Взрыв газовоздушной смеси в открытой атмосфере

Целый ряд тяжелых катастроф имел место при взрывах газовоздушных смесей (ГВС) в атмосфере. При аварии, сопровождающейся разгерметизацией емкости, содержащей сжатый или сжиженный горючий газ, или разрыве газопровода обычно образуется облако газовоздушной смеси. Характер взрыва облака ГВС зависит от ряда факторов: его размеров, распределения и концентрации горючей примеси по облаку, величины энергии инициирования. Возможны режимы горения, взрывного горения, детонации, а также их комбинации. Воспламенение облака происходит при наличии источника зажигания. При этом возможен переход дефлаграционного дозвукового режима к детонационному сверхзвуковому. Детонационный режим может возникнуть и непосредственно, например, от взрыва детонатора или электрической искры, если размеры облака превышают некоторое критическое значение.

Значительная часть взрывов ГВС, наблюдавшихся в различных промышленных и транспортных авариях, происходила в режиме, когда часть горючего вещества взрывается, а часть сгорает. Для оценки поражающего действия такого взрыва используется энергетический подход.

Тротиловый эквивалент взрыва находится по соотношению:

,

(27)

где G – тротиловый эквивалент взрыва, кг;

М – масса горючего газа в облаке ГВС, кг;

Q_v – теплота взрыва этого газа, Дж/кг;

Q_vтр – теплота взрыва тротила, Дж/кг;

a - доля прореагировавшего при взрыве горючего вещества.

В приближенных расчетах обычно полагают a=0,1. При определении величины М принимают М=wМ₀, где М₀ – исходная масса сжатого или сжиженного газа в емкости, а также выброшенного в атмосферу при аварии на газопроводе. Коэффициент w определяют в зависимости от способа хранения или транспортировки горючего вещества: w=1 для сжатых газов и газов при атмосферном давлении; w=0,5 для газов, сжиженных под давлением; w=0,1 для газов, сжиженных охлаждением; w=0,02¸0,07 – при растекании легковоспламеняющихся жидкостей. Последующие вычисления давления во фронте ударной волны DР_ф на расстояниях, превышающих примерно полтора-два радиуса облака, проводятся по формуле Садовского [12]:

ΔРф = 95 + 390 + 1300 ,

(28)

Методика оценки опасности объектов содержащих горючие и взрывчатые вещества

Допущения, принятые в методике

1. Используемые в методике формулы позволяют рассчитывать только максимальные количественные параметры опасностей. [13]

2. Предполагается, что в аварийный процесс вовлечен весь объем опасного вещества.

3. Оценка производится для погодных условий с нейтральным состоянием приземного слоя атмосферы (изотермии) и скоростью ветра 5 м/с. (инверсия, конвекция, изотермия).

Классы веществ, характеристики, критерии

И степени опасности

Классы веществ, для которых производится оценка опасности:

Класс А – горючие жидкости.

Класс Б – горючие газы, сжиженные сжатием.

Класс В – горючие газы, сжиженные охлаждением.

Класс Г – горючие газы под давлением.

Класс Д – взрывоопасные вещества.

Количественные характеристики, которые будем определять:

1) Возможные безвозвратные потери. Под безвозвратными потерями будем понимать количество смертельных случаев в результате аварии.

2) Возможные санитарные потери. Под санитарными потерями будем понимать количество пострадавших, нуждающихся в госпитализации.

3) Ожидаемая частота аварий.

Критерии для определения тяжести поражения:

Тепловое излучение. Смертельное поражение получают 100% людей находящихся в непосредственном контакте с огнем, т.е. в пределах пожара или вспышки, а также на пути огневого шара или столба.

Санитарное поражение получат люди в тех местах, где тепловое облучение достаточно для образования ожогов второй степени на открытых частях тела (поток излучения более 7 кВт/м² в течение 30 секунд).

Взрыв. Критерии поражения в этом случае зависят от типа источника вызвавшего взрыв. Смертельное поражение при взрыве газового облака получат 100% людей, находящихся в пределах облака газа, причиной смерти будут ожоги и асфиксия от недостатка кислорода.

При детонации конденсированного взрывчатого вещества смертельное поражение от ударной волны и разлета обломков получат люди в непосредственной близости от места взрыва (10—100 м).

Санитарное поражение при взрыве получат люди в тех местах, где максимальное избыточное давление ударной волны больше 0.1 атм.

Степени опасности веществ:

Пожароопасные вещества

Для пожароопасных веществ опасность пожара (или) взрыва определяется их летучестью.

Горючие жидкости. Горючие жидкости подразделяются на два категории в зависимости от возможных физических эффектов при развитии аварии:

1. Горючие жидкости, для которых существенен только, пожар разлития (пожароопасные вещества - около 100 веществ): ацетон; бензол; дизельное топливо; керосин; изобутанол; хлорбензол; циклогексан.

2. Горючие жидкости, для которых возможен также взрыв газового облака (пожаровзрывоопасные вещества - примерно 10 веществ): бензин; газовый конденсат; диэтиловый эфир; сероуглерод; циклопентан. Категория жидкости определяется давлением паров при температуре 20^о С. жидкости с давлением паров P_v > 30 кПа, могут образовывать взрывоопасное газовое облако.

Горючие газы. Горючие газы, сжиженные охлаждением, подразделяются на две степени опасности в зависимости от температуры кипения. Различия в физических эффектах, обусловленных условиями хранения газа, учитываются в параметризациях размеров зон поражения.

Для газов с температурой кипения Т > 235 ^оК степень опасности равна 3, для остальных газов – 4.

3. Горючие газы 3 степени опасности: бутан; дивинил; изобутилен; уксусный альдегид; этилхлорид.

4. Горючие газы 4 степени опасности: водород; изобутан; метан; природный газ; пропан; этан.

5. Взрывоопасные вещества: аммиачная селитра; гремучая ртуть; динамит; нитроглицерин; перекись бензоила; тринитротолуол; черный порох.