stringtranslate.com

Взрыв расширяющегося пара при кипении жидкости

BLEVE – огненный шар на нефтеперерабатывающем заводе Philadelphia Energy Solutions , представленный CSB

Взрыв расширяющегося пара при кипении жидкости ( BLEVE , / ˈblɛviː / BLEV - ee ) — это взрыв, вызванный разрывом сосуда, содержащего жидкость под давлением , температура которой значительно выше температуры кипения при атмосферном давлении. [ 1] [ 2] Поскольку температура кипения жидкости повышается с ростом давления, содержимое сосуда под давлением может оставаться жидким до тех пор, пока сосуд не поврежден. Если целостность сосуда нарушена, потеря давления приводит к снижению температуры кипения, что может привести к быстрому расширению жидкости в газ. BLEVE — это проявления взрывного кипения .

Если газ является горючим , как в случае, например, углеводородов и спиртов , дальнейший ущерб может быть вызван последующим пожаром. Однако BLEVE не обязательно влечет за собой пожар.

Имя

24 апреля 1957 года в результате резкой разгерметизации на предприятии Factory Mutual (FM) произошел мощный взрыв реактора . Он содержал смесь формалина с фенолом . Взрыв повредил завод. Однако пожар не возник, поскольку смесь не была воспламеняющейся. После аварии исследователи Джеймс Б. Смит, Уильям С. Марш и Уилбур Л. Уоллс, работавшие в FM, придумали термин «взрыв расширяющегося пара кипящей жидкости» и его аббревиатуру «BLEVE». [3] [4] Эти выражения стали общепринятыми только в начале 1970-х годов, когда журналы Fire Command и Fire Journal Национальной ассоциации противопожарной защиты (NFPA) начали публиковать статьи с их использованием. [5]

Механизм

В формировании BLEVE есть три ключевых элемента: [6]

  1. Материал в жидкой форме при температуре, значительно превышающей его нормальную точку кипения при атмосферном давлении .
  2. Сосуд, поддерживающий давление, которое удерживает вещество в жидкой форме.
  3. Внезапная потеря герметичности, которая быстро приводит к падению давления.

Обычно BLEVE начинается с сосуда, содержащего жидкость, температура которой выше температуры кипения при атмосферном давлении. Многие вещества, обычно хранящиеся в жидком виде, такие как углекислый газ , пропан и другие промышленные газы, имеют температуру кипения ниже комнатной при атмосферном давлении. В случае с водой BLEVE может возникнуть, если сосуд под давлением нагреется выше 100 °C (212 °F). Этот контейнер, поскольку кипящая вода оказывает на него давление, должен быть способен удерживать жидкую воду при очень высоких температурах.

механизм BLEVE

Если сосуд под давлением разрывается, давление, которое не дает жидкости кипеть, теряется. Если разрыв катастрофический, т. е. сосуд внезапно становится неспособным удерживать какое-либо давление, то жидкость окажется при температуре, намного превышающей ее точку кипения. Это заставляет часть жидкости мгновенно испаряться с чрезвычайно быстрым расширением. В зависимости от температуры, давления и вовлеченного материала расширение может быть настолько быстрым, что его можно классифицировать как взрыв , вполне способный нанести серьезный ущерб своему окружению.

Например, бак с водой под давлением, находящейся при температуре 350 °C (662 °F), может быть подвергнут давлению на 10 МПа (1500 фунтов на кв. дюйм) выше атмосферного (или манометрического) давления. Если бак, содержащий воду, разорвется, на короткий момент будет существовать объем воды в жидком состоянии, который будет находиться при:

При атмосферном давлении температура кипения воды составляет 100 °C (212 °F). Жидкая вода при атмосферном давлении не существует при температурах выше 100 °C (212 °F). В этот момент вода закипит и превратится в пар со взрывом, а жидкая вода при температуре 350 °C (662 °F), превратившаяся в газ, займет значительно больший объем (≈ в 1600 раз), чем она была в жидком состоянии, что приведет к взрыву пара. Такие взрывы могут происходить, когда перегретая вода из котла вытекает через трещину в котле, вызывая взрыв котла .

Испарение жидкости, приводящее к BLEVE, обычно происходит в течение 1 миллисекунды после катастрофической потери герметичности. [7]

Теория предела перегрева

На этой диаграмме для пропана оранжевая кривая представляет его давление паров как функцию температуры. Минимальная температура, выше которой может произойти BLEVE, является абсциссой пересечения между горизонтальной линией атмосферного давления (синяя) и кривой, здесь называемой локусом предела перегрева . Это примерно прямая линия с ее верхним пределом в критических условиях газа . Жидкость, расширяющаяся вдоль AA', не пересекает локус предела перегрева и не будет BLEVE. И наоборот, при достаточно высоких температурах, как при расширении BB', локус предела перегрева пересекается и произойдет BLEVE. [8]

Для возникновения BLEVE кипящая жидкость должна быть достаточно перегрета при потере герметичности. Например, при давлении около 1 МПа (150 фунтов на кв. дюйм) вода кипит при 177 °C (351 °F). Перегретая вода, выброшенная из закрытого контейнера при этих условиях, не будет генерировать BLEVE, поскольку гомогенное зародышеобразование пузырьков пара невозможно. [8] Не существует единого мнения о минимальной температуре, выше которой произойдет BLEVE. Формула, предложенная Робертом Ридом для ее прогнозирования, выглядит следующим образом:

где T Cкритическая температура жидкости (выраженная в кельвинах ). Минимальные температуры BLEVE некоторых жидкостей, основанные на этой формуле, следующие: [9]

Согласно Риду, BLEVE произойдет, в более общем случае, если расширение пересекает «предел перегрева». В модели Рида эта кривая по сути является спинодальной кривой жидкости , представленной на диаграмме давление-температура, а начало BLEVE является проявлением взрывного кипения , где спинодаль пересекается «сверху», т. е. посредством внезапной разгерметизации. Однако прямое соответствие между пределом перегрева и спинодалью не было доказано экспериментально. В практических BLEVE способ разрушения сосуда под давлением может решительно повлиять на способ, которым происходит расширение, например, вызывая волны давления и неоднородности. Кроме того, в жидкости может быть стратификация из-за локальных колебаний температуры. Из-за этого BLEVE могут происходить при температурах ниже тех, которые предсказываются формулой Рида. [10]

Физические BLEVE

Термин BLEVE часто ассоциируется с взрывными пожарами из сосудов под давлением, содержащих легковоспламеняющуюся жидкость. Однако BLEVE может произойти даже с негорючим веществом, таким как вода, [11] жидкий азот , жидкий гелий или другие хладагенты или криогенные вещества . Такие материалы могут проходить через чисто физические BLEVE, не вызывая пламени или других химических реакций. В случае невоспламененных BLEVE сжиженных газов быстрое охлаждение из-за поглощения энтальпии испарения представляет опасность, которая может вызвать обморожение . Удушье от расширяющихся паров также возможно, если облако пара не рассеивается быстро, как это может быть внутри здания или в желобе в случае газов тяжелее воздуха. Пары также могут быть токсичными , и в этом случае вред и, возможно, смерть могут возникнуть при относительно низких концентрациях и, следовательно, даже вдали от источника.

BLEVE–огненный шар

Однако если воспламеняющееся вещество подвергается BLEVE, оно может воспламениться при выбросе, либо из-за трения, механической искры или других точечных источников, либо из-за уже существующего пожара, который охватил сосуд под давлением и изначально привел к его выходу из строя. В таком случае горящие пары будут еще больше расширяться, увеличивая силу взрыва. Кроме того, очень значительное количество вырвавшейся жидкости сгорит за считанные секунды в поднимающемся огненном шаре, который создаст чрезвычайно высокий уровень теплового излучения . Хотя последствия взрыва могут быть разрушительными, BLEVE воспламеняющегося вещества обычно наносит больший ущерб из-за теплового излучения огненного шара, чем из -за избыточного давления взрыва .

Эффект падающих пожаров

BLEVE часто вызываются внешним пожаром вблизи резервуара для хранения, вызывающим нагревание содержимого и повышение давления. Хотя резервуары часто проектируются с расчетом на то, чтобы выдерживать большое давление, постоянный нагрев может привести к ослаблению металла и в конечном итоге к выходу его из строя. Если резервуар нагревается в области, где нет жидкости (например, около его верхней части), он может разорваться быстрее, поскольку кипящая жидкость не обеспечивает охлаждения в этой области. Резервуары высокого давления обычно оснащены предохранительными клапанами , которые сбрасывают избыточное давление, но резервуар все равно может выйти из строя, если давление не будет сброшено достаточно быстро. [1] Резервуар высокого давления проектируется таким образом, чтобы выдерживать установленное давление его предохранительных клапанов, но только если его механическая целостность не ослаблена, как это может быть в случае надвигающегося пожара. [12] В сценарии надвигающегося пожара легковоспламеняющиеся пары, высвобождаемые в BLEVE, воспламеняются при выбросе, образуя огненный шар. Источником надвигающегося пожара может быть выброс легковоспламеняющейся жидкости из самого резервуара или из внешнего источника, включая выбросы из близлежащих резервуаров и оборудования. Например, железнодорожные цистерны взрывались под воздействием струйного пожара из-за открытого предохранительного клапана другой сошедшей с рельсов цистерны. [13]

Опасности

Основных разрушительных эффектов BLEVE три: взрывная волна от взрыва; разбрасывание осколков или снарядов из сосуда высокого давления; и тепловое излучение от огненного шара, где он возникает. [12]

Горизонтальные цилиндрические («пулевые») танки имеют тенденцию разрываться в продольном направлении. Это приводит к тому, что неисправный танк и его фрагменты разлетаются подобно ракетам и перемещаются на большие расстояния. [14] В Фейзине три из выброшенных фрагментов весили более 100 тонн и были выброшены на расстояние 150–350 метров (490–1150 футов) от источника взрыва. Один пулевой танк в Сан-Хуанико пролетел 1200 метров (0,75 мили) в воздухе перед приземлением, возможно, это самое большое расстояние для ракеты BLEVE. [15] Осколки могут поражать другие танки или оборудование, что может привести к распространению эффекта домино случайной последовательности. [7]

Огненные шары могут подниматься на значительную высоту над землей. [14] Они имеют сферическую форму, когда развиваются, и поднимаются над землей в форме гриба . [7] Диаметр огненных шаров в Сан-Хуанико оценивался в 200–300 метров (660–980 футов), а продолжительность около 20 секунд. Такие массивные пожары могут ранить людей на расстоянии сотен метров (например, 300 м (980 футов) в Фейзине и 400 м (1310 футов) в Сан-Хуанико). [14]

Дополнительная опасность от событий BLEVE-огненного шара заключается в образовании вторичных пожаров, в результате прямого воздействия теплового излучения огненного шара, как пожары разлития топлива, которое не сгорает в огненном шаре, или в результате разлета пылающих фрагментов бака. [15] [7] Другим важным вторичным эффектом является рассеивание облака токсичного газа, если пары, участвующие в этом, токсичны и не загораются при выбросе. [7] Хлор , аммиак и фосген являются примерами токсичных газов, которые подверглись BLEVE в прошлых авариях и в результате образовали токсичные облака. [7]

Меры безопасности

Известные аварии

Известные аварии BLEVE включают в себя:

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab Kletz, Trevor (1990). Критические аспекты безопасности и предотвращения потерь . Лондон, Англия: Butterworth–Heinemann . стр. 43–45. ISBN 0-408-04429-2.
  2. ^ «Что пожарным нужно знать о BLEVE». FireRescue1 . 23 июля 2020 г. Архивировано из оригинала 26 июля 2020 г. Получено 8 февраля 2024 г.
  3. ^ Петерсон, Дэвид Ф. (1 апреля 2002 г.). "BLEVE: Факты, Факторы Риска и Заблуждения". Пожарная Техника . Архивировано из оригинала 24 февраля 2012 г.
  4. ^ Walls, WL (ноябрь 1978 г.). «Что такое BLEVE?». Fire Journal . Национальная ассоциация противопожарной защиты . стр. 46–47. ISSN  0015-2617 . Получено 9 февраля 2024 г.
  5. ^ Аббаси, Тасним; Аббаси, SA (июль 2008 г.). «Взрыв паров, расширяющихся при кипении жидкости (BLEVE), — пятьдесят... и он продолжает жить!». Журнал по предотвращению потерь в обрабатывающей промышленности . 21 (4): 485–487. doi :10.1016/j.jlp.2008.02.002. eISSN  1873-3352. ISSN  0950-4230.
  6. ^ ab CCPS (2010). Руководство по взрыву парового облака, взрыву сосудов под давлением, BLEVE и опасности вспышки пламени (2-е изд.). Нью-Йорк, Нью-Йорк и Хобокен, Нью-Джерси: Американский институт инженеров-химиков и John Wiley & Sons . ISBN 978-0-470-25147-8.
  7. ^ abcdefgh Аббаси, Тасним; Аббаси, SA (27 сентября 2006 г.). «Взрыв расширяющегося пара кипящей жидкости (BLEVE): механизм, оценка последствий, управление». Журнал опасных материалов . 141 (3): 489–519. doi :10.1016/j.jhazmat.2006.09.056. eISSN  1873-3336. ISSN  0304-3894. PMID  17113225.
  8. ^ ab Reid, Robert C. (23 марта 1979 г.). «Возможный механизм взрывов резервуаров с жидкостью под давлением или BLEVE». Science . 203 (4386): 1263–1265. Bibcode :1979Sci...203.1263R. doi :10.1126/science.203.4386.1263. eISSN  1095-9203. ISSN  0036-8075. PMID  17841142. S2CID  26468355.
  9. ^ Casal, J.; Arnaldos, J.; Montiel, H.; Planas-Cuchi, E.; Vílchez, JA (2001). «Моделирование и понимание BLEVE». В Fingas, Merv (ред.). Справочник по технологиям разливов опасных материалов . Нью-Йорк, Нью-Йорк: McGraw-Hill . С. 22.6–22.10. ISBN 0-07-135171-X.
  10. ^ Хеймес, Фредерик; Эйссетт, Роланд; Лоре, Пьер; Хорельбеке, Пол (сентябрь 2020 г.). «Экспериментальное исследование BLEVE воды». Безопасность процессов и защита окружающей среды . 141 : 49–60. Bibcode :2020PSEP..141...49H. doi :10.1016/j.psep.2020.04.029. eISSN  1744-3598. ISSN  0957-5820.
  11. ^ "Руководство по предохранительным клапанам температуры водонагревателя". InspectAPedia . Архивировано из оригинала 1 августа 2012 года . Получено 12 июля 2011 года .
  12. ^ ab Mannan (2012), стр. 1538.
  13. ^ Маннан (2012), стр. 1539.
  14. ^ abc Mannan (2012), стр. 1541.
  15. ^ ab Mannan (2012), стр. 1542.
  16. ^ abc "BLEVE – Response and Prevention". Transport Canada . 26 ноября 2018 г. Архивировано из оригинала 17 июля 2020 г. Получено 8 февраля 2020 г.
  17. ^ abc "BLEVE Safety Precautions" (PDF) . Национальное управление океанических и атмосферных исследований . 2016. Архивировано (PDF) из оригинала 22 апреля 2019 года . Получено 16 июля 2020 года .
  18. ^ abcdefghijklmno Prugh, Richard W. (1991). «Количественная оценка опасностей 'BLEVE'». Журнал по технике пожарной защиты . 3 (1): 9–24. doi :10.1177/104239159100300102. eISSN  1532-172X. ISSN  1042-3915.
  19. ^ "13 декабря 1926, 11 ч. 55 : L'explosion mortelle" [13 декабря 1926, 11:55 утра: Смертельный взрыв]. La Provence (на французском). 13 декабря 2015 г. Архивировано из оригинала 7 февраля 2024 г. Получено 7 февраля 2024 г. 
  20. ^ Лис (1996), стр. приложение 1/9.
  21. Лис (1996), стр. приложение 1/10, 27.
  22. ^ "Взрыв 1948 года". BASF . Архивировано из оригинала 7 февраля 2024 года . Получено 7 февраля 2024 года .
  23. ^ Лис (1996), стр. приложение 1/30.
  24. ^ Лис (1996), стр. приложение 1/32.
  25. Дубюк, Андре (18 ноября 2015 г.). «Plusieurs projets compromis pres de Suncor» [Несколько проектов были скомпрометированы рядом с Suncor]. Ла Пресс (на французском языке). Архивировано из оригинала 19 ноября 2015 года . Проверено 9 февраля 2024 г.
  26. Селвуд, Брайан (8 января 1957 г.). «Feu et взрывы на нефтеперерабатывающем заводе» [Пожар и взрывы на нефтеперерабатывающем заводе] (PDF) . Ла Трибюн (на французском языке). Том. 47 лет, нет. 273. с. 1. ISSN  0832-3194 . Проверено 9 февраля 2024 г.
  27. ^ "Пожар на Чипсайд-стрит, Глазго – 28 марта 1960 г.". Fire Brigades Union . Архивировано из оригинала 24 октября 2020 г. Получено 8 февраля 2024 г.
  28. ^ Коста, Пьер. «O maior acidente da Refinaria Duque de Caxias (RJ) – Бразилия: um estudo geográfico-histórico» [Крупнейшая авария на нефтеперерабатывающем заводе Duque de Caxias (RJ), Бразилия: географо-историческое исследование] (PDF) . observatoriogeograficoamericalatina.org.mx (на португальском языке). Архивировано из оригинала (PDF) 4 мая 2016 года.
  29. ^ "Memorial Monday – Kingman Explosion (AZ)". National Fallen Firefighters Foundation . 26 июля 2021 г. Архивировано из оригинала 21 марта 2023 г. Получено 8 февраля 2024 г.
  30. ^ Emergencias de la historia reciente en el distrito de Cartagena 1965–2021 [Чрезвычайные ситуации в новейшей истории в районе Картахены 1965–2021 гг.] (PDF) (Отчет) (на испанском языке) (2-е изд.). Oficina Asesora para la Gestión del Riesgo de Desastres de Cartagena. Архивировано (PDF) из оригинала 15 июня 2023 года . Проверено 9 февраля 2024 г.
  31. ^ 100 крупнейших потерь 1978–2017: крупные потери в результате имущественного ущерба в углеводородной промышленности (PDF) (Отчет) (25-е изд.). Марш . Март 2018 г. стр. 15. Архивировано (PDF) из оригинала 21 января 2022 г. Получено 9 февраля 2024 г.
  32. Отчет о морских авариях: MV Inca Tupac Yupanqui, TB Panama City, капитан буксира Норман; столкновение в нижнем течении реки Миссисипи 30 августа 1979 г. с гибелью людей (PDF) (Отчет). Отчет № USCG 16732/01281. Вашингтон, округ Колумбия: Береговая охрана США . 10 мая 1983 г. Архивировано (PDF) из оригинала 2 марта 2022 г. Получено 9 февраля 2024 г.
  33. Валеро, Франциско (3 августа 2021 г.). «Estación Montaña, a 40 años de la tragedia» [Железнодорожный вокзал Монтаньи, 40 лет спустя после трагедии]. Многономинальный (на испанском языке). Архивировано из оригинала 9 февраля 2024 года . Проверено 9 февраля 2024 г.
  34. ^ "PEMEX LPG Terminal, Мехико, Мексика. 19 ноября 1984 г.". Health and Safety Executive . 19 ноября 1984 г. Архивировано из оригинала 24 сентября 2023 г. Получено 8 февраля 2024 г.
  35. ^ Лейбер, Карл-Отто (2003). Оценка безопасности и риска с помощью микроскопической модели детонации . Амстердам, Нидерланды: Elsevier Science . стр. 305. doi :10.1016/B978-0-444-51332-8.X5000-9. ISBN 978-0-444-51332-8.
  36. ^ Соединенные Штаты. Комиссия по торговле между штатами (8 февраля 1979 г.). Отчет о железнодорожной аварии: сход с рельсов поезда № 584 компании Louisville & Nashville Railroad Company и последующий разрыв цистерны со сжиженным нефтяным газом — Уэверли, Теннесси — 22 февраля 1978 г. (PDF) (Отчет). Отчет № NTSB-RAR-79-1. Вашингтон, округ Колумбия: Национальный совет по безопасности на транспорте . doi : 10.21949/1510178 . Архивировано (PDF) из оригинала 31 июля 2023 г. Получено 8 февраля 2024 г.
  37. Хэвенс, Джерри (12 сентября 2000 г.). Анализ опасностей возгорания, связанных с использованием слезоточивого газа в комплексе Бранч-Дэвидиан – Уэйко, Техас – 19 апреля 1993 г. (PDF) (Отчет). Фейетвилл, Арканзас. Архивировано (PDF) из оригинала 23 июня 2019 г. . Получено 10 февраля 2024 г. .
  38. ^ Планас-Кучи, Эулалия; Гасулла, Нурия; Вентоза, Альберт; Казаль, Хоаким (2004). «Взрыв автоцистерны со сжиженным природным газом». Журнал предотвращения потерь в перерабатывающей промышленности . 17 (4): 315–321. Бибкод : 2004JLPPI..17..315P. дои : 10.1016/j.jlp.2004.05.005. eISSN  1873-3352. ISSN  0950-4230.
  39. ^ Лоулор, Морин (10 августа 2018 г.). «10-летняя годовщина взрыва пропана на восходе солнца». CityNews . Архивировано из оригинала 11 августа 2018 г. Получено 8 февраля 2024 г.
  40. ^ Williams Geismar Olefins Plant: Reboiler Rupture and Fire – Geismar, Louisiana (Report). Отчет № 2013-03-I-LA. Вашингтон, округ Колумбия: US Chemical Safety and Hazard Investigation Board . Октябрь 2016 г. Архивировано из оригинала 31 марта 2021 г. Получено 22 февраля 2024 г.
  41. ^ Дурмуш, Ахмет; Четинйокуш, Салиха (2022). «Моделирование физических эффектов аварии танкера сжиженного нефтяного газа, произошедшей в Диярбакыре, Личе». Научный журнал Университета Гази ‒ Часть C: Проектирование и технология (на турецком языке). 10 (4): 748‒764. doi : 10.29109/gujsc.1147339 . eISSN  2147-9526.
  42. ^ Кокки, Джованни (19–24 июня 2022 г.). Болонский LPG BLEVE (PDF) . 28-й Международный коллоквиум по динамике взрывов и реактивных систем (ICDERS). Статья 197. Архивировано из оригинала (PDF) 6 февраля 2024 г. . Получено 6 февраля 2024 г. .

Источники

Дальнейшее чтение

Робертс, Майкл В. (2000). "Анализ событий, связанных со взрывом паров, расширяющихся при кипении жидкости (BLEVE) на объектах DOE" (PDF) . Energy Facility Contractors Group (EFCOG) . Архивировано из оригинала (PDF) 20 октября 2012 г.

Внешние ссылки