Термины и определения

Основными причинами аварий и катастроф на объектах являются:

– ошибки, допущенные при проектировании, строительстве и изготовлении оборудования;

– нарушение технологии производства, правил эксплуатации оборудования, требований безопасности;

– низкая трудовая дисциплина;

– стихийные бедствия.

Пожары на предприятиях могут возникать также вследствие повреждения электропроводки и машин, находящихся под напряжением, топок и отопительных систем, емкостей с легковоспламеняющимися жидкостями и т.д.

Наиболее характерными последствиями аварий являются взрывы, пожары, обрушения зданий, заражение атмосферы и местности аварийно химическими опасными и радиоактивными веществами.

Авария – это чрезвычайная ситуация, связанная с разрушительным высвобождением собственного энергозапаса промышленного предприятия, при котором сырье, промежуточные продукты, продукция предприятия и отходы производства, а также установленное на промышленнойплощадке оборудование, вовлекаясь в аварийный процесс, создают поражающие факторы для персонала, населения, окружающей среды и самого промышленного предприятия.

Катастрофа – это авария, сопровождающаяся гибелью людей.

Пожар – это неконтролируемое горение вне специального очага, наносящее материальный ущерб.

Горение – химическая реакция окисления, сопровождающаяся выделением большого количества тепла и обычно свечением. Для возникновения горения необходимо наличие горючего вещества, окислителя (обычно кислород воздуха, а также хлор, фтор, йод, бром, оксиды азота) и источника зажигания. Кроме этого необходимо, чтобы горючее вещество было нагрето до определенной температуры и находилось в определенном количественном соотношении с окислителем, а источник зажигания имел бы достаточную энергию.

Для горения и воспламенения важное значение имеет концентрация газов и паров в воздухе. Диапазон горения и воспламенения характеризуется нижним и верхним пределами взрываемости. Они являются важнейшей характеристикой взрывоопасности горючих веществ. Нижний предел взрыва характеризуется наименьшей концентрацией газов и паров воздуха, при котором возможен взрыв, а верхний – наибольшей их концентрацией, при которой еще возможен взрыв.

Все горючие жидкости пожароопасны. Они горят в воздухе при определенных условиях, зависящих от концентрации их паров. Горючие жидкости постоянно испаряются, образуя над поверхностью насыщенные взрывоопасные пары.

Взрыв – чрезвычайно быстрое выделение энергии в ограниченном объеме, связанное с внезапным изменением состояния вещества и сопровождающееся образованием большого количества сжатых газов, способных производить механическую работу.

Детонация – весьма быстрое разложение взрывчатого вещества (газовоздушной смеси), распространяющееся со скоростью в несколько км/с и характеризующееся особенностями, присущими любому взрыву, указанному выше. Детонация характерна для военных и промышленных смесей, находящихся в замкнутом объеме.

Детонация представляет собой взрыв, распространяющийся с максимально возможной для данного вещества (смеси) и данных условий (например, концентрацией смеси) скоростью, превышающей скорость звука в данном веществе и измеряемой тысячами метров в секунду. В условиях детонации достигается максимальное разрушительное действие взрыва.

Взрыв приводит к повреждению и разрушение зданий, сооружений технологического оборудования, емкостей и трубопроводов. Эти явления связаны как с самим взрывом, так и с действием образующейся при взрыве ударной волны.

Ударной – называется волна характеризующаяся наличием поверхности разрыва основных физических параметров состояния среды (давления, плотности, температуры), в которой она распространяется со сверхзвуковой скоростью 330 м/с. В зависимости от того, в какой среде распространяется волна – в воздухе, в воде или в грунте, ее называют воздушной ударной волной, ударной волной в воде или сейсмовзрывнойволной в грунте.

При взрыве образуется большое количество газообразных продуктов. Переднюю границу волны, характеризующуюся резким скачком давления, называют фронтом ударной волны.

Во фронте ударной волны происходит скачкообразное изменение параметров состояния воздуха (давления, плотности, температуры, скорости движения).

Параметры состояния воздуха, находясь под весьма высоким давлением (порядка нескольких мегапаскалей, МПа), подобно сильно сжатой и мгновенно отпущенной пружине, расширяются.

Так как давление окружающего воздуха во много раз меньше давления продуктов взрыва, то последние, расширяясь, наносят резкий удар по прилегающим слоям. За счет этого воздух сжимается, повышается его давление, плотность, температура.

Общее действие взрыва проявляется в разрушении оборудования или помещения, вызываемых ударной волной, а также выделением вредных веществ (продуктов взрыва или содержащихся в оборудовании).

Основным параметром ударной волны, определяющим ее разрушающее и поражающее действие, является избыточное давление

Избыточное давление во фронте ударной волны – это разница между максимальным и атмосферным давлением (формула 1.2):

∆Р₁=Р₁-Р₀, кПа (кгс/см²), (1.2)

Избыточное давление в данной точке зависит от расстояния до центра взрыва и его мощности. Формулы для определения избыточного давления приведены в следующем разделе.

При детонационном горении (детонации) распространение пламени происходит со скоростью, близкой к скорости звука или превышающей ее. Химическая энергия, выделяющаяся в детонационной волне, подпитывает ударную волну, не давая ей затухнуть. В условиях детонации достигается максимальное разрушительное действие взрыва. Поэтому режим детонационного горения принят за расчетный случай для прогнозирования инженерной обстановки при авариях с взрывом.

Инициирование (зажигание) газовоздушной смеси (ГВС) с образованием очага горения возможно при следующих условиях:

– концентрация горючего газа в ГВС должна быть в диапазоне между нижним и верхним концентрационными пределами распространения пламени;

– энергия зажигания от искры, горящей поверхности должна быть не ниже минимальной.

Нижний концентрационный предел (С_нкп) распространения пламени – это такая концентрация горючего газа в смеси с окислительной средой, ниже которой смесь становится неспособной к распространению пламени.

Верхний концентрационный предел (С_вкп) распространения пламени – это такая концентрация горючего в смеси с окислительной средой, выше которой смесь становится неспособной к распространению пламени.

Минимальная энергия инициирования (зажигания) (Э_и) – наименьшее значение энергии электрического разряда, способное воспламенить смесь стехиометрического состава.

Концентрация газа стехиометрического состава (С_сх) – концентрация горючего газа в смеси с окислительной средой, при которой обеспечивается полное без остатка химическое взаимодействие горючего и окислителя смеси.

При сгорании ГВС стехиометрического состава образуются только конечные продукты реакции горения, и выделившаяся теплота их сгорания не расходуется. По этой причине продукты сгорания нагреваются до максимальной температуры.

К основным факторам, влияющим на параметры взрыва, относят:

– массу и тип взрывоопасного вещества;

– параметры и условия хранения взрывоопасного вещества или использования в технологическом процессе;

– место возникновения взрыва;

– объемно-планировочные решения зданий.

Последствия взрыва на пожаровзрывоопасных предприятиях определяются в зависимости от условия размещения взрывоопасных продуктов. Если продукты размещаются вне помещений, то принимается, что авария развивается по сценарию взрыва в открытом пространстве. Если технологический аппарат с взрывоопасными продуктами размещен в зданиях, то авария развивается по сценарию взрыва в замкнутом объеме.

Следовательно, взрывы на промышленных предприятиях и базах хранения можно разделить на две группы – в открытом пространстве и производственных помещениях.

В открытом пространстве на промышленных предприятиях и базах хранения возможны взрывы ГВС, образующихся при разрушении резервуаров со сжатыми и сжиженными под давлением или охлаждением (в изотермических резервуарах) газами, а также при аварийном разливе ЛВЖ.

В производственных помещениях, наряду с взрывом ГВС, возможны также взрывы пылевоздушных смесей (ПВС), образующихся при работе технологических установок.