содержание   ..  60  61  62  63  64  65  66  67  68  69  70  ..

12.4.5.4.

ВЕЩЕСТВА, ОБЛАКО ПАРОВ КОТОРЫХ СПОСОБНО К БЫСТРОМУ ПРЕВРАЩЕНИЮ

В сообщении [Marshall,1979] проведен анализ вещества парового облака для 177 случаев аварий (некоторые из них сопровождались взрывами). Анализ показал, что в 40% известных случаев паровые облака состоят из углеводородов с 3 и 4 атомами углерода. Пропан и бутан, а также их смеси и сжиженный нефтяной газ (СНГ) в три раза чаще участвовали в авариях по сравнению с парами бензина, несмотря на гораздо меньший объем их производства: в 1979 г. их было выработано 1,6 млн. т по сравнению с 16,6 млн. т бензина [CS0.1980]. Приведенные данные относятся к Великобритании, однако они вполне отражают соотношения по выработке СНГ и бензина в мире. Исходя из этого, вероятность аварии с паровым облаком углеводорода можно считать в 30 раз большей (в пересчете на тонну продукта) по сравнению с бензином.

В работе [Davenport, 1984] перечислен 71 случай аварий, рассматриваемых автором как взрыв парового облака. Давенпорт дает следующий комментарий:

"Когда организация Industrial Risk Insurers впервые начала изучать аварии с взрывами паровых облаков в начале 60-х годов, мы были уверены в том, что ...только вещества типа СПГ имеют отношение к данной теме. В то время мы были осведомлены только о потерях, связанных с СПГ. После аварии в Фликсборо стало очевидным, что взрывы облаков (других) быстросгорающих жидкостей способны вызывать избыточное давление разрушающего действия".

Из перечисленных веществ два требуют дополнительного исследования: метан (природный газ) и водород.

12.4.6. ПОВЕДЕНИЕ МЕТАНА ПРИ ВЗРЫВАХ ПАРОВЫХ ОБЛАКОВ

Такое вещество, как метан, заслуживает особого внимания ввиду того, что он широко используется в промышленности. Добыча газа в Северном море (примерно 90% добываемого газа составляет метан) в 1983 г. достигала в Великобритании 50 км3, или 35 млн. т. Годовая добыча США и СССР примерно в 10 раз превышает данный уровень. В работе [Warner.1976] утверждается, что "случаев неограниченных взрывов паровых облаков природного газа не отмечалось. Метан является достаточно устойчивым углеводородом и способен детонировать только в смеси с кислородом и при наличии больших инициирующих зарядов ТНТ..."

Однако известен случай аварии 19 января 1966 г. в Раунгейме (ФРГ). W произошел взрыв парового облака, имевший, согласно [Gugan.1979], "выход" энергии порядка 0,5 -1 т ТНТ-эквивалента в результате утечки 0,5 т жидкого метана. В материалах [Davenport,1984] указывается, что "данная авария произошла в результате воспламенения разлития метана в промышленной установке; причем имело место частичное ограничение пространства в виде вертикально расположенного технологического оборудования и строений, что способствовало росту избыточного давления до разрушающего уровня, приведшего к материальным потерям на сумму 15,6 млн. долл. (по курсу 1983 г.)". В качестве резюме перечислим причины, по которым очень редко возникают взрывы облака метана:

1) При разлитии низкотемпературной жидкости темп процесса парообразования ограничен скоростью теплообмена с окружающей средой, в то время как на испарение быстросгорающего сжиженного газа расходуется внутренняя энергия вещества.

2) При утечке газа из сосуда, находящегося под давлением при температуре окружающей среды, метан не образует облака вблизи поверхности земли, потому что он легче воздуха.

3) По сравнению с обычными горючими газами для поджигания метана требуется большая энергия, а для инициирования детонации в облаке метана требуется еще больший энергетический потенциал источника.

4) Метану присущ низкий уровень скорости химического взаимодействия в отличие от других горючих газов.*

_______________________________________________________________________________________

* Отметим, что малые добавки других углеводородов в метане резко уменьшают минимальную энергию инициирования. - Прим. ред.

12.4.7. ПОВЕДЕНИЕ ВОДОРОДА ПРИ ВЗРЫВАХ ПАРОВЫХ ОБЛАКОВ

12.4.7.1. ВВЕДЕНИЕ

В сводной информации (разд. 12.4.7.3) в качестве первого случая аварии с водородом приводится взрыв дирижабля ZR/2 или R38, происшедший в Англии 23 августа 1921 г. (в соответствии с [Gugan,1979; Davenport,1984] правильной датой является 24 августа). Из данного примера может показаться, что водород был причиной взрыва парового облака. Более того, в работе [Bulkley.1966] перечисляется ряд происшествий с участием водорода и привлекается внимание к быстрому росту масштабов процессов, связанных с использованием водорода, в ходе которых часто происходит утечка значительного его количества. С другой стороны, как будет показано ниже, отмечено много случаев, когда пожары воздушных шаров, наполненных водородом, не сопровождались какими-либо серьезными воздействиями ударной волны. Согласно [Shreve,1977], ежегодно в США используется 70 км3 водорода; объем потребления природного газа в Великобритании примерно такой же. Одна треть всего этого количества используется в процессе синтеза аммиака и для гидрогенизации растительных масел. Из 71 случая взрывов парового облака 3 случая связаны с водородом, что незначительно в сравнении с объемом его потребления [Davenport,1984]. В работе [Bulkley,1966] наравне с серьезным случаем, происшедшим в шт. Невада, США (подробно описан в [Reider,1965]) перечислены и менее значительные происшествия. Ссылаясь на эту работу, Гуган сделал вывод о том, что взрыв 90 кг водорода эквивалентен взрыву 27 кг ТНТ, или 1%-ному "выходу".

12.4.7.2. СВОЙСТВА ВОДОРОДА

В материалах [ВСС,1970] сделаны выводы о свойствах водорода с точки зрения безопасности. Для смеси водорода с воздухом свойствен широкий диапазон воспламеняемости (4 - 74%), и при разбавлении инертным газом водород способен гореть даже при содержании кислорода 5% в отличие от углеводородных газов, горящих при содержании кислорода не менее 11%. В сравнении с углеводородными газами водород имеет более высокую скорость горения. Воспламенение водорода можно осуществить искровым разрядом малой энергии, для этого достаточна 1/10 часть энергии, необходимой для зажигания углеводородных газов. Следовательно, водород легко поджечь разрядом статического электричества. (Этим объясняются случаи самовозгорания водорода.)

Что касается оценки условий инициирования детонации в облаке водорода при помощи конденсированных ВВ, то мнения расходятся. Аткинсон [Atkinson,1980] утверждает, что детонацию смеси водорода с воздухом можно инициировать при помощи нескольких миллиграммов пентолита, однако, согласно [Matsui,1978], осуществить детонацию водорода гораздо сложнее, чем любого обычного газа, за исключением метана.*

12.4.7.3. СВЕДЕНИЯ ОБ АВАРИЯХ ДИРИЖАБЛЕЙ

Многочисленные общие сведения о происшествиях, включающих образование облаков горючих газов, содержат три случая возгораний дирижаблей. Первый пример - авария дирижабля ZR/2 (в ряде источников R38), случившаяся 24 августа 1921г., второй- авария дирижабля R101, происшедшая 5 октября 1930 г., третий - инцидент с "Гинденбургом" 6 мая 1937 г. Имеющиеся описания с трудом можно назвать аналитическим исследованием происшествий, поскольку они содержат очень незначительную информацию о разрушениях, вызванных возгоранием воздушных шаров, заполненных водородом. В существующих публикациях можно найти разнообразную информацию о воздушных кораблях, их истории существования, техническом совершенствовании и др., но йи в одной из них не упоминаются исследования поведения больших масс водорода при возгорании. Несмотря на это, публикации содержат многочисленные показания очевидцев и фотографии, сделанные во время горения воздушных кораблей;

существует фильм об аварии "Гинденбурга", снятый от начала происшествия до его конца.

В выпусках музея Imperial War Museum приводится обширный перечень материалов, являющихся собственностью музея, по широкому кругу вопросов, из которых выпуски № 1030, 1204, 1332 наиболее соответствуют нашей теме. Ввиду большого объема литературы по данному вопросу будут даны ссылки только на те источники, которые являются собственностью автора этой книги.

В издании [ЕВ,1872] имеется статья об аэронавтике XIX в., которая полностью посвящена воздушным шарам, наполненным водородом или теплым воздухом. В ней приводятся истории полетов аппаратов легче воздуха. В статье отмечается, что Шарль (автор известного закона Шарля) запустил воздушный шар, заполненный водородом, спустя несколько недель после исторического подъема воздушного шара братьев Монгольфье. В течение определенного периода времени воздушные шары, заполненные теплым воздухом, были более популярными, чем шары с водородным заполнением. Более того, примерно после 1820 г. интерес к водороду снизился благодаря использованию каменноугольного газа, плотность которого составляет 0,4 от плотности воздуха. (Для водорода это значение? составляет 0,07, поэтому последующий этап развития привел к восстановлению масштабов использования водорода благодаря его лучшим подъемным свойствам.) Статья интересна еще и тем, что в ней представлена некоторая количественная информация.

______________________________________________________________

*Минимальная энергия инициирования детонации в смеси водород-воздух составляет около 1 г ТНТ, что значительно меньше соответствующей величины для углеводородов, за исключением С^Нд (^0,1 г). - Прим. ред.

Так, до 1937 г. был зарегистрирован 471 случай полетов на воздушном шаре, в ряде случаев воздухоплаватели неоднократно совершали подъемы, и только 9 чел. погибло. В шести случаях жертвы были связаны с пожарами воздушных шаров. За период 1838 -1870 гг. погибло еще 3 чел. из тысяч воздухоплавателей, совершивших подъем на воздушном шаре, причем один из них погиб при попытке совершить прыжок с парашютом. Все это говорит об отсутствии какой-либо особой опасности воздушных шаров, наполненных водородом или каменноугольным газом. Данное обстоятельство названо историками "фактором умолчания", смысл которого заключается в том, что если мы не слышали о чем-то, то, значит, этого и не было. Хотя, конечно, что-либо может произойти, но мы можем и не слышать об этом. С учетом данного замечания следует сказать, что в статье не упоминается каких-либо случаев взрывов. Чем больше число происшествий, не оставивших каких-либо свидетельств, тем более убедительным кажется наличие "фактора умолчания". Еще более убедительным представляется то, что историки не преследовали корыстных целей. Нет никаких оснований считать, что автор статьи в Британской энциклопедии имел какие-либо причины скрывать информацию о случаях взрывов.

12.4.7.4. АНАЛИЗ СЛУЧАЕВ АВАРИЙ ДИРИЖАБЛЕЙ

В начале XX в. под руководством Фердинанда фон Цеппелина произошел резкий сдвиг в развитии дирижаблей с жесткими оболочками. Шарль совершил подъем на воздушном шаре объемом 325 м3, а объем первого цеппелина LZ1 составил 11,4 тыс. м3. Объем последних конструкций Цеппелина достигал 200 тыс. м3. Цеппелины всегда заполняли водородом, а два наиболее крупных вмещали около 20 т газа.

Автор этой книги провел статистический анализ истории развития дирижаблей. В качестве исходной информации использовалась книга [Ventry,1976], являющаяся конспектом мировой истории дирижаблей, однако рассмотрение в ней ограничено дирижаблями с жесткими оболочками, построенными в Германии и Великобритании в XX в. Информация цитируемой публикации отличается от книги [Меуег.1980], уделяющей большее внимание специфике германских дирижаблей, построенных Цеппелином и Шютте-Ланцем. Она отличается также от работы [Morris, 1969], описывающей воздушные корабли, подбитые или пострадавшие в результате воздушных налетов на Великобританию в 1914 -1918 гг., а также от книги [Deighton,1978], представляющей особенности ряда аварий воздушных кораблей. Сводная информация представлена в табл. 12.8. Общее число проанализированных аварий воздушных кораблей равно130. В соответствии с табл. 12.8 можно отметить, что только одна треть всех дирижаблей пострадала от пожара, несмотря на то что Германия большое внимание уделяла воздушным налетам на Великобританию и ряд других стран. При этом только в одном из сорока случаев произошел взрыв дирижабля.

ТАБЛИЦА 12.8. Статистический анализ случаев аварий дирижаблей

Серьезная авария случилась 5 января 1918 г. в Алхорне (Германия) с 5 дирижаблями, находившимися в ангарах. Мейер и Вентри охарактеризовали данное происшествие как взрыв, однако Дейтон и Моррис описали его как пожар. Дейтон считает, что событие произошло в тот момент, когда полости одного из дирижаблей заполнялись газом : " С грохотом перемещаясь вдоль газовых линий от ангара к ангару, пламя охватило значительное пространство между ними. Пламя выжгло два гигантских сдвоенных ангара и серьезно повредило два оставшихся". Дейтон приводит фотографию одного из пострадавших ангаров с сохранившимся каркасом и большей частью покрытия. Моррис считает, что ангары были разрушены до основания, хотя этому противоречит фотография, помещенная рядом с этим высказыванием. В результате аварии погибло 15 человек (мужчин).

19 июля 1918 г. в Тондерне (Германия) в результате бомбардировки загорелись два дирижабля, находившиеся в ангаре. Мейер приводит фотографию, на которой видны обломки одного сгоревшего дирижабля, находящиеся внутри частично пострадавшего ангара. Эта фотография, несомненно, не является доказательством того, что произошел взрыв. Достаточно успешная атака (имеется в виду возможность однозначной оценки происходивших во время аварии процессов. - Ред.) на дирижабль произошла 7 июня 1915 г. в Эвре (Бельгия) в тот момент, когда он находился в ангаре. Дейтон приводит фотографию ангара, на которой видно пламя, вырывающееся с открытой стороны ангара.

Данные примеры происшествий характеризуются только сильными пожарами и не дают какой-либо информации о взрывах. В работе Морриса рассматриваются случаи поджога дирижаблей с помощью самолетов. Не сразу было осознано, что обыкновенная пуля не служит эффективным средством для поджигания полостей дирижабля, заполненного газом и находящегося в полете. Эффективной для поджога оказалась зажигательная пуля (впервые применена 2 сентября 1916 г., когда дирижабль и его деревянный каркас сгорели за 2ч). Описания случаев возгорания дирижаблей, приводимые Моррисом, имеют заметное сходство между собой. Моррис почти не дает информации об интервалах времени, в течение которых поврежденный дирижабль достигает земли, за исключением следующего упоминания (с.167): "Дирижабль L48 не упал с той быстротой, которая присуща аналогичным авариям; падение происходило в течение 3-5 мин". Моррис также отмечает, что "лицо пилота было обожжено пламенем горящей массы, находившейся на расстоянии около 300 ярдов от него".

Некоторые описания случаев аварий дирижаблей приведены в гл. 13.

содержание   ..  60  61  62  63  64  65  66  67  68  69  70  ..