Внезапные взрывы вследствие экзотермических реакций соединения

Если в некотором пространстве находится горючее вещество вместе с достаточным количеством кислорода, или соединения, способного отдавать свой кислород, и если в одном месте произойдет воспламенение, — оно может, с большей или меньшей скоростью распространиться дальше. Повышение температуры при этом вызывает расширение присутствующих или образующихся при реакции газов и паров. Если к этому встречается препятствие, — давление может преодолеть его, а если процесс протекает с очень большой скоростью, то происходит взрыв. Такое действие может проявляться, кроме горения, и при других, быстро протекающих химических реакциях экзотермического характера, при которых происходит выделение газов, например, при хлорировании, бромировании и т. д.

Особенно легко и сильно взрывают горючие газы, когда они находятся в смеси с кислородом, воздухом или окислами азота (а также с окислами хлора). Наиболее сильное действие проявляют, в общем, те взрывчатые смеси, в которых отношение количества кислорода к количеству горючего газа таково, что оба вещества могут соединяться, не оставляя избытка которого-нибудь из них. При других соотношениях, взрыв происходит медленнее и слабее, переходя во вспышку и, в конце концов, в быстрое сгорание. При известном соотношении количества составных частей смеси горение прекращается, не распространяясь дальше. При смешении с воздухом, например, для каждого горючего газа возможно бывает определить наименьшее и наибольшее содержание его, при котором еще могут происходить взрывы смеси. Мы приводим подобные границы, выраженные в % смеси с воздухом:

Представленные здесь границы представляют самые низшие и самые высшие из найденых различными исследователями. Вполне понятно, что различные исследователи находят различные числа, так как пределы области взрываемости легко и значительно могут изменяться, в зависимости от обстоятельств, как, например, разной ширины сосудов, различия в способе поджигания, различных количеств газов, влажности и т. д. По исследованиям Terres’a ¹), возрастание содержания кислорода в воздухе на нижнюю границу области взрываемости не оказывает существенного влияния. Наоборот, в верхней своей границе, область взрываемости значительно расширяется. Иногда на границу взрываемости оказывает сильное влияние также и примесь горючей пыли. Так, например, по наблюдениям С. Еng1еrа, в смеси метана с воздухом, уже не дающей взрыва, можно вызвать взрыв, примешивая угольную пыль, хотя те же количества угольной пыли в смеси с одним только воздухом взрыва не дают.

Не следует забывать, что для того, чтобы произошел взрыв, смесь не должна быть равномерной на всем пространстве. Может произойти местный взрыв в каком-либо одном слое или участке воздуха, в помещении, в котором содержание горючего газа является недостаточным по отношению ко всему объему воздуха. Следующий случай может это подтвердить.

[212] По недосмотру во время приготовления ванны, жестянка со 100 гр. — самое большее со 120 гр. — карбида кальция (данные вполне надежны) упала в ванну, наполненную водой, что повело к выделению газа. Объем воздуха в комнате равнялся 16,5 кб. м. Если карбид был хорошего качества, могло получиться 30, самое большее 36 литров ацетилена, что составило бы 0,181% или 0,218% всего объема воздуха. Так как наименьшее содержание ацетилена в воздухе, необходимое, чтобы мог получиться взрыв, должно равняться 3,5%, можно было бы думать, что опасность будет угрожать лишь в том случае, если бы в воздух выделились 577,5 литров ацетилена (для чего требуется 1,92 кг. карбида). Над ванной, под потолком, горело газовое пламя.

Через несколько секунд после падения банки произошел страшный взрыв. Горничную, работавшую в ванной комнате, отбросило на пол; 4 больших стекла были разбиты, одна из стен совершенно выдавлена, повреждены 3 двери, причем были вырваны замки. Кусок стекла, перелетев через соседнюю большую спальную, вдребезги разбил зеркало из толстого шлифованного стекла, висевшее на противоположной стене. Очевидно, в ограниченном участке воздуха образовалось облако или слой газовой смеси, весьма благоприятной по составу для получения взрыва, которая и загорелась от газового пламени. При взрыве окружающие слои воздуха были отброшены в разные стороны, что и вызвало разрушение.

При тяжелых газах часто можно было наблюдать, как горение передается на большое расстояние, благодаря полосе или слою не рассеявшегося газа.

[213] F. Fischer сообщает о взрыве на фабрике, где сера извлекалась сероуглеродом. Пары его внезапно вспыхнули от огня, находившегося на расстоянии 10 метров (!). Пламя прошмыгнуло через все пространство двора (!) и в помещении, где производилось экстрагирование, вызвало взрыв. О подобного же рода воспламенении на расстоянии 5 метров паров бензина, передавшемся также через пустой двор, сообщается из Лигница, в известиях германских фабричных инспекторов.

Вполне понятно, что светильный газ, как вещество, обычно применяемое в лабораториях, от времени до времени является причиной взрывов. Не так редко случается, что газовые краны остаются не закрытыми. Почти во всех случаях, которые Egli пришлось наблюдать в лабораториях, причина взрыва была следующая: при уборке стола, задев кран полотенцем или рукавом платья, открывали кран. Ради предосторожности следует после каждого лабораторного занятия осматривать все краны.

Следующий случай указывает на опасность другого рода.

[214] Газопроводная труба в кухне шла вниз от потолка вдоль стены и внизу имела кран; к крану была присоединена резиновая трубка, приводившая газ к газовой плите. Каждая из трех газовых горелок имела также свой кран. Краны у горелок были закрыты; верхний же кран оставался открытым всю ночь, так что светильный газ мог поступать в трубку, но дальше задерживался. Ставшая хрупкой, трубка в эту ночь разорвалась на одном конце, и на некотором протяжении расщепилась, — явление, часто наблюдаемое, — так что газ беспрепятственно мог вытекать в кухню. Когда на следующее утро служанка вошла в помещение с зажженной лампой, последовал очень сильный взрыв, причинивший большое разрушение.

В лаборатории легко может произойти нечто подобное, например, у паяльного стола, где газовая горелка соединяется с газопроводной трубой также при помощи каучуковой трубки. Непозволительно, поэтому, закрывать только кран у паяльной горелки, оставляя открытым кран на газопроводной трубе.

Пропускающие места на газопроводных трубах не следует отыскивать при помощи пламени; для этого лучше смазать трубы мыльным раствором. Образование маленьких пузырей ясно укажет место пропускания.

В трубах газовых вытяжек иногда происходят слабые взрывы, если кран присасывающего пламени открывается надолго до зажигания. В жилищах подобного рода несчастные случаи происходят при неправильном зажигании газовых печей в ванных комнатах.

В технике происходят взрывы подогревателей дымовыми газами (экономайзеров) со страшной силой действия взрывов паровых котлов, в тех случаях, когда, вследствие неполного сгорания топлива, в дымовых камерах или каналах скопляются горючие газы случайно затем воспламеняющиеся. Вследствие взрыва прогреватели совершенно разрушаются, перегретая вода вырывается и проявляет cвoe разрушительное действие.

Большое сходство с газовыми взрывами имеют взрывы пыли, происходящие часто в каменноугольных копях, на складах каменного угля, мельницах, сахарных заводах, фабриках бронзового порошка, особенно в тех случаях, когда горючая пыль получается в довольно больших количествах. Вероятность подобного рода несчастья в лаборатории—не велика.

Сила пылевого взрыва зависит от количества пыли, тонкости ее и степени влажности воздуха. Чтобы произошел взрыв, распространяющийся вокруг, вначале достаточно, чтобы лишь в небольшой части горючей смеси образовались подходящие условия; затем, — вследствие образования запала, — взрыв охватывает всю массу.

[215] На гребеночной фабрике в Мюмлисвиле, у целлюлоидных фрезерных станков, имевших приспособление для отсасывания пыли, за день, скопилось большое количество целлюлоида, начавшего гореть. Несмотря на то, что пожар удалось потушить, набрасывая, пропитанные водой мешки и действуя прибором Минимако, искры, летавшие кругом, действием отсасывающей пыль машины всосало в расположенную в подвале пылевую камеру для целлюлоида. Эти искры вызвали страшный взрыв, силой которого приподняло свободно лежавший на балках пол, так что рабочие и машина провалились в подвал. Острое пламя прошло сквозь три этажа здания, так что произошел большой пожар. 8 человек упали в подвал, еще 25 — задохлись в густых желтого цвета газах, образовавшихся при вспышке в горении (двуокись aзoтa, окись углерода), или обгорели, ища выхода из загоревшегося здания.

Taffanel и Durr установили следующие точки воспламенения для пылевых смесей: для угольной пыли точка воспламенения 800⁰ , мучной — 500⁰, сахарной — 460⁰. Чтобы воспрепятствовать взрыву, получающуюся пыль необходимо удалять путем высасывания. Необходимо сначала установить границы взрываемости для смеси пыли с воздухом, и затем регулировать приспособление так, чтобы относительные количества воздуха и пыли образовали смесь безопасную в смысле возможности получения взрыва.

Причиной взрыва газа или пыли является, большею частью, открытое пламя, электрическая световая дуга, раскаленные или разогревшиеся, части машин, электрические искры или искры, получающиеся от ударов стальными инструментами о твердые тела. Электрические искры могут появляться не только при замыкании и размыкании электрического тока, но также в тех случаях когда при вытекании газа, содержащего примесь пыли, происходит трение его о неровности выходного отверстия, — как то было доказано профессором Nusselt для водорода; искры также могут получаться и при наэлектризовывании ремней. Электрический заряд при передаче силы ремнями получается не во время скольжения, но лишь при соскакивании ремня.