Взрывчатые вещества. 
Физико-химические основы горения и взрыва

Твердые и жидкие энергоносители относятся в большинстве случаев к классу конденсированных взрывчатых веществ.

Взрывчатыми веществами называются химические соединения или смеси веществ, способные к быстрой химической реакции с выделением большого количества тепла и образованием газа.

В состав ВВ входят восстановители и окислители или другие химические нестабильные соединения. При инициировании взрыва в этих веществах с огромной скоростью протекают экзотермические окислительно-восстановительные реакции или реакции термического разложения с выделением тепловой энергии и большого количества газа. Эта реакция, возникнув в какой-либо точке заряда в результате нагревания, удара, трения, взрыва другого ВВ или иного внешнего воздействия распространяется о заряду путем теплоили массообмена, (горение), ибо ударной волны (детонация).

ВВ обладают способностью к быстрому разложению, при котором энергия межмолекулярных связей выделяется в виде теплоты, причем — при повышений температуры скорость разложения ВВ увеличивается. При сравнительно низкой температуре скорость разложения ВВ невелика и ВВ в течении длительного времени может не претерпевать заметного изменения в своем состоянии. В этом случае между ВВ и окружающей средой устанавливается тепловое равновесие.

Если создаются условия, при которых теплота, выделяемая ВВ, не успевает отводится в окружающую среду, то благодаря повышению температуры развивается процесс самоускоряющегося химического разложения ВВ, который называется тепловым взрывом.

Возможен иной процесс осуществления взрыва, при котором химическая реакция распространяется по заряду ВВ последовательно от слоя к слою в виде волны. Движущийся по заряду с большой скоростью (>9 км/с) передний фронт этой волны представляет собой ударную волну — резкий переход вещества из исходного состояния в состояние с очень высоким давлением и температурой. ВВ, сжатое ударной волной, оказывается в состоянии, при котором химическое разложение протекает очень быстро.

Процесс химического превращения В1, который вводится ударной волной и сопровождается быстрым выделением энергии называется детонацией.

Скорость химической реакции при детонации обычно достигает нескольких км/сек. Тонна твердого ВВ может превратиться в плотный газ с очень высоким давлением за время 1*10^-4 сек. Давление достигает в этом случае нескольких сотен тысяч атмосфер.

Преимущество конденсированных и водонаполненных ВВ заключается в значительной концентрации энергии в единице объема.

Резко расширяясь, сжатый газ наносит по окружающим телам удар огромной силы. Происходит взрыв. Объекты, находящиеся вблизи заряда, подвергаются дроблению и сильнейшей пластической деформации (местное или бризантное действие взрыва). Объекты, находящиеся вдали от парада, испытывают меньшее разрушение, но зона, в которой оно происходит, гораздо больше (общее или фугасное действие взрыва). Бризантность ВВ определяется давлением, развивающемся при детонации, которое в свою очередь зависит от плотности заряда и скорости детонации. Фугасность (работоспособность) ВВ определяется теплотой, а также объемом газообразных продуктов, образующихся при взрыве.

Основными характеристиками ВВ являются:

• — бризантность;
• — фугасность (работоспособность);
• — химическая и физическая стойкость (способность сохранять свои свойства, при хранении и обращении с ними);
• — чувствительность к внешним воздействиям (минимальное количество энергии, необходимое для возбуждения взрыва);
• — детонационная способность (критический диаметр детонации).

К взрывоопасным веществам относятся:

• — кислородсодержащие соединения (перекиси, озониды, органические соли хлорной и хлорноватой кислот, нитриты, нитрозосоединения и т. п.);
• — некоторые вещества, не содержащие кислорода (азида, ацетилен, ацетиленида, диазосоединения, гидрозин, йодистый и хлористый азот, смеси горючих веществ с галогенами, соединения инертных газов и т. п.).

Из многих, способных к взрыву соединений, в качестве ВВ используются:

• — нитросоединения (тринитротолуол, тетрил, гексоген, октоген, нитроглицерин, тэн, нитроклетчатка, нитрометан);
• — соли азотной кислоты (нитрат аммония).

Как правило эти вещества применяются не в чистом виде, а в виде смесей.

По взрывчатым свойствам (условиям перехода горения в детонацию) ВВ подразделяют на:

• — инициирующие (первичные);
• — бризантные (вторичные);
• — метательные (пороха).

Инициирующие ВВ характеризуются очень высокой скорость взрывного превращения, высокой чувствительностью, неустойчивым горением, быстрым его переходом в детонацию уже при атмосферном давлении. Взрыв может быть возбужден поджиганием, ударом или трением.

Основными представителями инициирующих ВВ являются азид свинца, гремучая ртуть, тетразен, тринитрорезорцинат свинца. Инициирующие ВВ используются для возбуждения взрывов других ВВ.

Бризантные ВВ более инертны, обладают меньшей чувствительностью к внешним воздействиям. Горение этих ВВ может перейти в детонацию только при наличии прочной оболочки, либо большого количества ВВ. Относительно безопасны в обращении. Основными представителями бризантных ВВ являются нитросоединения и взрывчатые смеси на основе нитратов, хлоратов, перхлоратов и жидкого кислорода: тринитротолуол, тетрил, гексоген, октоген др. Применяются при производстве взрывных работ и для снаряжения боеприпасов различных видов и назначения.

Метательные ВВ (пороха) обладают устойчивым горением, не детонируют в самих жестких условиях.

Все виды взрывов можно классифицировать на следующие три группы:

• — неконтролируемое резкое высвобождение энергии за короткий промежуток времени и в ограничением пространстве (взрывные процессы);
• — образование облаков топливно-воздушной смеси (ТВС) или других химических газообразных, пылеобразных веществ, их быстрые взрывные превращения (объемный взрыв);
• — взрывы трубопроводов, сосудов, находящихся под высоким давлением или с перегретой жидкостью, прежде всего резервуаров со сниженным углеродным газом.

Взрывы проходят за счет высвобождения химической энергии (взрывчатке вещества), внутриядерной энергии (ядерный взрыв), электромагнитной анергии (искровой разряд, лазерная искра), энергии сжатых газов (при превышении давления газа в сосуде предела прочности этого сосуда — различных баллонов, трубопроводов и т. д.).

Наиболее часто взрывы происходят на взрывоопасных объектах (ВОО).

Взрывоопасный объект — это объект, на котором хранятся, используются, производятся, транспортируются вещества (продукты) приобретающие при определенных условиях способность к взрыву.

К взрывоопасным объектам относятся:

• — предприятия оборонной, нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, газовой промышленности;
• — предприятия хлебопродуктовой, текстильной и фармацевтической промышленности
• — склады легковоспламеняющихся и горючих жидкостей и сжиженных газов.

Основными поражающими факторами взрыва являются:

1. воздушная ударная волна, возникающая при ядерных взрывах, взрывах инициирующих и детонирующих взрывчатых веществ, при взрывных превращениях топливо-воздушных смесей (ТВС), газовоздушных смесей (ГВС), взрывах резервуаров с перегретой жидкостью и резервуаров под давлением, 2. осколочные поля, создаваемые летящими обломками разного рода объектов технологического оборудования, строительных деталей.

При взрыве газо-воздушной среды образуется три полусферические области (зоны):

I — зона непосредственного бризантного действия газо-воздушного взрыва вблизи земли (зона полных разрушений);

II — зона действия продуктов взрыва;

III — зона действия воздушной ударной волны.

Эффективное воздействие в I зоне характеризуется разрушениями, которые возникают в результате резкого удара продуктов детонации, находящихся внутри газо-воздушной смеси окружающих предметов. Радиус этой зоны определяется по таблицам или по формуле Ч_I = 1.7 Ч₀.

При взрывах углеводорода, пропана и метана Ч₀ имеет значение 8.

Основными параметрами поражающих факторов являются:

• 1. — воздушной ударной волны — избыточное давление в её фронте.
• 2. — осколочного поля — количество осколков, их кинетическая энергия и радиус разлёта.

Ударная волна любых взрывов вызывает большие людские потери и разрушения элементов сооружений. Размеры зон поражения от взрывов возрастают с увеличением их мощности. Действие ударной волны на элементы сооружения характеризуется сложным комплексом нагрузок:

• — прямое давление;
• — давление отражения;
• — давление обтекания;
• — давление затекания;
• — нагрузка от сейсмовзрывных волн и т. п.

Сопротивляемость элементов сооружений действию ударной волны принято характеризовать величиной избыточного давления во фронте ударной волны, в Рф. Избыточное давление в Рф используется как универсальная характеристика сопротивляемости элементов сооружения действию ударной волны и для определения степени их разрушения и повреждения.

Степень и характер повреждения сооружений при взрывах во время производственных аварий зависят от:

• 1. — мощности (тротилового эквивалента) взрыва;
• 2. — технических характеристик сооружения (конструкция, прочность, размер, форма — капитальные, временные, наземные, подземные и т. п.);
• 3. — планировки объекта (рассредоточение сооружений), характера застройки, ландшафта местности (рельеф, грунт, занесенность);
• 5. — метеоусловий (направление и сила взрыва, влажность, температура, наличие осадков).

Последствия взрывов В результате действия поражающих факторов взрыва происходит разрушение или повреждение зданий, сооружений, технологического оборудования, транспортных средств, элементов коммуникаций и других объектов, гибель людей.