» Zobacz
» Newsletter

» Szukaj
Google
Web strazak.com
» Reklama





Artykuły

Wybuchy

O ile po┼╝ary zachodz─ů bez wzrostu ci┼Ťnienia i proces spalania zachodzi stosunkowo wolno, o tyle wybuch jest procesem gwa┼étownego spalania ze wzrostem ci┼Ťnienia zachodz─ůcym w bardzo kr├│tkim czasie (milisekundy).


O charakterze tego procesu decyduj─ů warunki dynamiczne, w jakich znajduje si─Ö mieszanina palna, a w szczeg├│lno┼Ťci turbulencja o┼Ťrodka - rys. ni┼╝ej


Wybuchy chemiczne podobnie jak po┼╝ary s─ů r├│wnie┼╝ egzotermicznym procesem spalania i mog─ů by─ç dzielone na dwa typy: homogeniczne i heterogeniczne. Wybuchy homogeniczne zachodz─ů w ca┼éej obj─Öto┼Ťci mieszaniny palnej i towarzyszy temu gwa┼étowne wydzielanie si─Ö energii cieplnej oraz wzrost temperatury (np. niestabilne ciecze takie jak organiczne nadtlenki).

Innym typem s─ů wybuchy cieplne wyst─Öpuj─ůce wskutek utraty kontroli nad egzotermicznymi reakcjami chemicznymi lub wskutek zjawiska zwanego samozap┼éonem.
Wybuchy heterogeniczne charakteryzuj─ů si─Ö rozdzielaniem strefy reakcji od strefy nie reaguj─ůcej poprzez front reakcji (p┼éomie┼ä), kt├│ry przemieszcza si─Ö przez mieszanin─Ö paln─ů z okre┼Ťlon─ů pr─Ödko┼Ťci─ů. Je┼Ťli pr─Ödko┼Ť─ç ta jest mniejsza ni┼╝ pr─Ödko┼Ť─ç d┼║wi─Öku to wybuch ten zwany jest deflagracj─ů, a mechanizm propagacji oparty jest na wymianie ciep┼éa.

Typowe pr─Ödko┼Ťci przemieszczania si─Ö p┼éomienia zmieniaj─ů si─Ö w szerokich granicach od 10 do 100 m/s i proces jest stosunkowo wolny. Poniewa┼╝ mechanizm propagacji p┼éomienia jest identyczny do tego jaki wyst─Öpuje w po┼╝arze, st─ůd deflagracja zwana jest r├│wnie┼╝ "wybuchowym spalaniem". Przemieszczaj─ůcy si─Ö front reakcji i wydzielaj─ůce si─Ö ciep┼éo powoduje powstawanie przed frontem fali ci┼Ťnienia, kt├│ra przemieszcza si─Ö z pr─Ödko┼Ťci─ů podd┼║wi─Ökow─ů. Wzrost ci┼Ťnienia jest stosunkowo niewielki i mo┼╝e dochodzi─ç do 7‑10 bar├│w (dla zamkni─Ötych przestrzeni), natomiast temperatura dochodzi do 2000 ‑ 30000K. Fale ci┼Ťnienia wykorzystywane s─ů jako sygna┼éy aktywuj─ůce urz─ůdzenia przeciwwybuchowe do d┼éawienia inicjacji wybuchu.

Je┼╝eli warunki w jakich znajduje si─Ö mieszanina palna generowa─ç b─Öd─ů turbulencj─Ö i przep┼éyw b─Ödzie burzliwy, to inicjacja zap┼éonu spowoduje propagacj─Ö burzliwego p┼éomienia. Zwi─Ökszy to gwa┼étownie szybko┼Ť─ç przemieszczania si─Ö fali ci┼Ťnienia znajduj─ůcej si─Ö przed frontem reakcji, powoduj─ůc dalsz─ů turbulizacj─Ö mieszaniny a tym samym zwi─Ökszenie powierzchni kontaktu mi─Ödzyfazowego. Daje to auto‑przyspieszenie frontu p┼éomienia, a tym samym fali ci┼Ťnienia, kt├│rej pr─Ödko┼Ť─ç mo┼╝e przekroczy─ç pr─Ödko┼Ť─ç d┼║wi─Öku. Zjawisko takie nazywamy wybuchem detonacyjnym, a powstaj─ůce fale ci┼Ťnienia ‑ fal─ů uderzeniow─ů. W czasie takiego wybuchu strefa reakcji przemieszcza si─Ö z szybko┼Ťci─ů 1000‑3000 m/s, a dla cieczy czy cia┼é sta┼éych nawet mo┼╝e osi─ůgn─ů─ç 8000 m/s. Mechanizm polega na gwa┼étownym adiabatycznym spr─Ö┼╝aniu wyst─Öpuj─ůcym w fali uderzeniowej, co powoduje ogrzanie reagent├│w powy┼╝ej ich temperatury zap┼éonu powoduj─ůc dalsze spalanie. Uwolnione ciep┼éo s┼éu┼╝y do dalszej propagacji procesu wybuchu (spr─Ö┼╝anie uderzeniowe). W detonacji zachodz─ůcej w bardzo kr├│tkim czasie nie wyst─Öpuje zjawisko wyprzedzania strefy reakcji przez fal─Ö ci┼Ťnienia, st─ůd nie ma mo┼╝liwo┼Ťci u┼╝ycia tej fali jako sygna┼éu ostrzegaj─ůcego o nadchodz─ůcym zagro┼╝eniu. Typowe pr─Ödko┼Ťci detonacyjne wynosz─ů od 1500 do 3000 m/s, natomiast ci┼Ťnienie osi─ůga warto┼Ť─ç od 20 do 40 bar├│w.

Przed nadej┼Ťciem frontu fali uderzeniowej ci┼Ťnienie jest na poziomie ci┼Ťnienia atmosferycznego. Z chwil─ů nadej┼Ťcia frontu ci┼Ťnienie gwa┼étownie ro┼Ťnie a┼╝ do warto┼Ťci maksymalnej, zwanej szczytowym dodatnim nadci┼Ťnieniem. Nast─Öpnie ci┼Ťnienie opada do warto┼Ťci ci┼Ťnienia atmosferycznego w okresie zwanym okresem fazy dodatniej. Okres dalszego spadku ci┼Ťnienia i ewentualnego jego powrotu do ci┼Ťnienia atmosferycznego nazywamy okresem fazy ujemnej

Rodzaje wybuch├│w:
Wybuch chmury pary b─Ödzie mia┼é miejsce, gdy nast─ůpi zap┼éon mieszaniny uwolnionego gazu i powietrza. Skutki wybuchu pary zale┼╝─ů w du┼╝ym stopniu od stopnia zamkni─Öcia obj─Öto┼Ťci zawieraj─ůcej par─Ö. Wbrew potocznym s─ůdom odnotowano liczne wybuchy ca┼ékowicie otwartych obj─Öto┼Ťci pary. Przyczyn─ů powstawania takich wybuch├│w mog─ů by─ç zjawiska turbulencji. Fala powstaj─ůca w wyniku wybuchu nie zamkni─Ötej obj─Öto┼Ťci pary charakteryzuje si─Ö wzgl─Ödnie wolnym narastaniem ci┼Ťnienia do warto┼Ťci maksymalnej i wzgl─Ödnie du┼╝ym okresem trwania nadci┼Ťnienia (rz─Ödu kilku dziesi─ůtych sekundy). Wybuch chmury pary daje nadci┼Ťnienie rz─Ödu 1 bara i nie powoduje powstawania krater├│w.

Wybuchy gazu w zamkni─Ötej obj─Öto┼Ťci mog─ů mie─ç miejsce wewn─ůtrz urz─ůdze┼ä (np. w zbiornikach), w przestrzeni pomi─Ödzy urz─ůdzeniami, budynkami, itp. (cz─Ö┼Ťciowo zamkni─Öte obj─Öto┼Ťci) lub wewn─ůtrz budynk├│w. W wypadku ca┼ékowitego zamkni─Öcia obj─Öto┼Ťci zap┼éonu gaz├│w w nich zamkni─Ötych, zmieszanych z powietrzem atmosferycznym daje po wybuchu maksymalne ci┼Ťnienie ok. 8 bar├│w. W wielu wypadkach istnienie zawor├│w zrzutowych lub uszkodzenie struktury zbiornik├│w mo┼╝e zredukowa─ç maksymaln─ů warto┼Ť─ç nadci┼Ťnienia.

Wybuch fazy skondensowanej jest wynikiem detonacji ┼Ťrodk├│w wybuchowych takich jak TNT oraz organicznych nadtlenk├│w, stosowanych jako ┼Ťrodki nap─Ödowe dla cel├│w wojskowych. Eksplozje fazy skondensowanej s─ů bardzo dobrze opisywane przez struktur─Ö doskona┼éej fali uderzeniowej, z gwa┼étownym narastaniem ci┼Ťnienia, kr├│tkim okresem fazy dodatniej (1‑10 ms) i bardzo wysokim maksymalnym nadci┼Ťnieniem (1000 bar├│w). W wypadku obj─Öto┼Ťci zamkni─Ötych lub cz─Ö┼Ťciowo zamkni─Ötych istniej─ů jeszcze inne fazy fali uderzeniowej zwi─ůzane z odbiciem od otaczaj─ůcych struktur.

Uszkodzenie du┼╝ego zbiornika pod ci┼Ťnieniem daje fal─Ö uderzeniow─ů, kt├│ra ma struktur─Ö doskona┼éej fali uderzeniowej w czasie fazy dodatniej. Faza ujemna jest znacznie wi─Öksza i nast─Öpuje po niej wielokrotna fala uderzeniowa. Energia wyzwolona ze zbiornika przekszta┼éca si─Ö w energi─Ö powstawania p─Ökni─Ö─ç, energi─Ö fali uderzeniowej oraz energi─Ö kinetyczn─ů od┼éamk├│w. W og├│lnym wypadku 40‑80 % ca┼ékowitej energii zamienia si─Ö w energi─Ö fali uderzeniowej.

Wybuchy py┼éowe Mieszaniny powietrza i palnych rozdrobnionych substancji tworz─ů tzw. mieszaniny py┼éowe, kt├│re w pewnych warunkach mog─ů tworzy─ç zagro┼╝enia wybuchowe. Warunki o kt├│rych mowa, to st─Ö┼╝enie py┼éu w zakresie dolnej (LEL) i g├│rnej granicy wybuchowo┼Ťci (UEL), ┼║r├│d┼éo zap┼éonu (MIE) oraz minimalne st─Ö┼╝enie tlenu (MOC). Charakterystyka wybuchu wyznaczona jest przez w┼éasno┼Ťci py┼éu (┼Ťrednica cz─ůstek, wilgotno┼Ť─ç, etc.) oraz w┼éasno┼Ťci mieszaniny gazowej (turbulencja). Skutki wybuchu py┼éowego zale┼╝─ů od w┼éa┼Ťciwo┼Ťci mieszaniny wybuchowej i ┼Ťrodowiska wybuchu, rosn─ů one gwa┼étownie dla tzw. mieszanin hybrydowych zawieraj─ůcych minimalne ilo┼Ťci (0,2%) palnych par lub gaz├│w. Liczne dane dotycz─ůce wybuch├│w py┼éowych przytacza monografia K.N.Palmera, (1973).

Wybuchy cieplne Wybuchy cieplne powstaj─ů na skutek egzotermicznych reakcji chemicznych lub te┼╝ cieplnej niestabilno┼Ťci reagent├│w, lub produkt├│w. Mog─ů wi─Öc wyst─Öpowa─ç zar├│wno w czasie r├│┼╝nych proces├│w chemicznych (np.: polimeryzacja, nitrowanie, sulfonowanie, hydroliza etc.), zwykle w okresowych reaktorach chemicznych, jak r├│wnie┼╝ zdarzaj─ů si─Ö w operacjach fizycznych takich jak: magazynowanie, przep┼éyw, mielenie, rozdrabnianie, pakowanie, suszenie czy destylacja. Proces wybuchu cieplnego jest inicjowany w wypadku kiedy ilo┼Ť─ç wydzielaj─ůcego si─Ö ciep┼éa w czasie reakcji przewy┼╝sza ilo┼Ť─ç ciep┼éa odbieranego przez otoczenie. Ta nadwy┼╝ka ciep┼éa prowadzi do tzw. nadkrytycznego bilansu ciep┼éa, kt├│ry podnosi temperatur─Ö masy reakcyjnej, powoduj─ůc natychmiastowy wzrost szybko┼Ťci reakcji chemicznej, a tym samym wzrost ilo┼Ťci wydzielaj─ůcego si─Ö ciep┼éa. Daje to w konsekwencji dalszy gwa┼étowny wzrost temperatury, a┼╝ dochodzi do wyzwolenia si─Ö du┼╝ej ilo┼Ťci energii cieplnej w bardzo kr├│tkim czasie. Proces ten zwany jest wybuchem cieplnym.
Brak wymiany wydzielaj─ůcego si─Ö ciep┼éa z otoczeniem, np. wskutek utraty zdolno┼Ťci ch┼éodzenia, prowadzi do warunk├│w adiabatycznych oznaczaj─ůcych, ┼╝e ca┼ée wydzielaj─ůce si─Ö ciep┼éo jest akumulowane w masie reakcyjnej.

Ryzyko wybuchu cieplnego w procesach przemys┼éowych wyst─Öpuje szczeg├│lnie w nast─Öpuj─ůcych przypadkach:
-wysoki potencjał energetyczny reakcji chemicznej (DTad>100oC);
-adiabatyczny nadkrytyczny bilans ciep┼éa prowadz─ůcy do utraty kontroli nad po┼╝─ůdan─ů reakcj─ů wskutek np. niewystarczaj─ůcego mieszania lub ch┼éodzenia;
-wyst─Öpowanie reakcji wt├│rnych, a szczeg├│lnie reakcji rozk┼éadu cieplnego, charakteryzuj─ůcych si─Ö wysokimi efektami cieplnymi;
-zjawisko samonagrzewania się materiałów, szczególnie dla procesów fizycznych;
-przekroczenie warunk├│w krytycznych, w kt├│rych nast─Öpuje inicjacja egzotermiczno┼Ťci.

Informacje i rysunek pochodzi z: manhaz.cyf.gov.pl


Dodano: 08.01.2005 15:39:04, Modyfikowano 13.01.2005 16:15:39

Dodaj Komentarz:
  Przepisz kod w pole obok: =>

2005-01-13 16:16:46
mam nadziej─Ö ┼╝e to nie wiedza kt├│r─ů kazdy strazak :) znac dokladnie powinien - pora┼╝aj─ů mnie temart chemiczno - fizyczne - zostawmy je kadrze dow├│dczej :D


© Jednostka OSP Olszowice 2004 - 2008