Как классифицируют взрывы в зависимости от среды, в которой они происходят? Техногенные чрезвычайные ситуации. Пожары и взрывы - Реферат Взрывы в зависимости от среды
Введение
Взрыв. Классификация взрывов
Особенности взрывов
Заключение
Используемая литература
Введение
Чрезвычайная ситуация (ЧС)- это состояние или обстановка в определенной территории, сложившийся в результате аварии, катастрофы, опасного явления, стихийного или иного бедствия, которые могут повлечь или уже повлекли за собой за собой человеческие жертвы, ущерб здоровью людей или окружающей природной среде, значительные материальные потери, нарушение условий нормальной жизнедеятельности человека.
В большинстве случаев техногенные аварии связаны с неконтролируемым, самопроизвольным выходом в окружающее пространство вещества или энергии. Самопроизвольное высвобождение энергии приводит к промышленным взрывам, а вещества – к взрывам, пожарам и химическому загрязнению окружающей среды.
Существуют различные классификации чрезвычайных ситуаций. Наиболее часто за основание классификации выбирают характер возникновения (генезис) чрезвычайной ситуации. По природе (сфере) возникновения все ЧС условно можно разделить на следующие большие группы:
Техногенные ЧС, связанные по происхождению с техническими объектами или технологическими процессами (выбросы радиоактивных веществ, аварии на химических опасных объектах, пожары и взрывы, разрушение строительных конструкций, транспортные катастрофы и т.д.) в том числе антропогенные ЧС, вызванные негативным влиянием самого человека на техносферу (ошибочные и несвоевременные действия операторов, диспетчеров, пилотов, водителей и т.д.)
Природные ЧС, связанные с воздействием стихийных явлений физической природы (наводнение, землетрясения, ураганы и т.д.) на человека и его среду обитания, а также биологические ЧС и экологические ЧС.
Социальные ЧС, связанные с масштабными событиями в обществе и государстве (войны, вооруженные конфликты, столкновения на межнациональной и межрелигиозной основе и т.д.)
Комбинированные ЧС, имеющие сочетанный, инициированный характер различных видов вышеназванных групп ЧС.
В этой работе мы рассмотрим лишь небольшую группу, относящуюся к техногенным ЧС.
Взрыв. Классификация взрывов.
Взрыв - процесс быстрого неуправляемого физического или химического превращения системы, сопровождающейся переходом ее потенциальной энергии в механическую работу. Механическая работа, совершаемая при взрыве, обусловлена быстрым расширением газов или паров независимо от того, существовали ли они до взрыва или образовались во время взрыва. В основе взрывного процесса, могут лежать как физические (разрушение сосуда со сжатым газом или с перегретой жидкостью), так и химические превращения (детонация конденсированного взрывчатого вещества, быстрое сгорание газового облака). Самым существенным признаком взрыва является резкий скачок давления в среде, обуславливающий образование ударной волны, распространяющееся на некоторое расстояние от места взрыва.
При химических взрывах взрывчатые вещества могут быть твердыми, жидкими, газообразными, а также аэровзвесями горючих веществ (жидких и твердых) в окислительной среде (часто в воздухе). Твердые и жидкие взрывчатые вещества в большинстве случаев относятся к классу конденсированных взрывчатых веществ (ВВ). При инициировании взрыва в этих веществах с огромной скоростью протекают экзотермические окислительно-восстановительные реакции или реакции термического разложения с выделением тепловой энергии. Газообразные взрывчатые вещества представляют собой гомогенные смеси горючих газов (паров) с газообразными окислителями - воздухом, кислородом, хлором и др. Взрывоопасные аэровзвеси состоят из мелкодисперсных частиц горючих жидкостей (туманов) или твердых веществ (пылей) в окислительной среде, чаще всего в воздухе.
Физический взрыв чаще всего связан с неконтролируемым высвобождением потенциальной энергии сжатых газов из замкнутых объемов машин и аппаратов. Сила взрыва сжатого или сниженного газа зависит от внутреннего давления, а разрушения вызываются ударной волной от расширяющегося газа (пара) и осколками разорвавшегося резервуара.
Параметрами, определяющими мощность взрыва, являются энергия взрыва и скорость ее выделения. Энергия взрыва определяется физико-химическими превращениями, протекающими при различных типах взрывов. Для парогазовых сред энергию взрыва определяют по теплоте сгорания горючих веществ в с смеси с воздухом; конденсированных ВВ- по теплоте, выделяющейся при детонации (реакции разложения); при физических взрывах систем со сжатыми газами и перегретыми жидкостями- по энергии адиабатического расширения парогазовых сред и перегрева жидкости.
В производственных условиях возможны следующие основные виды взрывов: свободный воздушный, наземный, взрыв в непосредственной близости от объекта, а также взрыв внутри объекта (производственного сооружения).
При воздушном взрыве ударная сферическая волна достигает земной поверхности и отражается от нее. На некотором расстоянии от эпицентра взрыва (проекции центра взрыва на земную поверхность) фронт отраженной волны сливается с фронтом падающей, вследствие чего образуется так называемая головная волна, вертикальным фронтом, распространяющаяся от эпицентра вдоль земной поверхности.
Характер воздушной ударной волны при наземной взрыве (за пределами воронки) соответствует дальней зоне воздушного взрыва. Таким образом, как при воздушном, так и при наземном взрывах обычно рассматривают воздушную ударную волну, распространяющуюся от эпицентра с вертикальным фронтом. При подходе ударной волны к преграде она отражается и происходит торможение масс движущегося воздуха, что приводит к повышению избыточного давления в 2…8 раз.
После начального взаимодействия с преградой (препятствием) ударная волна начинает его обтекать и под действие давления уже попадают боковые и тыльные поверхности преграды. Она как бы оказывается в сжатом состоянии со всех сторон, однако наибольшее давление оказывается на фронтальную часть препятствия.
Копирование технологических объектов по взрывоопасности производится по значениям показателей Q в =(16,534) -1 *E 1/3 .
Энергетический эквивалент взрыва тротила W=E/4520 кг, где Е полная энергия взрыва.
По этим показателям технологические объекты подразделяются на три категории:
Взрыв внутри объекта характеризуется тем, что нагрузка воздействует на объект изнутри. При взрыве смеси внутри объекта, заполненного частично, на последствия взрыва будет влиять местоположение взрывоопасного облака. В общем случае последствие взрывов внутри помещения во многом будут определяться максимально возможным избыточным давлением взрыва ∆р, расчет которого возможно производить по следующему соотношению:
∆р=WZ p0 H T 1/K H N 0 C B p B V C K ,
Где W-масса горючего газа, пара ЛЖВ или взвешенной в воздухе горючей пыли, поступившей в объем помещения, кг; Z-коэффициент участия горючего вещества во взрыве; р 0 -атмосферное давление, равное 101 кПа; Н т - теплота сгорания поступившего в помещение вещества; К н - коэффициент учитывающий негерметичность помещения(принимается равным трем); Т 0 -температура в помещении (можно принять равной 293К); С в - теплоемкость воздуха (можно принять равной 1,01 кДж/(кг*К)); р в - плотность воздуха (можно принять равной 1,2 кг/м 3); V с - свободный объем помещения, м 3 ; K=k B t+1-коэффициент, учитывающий наличие в помещении аварийной вентиляции (k B -кратность воздуха обмена в помещении, с -1 ; t-время поступления взрывоопасных веществ в помещении, с).
Особенности взрывов
Взрывы систем повышенного давления сопровождаются разлетом осколков. На сообщение осколкам кинетической энергии тратится до 60% энергии расширения газов, а 40 %- на формировании ударной волны. При взрывах большая часть осколков (до 80%) разлетается на расстояние 200 м, меньшая (20%) на расстояния до 1000 м, отдельные осколки могут разлетаться на расстояния до 3 км. Направления разлета осколков для цилиндрических сосудов со сниженными газами характеризуются схемой, представленной на рис 9.4. за безопасное расстояние для людей можно принимать величину, превышающую 1000 м.
Большие газовые облака могут образовываться при утечках или внезапном разрушении герметичных емкостей, трубопроводах и т.д. Процесс взрыва или горения таких газовых облаков имеет ряд специфических особенностей. 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 будет распространяться «волна горения». Так как распространение пламени происходит со сравнительно низкой скоростью, то в волне горения давление не повышается. В таком процессе наблюдается только расширение продуктов горения за счет их нагрева в зоне пламени. Медленный режим горения облака с наружной поверхности с большим выделением лучистой энергии может привести к образованию множества очагов пожара на промышленном объекте.
При оценке разрушительного действия взрыва газового облака в открытом пространстве определяющим будет скоростной напор во фронте пламени. Для пламени предельных углеводов скоростной напор в открытом пространстве может достигать 26кПа.
Заключение
Чрезвычайная ситуация (ЧС)- это состояние или обстановка на определенной территории, сложившийся в результате катастрофы или стихийного бедствия и повлекшие человеческие жертвы, значительный ущерб здоровью людей или окружающей природной среде.
По сфере возникновения различают техногенные, природные (физические, биологические), социальные и комбинированные ЧС.
По масштабам последствий их делят на локальные, местные, территориальные, региональные, федеральные и трансграничные.
По структуре развития ЧС имеют следующие основные фазы: накопление отклонений, инициирующего события, активного развития, действия остаточных и вторичных поражающих факторов, активной ликвидации последствий.
Государственная система предупреждения и ликвидации ЧС (РСЧС) имеет следующие структурные уровни: федеральный, межрегиональный, региональный, муниципальный и объектовый.
Основными направлениями деятельности РСЧС являются профилактика и предупреждения ЧС (как основное и способное снизить ущерб от ЧС), аварийно-спасательные работы и ликвидация последствий ЧС.
Система градации состояний угрозы ЧС, принятая в РСЧС, требует большей дифференциации и введения дополнительных уровней угроз.
Используемая литература
Безопасность жизнедеятельности. Учебник для студентов Б 40/С.В. Белов, В.А. Девисилов, А.Ф. Козьяков и др.; Под общ. Ред. С.В. Белова.
Безопасность жизнедеятельности: конспект лекций.-М.: Юрайт-Издат,2008.191с.
Экология и безопасность жизнедеятельности:учеб.пособие для вузов/Д.А.Кривошеин, Л.А. Муравей, Н.Н. Роева и др.; Под ред. Л.А. Муравей
Техногенные черезвычайные ситуации . Пожары
Реферат >>... – рассмотреть особенности техногенных чрезвычайных ситуаций на примере пожаров . При написании... Следствием горения может быть пожар и взрыв . Пожар – это горение вне... сопровождается появлением пламени. Взрыв - процесс чрезвычайно быстрого, под влиянием...
Техногенные чрезвычайные ситуации
Реферат >> Безопасность жизнедеятельности... техногенная чрезвычайная ситуация . К опасным техногенным происшествиям относят аварии на промышленных объектах или на транспорте, пожары , взрывы ...
Экологическая безопасность человека, биосферы и промышленных объектов в условиях техногенных чрезвычайных ситуаций и аварий
Курсовая работа >> ЭкологияПромышленных объектов в условиях техногенных чрезвычайных ситуаций и аварий 1. Основные понятия Чрезвычайная ситуация - это обстановка на определенной... веществами является возможность их потенциального взрыва
Взрыв - распространённое физическое явление, которое сыграло немалую роль в судьбе человечества. Он может разрушать и убивать, а также нести пользу, защищая человека от таких угроз, как наводнение и астероидная атака. Взрывы различаются по своей природе, но по характеру процесса они всегда разрушительны. Эта сила и является их главной отличительной особенностью.
Слово "взрыв" знакомо каждому. Однако на вопрос о том, что такое взрыв, можно ответить только исходя из того, применительно к чему это слово употребляется. Физически взрыв - это процесс экстремально быстрого выделения энергии и газов в сравнительно небольшом объёме пространства.
Стремительное расширение (тепловое или механическое) газа или иной субстанции, например, когда происходит взрыв гранаты, создаёт ударную волну (зону высокого давления), которая может обладать разрушительной силой.
В биологии под взрывом подразумевают быстрый и масштабный биологический процесс (например, взрыв численности, взрыв видообразования). Таким образом, ответ на вопрос о том, что такое взрыв, зависит от предмета исследования. Однако, как правило, под ним подразумевают именно классический взрыв, о котором и пойдёт речь далее.
Классификация взрывов
Взрывы могут иметь различную природу, мощность. Происходят в различных средах (включая вакуум). По природе возникновения взрывы можно разделить на:
- физические (взрыв лопнувшего шарика и т. д.);
- химические (например, взрыв тротила);
- ядерные и термоядерные взрывы.
Химические взрывы могут протекать в твёрдых, жидких или газообразных веществах, а также воздушных взвесях. Главными при таких взрывах являются окислительно-восстановительные реакции экзотермического типа, либо экзотермические реакции разложения. Примером химического взрыва является взрыв гранаты.
Физические взрывы возникают при нарушении герметичности ёмкостей со сжиженным газом и другими веществами, находящимися под давлением. Также их причиной может стать тепловое расширение жидкостей или газов в составе твёрдого тела с последующим нарушением целостности кристаллической структуры, что приводит к резкому разрушению объекта и возникновению эффекта взрыва.
Мощность взрыва
Мощность взрывов может быть различной: от обычного громкого хлопка из-за лопнувшего воздушного шарика или взорванной петарды до гигантских космических взрывов сверхновых звёзд.
Интенсивность взрыва зависит от количества выделенной энергии и скорости её выделения. При оценке энергии химического взрыва используют такой показатель, как количество выделенной теплоты. Объём энергии при физическом взрыве определяется количеством кинетической энергии адиабатического расширения паров и газов.
Техногенные взрывы
На промышленном предприятии взрывоопасные объекты не редкость, а потому там могут возникнуть такие виды взрывов, как воздушный, наземный и внутренний (внутри технического сооружения). При добыче каменного угля нередкими являются взрывы метана, что особенно характерно для глубоких угольных шахт, где по этой причине имеется дефицит вентиляции. Причём различные угольные пласты имеют разное содержание метана, поэтому и уровень взрывной опасности на шахтах различен. Взрывы метана являются большой проблемой для глубоких шахт Донбасса, что требует усиления контроля и мониторинга его содержания в воздухе рудников.
Взрывоопасные объекты - это ёмкости со сжиженным газом или находящимся под давлением паром. Также военные склады, контейнеры с аммиачной селитрой и многие другие объекты.
Последствия взрыва на производстве могут быть непредсказуемые, в том числе трагические, среди которых лидирующее место занимает возможный выброс химикатов.
Применение взрывов
Эффект взрыва издавна используется человечеством в различных целях, которые можно разделить на мирные и военные. В первом случае речь идёт о создании направленных взрывов для разрушения подлежащих сносу строений, ледяных заторов на реках, при добыче полезных ископаемых, в строительстве. Благодаря им существенно снижаются трудозатраты, необходимые для осуществления поставленных задач.
Взрывчатое вещество - это химическая смесь, которая под действием определённых, легко достигаемых условий, вступает в бурную химическую реакцию, приводящую к быстрому выделению энергии и большого количества газа. По своей природе взрыв такого вещества подобен горению, только протекает оно с огромной скоростью.
Внешние воздействия, которые могут спровоцировать взрыв, бывают следующими:
- механические воздействия (например, удар);
- химический компонент, связанный с добавлением во взрывчатое вещество других составляющих, которые провоцируют начало взрывной реакции;
- температурное воздействие (нагрев взрывчатого вещества или попадание на него искры);
- детонация от близлежащего взрыва.
Степень реакции на внешние воздействия
Степень реакции взрывчатого вещества на любое из воздействий исключительно индивидуальна. Так, некоторые виды пороха легко воспламеняются при нагреве, но остаются инертными под действием химических и механических влияний. Тротил взрывается от детонации других взрывчатых веществ, а к остальным факторам он мало чувствителен. Гремучая ртуть подрывается при всех видах воздействий, а некоторые взрывчатые вещества могут даже взрываться самопроизвольно, что делает такие составы очень опасными и малопригодными для использования.
Как детонирует взрывчатое вещество
Различные взрывчатые вещества взрываются несколько по-разному. Например, для пороха характерна реакция быстрого воспламенения с выделением энергии в течение относительно большого промежутка времени. Поэтому он используется в военном деле для придания скорости патронам и снарядам без разрыва их оболочек.
При другом типе взрыва (детонационный) взрывная реакция распространяется по веществу со сверхзвуковой скоростью и она же является причиной. Это приводит к тому, что энергия выделяется в очень короткий промежуток времени и с огромной скоростью, поэтому металлические капсулы разрывает изнутри. Такой тип взрыва типичен для таких опасных взрывчатых веществ, как гексоген, тротил, аммонит и т. д.
Типы взрывчатых веществ
Особенности чувствительности к внешним воздействиям и показатели взрывной мощности позволяют разделить взрывчатые вещества на 3 основные группы: метательные, инициирующие и бризантные. К метательным относят различные виды пороха. В эту группу входят маломощные взрывные смеси для петард и фейерверков. В военном деле их используют для изготовления осветительных и сигнальных ракет, в качестве источника энергии для патронов и снарядов.
Особенностью инициирующих взрывчатых веществ является чувствительность к внешним факторам. При этом у них невысокая взрывная мощность и тепловыделение. Поэтому их используют в качестве детонатора для бризантных и метательных взрывчаток. Для исключения самоподрыва их тщательно упаковывают.
Бризантные взрывчатые вещества обладают наибольшей взрывной мощностью. Они используются в качестве начинки для бомб, снарядов, мин, ракет и т. д. Наиболее опасными из них является гексоген, тетрил, тэн. Менее мощным взрывчатым веществом является тротил и пластид. Среди наименее мощных - аммиачная селитра. Бризантные вещества с высокой взрывной мощностью обладают и большей чувствительность к внешним воздействиям, что делает их ещё более опасными. Поэтому их используют в комбинации с менее мощными либо другими компонентами, которые приводят к снижению чувствительности.
Параметры взрывчатых веществ
В соответствии с объемами и скоростью энерго- и газовыделения все взрывчатые вещества оценивают по таким параметрам, как бризантность и фугасность. Бризатность характеризует скорость энерговыделения, которая напрямую влияет на разрушающие способности взрывчатого вещества.
Фугасность определяет величину выделения газов и энергии, а значит и количество произведённой при взрыве работы.
По обоим параметрам лидирует гексоген, который является наиболее опасным взрывчатым веществом.
Итак, мы попытались дать ответ на вопрос о том, что такое взрыв. А также рассмотрели основные типы взрывов и способы классификации взрывчатых веществ. Надеемся, что прочитав эту статью, вы получили общее представление о том, что такое взрыв.
8.2. Классификация взрывов
На взрывоопасных объектах возможны следующие виды взрывов :
1. Взрывы конденсированных взрывчатых веществ (КВВ). При этом происходит неконтролируемое резкое высвобождение энергии за короткий промежуток времени в ограниченном пространстве. К таким ВВ относятся тротил, динамит, пластид, нитроглицерин и др.
2. Взрывы топливовоздушных смесей или других газообразных, пылевоздушных веществ (ПЛВС). Эти взрывы еще называют объемными взрывами.
3. Взрывы сосудов, работающих под избыточным давлением (баллоны со сжатыми и сжиженными газами, котельные установки, газопроводы и т.д.). Это так называемые физические взрывы.
Основными поражающими факторами взрыва являются: воздушная ударная волна, осколки.
Первичные последствия взрыва: разрушение зданий, сооружений, оборудования, коммуникаций (трубопроводов, кабелей, железных дорог), травмирование и гибель людей.
Вторичные последствия взрыва: обрушение конструкций зданий и сооружений, травмирование и погребение под их обломками людей, находящихся в здании, отравление людей ядовитыми веществами, находившимися в разрушенных емкостях, оборудовании, трубопроводах.
При взрывах люди получат термические, механические, химические или радиационные поражения.
Для предотвращения взрывов на предприятиях принимается комплекс мер, зависящих от характера производства. Многие меры являются специфическим, характерными только для одного или нескольких видов производства. Однако существуют меры, соблюдать которые необходимо на любых производствах. К ним относятся:
1) размещение взрывоопасных производств, хранилищ, складов ВВ в незаселенных или малозаселенных районах;
2) если первое условие выполнить невозможно, то такие объекты допускается строить на безопасных расстояниях от населенных пунктов;
3) для надежного обеспечения взрывоопасных производств электроэнергией (при этом нарушается технологический режим) необходимо иметь автономные источники электроснабжения (генераторы, аккумуляторы);
4) на протяженных нефте- и газопроводах через каждые 100 км рекомендуется иметь аварийные бригады.
8.3. Характеристика и классификация конденсированных взрывчатых веществ
Под КВВ понимаются химические соединения , находящиеся в твердом или жидком состоянии , которые под влиянием внешних условий способны к быстрому самораспространяющемуся химическому превращению с образованием сильно нагретых и обладающих большим давлением газов, которые расширяясь производят механическую работу. Такое химпревращение ВВ называют взрывчатых превращением.
Взрывчатое превращение в зависимости от свойств взрывчатого вещества и вида воздействия на него может протекать в виде взрыва или горения. 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 . В случае снижения качества ВВ (увлажнение, слёживание) или недостаточного начального импульса детонация может перейти в горение или совсем затухнуть.
Процесс горения КВВ протекает сравнительно медленно со скоростью несколько метров в секунду. Скорость горения зависит от давления в окружающем пространстве: с увеличением давления скорость горения возрастает и иногда горение может перейти во взрыв.
Возбуждение взрывчатого превращения ВВ называется инициированием . Оно происходит если сообщить ВВ необходимое количество энергии(начальный импульс). Он может быть передан 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).
Все КВВ, применяемые в производстве, классифицируются на три группы:
- инициирующие (первичные), они обладают очень высокой чувствительностью к удару и тепловому воздействию и в основном используются в капсюлях- детонаторах для подрыва основного заряда ВВ (гремучая ртуть, нитроглицерин);
- вторичные ВВ. Взрыв их происходит при воздействии на них сильной ударной волны, которая может создаваться в процессе их горения или с помощью внешнего детонатора. ВВ этой группы относительно безопасны в обращении и могут долго храниться (тротил, динамит, гексоген, пластид);
- пороха . Чувствительность к удару очень мала, медленно горят. Загораются от пламени, искры или нагрева, быстрее горят на открытом воздухе. В закрытом сосуде взрываются. В состав пороха входят: древесный уголь, сера, азотнокислый калий.
В народном хозяйстве КВВ применяются при прокладке дорог, тоннелей в горах, разрушении заторов льда в период ледохода на реках, в карьерах при добыче полезных ископаемых, при сносе старых зданий и т.д.
| " |
Взрыв -- это быстропротекающий процесс физических и химических превращений веществ, сопровождающийся освобождением значительного количества энергии в ограниченном объеме, в результате которого образуется и распространяется ударная волна, способная привести и приводящая к техногенной чрезвычайной ситуации.
Характерные особенности взрыва:
- * большая скорость химического превращения;
- * большое количество газообразных продуктов;
- * сильный звуковой эффект (грохот, громкий звук, шум, сильный хлопок);
- * мощное дробящее действие.
Взрывы классифицируют по происхождению выделившейся энергии на:
- · Химические.
- · Взрывы ёмкостей под давлением (газовые баллоны, паровые котлы):
- · Взрыв расширяющихся паров вскипающей жидкости (BLEVE).
- · Взрывы при сбросе давления в перегретых жидкостях.
- · Взрывы при смешивании двух жидкостей, температура одной из которых намного превышает температуру кипения другой.
- · Ядерные.
- · Электрические (например при грозе).
- · Взрывы сверхновых звёзд
В зависимости от среды, в которой происходят взрывов, они бывают подземными, наземными, воздушными, подводными и надводными.
Масштабы последствий взрывов зависят от их мощности и среды, в которой они происходят. Радиусы зон поражения при взрывах могут доходить до нескольких километров.
Различают три зоны действия взрыва.
Зона I -- зона действия детонационной волны. Для нее характерно интенсивное дробящее действие, в результате которого конструкции разрушаются на отдельные фрагменты, разлетающиеся с большими скоростями от центра взрыва.
Зона II -- зона действия продуктов взрыва. В ней происходит полное разрушение зданий и сооружений под действием расширяющихся продуктов взрыва. На внешней границе этой зоны образующаяся ударная волна отрывается от продуктов взрыва и движется самостоятельно от центра взрыва. Исчерпав свою энергию, продукты взрыва, расширившись до плотности, соответствующей атмосферному давлению, не производят больше разрушительного действия.
Зона III -- зона действия воздушной ударной волны -- включает в себя три подзоны: III а -- сильных разрушений, III б -- средних разрушений, III в -- слабых разрушений. На внешней границе зоны III ударная волна вырождается в звуковую, слышимую еще на значительных расстояниях.
Действие взрыва на здания, сооружения, оборудование.
Наибольшим разрушениям продуктами взрыва и ударной волной подвергаются здания и сооружения больших размеров с легкими несущими конструкциями, значительно возвышающиеся над поверхностью земли. Подземные и заглубленные в грунт сооружения с жесткими конструкциями обладают значительной сопротивляемостью разрушению.
Разрушения подразделяют на полные, сильные, средние и слабые.
Полные разрушения. В зданиях и сооружениях обрушены перекрытия и разрушены все основные несущие конструкции. Восстановление невозможно. Оборудование, средства механизации и другая техника восстановлению не подлежат. В коммунальных и энергетических сетях имеются разрывы кабелей, разрушения участков трубопроводов, опор воздушных линий электропередач и т. п.
Сильные разрушения. В зданиях и сооружениях имеются значительные деформации несущих конструкций, разрушена большая часть перекрытий и стен. Восстановление возможно, но нецелесообразно, так как практически сводится к новому строительству с использованием некоторых сохранившихся конструкций. Оборудование и механизмы большей частью разрушены и деформированы. В коммунальных и энергетических сетях имеются разрывы и деформации на отдельных участках подземных сетей, деформации воздушных линий электропередачи и связи, разрывы технологических трубопроводов.
Средние разрушения. В зданиях и сооружениях разрушены главным образом не несущие, а второстепенные конструкции (легкие стены, перегородки, крыши, окна, двери). Возможны трещины в наружных стенах и вывалы в отдельных местах. Перекрытия и подвалы не разрушены, часть сооружений пригодна к эксплуатации. В коммунальных и энергетических сетях значительны разрушения и деформации элементов, которые можно устранить капитальным ремонтом.
Слабые разрушения. В зданиях и сооружениях разрушена часть внутренних перегородок, заполнения дверных и оконных проемов. Оборудование имеет значительные деформации. В коммунальных и энергетических сетях имеются незначительные разрушения и поломки конструктивных элементов.
По происхождению выделившейся энергии.
Химические взрывы.
Единого мнения о том, какие именно химические процессы следует считать взрывом, не существует. Это связано с тем, что высокоскоростные процессы могут протекать в виде детонации или дефлаграции (горения). Детонация отличается от горения тем, что химические реакции и процесс выделения энергии идут с образованием ударной волны в реагирующем веществе, и вовлечение новых порций взрывчатого вещества в химическую реакцию происходит на фронте ударной волны, а не путём теплопроводности и диффузии, как при горении. Как правило, скорость детонации выше скорости горения, однако это не является абсолютным правилом. Различие механизмов передачи энергии и вещества влияют на скорость протекания процессов и на результаты их действия на окружающую среду, однако на практике наблюдаются самые различные сочетания этих процессов и переходы детонации в горение и обратно. В связи с этим обычно к химическим взрывам относят различные быстропротекающие процессы без уточнения их характера.
Существует более жёсткий подход к определению химического взрыва как исключительно детонационному. Из этого условия с необходимостью следует, что при химическом взрыве, сопровождаемом окислительно-восстановительной реакцией (сгоранием), сгорающее вещество и окислитель должны быть перемешаны, иначе скорость реакции будет ограничена скоростью процесса доставки окислителя, а этот процесс, как правило, имеет диффузионный характер. Например, природный газ медленно горит в горелках домашних кухонных плит, поскольку кислород медленно попадает в область горения путём диффузии. Однако, если перемешать газ с воздухом, он взорвётся от небольшой искры -- объёмный взрыв.
Индивидуальные взрывчатые вещества как правило, содержат кислород в составе своих собственных молекул, притом, их молекулы, по сути метастабильные образования. При сообщении такой молекуле достаточной энергии (энергии активации) она самопроизвольно диссоциирует на составляющие атомы, из которых образуются продукты взрыва, с выделением энергии, превышающей энергию активации. Подобными свойствами обладают молекулы нитроглицерина, тринитротолуола и др. Нитраты целлюлозы (бездымный порох), чёрный порох, который состоит из механической смеси горючего вещества (древесный уголь) и окислителя (различные селитры), в обычных условиях не склонны к детонации, но их по традиции относят к взрывчатым веществам.
Взрывы ёмкостей под давлением
Сосудами, работающими под давлением, называются герметически закрытые емкости, предназначенные для ведения химических и тепловых процессов, а также для хранения и перевозки сжатых, сжиженных и растворенных газов и жидкостей под давлением. Основная опасность при эксплуатации таких сосудов заключается в возможности их разрушения при внезапном адиабатическом расширении газов и паров (т.е. физический взрыв). Причинами взрывов сосудов, работающих под давлением, могут быть ошибки, допущенные при проектировании и изготовлении сосуда, дефекты материалов, потеря прочности в результате местных перегревов, ударов, превышение рабочего давления в результате отсутствия или неисправности контрольно-измерительных приборов, отсутствие или неисправность предохранительных клапанов, мембран, запорной и отключающей арматуры. Особенно опасны взрывы сосудов, содержащих горючую среду, т.к. осколки резервуаров даже большой массы (до нескольких тонн) разлетаются на расстояние до нескольких сот метров и при падении на здания, технологическое оборудование, емкости вызывают разрушения, новые очаги пожара, гибель людей.
Ядерный взрыв
Ядерный взрыв -- неуправляемый процесс высвобождения большого количества тепловой и лучистой энергии в результате цепной ядерной реакции деления или реакции термоядерного синтеза за очень малый промежуток времени. По своему происхождению ядерные взрывы являются либо продуктом деятельности человека на Земле и в околоземном космическом пространстве, либо природными процессами на некоторых видах звёзд. Искусственные ядерные взрывы -- мощное оружие, предназначенное для уничтожения крупных наземных и защищённых подземных военных объектов, скоплений войск и техники противника (в основном тактическое ядерное оружие), а также полное подавление и уничтожение противоборствующей стороны: разрушение больших и малых населённых пунктов с мирным населением и стратегической промышленности (Стратегическое ядерное оружие).
Цепная реакция деления
Атомные ядра некоторых изотопов химических элементов с большой атомной массой (например, урана или плутония) при их облучении нейтронами определённой энергии теряют свою устойчивость и распадаются с выделением энергии на два меньших и приблизительно равных по массе осколка -- происходит реакция деления атомного ядра. При этом наряду с осколками, обладающими большой кинетической энергией, выделяются ещё несколько нейтронов, которые способны вызвать аналогичный процесс в соседних таких же атомах. В свою очередь, нейтроны, образовавшиеся при их делении, могут привести к делению новых порций атомов -- реакция становится цепной, приобретает каскадный характер. В зависимости от внешних условий, количества и чистоты расщепляющегося материала её течение может происходить по-разному. Вылет нейтронов из зоны деления или их поглощение без последующего деления сокращает число делений в новых стадиях цепной реакции, что приводит к её затуханию. При равном числе расщеплённых ядер в обеих стадиях цепная реакция становится самоподдерживающейся, а в случае превышения количества расщеплённых ядер в каждой последующей стадии в реакцию вовлекаются всё новые атомы расщепляющегося вещества.
Термоядерный синтез
Реакции термоядерного синтеза с выделением энергии возможны только среди элементов с небольшой атомной массой, не превышающих приблизительно атомную массу железа. Они не носят цепного характера и возможны только при высоких давлениях и температурах, когда кинетической энергии сталкивающихся атомных ядер достаточно для преодоления кулоновского барьера отталкивания между ними, либо для заметной вероятности их слияния за счёт действия туннельного эффекта квантовой механики. Для возможности этого процесса необходимо совершить работу для разгона исходных атомных ядер до высоких скоростей, но если они сольются в новое ядро, то выделившаяся при этом энергия будет больше, чем затраченная. Появление нового ядра в результате термоядерного синтеза как правило сопровождается образованием различного рода элементарных частиц и высоко энергетичных квантов электромагнитного излучения.
Явления при ядерном взрыве
Сопутствующие ядерному взрыву явления варьируют от местонахождения его центра. Ниже рассматривается случай атмосферного ядерного взрыва в приземном слое, который был наиболее частым до запрета ядерных испытаний на земле, под водой, в атмосфере и в космосе. После инициирования реакции деления или синтеза за очень короткое время порядка долей микросекунд в ограниченном объёме выделяется огромное количество лучистой и тепловой энергии. Реакция обычно заканчивается после испарения и разлёта конструкции взрывного устройства вследствие огромной температуры (до 10 7 К) и давления (до 10 9 атм.) в точке взрыва. Визуально с большого расстояния эта фаза воспринимается как очень яркая светящаяся точка.
Световое давление от электромагнитного излучения при реакции нагревает и вытесняет окружающий воздух от точки взрыва -- образуется огненный шар и начинает формироваться скачок давления между воздухом, сжатым излучением, и невозмущённым, поскольку скорость перемещения фронта нагрева изначально многократно превосходит скорость звука в среде. После затухания ядерной реакции энерговыделение прекращается и дальнейшее расширение происходит за счёт разницы температур и давлений в области огненного шара и окружающего воздуха.
Происходящие в заряде ядерные реакции служат источником разнообразных излучений: электромагнитного в широком спектре от радиоволн до высокоэнергичных гамма-квантов, быстрых электронов, нейтронов, атомных ядер. Это излучение, называемое проникающей радиацией, порождает ряд характерных только для ядерного взрыва последствий. Нейтроны и высокоэнергичные гамма-кванты, взаимодействуя с атомами окружающего вещества, преобразуют их стабильные формы в нестабильные радиоактивные изотопы с различными путями и периодами полураспада -- создают так называемую наведённую радиацию. Наряду с осколками атомных ядер расщепляющегося вещества или продуктами термоядерного синтеза, оставшимися от взрывного устройства, вновь получившиеся радиоактивные вещества поднимаются высоко в атмосферу и способны рассеяться на большой территории, формируя радиоактивное заражение местности после ядерного взрыва. Спектр образующихся при ядерном взрыве нестабильных изотопов таков, что радиоактивное заражение местности способно длиться тысячелетиями, хотя интенсивность излучения падает со временем.
Наземный ядерный взрыв в отличие от обычного также имеет свои особенности. При химическом взрыве температура грунта, примыкавшего к заряду и вовлечённого в движение относительно невелика. При ядерном взрыве температура грунта возрастает до десятков миллионов градусов и большая часть энергии нагрева в первые же мгновения излучается в воздух и дополнительно идёт в образование теплового излучения и ударной волны, чего при обычном взрыве не происходит. Отсюда резкое различие в воздействии на поверхность и грунтовый массив: наземный взрыв химического взрывчатого вещества передаёт в грунт до половины своей энергии, а ядерный -- считанные проценты. Соответственно размеры воронки и энергия сейсмических колебаний от ядерного взрыва в разы меньше оных от одинакового по мощности взрыва ВВ. Однако при заглублении зарядов это соотношение сглаживается, так как энергия перегретой плазмы меньше уходит в воздух и идёт на совершение работы над грунтом.
Воздушная ударная волна взрыва вызывает разрушения или повреждения железнодорожного пути, подвижного состава, зданий, элементов связи, СЦБ, железнодорожного водоснабжения и других элементов инженерно-технического комплекса (ИТК)* железнодорожного транспорта.
Качественное состояние разрушенных элементов ИТК в зонах чрезвычайных ситуаций оценивается соответствующей степенью разрушения: полной, сильной, средней и слабой.
Полные разрушения характеризуются разрушением или обрушением всех или большей части несущих конструкций, капитальных стен, сильной деформацией или обрушением межэтажных и потолочных перекрытий, пролетных строений мостов. При этом обломки зданий и сооружений создают сплошные завалы. Основные элементы железнодорожного пути полностью выходят из строя. Подвижной состав, путевые машины, станционное оборудование и аппаратура не подлежат восстановлению.
Использование элементов машин, подвижного состава и разрушенных частей сооружений невозможно.
Сильные разрушения характеризуются разрушением части капитальных и большинства остальных стен зданий, деформацией пролетных строений мостов, большинства опор контактной сети и ЛЭП. Восстановление железнодорожного пути и сооружений возможно, но нецелесообразно, так как практически сводится к новому строительству с использованием некоторых сохранившихся элементов и конструкций. Технические и транспортные средства ремонту не подлежат, отдельные их детали в дальнейшем могут быть использованы при ремонте.
Средние разрушения характеризуются разрушением второстепенных элементов (внутренних перегородок, окон, крыш), появлением трещин в стенах, обрушением чердачных перекрытий и отдельных участков верхних этажей. Вокруг зданий завалов не образуется, но отдельные обломки конструкций могут быть отброшены на значительные расстояния. Железнодорожный путь получает деформацию. Деформируются отдельные элементы пролетных строений мостов, отдельные опоры ЛЭП, контактной сети и линии связи. Возможно восстановление зданий, железнодорожного пути, сооружений, подвижного состава, транспортных и других технических средств с использованием капитального и среднего ремонта.
Слабые разрушения зданий характеризуются разрушением наименее прочных конструкций: оконных и дверных заполнений, легких перегородок, кровли. Оборудование получает незначительные деформации второстепенных элементов. Восстановление железнодорожного пути, сооружений, подвижного состава и техники требует текущего ремонта.
В связи с тем, что при полном и сильном разрушениях здания, сооружения и технические средства не восстанавливаются, в справочных данных и расчетах часто используют только три степени разрушений -сильную, среднюю и слабую.
При воздействии одних и тех же параметров ударной волны взрыва на различные элементы ИТК степень их разрушения будет неодинакова в связи с различной их физической устойчивостью.
Под физической устойчивостью следует понимать способность сооружения противостоять воздействию внешних нагрузок в чрезвычайной ситуации. Эта способность является свойством сооружения, которое зависит от его размеров, конструктивных и других параметров и не зависит от каких-либо внешних факторов. К таким параметрам, например, относятся: жесткость конструкции, наличие фундамента, закрепление элементов и другие прочностные свойства; материал; масса и положение центра тяжести; размеры элементов и их конфигурация; площадь опоры; расстояние между опорными частями и др.
Например, при одних и тех же внешних нагрузках наибольшим разрушениям подвергаются многоэтажные жилые здания без каркаса с несущими стенами из кирпича, панелей и блоков. Наибольшие нагрузки выдерживают массивные промышленные здания с металлическим каркасом и внутренним крановым оборудованием большой грузоподъемности, для которых устраиваются несущие колонны, что делает конструкцию здания более жесткой и прочной.
Высокие внешние нагрузки выдерживает верхнее строение железнодорожного пути, имеющее жесткую конструкцию (соединение балластного слоя, шпал и рельсов), незначительное возвышение над поверхностью земли и малый коэффициент аэродинамического сопротивления.
Среди различных видов железнодорожного подвижного состава наибольшей устойчивостью к воздействию внешних нагрузок при взрывах обладают четырехосные незагруженные платформы (малые размеры при значительной массе), груженые цистерны (малый коэффициент аэродинамического сопротивления) и локомотивы. Наименее устойчивыми являются пассажирские вагоны и крытые порожние грузовые вагоны (значительные размеры и относительно малая масса).
Сравнительная оценка устойчивости (по степеням разрушения) элементов ИТК при взрывах производится с помощью единого количественного показателя - величины избыточного давления во фронте ударной волны
Если определяющим фактором при разрушении сооружения является не избыточное давление во фронте воздушной ударной волны ΔР ф, а давление скоростного напора воздуха ΔР ск (при отсутствии опытных данных о степени разрушений сооружений при соответствующих значениях ΔР ф ), то устойчивость сооружения рассчитывается на действие давления скоростного напора ΔР ск . Расчетные значения ΔР ск пересчитываются по формуле (3.1) или графику (рис. 3.3) в ΔР ф , что позволяет сравнивать устойчивость сооружений и определять степень их разрушений с использованием единого показателя ΔР ф , (Расчеты устойчивости сооружений представлены в главе 8.)
Характер зависимости степени разрушения сооружения от величины избыточного давления во фронте ударной волны ΔР ф может быть пред-ставлен в виде графика (рис. 3.7).
Для оценки сопротивляемости сооружений и устройств действию ударной волны необходимо знать их предел устойчивости - предельное значение избыточного давления во фронте воздушной ударной волны, при превышении которого функционирование сооружений и устройств невозможно.
Рис. 3.7. Характер зависимости степени разрушения от величины избыточного давления во фронте ударной волны:
I - зона слабых разрушений; II - зона средних разрушений; III - зона сильных разрушений; IV - зона полных разрушений; - предел устойчивости сооружения;
Радиус функционирования - удаление от центра взрыва, на котором численно равно пределу устойчивости
За предел устойчивости элемента ИТК принимается нижняя граница средних разрушений (на определенном расстоянии от центра взрыва ) (рис. 3.7).
Смысл указанного положения состоит в том, что, попадая в зону I - слабых разрушений (рис. 3.7), сооружению требуется текущий ремонт, но его временное использование возможно с определенными ограничениями.
При превышении предела устойчивости сооружения (попадании его в зону II) дальнейшее использование сооружения становится невозможным без проведения среднего ремонта.
Таким образом, предел устойчивости и степень разрушения элементов ИТК количественно характеризуются граничными значениями ΔР ф, Для основных сооружений и устройств железнодорожного транспорта эти значения приведены в табл. 3.3.
Указанные в табл. 3.3 интервалы с минимальными и максимальными значениями избыточного давления, характеризующие определенную степень разрушения, учитывают возможные различия в конструкции сооружений и положении сооружений по отношению к направлению распространения фронта ударной волны.
Для железнодорожного пути и подвижного состава данные табл. 3.3 приведены для случая, когда фронт ударной волны распространяется перпендикулярно к оси пути и боковой стороне подвижного состава (наихудший вариант). При распространении ударной волны вдоль оси железнодорожного пути подвижной состав выдерживает избыточное давление (давление скоростного напора) в 1,5-2 раза больше табличных значений, а железнодорожный путь получает сильные и полные разрушения в основном в пределах радиуса воронки.
В табл. 3.3 значения величины давления во фронте ударной волны, вызывающие определенную степень разрушения, приведены для ядерного взрыва. Считается, что одинаковая степень разрушения ударной волной от ядерного взрыва и взрыва ВМ, ГВС или УВГ имеет место, если давление во фронте ударной волны взрыва этих взрывоопасных веществ примерно в 1,5 раза выше давления во фронте ударной волны ядерного взрыва. (Для ВМ, ГВС и УВГ табличные данные увеличиваются в 1,5 раза).
В отличие от городов и объектов экономики, содержащих, как правило, однотипные элементы - здания, на объектах железнодорожного (транспорта размещаются многообразные виды сооружений и устройств,
обеспечивающие движение поездов и имеющие неодинаковую устойчивость. По этой причине на объектах железнодорожного транспорта в зоне аварийных взрывов невозможно выделить общие зоны полных, сильных, средних и слабых разрушений. Для каждого вида сооружений эти зоны будут иметь свои размеры.