Взрыв газопаровоздушной смеси

В очаге взрыва газопаровоздушной смеси принято выделять три следующие зоны: детонационной волны, действия продуктов взрыва, воздушной ударной волны.

Взрыв газопаровоздушной смеси в неограниченном пространстве

Зона детонационной волны находится в пределах облака взрыва. Радиус этой зоны r_I приближенно может быть определен по следующей формуле

__________________

r_I = 10 × ³Ö К × Q × 100/m_K × C_СТХ, (12.1)

 

где К – коэффициент, зависящий от способа хранения газа, принимается

К = 0,6 для газов, сжиженных под давлением; К = 1 для резервуаров с газообразным веществом; К = 0,05 при аварийном разливе легковоспламеняющихся жидкостей;

Q – количество сжиженного газа, т;

m_K – молярная масса газа, кг/моль, приведена в табл. 101;

C_СТХ – концентрация газа стехиометрического состава, % ко всему объему, приведена в табл. 101.

 

 

Таблица 101

Вещество	Формула вещества	Характеристика смеси
mК, кг/моль	r СТХ, кг/м3	Q СТХ, кДж/кг	ССТХ, %
Газовоздушные смеси
Аммиак	NH3		1,180	2,370	19,72
Ацетилен	С2Н2		1,278	3,387	7,75
Пропан	С3Н8		1,315	2,801	4,03
Водород	Н2		0,933	3,425	29,59
Метан	СН4		1,232	2,763	9,45
Окись углерода	СО		1,280	2,930	29,59
Бутан	С4Н10		1,328	2,776	3,13
Этилен	С2Н4		1,285	3,010	6,54
Бутилен	С4Н8		1,329	2,892	3,38
Винил хлорид	С2Н3Cl		1,400	2,483	7,75
Дивинил	С4Н6		1,330	2,962	3,68
Пропилен	С3Н6		3,314	2,922	4,46
Этан	С2Н6		1,25	2,797	5,66
Паровоздушные смеси
Ацетон	С3Н6О		1,210	3,112	4,99
Бензин авиац.			1,350	2,973	2,10
Бензол	С6Н6		1,350	2,977	2,84
Гексан	С6Н14		1,340	2,797	2,16
Дихлорэтан	С2Н4С12		1,49	2,164	6,54
Диэтиловый эфир	С4Н10О		1,360	2,840	3,38
Метанол	СН4О		1,300	2,843	12,30
Пентан	С5Н12		1,340	2,797	2,56
Толуол	С7Н8		1,350	2,843	2,23
Циклогексан	С6Н12		1,340	2,797	2,28
Этанол	С2Н6О		1,340	2,804	6,54

 

В пределах зоны детонационной волны действие избыточного давления принимается постоянным DR_Ф¹ = 1700 кПа).

Зона действия продуктов взрыва охватывает всю площадь продуктов газовоздушной смеси в результате ее детонации. Радиус этой зоны определяется по формуле

r_II = 1,7 ×;r_I (12.2)

Избыточное давление DR_Ф^II, кПа, в пределах зоны действия продуктов взрыва определяется по формуле

DR_Ф^II = 1300 (r_I / r)³ + 50, (12.3)

где r_I – радиус зоны детонационной волны, м;

r – расстояние от центра взрыва до рассматриваемой точки, м.

В зоне действия воздушной ударной волны, распространяющейся по поверхности земли, избыточное давление ∆Р_ф^III находится по формулам

 

__________

а) при R £ 2 ∆Р_ф^III = 700/3 × (Ö 1 + 29,8 R ³ – 1); (12.4)

___________

б) при R > 2 ∆Р_ф^III = 22 / R × Ö lg R + 0,158, (12.5)

где R – безразмерный радиус, который определяется из выражения

R = 0,24 r_III/r_I (r_III – радиус зоны воздушной ударной волны или расстояние от центра взрыва до точки, в которой требуется определить избыточное давление воздушной ударной волны; r₁ – радиус зоны детонационной волны).

По значению избыточного давления ∆Р_ф^III в зоне воздушной ударной волны определяется степень разрушения зданий, сооружений (табл. 102 и 103).

 

Таблица 102

Типы зданий	∆Рф , кПа, при степени разрушения
Слабая	Средняя	Сильная	Полная
Кирпичные и каменные: Малоэтажные Многоэтажные	8-20 8-15	20-35 15-30	35-50 30-45	50-70 45-60
Железобетонные панельные: Малоэтажные Многоэтажные	10-30 8-25	30-45 25-40	45-70 40-60	70-90 60-80
Железобетонные монолитные: Многоэтажные повышенной этажности	25-50 25-45	50-115 45-105	115-180 105-170	180-250 170-215
Складские помещения с металлическим каркасом и стенами из листового металла	5-10	10-20	20-35	35-45

 

Таблица 103

Степень разрушения	Характеристика разрушения
Слабая	Частичное разрушение внутренних перегородок, кровли и оконных коробок. Основные несущие конструкции сохраняются. Для полного восстановления требуется капитальный ремонт
Средняя	Некоторые несущие конструкции разрушаются, большая часть сохраня- ется. Могут сохраняться частично ограждающие конструкции. Здание выводится из строя, но может быть восстановлено
Сильная	Несущие конструкции большей частью разрушены. При этом могут сохраняться наиболее прочные элементы здания, каркасы, частично стены и перекрытия нижних этажей. Образуется завал. В большинстве случаев восстановление нецелесообразно
Полная	Сохраняются только подвалы при полном обрушении здания. Образуется завал. Здание восстановлению не подлежит

 

О степени разрушения здания в целом судят по характеру разрушения отдельных его элементов в зависимости от предельных значений избыточного давления ∆; Р _ф, приведены в табл. 104.

 

Таблица 104

Предельное значение ΔРФ, кПа	Разрушение элементов здания
0,5–3,0	Частичное разрушение остекления
3,0–7,0	Полное разрушение остекления
	Перегородки, оконные и дверные рамы
	Перекрытия
	Кирпичные и блочные стены
	Металлические колонны
	Железо бетонные колонны

Примечание. 1 кПа = 0,01 кг/см².

 

Основным фактором, определяющим вероятность поражения персонала внутри здания, является степень повреждения здания. Считается, что в полностью разрушенном здании поражение получают

100 % находящихся в нем людей, в сильно разрушенных – 60 %, в среднеразрушенных – от 10 до 15 %.

Действие ударной волны на человека менее 10 кПа считается безопасным. При избыточном давлении от 10 до 30 кПа происходят легкие поражения (звон в ушах, головокружение). При избыточном давлении от 30 до 60 кПа человек получает поражения средней тяжести (вывихи, контузии головного мозга). Избыточное давление от 60 до 100 кПа наносит человеку тяжелые контузии и травмы, а при давлении более 100 кПа происходят крайне тяжелые контузии и травмы (переломы костей, разрывы внутренних органов).

Исходные данные для расчета по вариантам приведены в табл. 105.

 

Таблица 105

№ варианта	Вещество	Формула вещества	Количество вещества, т	Расстояние от центра взрыва r, м
	Аммиак Пропан Водород Метан Бутан Этан Этилен Бутилен Пропилен Винил хлорид	NH3 C3H8 H2 CH4 C4H10 C2H6 C2H4 C4H8 C3H6 C2H3Cl	2,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 4,0 0,5 3,5 1,0

 

Взрыв газопаровоздушной смеси в ограниченном пространстве

При взрыве газопаровоздушных смеси в ограниченном пространстве зона детонационной волны, ограниченная радиусом r _I, определяется по формуле

______

r _I = ³ Ö Э /24, (12.6)

где – коэффициент, м/кДж ^1/3;

Э – энергия взрыва смеси, кДж.

Энергия взрыва смеси Э определяется из выражения

Э = 100 × V ₀ × r _СТХ × Q _СТХ / С _СТХ, (12.7)

где V ₀ – свободный объем помещения, м³, заполненный газопаровоздушной смесью, V ₀ = 0,8 × V _ПОМ (V _ПОМ – объем помещения, м³);

r _СТХ – плотность смеси стехиометрического состава, кг/м³, приведена в табл. 101;

Q _СТХ – энергия взрывчатого превращения единицы массы смеси стехиометрического состава, кДж/кг, приведена в табл. 101;

С _СТХ – концентрация смеси стехиометрического состава, % ко всему объему, приведена в табл. 101.

Далее принимается, что за пределами зоны детонационной волны с давлением 17 кгс/см² (1700 кПа) действует воздушная ударная волна, давление во фронте которой определяется по отношению r / r _I (r – расстояние от центра взрыва, м), находится по табл. 106.

Таблица 106

r / r I	Значения избыточного давления во фронте ударной волны в зависимости от r / r 0
0–1	1,01	1,04	1,08	1,2	1,4	1,8	2,7
DRФ кПа

 

По избыточному давлению (см. табл. 101-104) определить степень разрушения здания.

При полностью разрушенном здании поражение получают 100 % находящихся в нем людей, в сильно разрушенном здании – 60 %, в среднеразрушенном – от 10 до 15 %.

Исходные данные для расчета по вариантам приведены в табл. 107.

 

Таблица 107

№ варианта	Вещество	Формула вещества	Объем помещения VПОМ, м3	Расстояние до центра взрыва r, м
	Аммиак Окись углерода Бензол Метанол Бензин Этанол Толуол Циклогексан Гексан Пентан	NН3 CО С6H6 CH4О - C2H6О C7H8 C6H12 C6H14 C5H12