Особенности конденсированных взрывчатых веществ

2

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Особенности конденсированных взрывчатых веществ

Свойства конденсированных взрывчатых веществ, применяемых в военной технике и в различных отраслях народного хозяйства для преднамеренных взрывов, достаточно изучены. Например, при необходимости перемещения больших масс грунта в горных работах, сноса зданий и тяжелых сооружений, как правило, с достаточной достоверностью определяют требуемый разрушающий эффект при заданных условиях взрыва. Знание основных закономерностей и условий преднамеренных взрывов может быть использовано при разработке научно обоснованных мер предупреждения или ослабления разрушающего эффекта случайных взрывов в гражданской промышленности. Использовать такую возможность особенно необходимо в химической индустрии, где приходится иметь дело с веществами, подобными взрывчатым веществам по физико-химическим свойствам при параметрах близких к критическим [4].

Под конденсированными взрывчатыми веществами (КВВ) понимаются химические соединения или смеси, находящиеся в твердом или жидком состоянии, которые под влиянием определенных внешних условий способны к быстрому самораспространяющемуся химическому превращению с образованием сильно нагретых и обладающих большим давлением газов, которые, расширяясь, производят механическую работу (взрывчатое превращение).

Взрыв распространяется по взрывчатому веществу с большой переменной скоростью, измеряемой сотнями или тысячами метров в секунду. Процесс взрывчатого превращения, обусловленный прохождением ударной волны по взрывчатому веществу и протекающий с постоянной (для данного вещества при данном его состоянии) сверхзвуковой скоростью, называется детонацией [24].

При детонации твердых и жидких конденсированных взрывчатых веществ скорость ее распространения примерно соответствует скорости звука и составляет при химическом взрыве около 2000--9000 м/с. Такая большая скорость распространения взрывного процесса в объеме взрывчатых веществ предопределяет возможность их использования в военной и отчасти ракетной технике. При этом следует отметить, что уже начавшийся процесс детонации взрывчатых веществ остановить невозможно [2].

2. Горение конденсированных взрывчатых веществ

При поджигании взрывчатых веществ сначала возникает медленное горение. На открытом воздухе процесс может полностью пройти в виде медленного горения, если отсутствуют условия для развития местного повышения давления. Горение ВВ в условиях замкнутого или полузамкнутого объема способствует повышению давления, приводящему к существенному ускорению горения и к развитию взрыва и детонации. Кроме повышения давления, являющегося основным фактором перехода горения во взрыв, существенным также является предварительный разогрев горящей системы. При сильном ударе по ВВ одновременно возникают очаги разогрева и весьма высокое давление, что способствует возникновению взрыва [6].

Горение КВВ -- это процесс взрывчатого превращения, обусловленный передачей энергии от одного слоя взрывчатого вещества к другому путем теплопроводности и излучения тепла газообразными продуктами. Процесс горения ВВ (за исключением инициирующих веществ) протекает сравнительно медленно, со скоростями, не превышающими нескольких метров в секунду. Скорость горения в значительной степени зависит от внешних условии, и в первую очередь от давления в окружающем пространстве: с увеличением давления скорость горения возрастает, при этом в некоторых случаях горение может перейти во взрыв. Горение бризантных ВВ в замкнутом объеме, как правило, переходит в детонацию [3].

Критический диаметр детонации зависит от удельной массы оболочки, окружающей заряд ВВ. При помещении заряда в массивную стальную оболочку он будет иметь меньший критический диаметр, чем в случае детонации заряда того же ВВ в воздухе. Возбудить детонацию в КВВ III группы (таблица 2) можно только с помощью сильной ударной волны, создающейся при ударе осколка детонации инициирующего заряда, локального трения ВВ, нагрева.

Все ВВ и пороха при хранении в адиабатических условиях способны разлагаться с возрастающей скоростью до взрыва. Если ВВ хранятся в неадиабатических условиях, то критические условия их разложения определяются размером, формой и температурой стенок контейнера с ВВ.

Характерной особенностью конденсированных ВВ является образование при взрыве воронки в земле.

Химические вещества, способные взрываться и чувствительные к трению, часто приводят к взрыву на производстве. Такой взрыв может наблюдаться, например, на производстве тринитрорезорцината свинца. Аммиачная селитра особенно склонна к взрыву в присутствии органических веществ. В качестве таковых могут быть бумажные пакеты, упаковочные мешки, примесь масла и др. Инициировать детонацию в чистом нитрате аммония очень трудно [6].

В случае снижения качеств ВВ (увлажнение, слёживание) или недостаточного начального импульса детонация может перейти в горение или совсем затухнуть - такая детонация называется неполной.

Возбуждение взрывчатого превращения ВВ называется инициированием. Для возбуждения взрывчатого превращения ВВ требуется сообщить ему с определенной интенсивностью необходимое количество энергии (начальный импульс), которая может быть передана одним из следующих способов:

- механическим (удар, накол, трение);

- тепловым (искра, пламя, нагревание);

- электрическим (нагревание, искровой разряд);

- химическим (реакции с интенсивным выделением тепла);

- взрывом другого заряда ВВ (взрыв капсюля-детонатора или соседнего заряда).

3. Свойства конденсированных взрывчатых веществ

Все ВВ, применяемые в производстве, делятся на три основные группы: инициирующие, бризантные, метательные (пороха). Так же КВВ принято делить на группы по их опасным свойствам.

Таблица 1 Классификация КВВ

В этой таблице приведена существующая классификация ВВ, которая является условной, так как поведение указанных веществ зависит от условий, в которых они находятся, и способов инициирования. Так, например, аммиачная селитра, используемая в качестве сельскохозяйственного удобрения и даже не относимая некоторыми специалистами к числу ВВ, проявляет себя как весьма сильное взрывчатое вещество, о чем свидетельствуют данные об авариях.

ВВ в зависимости от их природы и состояния обладают определенными взрывчатыми характеристиками. Наиболее важными из них являются:

- чувствительность к внешним воздействиям;

- энергия (теплота) взрывчатого вещества;

- скорость детонации;

- бризантность;

- фугасность (работоспособность) [3].

4. Виды поражающего действия взрывов

Использование конденсированных взрывчатых веществ позволяет выделить несколько основных видов поражающего действия взрывов:

-- бризантное действие, проявляющееся в ближней зоне взрыва в виде дробящего эффекта воздействия продуктов взрывного процесса на объекты;

-- фугасное действие, характеризующееся созданием при взрыве огромного избыточного давления на фронте распространяющейся ударной волны и появлением в эпицентре взрыва глубокой воронки;

-- осколочное действие, состоящее в поражении объектов окружающей среды твердыми фрагментами разрушенного взрывного устройства и его оболочки (в случае наличия последней);

-- термическое действие, вызванное самоускоряющимся экзотермическим процессом химического взрыва с выделением большого количества тепла в окружающую среду и возгоранием находящихся вблизи объектов [25].

2

Размещено на http://www.allbest.ru/

5. Токсичность и поражающие факторы взрыва

конденсированный взрыв токсичность

Подавляющее большинство ВВ обладают более или менее выраженной токсичностью, что должно всегда учитываться при производстве взрывчатых и пиротехнических материалов.

Так как большинство ВВ являются нитросоединениями, для них характерны действия на организм и отравления, характерные для нитросоединений, а именно:

* дерматозы - экземы и другие поражения кожи, вызванные непосредственным контактом. Эти типы воздействий свойственны для ароматических нитросоединений.

* метгемоглобинемия - повышение содержания метгемоглобина в крови. Характерно для подавляющего большинства органических нитросоединений и нитратов.

* вазодилация - расширение кровеносных сосудов вплоть до потери сознания. Первые признаки отравления - головная боль. Характерно для нитроэфиров. Более того, некоторые нитроэфиры: нитроглицерин, тетранитропентаэритрит (ТЭН) находят применение в медицине в качестве сосудорасширяющих средств.

* хронические отравления тяжелыми металлами - обычно наблюдается на производствах, связанных с изготовлением инициирующих взрывчатых веществ и пиротехнических составов.

* некоторые компоненты ВВ, такие как динитротолуолы и нитрозосоединения, кроме токсического действия являются потенциальными канцерогенами и мутагенами.

Основными способами поступления в организм могут послужить вдыхание аэрозоля, кожный контакт (свойственно гл. обр. ароматическим и жидким нитросоединениям), пероральное поступление или случайное проглатывание [25].

В некоторых случаях взрывов, главным образом в замкнутых пространствах, могут формироваться токсические поражения за счёт вдыхания взрывных газов, содержащих СО, HCN, NO. Помимо обще токсического действия газов наблюдается и местное действие - феномен "вбивания окиси углерода" и "мгновенного" насыщения крови СО с образованием карбоксигемоглобина в концентрации до 70-80%. Подобный механизм позволяет трактовать взрывную травму, как комбинированное поражение.

Токсическое поражение химическими продуктами достаточно подробно рассмотрено в литературе, главным образом с точки зрения токсикологии и медицины. Но поскольку на предприятиях взрывы и пожары сопровождаются выделением (часто и образованием) огромных масс вредных для человека химических продуктов, опасность химического (токсического) поражения ими тесно связана и с проблемой промышленных взрывов.

Во многих случаях сильнодействующие токсичные вещества одновременно являются и взрывоопасными или обладают запасом потенциальной энергии, которая при аварийных ситуациях (взрывных процессах), высвобождаясь, служит «разносчиком» токсичных продуктов на огромные территории [4].

Для выявления поражающих факторов взрыва воспользуемся ГОСТом Р 22.0.07-95 «Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Классификация и номенклатура поражающих факторов и их параметров. Источники техногенных чрезвычайных ситуаций».

Таблица 2 Поражающие факторы взрыва

Следует отметить, что при взрывах конденсированных взрывчатых веществ около 90% образующейся энергии взрыва приходится на долю ударной волны, и только оставшиеся 10% этой энергии расходуются на другие виды воздействий.

В результате взрыва вещество, заполняющее объём, в котором происходит освобождение энергии, превращается в сильно нагретый газ с очень высоким давлением. Этот газ с большой силой воздействует на окружающую среду, вызывая её движение. Взрыв в твёрдой среде сопровождается её разрушением и дроблением. При взрыве могут образовываться твёрдые высокодисперсные частицы, взвесь которых называют продуктами взрыва.

При взрывах газовых смесей в энергию ударной волны может преобразоваться не более 40% всей энергии взрыва, а остальная и наибольшая ее часть в количестве около 60% расходуется на нагрев продуктов реакции. Именно поэтому вслед за разрушительными взрывами газовоздушного объемного облака бытового газа столь часто возникают очаги пожара. Однако, как показывает практика, и меньшей (40%) части образовавшейся при этом взрывной энергии вполне достаточно для разрушения бетонных конструкций нескольких этажей или подъезда многоквартирного жилого дома.

Совсем другая картина распределения энергии наблюдается при взрывах герметично закрытых газовых баллонов. Примерно 60% взрывной энергии расходуется на разрушение металлического корпуса баллона и придание его осколкам мощной кинетической энергии разлета на десятки и сотни метров. Оставшиеся 40% энергии взрыва идут на формирование ударной волны [2].

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 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.

Обычная технологическая аппаратура, как правило, является непрочной оболочкой, однако во всех случаях она ослабляет действие ударной волны при взрыве внутри ее. Значительно меньшие масштабы разрушений наблюдаются при взрывах на объектах с прочными (тяжелыми) ограждающими конструкциями. Поэтому на объектах, на которых возможен взрыв, где используются вещества, склонные к взрыву, необходимо использовать технику которая максимально бы сдерживала энергию взрыва, и конечно же соблюдать все необходимые требования и инструкции по эксплуатации [4].

6. Классификация процессов протекания реакций при пожарах и взрывах

Пожары и взрывы представляют собой явления, в результате которых исходное вещество переходит в качественно новое состояние. Схожесть этих процессов заключается в преобразовании энергии межмолекулярных или межатомных связей в энергии меньшего уровня, принимающие форму тепловой и кинетической, и образовании веществ, плотность которых гораздо меньше первоначальной. Понять сущность процессов, лежащих в основе опасных явлений пожаров и взрывов, позволит классификация, представленная на рисунке 7.

Как видно из рисунка 7, процессы, лежащие в основе пожара, только химические, а для взрывов - и химические, обусловленные реакцией окисления, и физические. При этом для пожаров характерны только диффузионные реакции, а для взрывов газопаровоздушных (ГПВС) и пылевоздушных смесей (ПЛВС) только кинетические.

Существует целый класс химических реакций, протекающих с так называемым холодным пламенем и с умеренной скоростью. Однако холодное пламя возникает лишь в особых условиях и интересует лишь постольку, поскольку возможен его переход в обычное горячее пламя. Соответственно пламенем (горячим) называется газообразная среда, в которой интенсивная химическая реакция приводит к свечению, выделению тепла и саморазогреву.

Обычно горением называют быстрое окисление кислородом (содержащимся в воздухе или чистым) горючих - угля, жидких нефтяных продуктов, газообразных углеводородов и т.д. Однако химические превращения, соответствующие понятию горения, не ограничиваются процессами соединения с кислородом. В горючих смесях различают горючее и окислитель. Окислителем при горении могут быть также окислы азота, галоиды, озон. Кроме того, известны процессы горения, в которых участвует только один исходный продукт, способный к быстрому распаду, например ацетилен (С2Н2), гидразин (N2H4), взрывчатые вещества, пороха. Такие соединения всегда бывают эндотермическими. Процессы их горения осуществляются за счет теплового эффекта реакции разложения или, как у взрывчатых веществ, внутреннего самоокисления сложной молекулы. Таким образом, взрывчатые вещества (ВВ) можно разделить на несколько групп.

7. Особенности физического взрыва

Физические взрывы, как правило, связывают со взрывами сосудов от давления паров и газов. Причем основной причиной их образования является не химическая реакция, а физический процесс, обусловленный высвобождением внутренней энергии сжатого или сжиженного газа. Сила таких взрывов зависит от внутреннего давления, а разрушения вызываются ударной волной от расширяющегося газа или осколками 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. Это явление возникает при смешении горячей и холодной жидкостей, когда температура одной из них значительно превышает температуру кипения другой (например, выливание расплавленного металла в воду). В образовавшейся парожидкостной смеси испарение может протекать взрывным образом вследствие развивающихся процессов тонкой фрагментации капель расплава, быстрого теплоотвода от них и перегрева холодной жидкости с сильным ее парообразованием. Физическая детонация сопровождается возникновением ударной волны с избыточным давлением в жидкой фазе, достигающим в некоторых случаях более тысячи атмосфер.

Взрыв вулкана Кракатау в 1883 г. - пример физической детонации, т. к. возник в результате взаимодействия расплавленной лавы с морской водой. Гул взрыва был слышен на расстоянии 5000 км в течение четырех часов после события.

Многие жидкости хранятся или используются в условиях, когда давление их паров значительно превышает атмосферное. К числу таких жидкостей относятся: сжиженные горючие газы (например, пропан, бутан), сжиженные хладоагенты - аммиак или фреон (хранимые при комнатной температуре), метан, который должен храниться при пониженной температуре, перегретая вода в паровых котлах. Если емкость с перегретой жидкостью повреждается, то происходит истечение пара в окружающее пространство и быстрое частичное испарение жидкости. При достаточно быстрых истечении и расширении пара в окружающей среде генерируются взрывные волны.

Взрывы газовых емкостей с последующим горением в атмосфере в основе своей содержат те же причины, которые описаны выше и характерны для физических взрывов. Основное различие заключается в образовании в данном случае огненного шара, размер которого зависит от количества выброшенного в атмосферу газообразного горючего. Это количество зависит, в свою очередь, от физического состояния, в котором находится газ в емкости. При содержании горючего в газообразном состоянии его количество получается намного меньше, чем в случае хранения в той же емкости в жидком виде.

Таким образом, пожары являются результатом химических экзотермических реакций, а взрывы - и физических превращений, и образуют зоны, в которых действуют опасные факторы. Определить параметры опасных зон для интересуемого 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 [6].

Размещено на Allbest.ru