Вибух газоповітряних сумішей у відкритому просторі

Загальні положення

Процес горіння зі стрімким вивільненням енергії і утворенням при цьому надлишкового тиску (більше 5 кПа) називається вибуховим горінням.

Розрізняють два принципово різних режиму вибухового горіння: дефлаграціонний і детонації.

При дефлаграціонном горінні поширення полум'я відбувається в слабко збуреному середовищі зі швидкостями значно нижче швидкості звуку, тиск при цьому зростає незначно.

При детонаційному згорянні (детонації) поширення полум'я відбувається зі швидкістю, близькою до швидкості звуку або перевищує її.

Ініціювання (запалювання) газоповітряної суміші з утворенням осередку горіння можливо при наступних умовах:

‑ концентрація горючого газу в газоповітряній суміші повинна бути в діапазоні між нижньою і верхньою концентраційними межами поширення полум'я;

‑ енергія запалювання від іскри, гарячої поверхні повинна бути не нижче мінімальної. Для більшості вибухових сумішей енергія запалювання не перевищує 30 Дж.

Нижня концентраційна межа (С _нкп) поширення полум'я - це така концентрація горючого газу в суміші з окислювальним середовищем, нижче якої суміш стає нездатною до поширення полум'я.

Верхня концентраційна межа (С _вкп) поширення полум'я - це така концентрація пального в суміші з окислювальним середовищем, вище якої суміш стає нездатною до поширення полум'я.

Мінімальна енергія ініціювання (запалювання) (Е_і) - найменше значення енергії електричного розряду, здатного запалити суміш стехіометричного складу.

Концентрація газу стехіометричного складу (С_сх) - концентрація горючого газу в суміші з окислювальним середовищем, за якої забезпечується повна без залишку хімічна взаємодія пального і окислювача суміші.

При згорянні газоповітряної суміші стехіометричного складу утворюються тільки кінцеві продукти реакції горіння і теплота їх згоряння, що виділилася, не витрачається на нагрівання незгорілих окислювача або пального (останніх не утворюється). З цієї причини продукти згоряння нагріваються до максимальної температури.

У разі дефлаграціонного горіння такої суміші в замкнутому герметичному та теплоізольованому обсязі утворюються максимальні температура і тиск. Величина максимального тиску є характеристикою відповідної газоповітряної суміші.

Режим дефлаграціонного горіння може переходити в режим детонаційного горіння (при швидкому зростанні швидкості поширення полум'я). Такому переходу сприяє турбулізація процесу горіння при зустрічі фронту полум'я з перешкодами. При цьому поверхня фронту полум'я стає нерівною, а товщина полум'я збільшується - все це викликає зростання швидкості поширення полум'я.

В режимі детонаційного горіння навантаження значно зростають. Тому режим детонаційного горіння прийнятий за розрахунковий випадок для прогнозування інженерної обстановки при аварії з вибухом.

До основних факторів, що впливають на параметри вибуху, відносять: масу і тип вибухонебезпечної речовини, її параметри та умови зберігання або використання в технологічному процесі, місце виникнення вибуху, об'ємно-планувальні рішення споруд у місці вибуху.

Вибухи на промислових підприємствах та базах зберігання можна поділити на дві групи - у відкритому просторі і виробничих приміщеннях.

У відкритому просторі на промислових підприємствах та базах зберігання можливі вибухи газоповітряних сумішей (ГПС), що утворюються при руйнуванні резервуарів зі стиснутими і зрідженими під тиском або охолодженими (в ізотермічних резервуарах) газами, а також при аварійному розливі легкозаймистих рідин.

У виробничих приміщеннях, поряд з вибухом ГПС, можливі також вибухи пилоповітряних сумішей (ПВС), що утворюються при роботі технологічних установок.

Вибух газоповітряних сумішей у відкритому просторі