В турбулентном пламени течение турбулентное, процессы массообмена и переноса осуществляются за счет молекулярной и турбулентной диффузии.

Характеристики горения могут изменяться в широких пределах в зависимости от свойств горючей системы и условий горения.

Известны следующие виды горения:

– горение газообразных жидких и твердых веществ и их смесей за счет взаимодействия с окружающей газообразной средой;

– горение веществ за счет экзотермического распада;

– горение твердых гомогенных топлив за счет внутримолекулярного окисления.

Для создания максимальных эффектов:

– реактивной тяги,

– ионизации продуктов сгорания (плазмы);

– видимого и селективного излучения – в практике применяют разнообразные рецептуры смесей реагентов. Такими смесями являются порох, твердые и жидкие ракетные топлива, различные по назначению пиротехнические составы и термитные смеси.

Вещества, используемые в качестве горючего, многочисленны. Многие закономерности горения могут быть описаны и выявлены при рассмотрении горения водорода, оксида углерода, углерода, простейших углеводородов и высоко теплотворных металлов в активных средах. Другие вещества разлагаются или газифицируются на первоначальных стадиях горения в основном с образованием перечисленных выше продуктов.

При горении происходят сложные химические процессы:

1) Разложение исходных веществ (углеводородов, элементоорганических соединений, нитро- соединений, неорганических окислителей)

2) Превращение продуктов разложения (образование углерода в пламени, реакции метана и водяного газа);

3) Окисление (водорода, оксида углерода, углерода, простейших углеводородов, металлических горючих), образование конденсированных оксидов металлического горючего;

4) Диссоциация продуктов сгорания

5) Ионизация продуктов сгорания.

Взрыв – чрезвычайно быстрое физическое или химическое превращение вещества или смеси веществ из одного состояния в другое с переходом потенциальной энергии в кинетическую

Взрыв проявляется как скачкообразное повышение давления в окружающей среде в форме ударной волны. Он сопровождается звуковым эффектом, возникающим в результате ослабления ударной волны и перехода ее в звуковую. Образование ударной волны и сжатых газов обуславливает его разрушающее действие.

Взрывчатые вещества (ВВ) – концентрированные источники энергии энергонасыщенными веществами, поэтому широко применяются в различных отраслях техники: в горной технике, при строительстве, на гидромелиоративных работах, в с/х, в машиностроении при обработке металлов давлением, резке, штамповке, сварке; для защиты ландшафтов от пожаров, оползней, лавин, осадков.

По сферам применения ВВ разделены на 4 группы: инициирующие (или первичные), бризантные (вторичные), метательные, или пороха, пиротехнические составы. ВВ, используемые в мирных целях называютсяпромышленными (ПВВ). Промышленные ВВ (ПВВ) относятся к бризантным, предназначенным для взрывных работ.

Взрывчатыми веществами называются химические соединения или их смеси, которые под влиянием внешнего воздействия склонны к быстрому химическому превращению с выделением большого количества энергии и большого объема газов с высокой температурой.

Сжатые газообразные продукты, мгновенно расширяясь, способны производить механическую работу по перемешиванию или разрушению окружающей среды и образовывать ударные волны.

В отличие от горения обычных горючих веществ реакции взрывного превращения ВВ протекают без участия кислорода воздуха. Сравнение удельной теплоты реакций (теплота, отнесенная к единице объема) показывает, что у жидких и твердых ВВ концентрация энергии в единице объема в 200…300 раз больше, чем у горючих, в 1000 раз больше, чем у смеси водорода с кислородом.

Известно большое количество химических веществ и смесей, склонных к взрывному превращению, однако не все они могут быть использованы в качестве ПВВ, практическое значение имеют лишь немногие твердые и жидкие композиции. Для практического использования в качестве ПВВ пригодны достаточно безопасные в обращении и производстве ВВ, эффективность которых оправдывает затраты на их изготовление и применение.

Взрыв можно представить как сумму механической работы сжатых газов, образовавшихся при чрезвычайно быстром химическом превращении вещества, т.е. взрыв есть не что иное, как работа сжатых газов при беспредельном адиабатическом расширении от начального состояния. В целом ВВ должно обладать тремя основными факторами, характерными для химических соединений, способных к взрывчатому превращению:

– экзотермичностью процесса;

– газообразованием;

– высокой скоростью процесса.

Экзотермичность процесса. Очевидно, что взрывчатое превращение – процесс самопревращающийся, а этот процесс возможен только в том случае, когда в его ходе выделяется определенное количество тепла. В противном случае необходим посторонний источник энергии. Для известных взрывчатых систем теплота взрывчатого превращения составляет 300… 3 000 ккал/кг.

Газообразование. Явление не может иметь взрывного характера, если при разложении вещества не происходит газообразование, которое является рабочим телом. Для известных взрывчатых систем количество выделяемых газов составляет 400…1000 л/кг вещества.

Высокая скорость процесса. Время реакции составляет 10^-4 – 10^-7 секунды. Эта величина является характерной и относительной особенностью взрывчатых систем, которая определяет плотность энергии. В свою очередь плотность энергии определяет области применения того или иного источника.

При горении и взрыве плотность энергии может составлять величину 4…4 000 ккал/л. При этом нижняя граница относится к процессам горения и верхняя к детонации. В соответствии с плотностью энергии линейные скорости процессов взрывчатого превращения могут колебаться в пределах от мм/с до км/с.

Таким образом, из сказанного следует, что для взрывчатых систем существует два вида взрывчатого превращения: горение и детонация.

Горение– самораспространяющийся процесс химического превращения вещества. Распространение химической реакции по веществу при горении обеспечивается теплопроводностью. Выделяющееся при химической реакции тепло нагревает следующий слой.

Каждое вещество, в частности топливо, имеет свою строго определенную скорость горения. Под скоростью горения понимают линейную скорость распространения фронта реакции в глубь вещества. Скорость горения с увеличением давления возрастает по определенному закону, зависящему от его индивидуальных свойств.

Различают нормальное послойное горение и «взрывное горение». При нормальном послойном горении топливо сгорает равномерными параллельными слоями, со скоростями от долей мм/с до нескольких мм/с. Например, плотные шашки топлив обычно имеют скорости горения при давлении 40 атм, равное 6…10 мм/с.

Если вещество пористое или порошкообразное, то при повышении давления выше определенной критической величины газообразные горячие продукты горения могут проникать в глубь вещества и поджигать его уже за фронтом горения, т.е. горение будет протекать не послойно, параллельными слоями, а охватывать определенный объем.

Скорость горения вещества при этом резко возрастает до десятков и даже сотен м/с, такой вид горения называют «взрывным горением» (конвективным, дефлаграцией).

В природе существуют различные виды взрывного горения, но наиболее распространенные из них являются т.н. фильтрационное (конвективное) горение. Этот вид горения происходит тогда, когда проникновение газов внутрь вещества, например, шашки топлива, происходит только при наличии внешнего по отношению к горящему веществу давления (горение в замкнутом объеме, в камере ракетного двигателя и т.п.).

Более развитой формой взрывного горения является такой процесс, когда становится возможно его самораспространение по веществу, т.е. для его протекания необязательно наличие внешнего давления. Необходим только местный очаг высокого давления для начала процесса, в дальнейшем роль оболочки выполняет само вещество. В этом случае сгорание вещества происходит за доли секунды и оно превращается в газы, практически сжатые в объеме вещества, и такой вид горения называют «объемным горением».

Детонация – самораспространяющийся процесс чрезвычайно быстрого химического превращения вещества. Детонация обеспечивается распространением по веществу механической волны с очень крутым фронтом – ударной волны, которая сжимает вещество до очень высоких давлений (порядка десятков и сотен тысяч атмосфер) и за счет этого выделяется очень большое количество тепла, в результате чего происходит химическая реакция.

Выделяющаяся энергия при этом поддерживает параметры ударной волны и она становится стационарной. Такая волна называется детонационной. Детонация вещества в зависимости от его индивидуальных свойств, плотности и других факторов может распространяться со скоростью от десятых долей км/с до нескольких км/с. Например шашки имеют скорость детонации 5…7 км/с.

Весь процесс детонации ВВ протекает за миллионные доли секунды. Превращение в газы исходного вещества при детонации происходит в собственном объеме, при этом плотность конечных газообразных продуктов в момент протекания детонационной реакции в 1,5…2 раза выше, чем исходного вещества.

Из сказанного ясно, что в одной и той же взрывчатой системе можно возбудить процессы горения или детонации в зависимости от подбора инициатора, физического состояния вещества и ряда других внешних факторов. Знание условий возбуждения и протекания взрывных процессов чрезвычайно важно с точки зрения недопустимости несанкционированного возникновения любых взрывных процессов, особенно детонации.

Очевидно, что даже загорание на отдельной фазе технологического потока чревато тяжелыми последствиями, т.к. современное производство ВВ отличается многотоннажностью и крупногабаритностью единичных изделий.

Авария в химико-технологическом процессе при производстве ВВ происходит в определенной последовательности и имеет развитие, зависящее от ряда условий:

– Начальный очаг загорания – необходимые условия – удар, трение, тепловой нагрев, разряд статического электричества и другие источники энергии. – Горение – обеспечение критических параметров горения в зоне начального очага. – Переход во взрыв или детонацию – образование ударной волны или сжатых газов. – Детонация – ударная волна с параметрами выше критических; заряд диаметром выше критического.

Авария развивается в соответствии с определенными стадиями, которые зависят не только от свойств самого материала, но и от внешних факторов (конструкций аппаратов, технологического процесса). В связи с этим при обосновании безопасности производства конкретного продукта необходимо знание комплекса его взрывчатых свойств в различном физическом состоянии и влияния на эти свойства конструкций аппаратов и технологических параметров.

Как свидетельствует многолетняя статистика оценки аварий, имевших место при производстве и эксплуатации ТРТ, основными причинами, приводившими к ним, являются.

1. Ошибки обслуживающего персонала – 30% возросло до 60…70%.

2. Неудовлетворительное состояние оборудования – 30%

3. Конструктивное несовершенство оборудования – 20%

4. Неучтение и незнание свойств материалов – 20%.

Причины, вызывающие начальный очаг загорания

1. Механические воздействия – 65…90%

2. Разряд статического электричества – 5…30%.

3. Термическое разложение в результате теплового нагрева – 5…10%.

Поиск по сайту: