* 2.6.1.3. Взрывы сосудов с газом под давлением
а) Простые взрывы (нереагирующие газы) -
К счастью, причины простых взрывов сосудов под давлением довольно просты. Их можно разделить на две группы. К первой относятся нарушения целостности корпуса, например за счет поломки какого-либо узла, повреждения или коррозии корпуса, неправильной эксплуатации.
При этом сосуд может выйти из строя в любое время. Другая группа аварий связана с перегревом сосуда, например за счет нарушения электрообогрева [24] или режима работы топочного устройства. В этом случае давление газа повышается, а прочность корпуса понижается до тех пор, пока не произойдет повреждение сосуда. Верхнюю оценку параметров взрыва можно получить при использовании зависимостей для хрупких сосудов. Реальные взрывы будут, без сомнения, менее интенсивными, так как пластичный сосуд разрывается относительно медленно. Первичные осколки, образованные подобными взрывами, бывают очень опасными (см. гл. 6).Случаются и взрывы сосудов под небольшим давлением. Например, крупный паровой котел общего назначения взорвется, если внутреннее, давление повысится лишь на 10 ... 15 кПа. Повышение давления может произойти как в результате взрыва при горении в топке, что уже обсуждалось ранее в этой главе, так и вследствие утечки пара в топку, вызванной повреждением крупной трубы или водяного коллектора. В этом случае пар поступает в топку с такой скоростью, что сброс избыточного давления становится невозможным. Из-за нарастания давления котел раздувается, округляется и может просто деформироваться без разрушения. Авария приобретает более серьезный характер, когда котел разрушается. Подобные аварии приводят обычно к небольшим разрушениям окружающего оборудования, хотя сам котел повреждается серьезно.
б) В з р ы в,ы,. вызванные горением
Магистрали со сжатым воздухом чувствительны ко взрывам, вызванным горением. Топливом в этом случае являются масляные или нагаромасляные отложения на стенках (см.
гл. 1). Подобные взрывы описаны в работах [103, 586, 413, 221, 128, .115, 144]. При таких взрывах разрушения локализованы, что типично для взрывов в сосудах с большим отношением L/D. Один из взрывов произошел вследствие неисправности оборудования: пары компрессорного масла смешались в магистрали с обогащенным кислородом воздухом и сдетонировали. Во многих местах ‘по несколько метров магистрали оказались расщепленными на длинные полосы, особенно в местах изгиба трубы. Уникальный взрыв трубопровода, вызванный экзотермическим распадоми последующей детонацией ацетилена под высоким давлением, описан в [626]. В этом случае детонационная волна прошла по трубе путь длиной примерно 11 км. Однако конструкция была удачной, и труба не разорвалась. Кроме того, поглотитель детонации остановил распространение детонации прежде, чем она вошла в реактор.
в) Взрывы газовых емкостей с последующим горением в атмосфере
Разрушения при этом типе взрывов подобны описанным в подразделе «а». Основное различие заключается в образовании для данного случая огненного шара, размер которого зависит от количества выброшенного в атмосферу газообразного горючего. К счастью, когда в емкости находится газообразное топливо, его количество намного меньше того, которое может храниться в той же емкости в жидком виде. Поэтому последствия этих огненных шаров не столь серьезны, как в случае взрывов емкостей с перегретой жидкостью, что будет обсуждаться в разд. 2.6.1.4.
г) Выход из-под контроля химического реактора
Взрывы химических реакторов в основном происходят вследствие того, что возникает нарушение системы контроля за реакцией, как правило экзотермической (например, допускается слишком большое количество катализатора, выходит из строя система охлаждения, нарушается перемешивание и т. п.). Процесс подобного взрыва описан в гл. 1. Взрыв этого типа отличается от взрыва, который происходит при детонации содержимого реактора. В случае выхода из под контроля химического реактора скорость повышения давления существенно ниже, и реактор разрушается как эластичное тело.
Если реактор газовый, то разрушение соответствует взрыву сосуда под давлением. .Если реактор жидкостной с температурой выше температуры кипения (что,как правило,и бывает),то взрыв происходит по типу взрывов сосудов с перегретой жидкостью. В рабог тах [659, 158] описаны катастрофический взрыв нитроанилино- £ого реактора и выход из под контроля реакции в емкости, содержащей загрязненный паранитрометакрезол. Последствия взрывов химических реакторов сказываются лишь на самом,производстве, хотя в отдельных случаях может пострадать и население.Д) Выход из-под контроля атомного ре а^ тора
Имеется большое число разработок, описывающих возможные последствия выхода из-под контроля атомного реактора и (или) расплавления его элементов. Некоторые из прогнозов доЙускают катастрофическое разрушение реактора либо за счет неконтролируемого развития ядерной реакции, либо за счет простого взрыва при повышенном давлении. Атомные реакторы сконструированы таким образом, чтобы аварии не могли привести к чему-либо, хотя бы отдаленно напоминающему взрыв атомной бомбы. В одном из прогнозов наиболее серьезная авария включает расплавление сердечника реактора, проход расплавленной массы через реактор и (или) систему защиты и физический взрыв при перемешивании с более холодными жидкостями вне реактора. Однако следует помнить, что если выход из под контроля атомного реактора вызывает разрушение корпуса, то повреждения, причиняемые взрывом, можно не учитывать. Дело в том, что выброс радиоактивного материала с большим периодом полураспада нанесет столь серьезный ущерб всему окружению, что повреждения, вызванные взрывом, можно рассматривать как несущественные.