Защита населения и территорий от чрезвычайных ситуаций

Взрыв (горение) газового облака. Причинами взрывов могут быть большие газовые облака, образующиеся при утечках или внезапном разрушении герметичных емкостей, трубопроводов и т. п. Процесс взрыва или горения таких газовых облаков имеет ряд специфических особенностей, что приводит к необходимости рассмотреть эти процес­сы отдельно. Образующиеся в атмосфере газовые облака чаще всего имеют сигарообразную форму, вытянутую по направлению ветра. Инициаторы горения или взрыва в этих случаях носят чаще всего случайный характер. Причем воспламенение не всегда сопровождается взрывом.

При плохом перемешивании газообразных веществ с атмосферным воздухом взрыва вообще не наблюдается. В этом случае при воспла­менении газо- или паровоздушной смеси от места инициирования с дозвуковой скоростью будет распространяться «волна горения». Так как распространение пламени происходит со сравнительно низкой дозвуковой скоростью, в волне горения давление не повышается. В таком процессе имеет место только расширение продуктов горения за счет их нагрева в зоне пламени, и давление успевает выровняться по всему объему. Медленный режим горения облака с наружной поверхности с большим выделением лучистой энергии может привести к образованию множества очагов пожаров на промышленном объекте. При оценке разрушительного действия взрыва газового облака в открытом пространстве необходимо определить избыточное давление (скоростной напор) во фронте пламени. Если пламя распространяется от точечного источника зажигания в неограниченном пространстве, то оно имеет форму, близкую к сфере радиуса г, который непрерывно увеличивается по закону

r= ekut,

где u —нормальная скорость пламени; е —степень расширения газов при сгорании; k—коэффициент искривления фронта пламени; t — текущее значение времени, отсчитываемое от момента зажигания.

В произвольной точке М на расстоянии х от точки воспламенения скорость газа

vx = v0 (r3/x3)=ku(e-1) (ekut/x)3,

где v0 — скорость движения фронта пламени при свободном сгорании; v0 = (е—1)ku.

Если в точке М расположен какой-либо объект, то на него воздей­ствует скоростной напор

Р=pv2x/2=(p/2)[ku(e-1) (ekut/x)3]2,

где р — плотность газов при нормальных условиях.

Скоростной напор достигает максимума, когда фронт пламени подходит непосредственно к данному объекту. Для пламени предель­ных углеводородов скоростной напор в открытом пространстве может достигать 26 кПа.

По избыточному давлению взрыва можно ориентировочно оценить степень разрушения различных видов объектов (см. приложение 3).

Оценка пожароопасных зон. Под пожаром обычно понимают не­контролируемый процесс горения, сопровождающийся уничтожением материальных ценностей и создающий опасность для жизни людей. Пожар может принимать различные формы, однако все они в конечном счете сводятся к химической реакции между горючими веществами и кислородом воздуха (или иным видом окислительных сред), возникающей при наличии инициатора горения или в условиях самовоспла­менения.

Образование пламени связано с газообразным состоянием веществ, поэтому горение жидких и твердых веществ предполагает их переход в газообразную фазу. В случае горения жидкостей этот процесс обычно заключается в простом кипении с испарением у поверхности. При горении почти всех твердых материалов образование веществ, способ­ных улетучиваться с поверхности материала, и попадание в область пламени происходит путем химического разложения (пиролиза). Боль­шинство пожаров связано с горением твердых материалов, хотя на­чальная стадия пожара может быть связана с горением жидких и газообразных горючих веществ, широко используемых в современном промышленном производстве.

При горении принято подразделять два режима: режим, в котором горючее вещество образует однородную смесь с кислородом или воз­духом до начала горения (кинетическое пламя), и режим, в котором горючее и окислитель первоначально разделены, а горение протекает в области их перемешивания (диффузионное горение). За редким исключением при обширных пожарах встречается диффузионный ре­жим горения, при котором скорость горения во многом определяется скоростью поступления в зону горения образующихся летучих горючих веществ. В случае горения твердых материалов скорость поступления летучих веществ непосредственно связана с интенсивностью теплооб­мена в зоне контакта пламени и твердого горючего вещества. Массовая скорость выгорания [г/(м2-с)] зависит от теплового потока, восприни­маемого твердым горючим, и его физико-химических свойств. В общем виде эту зависимость можно представить как:

Mi=(Qпр-Qух)/r ,

где Qпр — тепловой поток от зоны горения к твердому горючему, кВт/м ; Qух — теплопотери твердого горючего в окружающую среду, кВт/м2; г — теплота, необходимая для образования летучих веществ, кДж/г; для жидкостей представляет собой удельную теплоту парооб­разования.

Тепловой поток, поступающий из зоны горения к твердому горю­чему, существенным образом зависит от энергии, выделенной в про­цессе горения, и от условий теплообмена между зоной горения и поверхностью твердого горючего. В этих условиях режим и скорость горения могут в значительной степени зависеть от физического состо­яния горючего вещества, его распределения в пространстве и характе­ристик окружающей среды.

Пожаровзрывоопасность веществ характеризуется многими пара­метрами: температурами воспламенения, вспышки, самовозгорания, нижним (НКПВ) и верхним (ВКПВ) концентрационными пределами воспламенения; скоростью распространения пламени, линейной и массовой (в граммах в секунду) скоростями горения и выгорания веществ.

Под воспламенением понимается возгорание (возникновение горе­ния под воздействием источника зажигания), сопровождающееся по­явлением пламени. Температура воспламенения —минимальная температура вещества, при которой происходит загорание (неконтро­лируемое горение вне специального очага).

Температура вспышки — минимальная температура горючего ве­щества, при которой над его поверхностью образуются газы и пары, способные вспыхивать (вспыхивать — быстро сгорать без образования сжатых газов) в воздухе от источника зажигания (горящего или раска­ленного тела, а также электрического разряда, обладающих запасом энергии и температурой, достаточными для возникновения горения вещества). Температура самовозгорания —самая низкая температура, при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермической реакции (при отсутствии источника зажигания), заканчивающееся пламенным горением. Концентрационные пределы воспламенения — минимальная (нижний предел) и максимальная (верхний предел) концентрации, которые характеризуют области воспламенения.

Температура вспышки, самовоспламенения и воспламенения го­рючих жидкостей определяется экспериментально или расчетным пу­тем согласно ГОСТ 12.1.044—89. Нижний и верхний концентрационный пределы воспламенения газов, паров и горючих пылей также могут определяться экспериментально или расчетным путем согласно ГОСТ 12.1.041—83*, ГОСТ 12.1.044—89 или руководству по «Расчету основных показателей пожаровзрывоопасности веществ и материалов».