сознания. Разрывы наблюдаются в органах, содержащие большое количество крови (печень, селезенка, почки), наполненных газом (легкие, кишечник) или имеющие полости, наполненные жидкостью (головной мозг, мочевой и желчный пузырь). Эти травмы могут привести к смертельному исходу.

Радиус поражения обломками зданий, особенно осколками стекол, разрушающихся при избыточном давлении 2-7 кПа (0,02-0,07 кгс/см² ) может превысить радиус непосредственного поражения ударной волной.

Воздушная ударная волна действует также на растения. Полное повреждение лесного массива наблюдается при избыточном давлении превышающем 50 кПа. Деревья при этом вырываются с корнем, ломаются и отбрасываются, образуя сплошные завалы. При избыточном давлении от 30 до 50 кПа повреждается около 50% деревьев, завалы также сплошные, а при избыточном давлении от 10 до 30 кПа – до 30% деревьев.

Помимо воздушной ударной волны и осколочных полей могут присутствовать следующие поражающие факторы взрыва:

• изменение физического состояния окружающей среды (последствия – термические ожоги, потеря прочности конструкционных материалов и т.д.);
• изменение химического состава атмосферы (последствия – удушье, отравление, химические ожоги, нарушение технологического процесса и т.д.);
• загрязнение окружающей среды радиоактивными веществами (например, использование в установках в качестве теплоносителя жидких радиоактивных металлов).

Вторичными последствиями взрывов являются поражение находящихся внутри объектов людей обломками обрушенных конструкций зданий и сооружений, их погребение под обломками. В результате взрывов могут возникнуть пожары, утечка опасных веществ из поврежденного оборудования.