5.4. Взрывы ГВС и ГПВС в производственных помещениях

Аварии со взрывом могут происходить на объектах, в которых находятся или обращаются горючие газы, легковоспламеняющиеся жидкости и горючие пыли в таком количестве, что могут образовывать взрывоопасные горючие смеси, при горении которых избыточное давлении в помещении может превысить 5 кПа.

Если продукты размещаются вне помещений, то принимается, что авария развивается по сценарию взрыва на открытом пространстве. Если же технологический аппарат со взрывоопасными продуктами размещен в зданиях, то авария развивается по сценарию в замкнутом объеме.

Наиболее типичными аварийными ситуациями в этом случаи являются:

·     разрушение аппарата или трубопровода со смешанными газами или жидкостями;

·     нарушение герметичности трубопроводов (разрез сварного шва, прокладки);

·     разлив жидкости по полу помещения;

·     образование или выброс горючей пыли.

В этом случаи ГВС, ГПВС, ПВС займет частично или полностью весь объем помещения. Затем этот объем заменяется расчетной сферой (в отличие от полусферы на открытом пространстве), радиус которой определяется с учетом объема помещения. При расчете последствий взрыва считается, что процесс в помещении развивается в режиме детонации.

Расчет взрывов ГВС и ГПВС

При взрыве ГВС (ГПВС) зона детонационной волны, ограниченна радиусом R₀, определяется по формуле

, м                                    (5.9)

Энергия взрыва Е определяется по формуле

, кДж                                   (5.10)

где V₀ – объем помещения, м³;

ρ – плотность ГВС стехиометрического состава, кг/м³;

Q – энергия взрывчатого превращения единицы массы ГВС стехиометрического состава, кДж;

С – стехиометрическая концентрация горючего, об. %

Предполагается, что в зоне детонационной волны радиус R₀ избыточным давлением = 17 атм (1.7 МПа). За зоной детонационной волны действует ВУВ. Давление на фронте ВУВ определяется по табл. 5.11 в зависимости от R/R₀. Значения ρ, Q необходимые для расчета энергии взрыва, приведены в табл. 5.12.

Таблица 5.12

Значения энергии и плотности некоторых веществ, составляющих ГВС

Таблица 5.13

Значения энергии и плотности некоторых веществ, составляющих ГВС

Пример

Определить период давления на фронте ударной волны на расстоянии 30 м от контура помещения при разрушении стен от взрыва этилено-воздушной смеси при подрыве технологического блока внутри помещения.

Исходные данные:

V₀ = 1296 м³;

ρ = 1.285 кг/м³;

Q = 3.01 МДж/кг;

C = 6.54 %.

1. Определяем энергию взрыва по формуле (5.10)

кДж.

2. Определяем радиус зоны детонации по формуле (5.9)

 м.

3. Находим .

4. При  = 2.8 из табл. 5.3  = 93 кПа (0.93 атм).

Взрывы пылевоздушных смесей

При нарушении герметичности технологического оборудования пыль может выбрасываться в помещение, где вместе с накопившейся пылью смешивается с воздухом, образуя пылевоздушную смесь (ПВС), способную к горению и взрыву.

В отличие от ГВС образование взрывоопасного облака пыли в помещении может происходить в процессе самого горения. Взрыву в большинстве случаев предшествуют микровзрывы (хлопки) в оборудовании, резервуарах и воспламенение в отдельных участках здания. Эти микровзрывы вызывают встряхивания пыли, осевшей на полу, стенках и других строительных конструкциях и оборудовании. При этом возможно образование взрывоопасной концентрации пыли во всем объеме помещения, взрыв которой вызывает сильное разрушения.

При прогнозировании последствии взрыва принимается, что процесс развивается в детонационном режиме.

Зону детонационной волны радиусом R₀ определяем по формуле

, м                                         (5.11)

Энергия взрыва Е определяется из выражения

, кДж                                           (5.12)

где М – расчетная масса пыли, кг;

Q – удельная теплота сгорания вещества, образующего пыль, кДж/кг.

Расчетная масса пыли определяется из условия, что весь свободный объем помещения будет полностью заполнен взвешенным дисперсным продуктом, образуя при этом ПВС стехиометрической концентрации

, кг                                 (5.13)

где V₀ – объем помещения, м³;

С – стехиометрическая концентрация пыли, г/м³.

,                                         (5.14)

где  – нижний концентрационный предел распространения пламени, то есть минимальная содержание пыли в смеси с воздухом, при котором возможно возгорание.

Таким образом, расчетная формула для определения энергии взрыва примет вид

, кДж                      (5.15)

Показатели взрывных явлений пыли некоторых веществ приведены в табл. 5.14.

Таблица 5.14

Характеристики взрывных явлений веществ,

образующих пылевоздушные смеси

Давление на фронте ударной волны определяется с использованием табл. 5.11.

Пример

Определить давление ударной волны на расстоянии 30 м от контура помещения при разрушении его ограждающих конструкций при разгерметизации технологического блока цеха по переработке полиэтилена.

Исходные данные:

V₀ = 4800 м³;

 = 45 г/м³;

Q = 47.1 МДж/кг.

1. Определяем энергию взрыва по формуле (5.15)

 кДж.

2. Находим радиус зоны детонации по формуле (5.11)