Взрывы

Введение

Взрыв -- физический или химический быстропротекающий  процесс с выделением значительной энергии в небольшом объёме,(по сравнению с количеством выделяющейся энергии), приводящий к ударным, вибрационным и тепловым воздействиям на окружающую среду и высокоскоростному расширению газов. При химическом взрыве, кроме газов, могут образовываться и твёрдые высокодисперсные частицы, взвесь которых называют продуктами взрыва. Взрывы классифицируют по происхождению выделившейся энергии на:

· химические,

· физические

· взрывы ёмкостей под давлением (баллоны, паровые  котлы)

· Взрыв расширяющихся  паров вскипающей жидкости

· взрывы при  сбросе давления в перегретых жидкостях 

· взрывы при  смешении двух жидкостей, температура  одной из которых намного превышает  температуру кипения другой

· кинетические (падение метеоритов)

· ядерные 

· электрические (например при грозе).

1. Краткие сведения  о взрывчатых веществах  

Взрывчатыми веществами (ВВ) называются неустойчивые химические соединения или смеси, чрезвычайно быстро переходящие под воздействием определенного импульса в другие устойчивые вещества с выделением значительного количества тепла и большого объема газообразных продуктов, которые находятся под очень большим давлением и, расширяясь, выполняют ту или иную механическую работу. Первым взрывчатым веществом был дымный (черный) порох, появившийся в Европе в XIII веке. В течение 600 лет дымный порох был единственным ВВ. В XIX веке с развитием химии были получены другие ВВ, называемые в настоящее время бризантными. Они были безопасными при обращении с ними, обладали большой мощностью и стойкостью при хранении.

Во  второй половине XIX века были получены пикриновая кислота, тротил, аммиачно-селитренные  вещества, а в XX веке более мощные ВВ, такие, как гексоген, тэн, азид свинца.

Современные ВВ представляют собой  или химические соединения (гексоген, тротил и др.), или  механические смеси (аммиачно-селитренные  и нитроглицериновые).

Современные взрывчатые вещества могут пребывать  в газообразном, жидком, пластичном и твердом  состоянии.

Газопаровоздушные (ГПВС) и пылевоздушные  смеси образуют класс  объемных взрывов.

Взрывы  ГПВС могут происходить  в:

помещениях  вследствие утечки газов  из бытовых приборов;

емкостях  их хранения и транспортировки ( спецрезервуарах, газгольдерах, цистернах, танках - грузовых отсеках танкеров);

глубинных штреках горных выработок;

природной среде вследствие повреждений трубопроводов, труб буровых скважин, при интенсивных  утечках сжиженных  и горючих газов.

Взрывы  пыли (пылевоздушных  смесей - аэрозолей) представляют одну из основных опасностей химических производств и происходят в ограниченных пространствах (в помещениях зданий, внутри различного оборудования, штольнях шахт). Возможны взрывы пыли в мукомольном производстве, на зерновых элеваторах (мучная пыль) при ее взаимодействии с красителями, серой, сахаром с другими порошкообразными пищевыми продуктами, а также при производстве пластмасс, лекарственных препаратов, на установках дробления топлива (угольной пыли), в текстильном производстве.

Сжиженные углеводородные газы, аммиак, хлор, фреоны хранятся в технологических емкостях под сверхатмосферным давлением при температуре выше или равной температуре окружающей среды, и по этим причинам они являются взрывоопасными жидкостями.

В теплоизолированных сосудах и резервуарах при отрицательных температурах хранятся сжиженные газы метан, азот, кислород, которые называют криогенными веществами.

Вещества  другой характерной  группы пропан, бутан, аммиак, хлор хранят в жидком состоянии  под давлением  в однослойных  сосудах и резервуарах при температуре окружающей среды.

В соответствии с нормативами  ГОСТа разработана  классификация, объединяющая вещества в четыре основные категории.

К первой категории  отнесены вещества с  критической температурой ниже температуры  среды (криогенные вещества - сжиженный природный газ, содержащий в основном метан, азот, кислород).

Во  вторую категорию  входят вещества с  критической температурой выше, а точкой кипения  ниже, чем в окружающей среде (сжиженный  нефтяной газ, пропан, бутан, аммиак, хлор). Их особенностью является "мгновенное" (очень быстрое) испарение части жидкости при разгерметизации и охлаждение оставшейся доли до точки кипения при атмосферном давлении,

Третью  категорию составляют жидкости, у которых  критическое давление выше атмосферного и точка кипения выше температуры окружающей среды (вещества, находящиеся в обычных условиях в жидком состоянии). К этой группе относятся некоторые вещества из предыдущей категории, например, бутан в холодную погоду и этиленоксид при теплых природных условиях.

Четвертую категорию - вещества, содержащиеся при  повышенных температурах (водяной  пар в котлах, циклогексан  и другие жидкости под давлением  и при температуре, превышающей точку  кипения при атмосферном  давлении).

2. Основные свойства  взрывчатых веществ  

Основные свойства ВВ определяются взрывчатыми и физико-химическими  характеристиками.

Взрывчатыми характеристиками являются:

теплота взрыва и температура продуктов взрыва;

скорость детонации;

бризантность (способность  дробить прилегающую к нему среду);

работоспособность(фугасность).

Теплота взрыва и температура продуктов взрыва

Из физики известно, что энергия и тепло, выделяемые в процессе реакции, находятся в  прямой зависимости между собой, поэтому количество энергии , выделяемое при взрыве , и теплота являются важной энергетической характеристикой ВВ, определяющей его работоспособность. Чем больше выделено теплоты, тем выше температура нагрева продуктов взрыва, тем больше давление, а следовательно, и воздействие продуктов взрыва на окружающую среду.

От скорости детонации ВВ зависит скорость взрывчатого  превращения, а следовательно, и  время, в течение которого выделяется вся энергия, заключенная в ВВ. А это вместе с количеством  тепла, выделяющегося при взрыве, характеризует мощность, развиваемую  взрывом, следовательно, дает возможность правильно выбрать ВВ для выполнения работы. Для перебивания металла целесообразнее получить максимум энергии в короткий промежуток времени, а для выброса грунта эту же энергию лучше получить за более длительный отрезок времени подобно тому , как при нанесении резкого удара по доске можно ее перебить, а приложив эту же энергию постепенно, только сдвинуть.

Бризантность  ВВ характеризуется мгновенным скачком  давления до весьма высоких величин  и быстрым его падением до атмосферного и ниже.

Работоспособность ВВ (фугасность) проявляется в форме  выброса грунта из воронок и выемок, образованием полостей в грунтах  и скальных породах и рыхлением  их.

Физико-химическими  характеристиками являются:

чувствительность  к механическим и тепловым воздействиям;

физическая и  химическая стойкость;

плотность.

Чувствительность  взрывчатых веществ является одной  из важнейших характеристик ВВ. Она  определяет область и возможность  практического использования данного  вещества.

Слишком большая  чувствительность делает ВВ опасным и не удобным в обращении. Например, йодистый азот взрывается от прикосновения к нему. Существенно влияют на чувствительность к механическому внешнему импульсу различные примеси.   

Физическая и  химическая стойкость

Стойкостью называется способность ВВ сохранять в нормальных условиях хранения и применения постоянство своих физико-химических и взрывчатых характеристик. Нестойкие ВВ могут в определенных условиях снижать и даже полностью утрачивать способность к взрыву или же, наоборот, настолько повышать свою чувствительность, что становятся опасными в обращении и подлежат уничтожению. Они способны к саморазложению, а при известных условиях и к самовозгоранию, что при больших количествах этих веществ может привести к взрыву. Следует различать физическую и химическую стойкость ВВ.

Физическая стойкость  рассматривает такие свойства ВВ, как гигроскопичность, растворимость, старение, затвердевание, слеживае-мость.

Химическая стойкость  ВВ определяется подогреванием небольшого количества вещества в течение определенного времени с одновременным контролем за скоростью разложения.

Под плотностью понимается вес вещества в единице  объема. От плотности зависит чувствительность ВВ к начальному импульсу, скорость детонации и бризантность.

3. Основные поражающие факторы и зоны действия взрыва  

Пожаро-взрывные явления характеризуются следующими факторами:

воздушной ударной  волной, возникающей при разного  рода взрывах газо-воздушных смесей, резервуаров с перегретой жидкостью  и резервуаров под давлением;

тепловым излучением и разлетающимися осколками;

действием токсичных  веществ, которые применялись в  технологическом процессе или образовались в ходе пожара или других аварийных  ситуациях.

Действие воздушной  ударной волны может вызывать вторичные последствия, так как при взрыве взрывчатого вещества в атмосфере возникают ударные волны, распространяющиеся с большой скоростью в виде областей сжатия. Ударная волна достигает земной поверхности и отражается от нее на некотором расстоянии от эпицентра взрыва, фронт отраженной волны сливается с фронтом падающей волны, вследствие чего образуется так называемая головная волна с вертикальным фронтом.

При наземном взрыве воздушная ударная волна, как  и при воздушном взрыве, распространяется от эпицентра с вертикальным фронтом.

При подземном  взрыве воздушная ударная волна  ослабляется грунтовой средой. При  взрывах на малых глубинах имеет  место только волна от выхода газов. А на больших глубинах при наличии камуфлетов (разрывов без образования воронки) проявляется только "наведенная" волна.

Основными параметрами, определяющими интенсивность ударной  волны, являются: избыточное давление во фронте и длительность фазы сжатия. Эти параметры зависят от массы заряда ВВ определенного типа (т.е. энергии взрыва), высоты, условий взрыва и расстояния от эпицентра.

Масштабы последствий  взрывов зависят от их мощности детонационной   и среды, в которой они происходят. Радиусы зон поражения могут доходить до нескольких километров. Различают три зоны действия взрыва.

Зона I - действие детонационной   волны . Для нее характерно интенсивное дробящее действие, в результате которого конструкции разрушаются на отдельные фрагменты, разлетающиеся с большими скоростями от цен-тра взрыва.

Зона II - действие продуктов взрыва. В ней происходит полное раз-рушение зданий и сооружений под действием расширяющих-ся продуктов  взрыва. На внешней границе этой зоны образующаяся ударная волна  отрывается от продуктов взрыва и движется самостоя-тельно от центра взрыва. Исчерпав свою энергию, продукты взрыва, расширившись до плотности, соответствующей атмосферному давле-нию, не производят больше разрушительного действия.

Зона III - действие воздушной ударной волны. Эта  зона включает три подзоны: IIIа - сильных разрушений, IIIб - сред-них разрушений, IIIв - слабых разрушений. На внешней границе зоны III ударная волна вырождается в звуковую, слышимую на значитель-ных расстояниях.

4. Действие взрыва  на человека

Продукты взрыва и образовавшая-ся в результате их действия воздушная ударная волна способны нано-сить человеку различные травмы, в том числе смертельные. При непосредственном воздействии ударной волны основной при-чиной травм у людей является мгновенное повышение давления возду-ха, что воспринимается человеком как резкий удар. При этом возможны повреждения внутренних органов, разрыв кровеносных сосудов, барабанных перепонок, сотрясение мозга, различные переломы и т.п. Кроме того, скоростной напор воздуха может отбросить человека на значитель-ное расстояние и причинить ему при ударе о землю (или препятствие) повреждения.