Практикум составлен Л. В. Куслиной, И.В. Машевской.

 

Рецензенты:

Заведующий кафедрой безопасности жизнедеятельности Пермского государственного технического университета, доктор технических наук, профессор В.А.Трефилов;

Доцент кафедры неорганической химии Пермского государственного университета, кандидат химических наук В. С. Корзанов.

 

Cборник практических занятий предназначен для студентов очного и заочного обучения инженерного факультета специальности 280101 «Безопасность жизнедеятельности в техносфере». Книга станет хорошим помощником в изучении дисциплины, при проведении практических занятий, подготовке к сдаче экзаменов и зачетов, в написании рефератов по дисциплине «Физико-химические процессы горения и взрыва» и «Безопасность жизнедеятельности в чрезвычайных ситуациях». Данное учебное пособие соответствует государственному образовательному стандарту.

 

Рекомендовано к изданию кафедрой «Безопасность жизнедеятельности» (протокол № от 05.03.2011) и методической комиссией инженерного факультета (протокол № от __.__. 2011).

 

Оглавление

Введение
Глава 1. Взрывчатые вещества
1.1. Характеристика взрывчатых веществ
1.2. Классификация взрывчатых веществ
1.3. Виды взрывов на взрывоопасных объектах (ВОО)
Глава 2. Взрывы паровоздушных и газовоздушных смесей
2.1. Параметры взрыва парогазовых смесей (ПГС)
2.2. Расчет максимального давления взрыва парогазовых смесей
2.3. Расчет тротилового эквивалента взрыва и безопасного расстояния по действию воздушных ударных волн
2.4. Контрольные задачи и задание для самостоятельной работы
2.5. Методики оценки зон разрушений при взрывах газо-воздушных смесей (ГВС)
2.6. Прогнозирование последствий взрывов газопаровоздушных смесей (ГПВС) в производственных помещениях
2.7. Взрывы газопаровоздушных смесей
2.8. Взрывы пылевоздушных смесей (ПВС)
2.9. Взрывы при аварийной разгерметизации магистрального газопровода
Глава 3. Взрывы конденсированных взрывчатых веществ
3.1. Прогнозирование обстановки при авариях со взрывом на пожароопасных объектах
Литература
Приложение

Введение

Спецкурс ОПД 05 - «Физико-химические основы горения и взрыва», согласно государственному образовательному стандарту представляет собой совокупность следующих вопросов: физико-химические основы горения; теории горения: тепловая, цепная, диффузионная; виды пламени и скорости его распространения; условия возникновения и развития процессов горения; взрывы: типы взрывов, физические и химические взрывы, классификация взрывов по плотности вещества, по типам химических реакций, энергия и мощность, форма ударной волны, длительность импульса.

Данный практикум предназначен для формирования у студентов практических навыков по спецкурсу «Физико-химические основы горения и взрыва».

В практикуме представлены расчетные работы по следующим темам:

· Взрывчатые вещества

· Взрывы паровоздушных и газовоздушных смесей

· Взрывы конденсированных взрывчатых веществ

 

Практикум можно использовать при проведении практических занятий по спецкурсу «Безопасность жизнедеятельности в чрезвычайных ситуациях», а именно при решении задач по оценке обстановки при ЧС, связанных со взрывчатыми веществами.

Глава 1. Взрывчатые вещества

Взрывчатое вещество (ВВ) - химическое соединение или их смесь, способное в результате определённых внешних воздействий или внутренних процессов взрываться, выделяя тепло и образуя сильно нагретые газы.

Комплекс процессов который происходит в таком веществе, называется детонацией. Традиционно к взрывчатым веществам также относят соединения и смеси, которые не детонируют, а горят с определенной скоростью (метательные пороха, пиротехнические составы).

Существует ряд веществ, также способных к взрыву (например, ядерные и термоядерные материалы, антивещество). Также существуют методы воздействия на различные вещества, приводящие к взрыву (например, лазером или электрической дугой). Обычно такие вещества не называют «взрывчатыми» [1].

 

Характеристика взрывчатых веществ

Любое взрывчатое вещество обладает следующими характеристиками:

· способность к экзотермическим химическим превращениям

· способность к самораспространяющемуся химическому превращению

Важнейшими характеристиками взрывчатых веществ являются:

· скорость взрывчатого превращения (скорость детонации или скорость горения);

· давление детонации;

· теплота (удельная теплота) взрыва;

· состав и объём газовых продуктов взрывчатого превращения;

· максимальная температура продуктов взрыва (температура взрыва);

· чувствительность к внешним воздействиям;

· критический диаметр детонации;

· критическая плотность детонации.

При детонации разложение ВВ происходит настолько быстро (за время от 10⁻⁶ до 10⁻² с), что газообразные продукты разложения с температурой в несколько тысяч градусов оказываются сжатыми в объёме, близком к начальному объёму заряда. Резко расширяясь, они являются основным первичным фактором разрушительного действия взрыва.

Различают 2 основных вида действия ВВ:

· бризантное (местного действия);

· фугасное (общего действия).

Существенное значение при обращении и хранении ВВ имеет их стабильность.

ВВ широко используются и в промышленности для производства различных взрывных работ. Ежегодный расход ВВ в странах с развитым промышленным производством даже в мирное время составляет сотни тысяч тонн. В военное время расход ВВ резко возрастает. Так, в период 1-й мировой войны в воюющих странах он составил около 5 миллионов тонн, а во 2-й мировой войне превысил 10 миллионов тонн.

В Российской Федерации запрещена свободная реализация взрывчатых веществ, средств взрывания, порохов, всех видов ракетного топлива, а также специальных материалов и специального оборудования для их производства, нормативной документации на их производство и эксплуатацию.

Классификация взрывчатых веществ (ВВ)

Взрывчатые вещества имеют весьма разнообразную классификацию [1].

По составу

· Индивидуальные химические соединения. Большинство таких соединений представляют собой кислородосодержащие вещества, обладающие свойством полностью или частично окисляться внутри молекулы без доступа воздуха. Существуют соединения, не содержащие кислород, но обладающие свойством взрываться (разлагаться) (азиды, ацетилениды, диазосоединения и др.). Они, как правило, обладают неустойчивой молекулярной структурой, повышенной чувствительностью к внешним воздействиям (трению, удару, нагреву, огню, искре, переходу между фазовыми состояниями, другим химическим веществам) и относятся к веществам с повышенной взрывоопасностью.

· Взрывчатые смеси-композиты. Состоят из двух и более химически не связанных между собой веществ. Многие взрывчатые смеси состоят из индивидуальных веществ, не имеющих взрывчатых свойств (горючих, окислителей и регулирующих добавок).

При использовании взрывчатых смесей применяют:

1. для снижения чувствительности ВВ к внешним воздействиям. Для этого добавляют различные вещества - флегматизаторы (парафин, церезин, воск, дифениламин и др.);

2. для увеличения теплоты взрыва добавляют металлические порошки, например, алюминий, магний, цирконий, бериллий и прочие восстановители);

3. для повышения стабильности при хранении и применении;

4. для обеспечения функций контроля над применением ВВ В состав ВВ могут вводиться специальные вещества-маркеры, по наличию которых в продуктах взрыва устанавливается происхождение ВВ.

 

По физическому состоянию

· газообразные;

· жидкие (при нормальных условиях таким ВВ является, например, индивидуальные вещества нитроглицерин, этиленгликольдинитрат (нитрогликоль), этилнитрат и другие);

· гелеобразные (при растворении нитроцеллюлозы в нитроглицерине образуется гелеобразная масса, получившая название «гремучий студень»);

· суспензионные (большая часть современных промышленных ВВ представляют собой суспензии смесей аммиачной селитры с различными горючими и добавками в воде (акватол, ифзанит, карбатол);

· эмульсионные;

· твердые (в военном деле применяются преимущественно твёрдые (конденсированные) ВВ). Твердые ВВ могут быть:

§ монолитными (тротил);

§ порошкообразными (гексоген);

§ гранулированными (аммиачно-селитренные взрывчатые вещества);

§ пластичными;

 

По форме работы взрыва

· инициирующие (первичные). Инициирующие ВВ предназначаются для возбуждения взрывчатых превращений в зарядах других ВВ. Они отличаются повышенной чувствительностью и легко взрываются от простых начальных импульсов (удара, трения, накола жалом, электрической искры и т. д.). Основой инициирующих ВВ являются гремучая ртуть, азид свинца, тринитрорезорцинат свинца (ТНРС), тетразен, диазодинитрофенол (или их смеси) и прочие с высокой скоростью детонации (свыше 5000 м/с);

· бризантные (вторичные). Бризантные ВВ менее чувствительны к внешним воздействиям, и возбуждение взрывчатых превращений в них осуществляется главным образом с помощью инициирующих ВВ. В качестве бризантных ВВ применяются обычно различные нитросоединения (тротил, нитрометан и др.), N-нитрамины (тетрил, гексоген, октоген, этилен-N,N'-динитрамин и др.), нитраты спиртов (нитроглицерин, нитрогликоль), нитраты целлюлозы и др. Часто эти соединения применяют в виде смесей между собой и с другими веществами.

Бризантные взрывчатые смеси часто называют по виду окислителя:

· хлоратиты (окислитель - хлорат калия)

· перхлоратиты (окислитель - перхлорат калия, перхлорат аммония)

· аммониты (окислитель - нитрат аммония)

· оксиликвиты (окислитель - жидкий кислород) и др.

Бризантные ВВ применяют для снаряжения боевых частей ракет различных классов, снарядов реактивной и ствольной артиллерии, артиллерийских и инженерных мин, авиационных бомб, торпед, глубинных бомб, ручных гранат и т. д.

В ядерных боеприпасах бризантные ВВ используются в зарядах, предназначенных для перевода ядерного горючего в надкритическое состояние.

В различных вспомогательных системах ракетно-космической техники бризантные ВВ применяют в качестве основных зарядов для разделения конструкционных элементов ракет и космических аппаратов, отсечки тяги, аварийного выключения и подрыва двигателей, выброса и отсечки парашютов, аварийного вскрытия люков и др.

В авиационных системах пироавтоматики бризантные ВВ используются для аварийного отделения кабин, взрывного отброса винтов вертолётов и т. д.

Значительное количество бризантных ВВ расходуется в горном деле (вскрышные работы, добыча полезных ископаемых), в строительстве (подготовка котлованов, разрушение скальных пород, разрушение ликвидируемых строительных конструкций), в промышленности (сварка взрывом, импульсная обработка металлов и др.).

· Метательные взрывчатые вещества. Метательные ВВ (пороха и ракетные топлива) служат источниками энергии для метания тел (снарядов, мин, пуль и т. д.) или движения ракет. Их отличительная особенность - способность к взрывчатому превращению в форме быстрого сгорания, но без детонации.

· Пиротехнические составы. Пиротехнические составы применяются для получения пиротехнических эффектов (светового, дымового, зажигательного, звукового и т. д.). Основной вид взрывчатых превращений пиротехнических составов - горение.