Программа слушаний 8 Список участников слушаний 14

Вид материала

Программа

Содержание Возможные ситуации при пожаре на арсенале хранения Деструкция фосфорорганических отравляющих веществ Разгерметизация снарядов ствольной и боеголовок E - модуль упругости материала (модуль Юнга); R Вероятность взрывов при разгерметизации снарядов в «стопках I - импульс давления, E Q - удельная теплота взрыва горючего газа; pR Возможность реактивного движения при истечении Q = 90°) и максимальная дальность Xmax (разлет при Q Вскрытие хранилищ и разлет снарядов ствольной E, m - масса горючего в ГВС, равная pR

Подобный материал:

• Приложение 2 к протоколу публичных слушаний №2 от 26. 08. 09г, 4248.57kb.
• Стенограмма парламентских слушаний Комитета по культуре на тему, 849.64kb.
• Заключение о результатах публичных слушаний, 45.89kb.
• Протокол публичных слушаний, 50.66kb.
• Приложение №3 к протоколу публичных слушаний №3 от 26. 08. 09г по проекту Правил землепользования, 1876.08kb.
• Приложение №1 к протоколу публичных слушаний №3 от 26. 08. 09г по проекту Правил землепользования, 4395.43kb.
• Приложение №2 к протоколу публичных слушаний №3 от 26. 08. 09г по проекту Правил землепользования, 4150.51kb.
• Муниципальное образование городской округ Дзержинский глава города постановление, 24.82kb.
• Кургана Губернатору Курганской области решение, 545.05kb.
• Программа экспертных слушаний проекта строительства подземной атомной электрической, 81.68kb.

Кодолов В. И., Вузовско-академический отдел физикохимии и механики

полимеров Ижевского государственного технического

Мокрушин Б. С. университета

Липанов А. М. Институт прикладной механики УрО РАН

Фризоргер Г. Г. Конвенциальный комитет при правительстве

Удмуртской Республики

ВОЗМОЖНЫЕ СИТУАЦИИ ПРИ ПОЖАРЕ НА АРСЕНАЛЕ ХРАНЕНИЯ

ХИМИЧЕСКОГО ОРУЖИЯ

На основании экспериментальных и расчетных данных по термодеструкции фосфорорганических отравляющих веществ (ФОВ) проведена оценка возможности разгерметизации снарядов ствольной и боеголовок реактивной артиллерии при развитом пожаре в хранилищах Кизнерского арсенала. Показана возможность взрывов и реактивного движения снарядов и боеголовок с разрушением хранилищ и разлетом боеприпасов. При этом велика вероятность истечения не прореагировавших ФОВ вне зоны высоких температур. Сделано предположение, что за счет образования конвективных колонок возможен вынос воздушно-капельных облаков, содержащих высокие концентрации ФОВ на высоту колонки.


Деструкция фосфорорганических отравляющих веществ,

горение продуктов деструкции и древесины

При тепловом воздействии от 120 °C до 600 °C на фосфорорганические соединения (производные метилфосфоновой кислоты), адсорбированные на металлических подложках в присутствии следов паров воды в окружающей среде происходит деструкция указанных соединений с образованием газообразных углеводородов и полифосфатов металлов [1, 2]. Как следует из [3, 4], разложение фосфорорганических отравляющих веществ (ФОВ) протекает в этой же области температур с образованием горючих, взрывоопасных газов (например, для зарина пропилена и, предположительно, метана или этана). В соответствии с массой разлагающегося вещества меняется число молей образующихся газообразных веществ и внутреннее давление в микроконтейнерах с ФОВ. На примере зарина можно дать приближенную оценку числа молей газообразных углеводородов для разных калибров снарядов, давления в микроконтейнерах и количества тепла, выделяющегося при выбросе продуктов реакций из микроконтейнеров (табл. 1).

Таблица 1.

Изменение давления в снарядах и теплот сгорания

образовавшихся газов в зависимости от массы зарина.

Масса зарина,	Число молей	Число молей газов				Давление в снаряде атм,	Количество тепловой энергии,
кг		Пропи- лен	(этан) метан	Суммарное (от условий)		Т=1000 оК	DН, МДж
1,3	9,3	9,3	(4,65)	пропан	9,3	587	пропан	20,7
			9,3	пр.+эт.	14,0	883	пр.+эт.	28,0
				пр.+мет.	18,6	1173	пр.+мет.	29,0
3,1	22,1	22,1	(11,05)	пропан	22,1	587	пропан	49,1
			22,1	пр.+эт.	33,2	883	пр.+эт.	66,3
				пр.+мет.	44,2	1173	пр.+мет.	69,7
5,4	38,6	38,6	19,3	пропан	38,6	587	пропан	85,7
			38,6	пр.+эт.	57,9	883	пр.+эт.	117,0
				пр.+мет.	77,2	1173	пр.+мет.	120,0

При развитом пожаре температура в зоне горения достигает 1000°С. Тепло, выделившееся при сгорании стеллажа («стопки»), в которых уложено от 350 до 400 снарядов в деревянных поддонах из сосновых досок и бруса, пропитанных олифой, составляет примерно 5698 МДж, а тепло от сгорания выделившихся газов от 27600 МДж до 42000 МДж. Таким образом, при сгорании одной «стопки» выделяется от 33, 3 тысячи МДж до 47, 7 тысячи МДж, а в хранилище - 5247 тысяч МДж.


Разгерметизация снарядов ствольной и боеголовок

реактивной артиллерии

Одной из возможных причин разрушения внутреннего стакана взрывателя, приводящей к разгерметизации, может быть потеря устойчивости стакана по воздействием внешнего давления во внутренней полости капсулы и образование трещин на его поверхности. Критическое давление, при котором происходит потеря устойчивости цилиндра под воздействием внешнего давления может быть определено по формуле Папковича П. Ф. [5]:

_, где:

E - модуль упругости материала (модуль Юнга);

R - радиус цилиндра;

L - длина цилиндра;

h - толщина стенки.


Действительное критическое давление потери устойчивости может составлять 0, 7 от расчетного давления, определенного по формуле. Геометрические размеры стакана взрывателя снарядов ствольной артиллерии и расчетная схема приведены на рис. 1. Материал стакана - ст. 10. Изменения характеристик материала в зависимости от температуры приведены в [6]. В частности, для температуры Т = 1000 К модуль упругости равен Е = 1, 6 • 10⁵ МПа.



а)



б)

Значения расчетных параметров

Параметр,	Боеприпасы
мм	Ствольные	Реактивные
R	17,5	19,0
L	350,0	350,0
h	6,0	3,0

Рис.1. Геометрические размеры стакана взрывателя и расчетная схема

Расчетные критические давления потери устойчивости стаканов взрывателя в этом случае составляют: для снарядов ствольной артиллерии - p_кр = 513,2 МПа; для боеголовок реактивной артиллерии - p_кр = 82,3 МПа. Действительные давления потери устойчивости стаканов взрывателя равны 359,2 МПа и 57,6 МПа соответственно.

Согласно экспериментальным данным [3] разрушение внутреннего стакана взрывателя происходит при давлении p_вн = 35 МПа. При этом вид разрушения по характеру соответствует потере устойчивости с образованием трещин длиной l_тр = 4 см и шириной b_тр = (0,2... 0,3) см (F_тр = 1 см²). Меньшее значение давления разрушения, отмеченное в эксперименте, возможно связано с результатами взаимодействия ФОВ с материалом стакана и коррозией металла (в том числе, предположительно, и межкристаллитной).

Вероятность взрывов при разгерметизации снарядов в «стопках»

В последние годы появилось много статей о переходе быстрого горения в детонацию. Процессы горения и детонации продуктов деструкции ФОВ, вытекающих из снарядов и боеголовок, можно отождествить с некоторыми рассмотренными модельными задачами в работах [7-11].

Например, в работе [7] рассматривается горение углеводород-воздушных газовых систем, переходящее в детонацию в пространстве с загромождением, т. е. задача практически аналогична ситуации загорания «стопки» и вскрытия боеприпаса с выбросом углеводородов в окружающую среду. Естественно, для перехода от дефлаграции к детонации углеводород-воздушной смеси необходимо обеспечить минимальную (критическую) энергию Е, которая зависит от мощности инициатора и состава горючей смеси. Согласно [7], для перехода от дефлаграции к детонации метан-воздушной смеси состава - CH₄ + 2(O₂ + b•N₂) ( для воздуха равно b = 4) необходимо обеспечить Е = 1000 МДж.

Поступление свежей порции горючих и взрывоопасных газов в смесь активных продуктов горения является причиной развития взрыва. В работе [8] указывается, что в случае слабого инициирования возможен переход горения в детонацию за счет усиления волн сжатия в смеси фрагментов несгоревшего газа с продуктами реакции. Как следует из этой статьи, перед фронтом горения возникает уплотнение и развивается ударная волна со скоростью, превышающей на 40 % скорость горения. Скорость волны детонации может достигать 2300 м/с (по исходному газу). Из п. 1 видно, что переход от быстрого горения к детонации вполне вероятен для боеприпасов с ФОВ. Суммарное выделившееся тепло при сгорании одной «стопки» превышает 33 тысячи МДж, т. е. более, чем в 33 раза минимальную критическую энергию Е для метан-воздушной смеси.

Возникновение ударной волны возможно в корпусе боеприпаса в соответствии с модельным экспериментом, описанным в работе [9]. При температуре пожара образование в стакане взрывателя продольных трещин за счет повышения давления в микроконтейнере при разложении ФОВ приводит к турбулизации выходящей газожидкостной струи с образованием детонационной волны. При выходе образовавшейся детонационной волны в газовоздушную смесь, окружающую поддон со снарядами, возникает сильная детонационная волна, подобная описанной в [9].

При распространении горючего газа вдоль деревянных конструкций «стопки» или деревянной стены хранилища при критических температурах возникает опережающее самовоспламенение газа в пограничном слое [10] по сравнению с самовоспламенением в ядре потока. Скорость волны самовоспламенения близка к местной скорости звука, что свидетельствует о возможности зарождения сильной взрывной волны. Отмечено [10], что подобный эффект проявляется у стенки из материала с низкой теплопроводностью.

Возможность вскрытия снарядов через стаканы взрывателей и зажигания деревянных конструкций «стопки» приводит к истечению газожидкостной смеси по обе стороны «стопки» и к образованию газовоздушных облаков различной формы, которые обычно приводят к цилиндрической форме [11]. В этой работе параметры облака газовоздушной смеси (ГВС) предложено характеризовать соотношением H/R. В зависимости от условий воспламенения и распространения пламени в «стопке» (по оси x или z) меняется характер распространения детонационной и ударной волн (рис. 2). Кроме вышеуказанного соотношения для характеристики газовоздушного облака предложено использовать параметр A, который рассчитывается по формуле -

, где

t - время;

R - радиус заряда ГВС;

r_о - плотность воздуха;

p - атмосферное давление.


Наиболее вероятно начало распространения детонационной и ударной волн с одной «стопки». Поскольку расстояние между «стопками» не превышает 0, 7 м, происходит ускорение ударной волны по эстафетному механизму и соотношение H/R уменьшается. Тогда меняется характер образования детонационной и ударной волн. Пузырь продуктов детонации приближается к полусфере, возникает избыточное давление, которое достаточно для разрушения перекрытий в хранилище. Рассчитываются избыточное давление и импульс давления по формулам Садовского [11]. Для эквивалента по избыточному давлению использовалась формула:

, где

r - расстояние от центра газового заряда;

K - коэффициент пропорциональности из формулы Садовского -

, здесь -

I - импульс давления, E - энергия, выделяющаяся при взрыве и равная

произведению mQ,

m - масса горючего в цилиндрическом газовом заряде;

Q - удельная теплота взрыва горючего газа;

pR²H - объем цилиндрического газового заряда;

r - плотность газового заряда;

d - относительная массовая концентрация горючего в ГВС.


Форма газовоздушных смесей (ГВС) и схемы развития детонационной (ДВ) и ударной (УВ) волн при их распространении в ГВС

а)

А меняется от 0, 327 до 0, 637




b)

A меняется от 0, 077 до 0, 155



Рис. 2

r, z - радиальная и осевая координаты; H, R - высота и радиус заряда ГВС;

t - время; r₀ - плотность воздуха; p - атмосферное давление.

Максимальное значение эквивалента по избыточному давлению рассчитывалось по следующей формуле:

, где

r_c - плотность образующейся ГВС.


Рост избыточного давления может привести к вскрытию хранилища, срыву крыши и обрушению стен.


Возможность реактивного движения при истечении

газожидкостной струи из боеприпаса.

Возможность возникновения реактивного движения боеприпасов под действием реакции истекающей струи может быть ориентировочно (пилотажно) оценена следующим образом.

Средняя скорость истечения жидкости из снаряда определяется по закону Бернулли

, где

p_ср - среднее давление во внутренней полости снаряда;

r_ж - плотность ФОВ.


При этом время истечения жидкости определиться как

t_ист = µM_ж//W_e , где

a - доля жидкого ФОВ, выброшенного из боеприпаса (0<a<1);

M_ж - начальная масса ФОВ во внутренней полости.


Тогда скорость боеприпаса, достигаемая за время t_ист при выбросе массы ФОВ, равной aM_ж, может быть определена без учета силы аэродинамического сопротивления по формуле Циолковского К. Э. [12] с учетом силы земного тяготения:

• для случая вертикального подъема (угол бросания Q_о = 90°) скорость определится как
  

V_o = W_e ln 1 / m_к - gt, где

m_к = M_к/M_о - относительная масса боеприпаса;

Mк = M_о - aM_ж - масса боеприпаса в момент прекращения истечения жидкого ФОВ;

M_о - начальная масса боеприпаса, снаряженного ФОВ.

• для случая разлета под углом Q_о < 90° скорость в направлении движения будет равна
  

V_о = W_e ln 1 / m _к - gt Sin Q _о,

Таблица 2

Характеристики боеприпасов

	Ствольная артиллерия			Реактивная артиллерия
Калибр, мм	122	130	152	122	140	154
Mo, кг	22,2	33,4	40,0	19,3	18,3	44,0
Mж, кг	1,3	1,6	5,4	3,1	2,2	5,0

Оценка разлета боеприпасов под действием реактивной тяги, создаваемой выбрасываемой массой ФОВ, осуществлялась как для тела брошенного со скоростью V_о под углом Q_о к горизонту, т.е. активный участок траектории, соответствующий моменту времени t = t_ист в расчет не принимался.

Характеристики боеприпасов, для которых производилась оценка разлета, представлены в табл. 2.

Результаты расчетов сведены в табл. 3 и табл. 4.

Таблица 3.

Разлет боеприпасов при Q_о = 90 ° (вертикально вверх)

	Ствольная артиллерия			Реактивная артиллерия
a	0,4	0,6	0,8	0,4	0,6	0,8
Калибр, мм	122			122
aМо, кг	0,52	0,78	1,04	1,24	1,86	2,48
tист, с	0,020	0,031	0,041	0,045	0,068	0,09
Hmax, м	1,61	3,77	6,98	13,20	30,77	56,72
tп, с	0,57	0,88	1,19	1,64	2,51	3,40
Калибр, мм	130			140
aМо, кг	0,64	0,96	1,28	0,88	1,32	1,76
tист, с	0,023	0,035	0,047	0,032	0,048	0,064
Hmax, м	1,06	2,50	4,32	7,32	16,90	30,84
tп, с	0,47	0,71	0,94	1,22	1,86	2,51
Калибр, мм	152			154
aМо, кг	2,16	3,24	4,42	2,00	3,00	4,00
tист, с	0,079	0,118	0,157	0,073	0,109	0,146
Hmax, м	8,75	20,31	37,24	5,93	13,47	25,64
tп, с	1,34	2,04	2,76	1,10	1,69	2,29

Таблица 4.

Разлет боеприпасов при Q_о = 45°

	Ствольная артиллерия				Реактивная артиллерия
a	0,4	0,6		0,8	0,4	0,6	0,8
Калибр, мм	122				122
aМо, кг	0,52		0,78	1,04	1,24	1,86		2,48
Hmax, м	0,82		1,92	3,59	6,70	15,62		28,80
Xmax, м	3,29		7,70	14,09	26,81	62,47		115,18
tп, с	0,82		1,25	1,70	2,34	3,57		4,85
Калибр, мм	130				140
aМо, кг	0,64	0,96		1,28	0,88	1,32		1,76
Hmax, м	0,55	1,29		2,23	3,72	8,58		15,66
Xmax, м	2,19	5,15		8,93	14,87	34,31		62,63
tп, с	0,67	1,02		1,35	1,74	2,64		3,57
Калибр, мм	152				154
aМо, кг	2,16	3,24		4,42	2,00	3,00		4,00
Hmax, м	4,53	10,50		19,24	3,08	7,23		13,30
Xmax, м	18,11	41,99		76,95	12,33	28,93		53,21
tп, с	1,92	2,93		3,96	1,59	2,43		3,29

Максимальная H_max высота подъема (разлет при Q = 90°) и максимальная дальность X_max (разлет при Q = 45°) осуществляются при полном истечении ФОВ (µ = 1). При этом происходит рассеивание капельной жидкости по всей траектории разлета боеприпасов с возможным выносом в зоны более низких температур или конвективных воронок.

Результаты оценки максимально возможного разлета боеприпасов, снаряженных ФОВ, под действием реакции истекающей струи представлены в таблице 5.

Таблица 5.

Оценка возможного разлета боеприпасов, снаряженных

ФОВ, под действием реакции истекающей струи (µ = 1)

			q = 90°		q = 45°
Калибр, мм	Масса, ФОВ, кг	Время выброса, с	Hmax, м	Время подъема, с	Hmax, м	Xmax, м	Время полета, с
122 130 152	1, 3 1. 6 5, 4	0, 0051 0, 058 0, 196	11, 01 7, 01 34, 34	1, 57 1, 20 3, 50	5, 62 3, 61 31, 03	22, 47 14, 45 124, 12	2, 14 1, 72 5, 04
122 140 154	3, 1 2, 2 5, 0	0, 113 0, 080 0, 182	91, 98 49, 52 41. 31	4, 33 3, 18 2, 91	46, 67 25, 11 21, 43	186, 68 100, 48 85, 70	6, 17 4, 52 4, 18

Вскрытие хранилищ и разлет снарядов ствольной

и боеголовок реактивной артиллерии с истечением

ФОВ вне зоны высокой температуры

Как следует из предыдущего, в соответствии с литературными и расчетными данными при пожаре в хранилище с боеприпасами, снаряженными ФОВ, возможны переходы дефлаграции в детонацию, а также реактивное движение некоторых боеголовок и снарядов. Возникновение ударной волны может способствовать получению разлетающимися снарядами дополнительного импульса. Поскольку большинство хранилищ имеет обычные деревянные перекрытия с шиферными покрытиями, вероятно вскрытие крыш хранилищ, а затем обрушение стен.

Cледует сказать, что при вскрытии снарядов одной «стопки» (снаряды 152 мм калибра, снаряженные 5,4 кг ФОВ) образуется при разложении наполовину 396 м³ газа, при этом давление в хранилище увеличится в 1,5 раза (при заполнении - 51,5 %).

Для характеристики вероятности взрыва и вскрытия (обрушения) хранилищ предлагается использовать уравнение -

P = 1 - exp (- k), где

k = 1/h_р, а h_р - эквивалент по избыточному давлению, который может быть равен

массовому тротиловому эквиваленту (h = m_т/m),

m_т - масса тротила, эквивалентная массе горючего в цилиндрическом газовом

заряде, вызвавшего взрыв с энергией E, m - масса горючего в ГВС,

равная pR²Hrd.


Вылет снарядов из вскрытого хранилища зависит от условий воз действия на них температуры пожара и возникших ударных волн, меняющих траекторию их полета.

Например, вылет боеголовок реактивных снарядов калибра 122 мм, снаряженных зарином (масса - 3,1 кг), под углом Q = 45° при опорожнении микроконтейнера на 80 % происходит на 115 м при максимальной высоте подъема 30 м. При этом боеголовка может выйти в более холодные слои окружающей Среды или вообще из зоны пожара. Оставшаяся в боеголовке масса вещества (0,6 кг) распыляется в воздушной среде, попадая в образующиеся конвективные колонки.

Вероятны два варианта зажигания и отсюда образования конвективных колонок:

а) инициированное загорание в хранилище,

б) зажигание хранилища при лесном пожаре.

При развитии пожара в лесном массиве происходит преимущественно зажигание деревянных хранилищ или металлических ангаров при температуре 1000 С. При этом сценарии горение хранилищ начинает развиваться так, как описано в работе [13]. При этом возможны два варианта:

• образование конвективных колонок, когда нагретые газы с подсасываемым воздухом поднимаются вверх;
  
• образование плюмажа при сильном низовом ветре с порывами 20 м/с и более, когда нагретые продукты сгорания стелются по поверхности земли, увеличивая площадь зажигания и приводя в дальнейшем к образованию мощной конвективной колонки.
  

При небольшом ветре и преобладании увеличения ветра с высотой возможен наклон конвективной колонки с зажиганием горючих объектов, находящихся на расстоянии друг от друга около 100 м [13]. Это расстояние соответствует расстоянию между деревянными хранилищами на Кизнерском арсенале. Поэтому вариант эстафетного зажигания хранилищ боеприпасов, снаряженных термолабильными ФОВ, сопровождаемого взрывами и разлетом снарядов, возможен.