2 Вибухи газоповітряних і пилоповітряних сумішей у виробничих приміщеннях

Аварії з вибухом можуть статися на пожежовибухонебезпечних об'єктах. До пожежовибухонебезпечних об'єктів належать об'єкти, на території або у приміщеннях яких знаходяться (обертаються) горючі гази, легкозаймисті рідини і горючий пил в такій кількості, що можуть утворювати вибухонебезпечні горючі суміші, при горінні яких надлишковий тиск в приміщенні перевищує 5 кПа.

Наслідки вибуху на пожежовибухонебезпечних підприємствах визначаються в залежності від умови розміщення вибухонебезпечних продуктів. Якщо продукти розміщуються поза приміщеннями, то приймається, що аварія розвивається за сценарієм вибуху у відкритому просторі.

Якщо технологічний апарат з вибухонебезпечними продуктами розміщений у будівлях, то аварія розвивається за сценарієм вибуху в замкнутому об'ємі.

Коротко розглянемо моделі впливу, що дозволяють визначити поля тисків при прогнозуванні наслідків вибухів у виробничих приміщеннях.

Найбільш типовими аварійними ситуаціями в цьому випадку вважаються:

‑ руйнування апарата або трубопроводу зі змішаними газами або рідинами;

‑ втрата герметичності трубопроводів (розрив зварного шва, прокладки, відрив штуцера);

‑ розлив рідин по підлозі приміщення або по рельєфу місцевості;

‑ утворення або викид горючого пилу.

У цьому випадку газо-, паро-, пилоповітряна суміш займе частково або повністю весь об'єм приміщення. Потім цей об'єм замінюється розрахункової сферою (на відміну від півсфери у відкритому просторі), радіус якої визначається з урахуванням об’єму приміщення, типу і маси небезпечної суміші. При прогнозуванні наслідків вважають, що процес у приміщенні розвивається в режимі детонації.

Вибухи газопароповітряних сумішей

При вибуху газопароповітряних сумішей (ГППС) зону детонаційної хвилі, обмежену радіусом r₀, можна визначити за формулою

, м, (4)

де 1/ 24 - коефіцієнт, м/кДж^1/3; Е - енергія вибуху суміші, визначається з виразу

, кДж, (5)

де - об'єм суміші, що дорівнює

, м³, (6)

де - об’єм газу в приміщенні;

С - стехіометрична концентрація пального за об’ємом у % (табл. 2);

- щільність суміші стехіометричного складу, кг/м³ (табл.2);

- енергія вибухового перетворення одиниці маси суміші стехіометричного складу, кДж/кг;

- вільний об'єм приміщення, що дорівнює , м³;

- об'єм приміщення;

при об'єм суміші приймають рівним .

У нормативній літературі по вибухозахисту будівель вибухонебезпечних виробництв існують спеціальні методики з визначення маси і об'єму газу, що поширюється в приміщенні при аварійній ситуації. Ці методики передбачають ретельне вивчення технологічного процесу. Для оперативного прогнозування наслідків вибуху у виробничих приміщеннях розрахунки доцільно проводити для випадку, при якому будуть максимальні руйнування, тобто коли вільний обсяг приміщення, де розташовані ємності з газом, буде повністю заповнений вибухонебезпечною сумішшю стехіометричного складу.

Тоді рівняння (5) з визначення енергії вибуху можна записати у вигляді

, кДж. (7)

Далі приймається, що за зоною детонаційної хвилі з тиском 17 кгс/см², діє повітряна ударна хвиля. Тиск у фронті повітряної ударної хвилі визначається з використанням даних табл. 1 або рис. 1.

Таблиця 2 ‑ Характеристики газопароповітряних сумішей

Речовина, що характеризує суміш	Формула речовини, що утворює суміш	Характеристики суміші
		mk кг/кмоль	стх, кг/м3	Qстх, МДж/кг	С, об. %
Газоповітряні суміші
Аміак	CH3	15	1,180	2,370	19,72
Ацетилен	C2H2	26	1,278	3,387	7,75
Бутан	C4H10	58	1,328	2,776	3,13
Бутилен	C4H8	56	1,329	2,892	3,38
Вінілхлорид	C2H3Cl	63	1,400	2,483	7,75
Водень	H2	2	0,933	3,425	29,59
Дивініл	C4H6	54	1,330	2,962	3,68
Метан	CH4	16	1,232	2,763	9,45
Окис вуглецю	CO	28	1,280	2,930	29,59
Пропан	C3H8	44	1,315	2,801	4,03
Пропилен	C3H6	42	3,314	2,922	4,46
Етан	C2H6	30	1,250	2,797	5,66
Етилен	C2H4	28	1,285	3,010	6,54
Пароповітряні суміші
Ацетон	C3H6O	58	1,210	3,112	4,99
Бензин авіаційний		94	1,350	2,973	2,10
Бензол	C6H6	78	1,350	2,937	2,84
Гексан	C6H14	86	1,340	2,797	2,16
Дихлоретан	C2H4Cl2	99	1,49	2,164	6,54
Діетильований ефір	C4H10O	74	1,360	2,840	3,38
Ксилол	C6H10	106	1,355	2,830	1,96
Метанол	CH4O	32	1,300	2,843	12,30
Пентан	C5H12	72	1,340	2,797	2,56
Толуол	C7H8	92	1,350	2,843	2,23
Циклогексан	C6H12	84	1,340	2,797	2,28
Етанол	C2H6O	46	1,340	2,804	6,54

Приклад розрахунку

Вибух етилен-повітряної суміші при розгерметизації технологічного блоку всередині виробничого приміщення.

Вихідні дані: V_п=1296 м³; _стх=1,285 кг/м³; Q_стх=3,01 МДж/кг; С=6,54 %.

Визначити тиск ударної хвилі на відстані 30 м від контуру приміщення при руйнуванні його огороджувальних конструкцій.

Розрахунок:

1.  кДж.

2. м.

3.  .

4. При за табл. 1 P_ф=93 кПа (0,93 кгс/см²).