Газовоздушные смеси

Классификация конденсированных взрывчатых веществ.

Определение взрывчатых веществ.

Взрывчатые вещества.

Существует много веществ, в которых в том или ином виде запасено большое количество энергии, например в виде внутримолекулярных или межмолекулярных связей. В нормальных условиях эти вещества достаточно устойчивы и могут находиться в твердом, жидком, газообразном или аэрозольном состоянии. Однако, в результате оказания инициирующего воздействия (теплом. трением. ударом или каким- либо другим способом) в них запускаются экзотермические процессы, протекающие с большой скоростью и приводящие к большому выделению энергии. Обычно говорят, что произошло взрывчатое превращение, а сами вещества называют взрывчатыми веществами или кратко ВВ.

Твердые и жидкие ВВ имеют в своем составе химически нестабильные соеди­нения, а также восстановители или окислители либо в виде однородного вещества, либо в виде смеси нескольких веществ. Эти вещества называют конденсированными ВВ.

Газообразные энергоносители представляют собой гомогенные смеси горючих газов (паров) с газообразными окислите­лями, либо нестабильные газообразные соединения, склонные к разложению в отсутствие окислителей (например ацетилен). В этих газообразных веществах при взрывах протекают экзотермические реакции окисления или реакции разложения нестабильных соединений.

Участвующие в химическом взрыве аэровзвеси состоят из мелкодис­персных горючих жидкостей (туманов) или твердых веществ (пыли) в окис­лительной среде (обычно в воздухе). Источником энергии в этом случае служит тепло их сгорания.

К взрывчатым могут быть отнесены любые вещества, способные к взрывчатому превращению. Однако на практике к ВВ относят специальные группы ве­ществ, которые отвечают определенным требованиям:

1.Достаточно высокое содержание энергии в единице массы и большая мощность развиваемая при взрыве, обусловленная скоростью процесса.

2.Определенные пределы чувствительности к внешнему воздейс­твию, обеспечивающие как достаточную безопасность, так и легкость воз­буждения взрыва.

3.Способность в течение длительного периода сохранять свои свойс­тва.

4.Доступность исходных материалов, технологичность и безопасность в производстве.

5.Специальные свойства, зависящие от характера применения (например, нетоксичность продуктов взрыва).

Конденсированные ВВ принято делить на 4 группы:

-инициирующие - предназначены для возбуждения взрывчатого превра­щения в ВВ других групп (гремучая ртуть, азид свинца, тетразен);

-бризантные - используемые в разрывных зарядах для боеприпасов, для средств разрушения при добыче полезных ископаемых и др. Преиму­щественным видом их превращения является детонация. К ним относятся однородные ВВ (тринитротолуол, нитроглицерин, пироксилин и др.) и не­однородные - механические смеси (аммониты, динамиты и др.);

-метательные (чаще всего это пороха, использующиеся в качестве метательных зарядов для огнестрельного оружия. Их взрывчатое превраще­ние - горение);

-пиротехнические составы.

Различают фугасное и бризантное действие ВВ. Мерой фугасного действия служит объем воронки, образованной взрывом 1 кг ВВ.

Под бризантным действием понимают способность ВВ дробить соприка­сающуюся среду. Эта способность зависит от детонационного давления и времени его действия.

По своему составу конденсированные ВВ можно подразделить на смеси и однородные (гомогенные или унитарные) вещества.

Рассмотрим некоторые вещества, представляющие собой смеси.

Черный порох представляет собой смесь калиевой селитры (KNO₃) с углем. Эти вещества представляют собой порошки, смесь которых крайне опасна и возгорается со взрывом при малейшем воздействии теплом или трением. Для получения требуемой скорости сгорания в смесь добавляется сера. Первым используемым на практике ВВ был черный порох. В настоящее время пороха используют в качестве метательных ВВ.

Ракетные твердые топлива относятся к тому же классу ВВ, что и пороха. Существует большое количество отличающихся по своему составу смесей, используемых в качестве ракетных топлив. Их основными компонентами являются: порошки металлов (Al, Be, B, Mg) или их гидридов (AlH_3, LiH, MgH), окислители (например перхлорат аммония - NH₃ClO₄), нитраты (например нитрат калия - KNO₃) и др. составляющие.

Аммониты представляют собой довольно большую группу веществ, широко используемых в промышленности (горнодобывающей, строительной и др. отраслях) и относящихся к классу бризантных ВВ. Как правило это смеси окислителя (аммониевой селитры - NH₃NO₃) с органическими веществами (угольная или мучная пыль, торф, опилки) - динамоны, с порошками металлов (например алюминия) -аммонал, с тротилом - аматол, и др.

Однородные ВВ состоят из одного химическое соединение, в состав молекулы которого входят составные части, например играющие роль и горючего и окислителя. Наибольшее распространение в качестве таких ВВ получили органические нитросоединения. К однородным ВВ относятся.

Пироксилин и бездымный порох. Эти вещества относятся к классу метательных ВВ. Пироксилин (азотнокислый эфир целлюлозы или нитрат целлюлозы - C₆H₇O₂(ONO₂)₃) получается при нитровании целлюлозы (хлопка) азотной кислотой. Внешне сохраняет вид волокон хлопка с повышенной хрупкостью. В настоящее время используется как сырье для изготовления баллистных порохов. Бездымный порох используется в качестве топлива реактивных снарядов для “Катюш” и минометов.

Гексоген (циклотриметилентринитроамин - (CH₂NO₂)₃) и тротил (тринитротолуол - C₆H₂CH₃(NO₂)₃) относятся к классу бризантных ВВ и используются для начинки боеприпасов.

Газовоздушные смеси (ГВС) образуются на ряде производств в нор­мальных или аварийных условиях и могут стать источником очень мощных взрывов. Наиболее опасны взрывы смесей с воздухом углеводородных газов (метана, пропана, бутилена, бутана, этилена и др.), а также паров воспламеняю­щихся жидкостей.

Взрывы ГВС могут происходить во внутренних полостях оборудования и трубопроводов, в помещениях (зданиях) в результате утечки газа, в емкостях для хранения и транспортировки взрыво- и пожароопасных веществ (резервуарах, газгольдерах, цистернах, грузовых отсеках танкеров) или на открытом пространстве при разрушении газопроводов, разливе и испарении жидкостей. Взрывы горючих газов с воздухом с тяжелыми последствиями происходят на шахтах.

Вероятность взрыва ГВС и его опасность определяются:

-пределами взрывной концентрации паров жидкостей и газов (при ко­торых может возникнуть детонация) в процентах к объему ГВС, напри­мер, пропан 3-7%; пропилен 3.5-8.5%; этан 4.0-9.2%;

-температурой воспламенения - нижним пределом температуры, при которой возможно их воспламенение от постороннего источника зажигания (ацетон -18^оС, спирт 13^оС, бензол -11^оС);

-плотностью паров и газов по отношению к плотности воздуха (аце­тон 2, ацетилен 0,9, метан 0,55, бутан 2);

-температурой самовоспламенения (ацетон 610^оС, бензин 150^оС, эти­ловый спирт 465^оС);

-минимальной энергией зажигания или эквивалентом критической энергии электрической искры, необходимой для инициирования детонации.

Вероятность взрыва ГВС зависит от целого ряда обстоятельств. Статистика показывает, что при авариях с образованием облака ГВС на открытом пространстве, случаи взрыва, случаи возникновения только горения (пожаров) и случаи отсутствия воспламенения равновероятны.

Воспламенение облака ГВС происходит при наличии источника зажигания. Первоначально скорость распространения пламени относительно не велика и составляет для большинства углеводородных газов 0.32-0.40 м/с. При столь малых скоростях горения образования взрывной волны не происходит. Однако в реальных условиях на процесс горения оказывают влияние множество факторов, вызывающих турбулизацию фронта пламени и ускорение его распространения.

Применительно к случайным промышленным взрывам при достижении скоростей распространения пламени 100-300 м/с возникает дефлаграционное горение, при котором генерируются взрывные волны с максимальным избыточным давлением 20-100 кПа. Продолжительность горения до достижения взрывного режима для газов составляет около 0.1 с. При дальнейшем ускорении горения дефлаграционые процессы могут перерасти в детонационные, скорость распространения которых значительно превышает скорость звука в воздухе и достигает 1-5 км/с.

Переходу к детонации способствуют различные препятствия на пути распространения пламени (строения, предметы, пересеченная местность). Детонация ГВС может произойти и без стадии дефлаграционного горения, однако в этом случае необходим соответствующий источник энергетического воздействия (достаточный электрический разряд, взрыв детонатора и др.).

При больших объемах горючих газовых смесей, наличии источников турбулизации фронта пламени и отражении детонационной волны от препятствий давление за очень короткий промежуток времени (~1мс) достигает высоких значений (~1.5 МПа).

Дата добавления: 2014-01-07