Физический взрыв и его особенности

Физический взрыв чаще всего связан с неконтролируемым высвобождением потенциальной энергии сжатых газов из замкнутых объемов машин и аппаратов. Сила взрыва сжатого или сжиженного газа зависит от внутреннего давления, а разрушения вызываются ударной волной от расширяющегося газа ( пара) и осколками разорвавшегося резервуара.

Физический взрыв газов, находящихся в баллоне, возможен при повреждении корпуса баллона, при его падении или ударе, особенно при минусовых температурах, когда ударная вязкость стали понижается и последняя становится более хрупкой. Причинами нарушения прочности баллонов может также явиться их переполнение сжатыми и особенно сжиженными газами, что приводит к повышению давления выше допускаемого значения. Поэтому количество заполняемых в баллоны газов строго регламентируется по весу и давлению. Другой причиной физического взрыва может быть увеличение давления в баллоне вследствие нагрева их солнечными лучами и теплоизлучающими поверхностями. Особенно это относится к баллонам со сжиженными газами, поэтому они предохраняются от нагревания солнечной радиацией, закрытыми и открытыми источниками тепла.

Под физическим взрывом понимается мгновенное проявление действия силы внезапного адиабатического расширения газов или паров, сопровождающееся механической энергией и образованием ударной волны.

При возникновении физического взрыва образуется ударная волна, которая может вызвать разрушение близлежащих конструкций и привести к травмированию людей.

Вторичными последствиями физического взрыва могут быть травматизм, ожоги, разрушение строительных конструкций и соседних аппаратов, а при развитии аварии - загорание и взрывы топливного или реакционного газа, смешавшегося с воздухом, загорание органических веществ и отравление газами, заполнившими помещение.

Для защиты от физического взрыва разработаны нормы наполнения сосудов криогенными жидкостями.

Энергия перегрева жидкости может быть источником чисто физических взрывов, например при интенсивном перемешивании жидкостей с различными температурами, при контакте жидкости с расплавами металла и нагретыми твердыми телами. При этом не происходит химических превращений, а энергия перегрева расходуется на парообразование, которое может протекать с такой скоростью, что возникает ударная волна. Масса образующихся паров и скорость парообразования при этом определяются по материальным и тепловым балансам двух возможных моделей аварийных ситуаций: 1) тепловыделение с парообразованием происходит при постоянном объеме; 2) за тепловыделением при сохранении объема следует расширение с сохранением теплового равновесия

Для изолированной изотермической емкости Т-1001 V 50 000 м3 последствия физического взрыва не имеют таких же тяжелых последствий из-за отсутствия на расстоянии до 200 м других опасных объектов и предохранительного действия обваловки.

Паровые котлы-утилизаторы, пароперегреватели, испарители, теплообменники и другие теплоиспользующие аппараты при неправильном выборе их конструкции или неправильной эксплуатации могут представлять опасность для работающих при физических взрывах

Энергию взрыва парогазовых сред определяют по теплотам сгорания горючих веществ в смеси с воздухом ( окислителем); конденсированных ВВ - по теплоте, выделяющейся при их детонации ( реакции разложения); при физических взрывах систем со сжатыми газами и перегретыми жидкостями - по энергиям адиабатического расширения парогазовых сред и перегрева жидкости.

Энергию взрыва парогазовых сред определяют по теплотам сгорания горючих веществ в смеси с воздухом ( окислителем); конденсированных ВВ - по теплоте, выделяющейся при их детонации ( реакции разложения); при физических взрывах систем со сжатыми газами и перегретыми жидкостями - по энергиям адиабатического расширения парогазовых сред и перегрева жидкости.

При эксплуатации баллонов основное внимание уделяется исключению причин, приводящих к физическому или химическому взрыву газов, находящихся в баллоне. Физический взрыв газов возможен при повреждении корпуса баллона в случае его падения или удара, особенно при минусовых температурах, когда ударная вязкость стали понижается, и она становится хрупкой. Причинами нарушения прочности баллонов может также явиться их переполнение сжатыми и особенно сжиженными газами, что приводит к повышению давления выше допустимого значения. Поэтому количество заполняющих баллоны газов строго регламентируется по массе и давлению

При эксплуатации баллонов необходимо не допустить физического или химического взрыва газов, находящихся в баллоне. Физический взрыв газов возможен при повреждении корпуса баллона в случае его падения или удара, особенно при минусовых температурах, когда ударная вязкость стали понижается и она становится хрупкой. Причинами нарушения прочности баллонов может также явиться их переполнение сжатыми и особенно сжиженными газами, что повышает давление выше допустимого значения. Поэтому количество заполняющих баллоны газов строго регламентируется по массе и давлению.

Физические взрывы, как правило, связывают со взрывами сосудов от давления паров и газов. Их основной причиной является не химическая реакция, а физический процесс, обусловленный высвобождением внутренней энергии сжатого или сжиженного газа. сила таких взрывов зависит от внутреннего давления, а разрушения вызывают ударная волна от расширяющегося газа или осколки разорвавшегося сосуда. Физический взрыв может произойти в случае, например, падения переносного баллона с газом под давлением и срыва вентиля, понижающего давление. Давление сжиженного газа редко превышает 40 бар( критическое давление большинства обычных сжиженных газов).

К физическим взрывам относится также явление так называемой физической детонации. Оно возникает при смешении горячей и холодной жидкостей, когда температура одной из них значительно превышает температуру кипения другой(например, при выливании расплавленного металла в воду). Физическая детонация сопровождается возникновением ударной волны с избыточным давлением в жидкой фазе, достигающим в некоторых случаях более 1000атм. Этот процесс наблюдается в производстве при взаимодействии, например, расплавленного алюминия с водой( при аварии на атомном реакторе), контакте с водой расплавленной стали(в литейном цехе) или расплаве солей(Na2CO3 и Na2S)- при производстве бумаги.

Причинами взрывов сосудов с газами и парами под давлением являются:

- нарушение целостности корпуса из-за поломки какого-либо узла, повреждения или коррозии при неправильной эксплуатации;

- перегрев сосуда из-за нарушений в электрообогреве или режиме работы топочного устройства. В этом случае давление внутри сосуда повышается, а прочность корпуса понижается до состояния, при котором происходит его повреждение. Реальные взрывы сосудов будут менее интенсивными, чем расчетные, так как пластичность материала обусловливает более медленный разрыв сосуда;

- превышение допустимого давления. Например, крупный паровой котел общего назначения может взорваться, если внутреннее давление повысится на 10-15кПа. Повышение давления может произойти в следствии утечки пара в топку, вызванной повреждением трубы или водяного коллектора. Эти быстро протекающие аварийные процессы делают невозможным сброс избыточного давления в котле.

Взрывы газовых емкостей с последующим горением в атмосфере имеют те же причины, что и физические взрывы. Основное различие заключается в образовании в данном случае огненного шара, размер которого зависит от количества выброшенного в атмосферу газообразного горючего. Оно, в свою очередь, зависит от физического состояния, в котором находится газ в емкости. Количество газообразного горючего намного меньше, чем сжиженного, содержащегося в той же емкости.

Таким образом, пожары являются результатом химических экзотермических реакций, а взрывы- физических превращений, они образуют зоны, в которых действуют опасные факторы. Определить параметры опасных зон для интересующего объекта- значит оценить опасность. Учесть эту опасность, удалить объект из опасной зоны, уменьшить ее размеры либо повысить защитные свойства объекта- значит решить проблему его безопасности.