5.3. Расчет тротилового эквивалента взрыва и безопасного расстояния по действию воздушных ударных волн

Важной характеристикой взрыва служит суммарное выделение энергии при взрыве, которое определяет его последствия. Первоначально вся энергия сосредоточена в источнике в форме потенциальной энергии. В момент взрыва эта энергия переходит в кинетическую и тепловую энергию системы.

Последствия взрывов различных технологических систем прямо пропорционально зависят от их энергетических потенциалов взрывоопасности W. Взрывы в блоках окисления метанола в формальдегид (W = 0,17^.10³ МДж) не приводили к разрушению аппаратуры, а взрывы в сходных по аппаратному оформлению агрегатах окисления этилена в окись этилена (W = 81^.10³ МДж) приводили к крупным авариям.

Для случайных взрывов оценка энерговыделения затруднена, тогда как для взрывов заданной массы конденсированных ВВ его величина хорошо известна. Поэтому оценкой повреждений, вызванных взрывной волной при случайных взрывах, является выражение степени разрушения от взрыва в его тротиловом эквиваленте.

Тротиловый эквивалент - это масса в кг ТНТ (тринитротолуола), которая вызовет эквивалентное разрушение на таком же расстоянии от центра взрыва.

Максимальный тротиловый эквивалент рассчитывается по формуле:

, кг

где - теплота сгорания реагентов, Дж/кг

m_в- масса взрывающегося вещества, кг

Q_ТНТ = 4520^.10³ - теплота взрыва ТНТ, Дж/кг

 - доля потенциальной энергии, перешедшей в кинетическую энергию взрыва.

При взрыве парогазовой смеси углеводородных топлив в ограниченном объеме (помещении, оборудовании) коэффициент  принимается равным 1, при взрыве в неограниченном объеме (взрыв облака парогазовой смеси) коэффициент , как правило, принимают равным 0,4.

Размер безопасной зоны по действию давления воздушной ударной волны взрыва рассчитывают по формуле:

_{, (20)}

где R_без - безопасное расстояние по действию ударной волны взрыва, м;

М_ТНТ - тротиловый эквивалент взрыва, кг.

Удельный тротиловый эквивалент рассчитывается по формуле:

где Q_в- теплота сгорания реагентов, Дж/кг

4520^.10³ - теплота взрыва ТНТ, Дж/кг.

Пример. Определить удельный тротиловый эквивалент взрыва пропана.

Дано: пропан (С₃Н₈)

Найти: m_{ТНТ, уд}

Решение:

1. По справочнику А.Я. Корольченко определяем низшую теплоту сгорания пропана:

Q_н= 2044 кДж/моль

Переведем данное значение в Дж/кг

2. Рассчитываем удельный тротиловый эквивалент взрыва пропана

Ответ: удельный тротиловый эквивалент взрыва пропана равен 10,3.

Пример. Рассчитать максимальное давление взрыва и безопасное расстояние по действию ударной волны взрыва смеси паров бутана (С₄Н₁₀) с воздухом при температуре 10С, начальном давлении 0,3 МПа. Температура взрыва 2110С. Концентрация исходной смеси стехиометрическая, масса вещества 20 кг.

Дано: С₄Н₁₀, t_о = 10С, t _взр = 2110С, Р_о = 0,3 МПа, m = 20 кг

Найти: Р _взр

Решение:

1. Составляем уравнение реакции горения бутана.

С₄Н₁₀ + 6,5(О₂ + 3,76N₂) = 4CО₂ + 5Н₂О + 24,44N₂

2. По уравнению реакции горения определяем число моль газов до взрыва.

3. По уравнению реакции горения определяем число моль продуктов горения.

4. Переводим начальную температуру и температуру взрыва и градусов Цельсия в Кельвины:

Т_о = 273 + 10 = 283 К

Т_взр = 273 + 2110 = 2383 К

5. Рассчитываем давление взрыва паров бутана при заданных условиях.

6. По справочнику находим низшую теплоту сгорания бутана:

Q_н = 2658,54 кДж/моль

Переводим ее в кДж/кг, разделив на молярную массу (58 ∙ 10^-3 кг/моль):

7. Рассчитываем тротиловый эквивалент возможного аварийного взрыва при взрыве в технологическом оборудовании:

Рассчитываем тротиловый эквивалент возможного аварийного взрыва при взрыве облака при условии  = 0,4:

4. Рассчитываем размер безопасной зоны по действию давления ударной волны взрыва в технологическом оборудовании:

(м)

Рассчитываем размер безопасной зоны по действию давления ударной волны взрыва в неограниченном объеме:

(м)

Ответ: максимальное давление взрыва паров бутана при заданных условиях составляет 2,6 МПа, безопасное расстояние по действию ударной воздушной волны при взрыве в технологическом оборудовании будет равно 88 метров, а в неограниченном объеме – 65 метров.