Часть II. Особенности химического взрыва.

Под взрывом обычно понимают явление, связанное с очень быстрым (практически мгновенным) изменением состояния вещества сопровождающееся звуковым эффектом и быстрым выделение энергии, приводящим к разогреву, движению и сжатию продуктов взрыва и окружающей среды. Возникновение

Существует несколько качественно различных способов деления взрывных процессов:

1. Взрыв внутри технологического оборудования и взрыв в окружающей среде (по месту выделения).

2. Взрыв конденсированного ВВ и взрыв парогазовых смесей и/или аэрозоля и аэрогеля (по геометрическим и временным факторам).

3. Физический и химический взрывы (по источнику выделяющейся энергии и механизму выделения энергии).

Особенности химического взрыва.

Сначала проведем границу между физическим и химическим взрывами. Типичные виды физических взрывов:

1. ядерный,

2. лазерный,

3. вулканический,

4. при попадании метеорита в земную атмосферу,

5. при выбросе вулканических “бомб”,

6. электрический (при разряде молнии и так называемые “взрывающиеся проволочки”),

7. при потере устойчивости аппаратов под давлением и т.д.

При химическом взрыве источником энергии являются химические реакции с большим энерговыделением, т.е. с большим экзотермическим эффектом. При этом конечные химические продукты должны быть в заметной доле газообразными – ведь они должны совершать работу адиабатического расширения.

В химических отраслях промышленности физический взрыв чаще всего наблюдается при разрушении технологического оборудования вследствие возникновения в нем запредельного давления, которое может иметь место из-за подачи в тенологическую систему аномально большого давления (вследствие неисправности регулирующей системы по давлению или температуре, а иногда – и в силу чисто человеческого фактора) или из-за произошедших достаточно быстро химических реакций внутри этой системы во внерегламентном режиме (вследствие изменения соотношения между подаваемыми компонентами или попадания в систему катализатора этих реакций), причем химический процесс идет в режиме дефлаграционного горения. Выброшенные из реактора или системы коммуникаций химические продукты (как правило, при достаточно высокой температуре) могут воспламениться в окружающей среде, т.е. будет реализация так называемого принципа “домино”. Последний процесс более детально будет рассмотрен позднее.

Химические взрывы (детонация) бывают:

• идеальными (точечными),

• объемными (неидеальными),

• направленными (например, от кумулятивных зарядов).

При взрыве выделившуюся энергию грубо можно разбить на 3 составляющих:

• кинетическую энергию ударной волны,

• тепловое воздействие,

• осколочное воздействие.

Если не вдаваться достаточно глубоко в теорию взрывных процессов, то в первом приближении можно сказать, что параметры химического взрыва характеризуются двумя факторами: энергией взрыва и скоростью выделения этой энергии. Первый из этих факторов связан с фугасностью, а второй – с бризантностью. Здесь мы не будем касаться эффекта кумулятивности (существенное увеличение действия взрыва в определенном направлении), который редко проявляется в аварийных процессах, если это не диверсия. Фугасным эффектом обладают практически все взрывы, как физические, так и химические, а явление бризантности может наблюдаться только у химических взрывов с конденсированными веществами. Все перечисленные эффекты необходимо учитывать при анализе места аварии, чтобы выявить возможные источники первопричины аварии и отбросить по энергетическим соображениям большинство выдвигаемых версий

Химические взрывы могут быть реализованы в результате спонтанного протекания следующих типов химических реакций:

• реакции разложения,

• окислительно-восстановительные реакции,

• реакции полимеризации,

• процессы изомеризации.

К этим процессам тесно примыкает и явление конденсации.

Вещества, склонные к взрывному разложению, практически всегда содержат одну или несколько характерных химических структур, ответственных за выделение энергии (последнее часто помогает при анализе конкретных аварий):

• –NO₂ и – NO₃ в органических и неорганических веществах;

• –(N₃) и –N=N– в органических и неорганических азидах, а также в гидразине и его производных;

• –NX₂, где X – галоид;

• –C≡N в фульминатах;

• –OClO₂ и –OClO₃ в неорганических и органических хлоратах и перхлоратах;

• –O–O– и –O–O–O– в неорганических и органических пероксидах и озонидах;

• –C≡C– и –C=C– в ацетилене и металлацетиленидах, а также в мономерах;

• M–C, где M, – атом металла, связанный с углеродом в различных металлорганических соединениях

Окислительно-восстановительные реакции составляют основу реакций горения (как дефлаграционного, так и детонационного). При этом опасность возрастает при переходе от газопарофазных смесей через аэрозольные (аэрогельные) смеси до конденсированных веществ, что связано с увеличением химической энергии в единице объема.

При неуправляемой полимеризации процесс может самопроизвольно перейти на стадию диспропорционирования с существенно бόльшим выделением энергии, что приведет к несанкционированному взрыву. При этом опасность возрастает с ростом давления и при переходе от углеводородных мономеров через хлормономеры до фтормономеров. В то же время часто смеси углеводородного и галогенизированного мономеров могут быть более опасными, чем один галогенизированный мономер. Например, эквимолярная смесь этилена и тетрафторэтилена более опасна, чем один тетрафторэтилен. Это связано с тем, что в последнем случае идет не реакция диспропорционирования с образованием углерода и этана и/или тетрафторэтана, а с образованием углерода и фтористого водорода. Из анализа термодинамических расчетов следует, что в химических реакциях с образованием фтористого водорода выделяется значительно большее количество энергии, а газообразные конечные продукты (в данном случае HF) также присутствуют в заметном количестве.

При реализации процесса изомеризации в ряде случаев также выделяется заметное количество тепловой энергии, что может быть причиной разрушения технологического аппарата. Однако, как правило, значительно большее количество энергии выделяется при прохождении процесса конденсации.

5