ارزیابی و مدل سازی پیامدهای انفجار

ارزیابی و مدل سازی پیامدهای انفجار

فرمت: PDF   تعداد صفحات: 27

فهرست:

• مقدمه
• اصطلاحات و تعاریف
  • انفجار
  • ماده منفجره
  • حدود اشتعال و انفجار گازها و بخارها
  • شرایط ایجاد انفجار
  • انواع انفجارها
  • انفجار ابر بخار (VCE)
• محاسبه اثر انفجار ابر بخار غیر محصور
  • روش معادل TNT و مثال های مربوطه
  • مدل چند انرژی
  •  مدل Baker Strehlow
• ارزیابی تکرارپذیری انفجارها
• ارزیابی احتمال مرگ و میر در اثر انفجار
• مثال های کاربردی
  • جانمای یک کارخانه فرآوری هیدروکربن
  • ریسک ابر بخار
  • تخمین فاصله جداسازی

1- مقدمه:

یکی از خطرات ناشی از ذخیره، فرآوری و حمل و نقل مواد قابل اشتعال در صنایع فرایندی، انفجار می باشد که می تواند پیامدهایی همچون آسیب به تجهیزات، انسانها و محیط زیست را در پی داشته باشد. در این بخش پس از بیان تعاریف و مفاهیم کلیدی، انواع انفجارها و نحوه مدل سازی و برآورد اثرات ناشی از انفجارها تشریح می گردد.

2- اصطلاحات و تعاریف

انفجار: انفجار به عنوان آزاد شدن انرژی به گونه ای که در هوای اطراف تغییرات گذرا در چگالی، فشار و سرعت ایجاد کند، تعریف می شود. به عبارت دیگر انفجار، اشتعال یکباره و حالتی است که انرژی ناشی از آن به صورت خیلی سریع و ناگهانی و در حداقل زمان ممکن آزاد شود که معمولا با ایجاد موج فشار موج انفجار همراه است.

ماده منفجره: هر مخلوط شیمیایی که در اثر یک عامل محرک خارجی مانند ضربه، حرارت و یا جریان الکتریسیته تغییر شکل ناگهانی داده و از حالت جامد یا مایع به گاز تبدیل شود.

حدود اشتعال و انفجار گازها و بخارها: نسبت اختلاط گازهای قابل اشتعال با هوا در شرایط مختلف متفاوت است. این گازها از لحاظ میزان تراکم در هوا فقط در محدوده معینی مشتعل می شوند که حدود اشتعال یا محدوده اشتعال پذیری نامیده می شود و اگر مقدار آنها در هوا از این حدود کمتر یا بیشتر شود نمی سوزند. حد پایین انفجار (LEL) یا حد پایین اشتعال (LFL) حداقل غلظتی از بخار است که در کمتر از آن حریق اتفاق نمی افتد و حد بالای انفجار (UEL) یا حد بالای اشتعال (LFL) حداکثر غلظتی از بخار است که در بالاتر از آن اشتعال صورت نمی گیرد (شکل ۱).

حدود اشتعال و انفجار گازها

شکل ۱: حدود اشتعال و انفجار گازها

در انفجار سرعت آزاد شدن انرژی بیشتر از حریق بوده و ساز و کار آسیب رسانی آن به دلیل ایجاد موج انفجار می باشد.

شرایط ایجاد انفجار: مهمترین شرایط برای ایجاد انفجار عبارتند از:

• ماده باید اشتعال پذیر باشد.
• قبل از ایجاد جرقه، ابعاد ابر گازی ناشی از انتشار مواد باید به اندازه کافی بزرگ باشد.
• در ابر گازی، غلظت ماده در محدوده اشتعال پذیری (حدود اشتعال) قرار داشته باشد.
• در محیطی که ماده در آن پخش می شود، به اندازه کافی فضای محصور وجود داشته باشد.

انواع انفجارها: انفجارها بر اساس تراکم موانع در محیط به دو دسته تقسیم می شوند. به انفجاری که در محیط ها و اماکن سربسته رخ می دهد، انفجار محصور و به انفجاری که در محیط باز و بدون مانع مانند دشت و یا بیابان رخ می دهد، انفجار غير محصور گفته می شود. هر چه تراکم موانع در محیط های سربسته . بیشتر باشد، قدرت انفجار بیشتر خواهد بود. انفجارها از لحاظ قدرت تخریب به دو دسته زیر تقسیم بندی می شوند:

الف – انفجار با سرعت بسیار پایین: در صمت انبساط و گسترش گاز در این دسته از انفجارها بسیار پایین (کمتر از سرعت صوت و در حدود 1 بر ثانیه( است. در این انفجار حداکثر قدرت موج انفجار ۲۰۰-۱۰۰ کیلوپاسکال می باشد که این مقدار برای ایجاد صدمه و خسارت به محیط اطراف کافی است.

ب- انفجار با سرعت بسیار بالا: در این دسته از انفجارها سرعت انبساط و گسترش گاز بسیار بالا (بالاتر از سرعت صوت، در حدود ۲۰۰۰ – ۳۰۰۰ متر بر ثانیه( است و حداکثر قدرت موج انفجار در آن ۷۰۰ کیلوپاسکال می باشد. دسته ای دیگر از انفجارها، انفجار بخار منبسط شده مایع در حال جوش (BLEVE) می باشد که به سبب ارتباط آن با حریق کروی، است.

انفجار ابر بخار :(VCE) قبلا چنین تصور می شد که ابری از بخارات قابل اشتعال که با هوا مخلوط می شود، در هوای آزاد منفجر نشده و موج انفجار تخریب کننده ای ایجاد نمی کند، بلکه چنین ابری فقط تبخیر می شود. در سال ۱۹۷۴ انفجار ابر بخار در فلیکس بورو (انگلستان( تمام شبهات را از بین برد. در این حادثه اتاق کنترل کارخانه به علت موج انفجار تخریب شد، ۲۷ نفر از افراد مستقر در آن جان خود را از دست دادند و بیشتر قسمت های کارخانه به علت موج انفجار و آتش سوزی های متعاقب آن آسیب دید.

زنجیره رخدادهایی که منجر به ایجاد انفجار ابر بخار می شود به شرح زیر می باشد:

1. مایع قابل اشتعالی که در فشار و دمای بالاتر از نقطه جوش خود قرار دارد، از مخزن محتوی آن، نشت پیدا می کند.
2. مقداری از مایع خارج شده فورا به بخار تبدیل شده و مابقی آن پس از جذب گرمای محسوس هوا تبخیر می شود.
3. با ادامه نشتی، بخارات با هوای اطراف آن مخلوط شده و تشکیل ابر قابل اشتعال می دهد و بدین ترتيب جرم کلی بخار قابل اشتعال در ابر افزایش می یابد.
4. با افزایش تراکم بخارات قابل اشتعال به بالاتر از حد پایین قابل انفجار (LEL) و رسیدن آن به یک منبع جرقه، انفجار رخ می دهد.

اگر ابری از بخارات قابل اشتعال (صرف نظر از اندازه آن)، با هوا مخلوط شود ولی به اندازه کافی محصور نشود (در اطراف آن موانع کافی وجود نداشته باشد)، انفجار آن قدرت کمتری در مقایسه با زمانی که محیط آن محصور باشد، خواهد داشت، چرا که وجود مانع سبب کند شدن و ایجاد آشفتگی و افزایش ناحیه سطحی شعله شده و نرخ احتراق و انبساط ابر قابل اشتعال را گسترش می دهد.

گازهای شدید واکنش پذیر (مانند هیدروژن) یا ابرهای بخاری که آشفتگی (اختلاط) زیادی دارند، به دلیل سرعت فرار بالا، می توانند رفتاری مشابه یک ابر متراکم داشته باشند و موج انفجاری تخریب کننده ای ایجاد کنند. انرژی رها شده حاصل از موج انفجار به جرم کلی ماده قابل اشتعال موجود در ابر بخار در محدوده اشتعال پذیری (محدوده بین LEL و (UEL بستگی دارد.

فشاری که بوسیله انفجار ابر بخار در هوای آزاد ایجاد می شود، معمولا در حدی نیست که باعث مرگ مستقیم افراد شود، ولی در شرایط زیر خطر مرگ و میر را به دنبال دارد:

• پرتاب اجسام به سمت افراد
• پرتاب فرد به طرف اجسام سخت
• فرو ریختن ساختمانها
• محاصره شدن افراد در ابر مشتعل شده

همانطور که ذکر شد پس از رهایش ابر بخار، مهمترین عامل ایجاد حریق یا انفجار، جرقه ای است که مواد رها شده در محیط ممکن است در مسیر انتشار با آن برخورد کنند. در واقع احتمال ایجاد خسارت به علت رها شدن مواد اشتعال پذیر در محیط با احتمال ایجاد جرقه در آن محیط متناسب است. در بعضی از موارد این جرقه ممکن است با منبع رهایش مواد فاصله ی زیادی داشته باشد.

جرقه ایجاد شده در محیطی که مواد اشتعال پذیر منتشر شده اند ممکن است فوری یا تأخیری باشد’، به این معنی که مواد بلافاصله پس از نشت (به علت مواردی همچون انرژی تولید شده در اثر عملکرد دستگاه یا تماس با یک سطح داغ یا رها شدن در محیطی با دمای بالاتر از دمای اشتعال خودبخودی ماده) مشتعل می گردند. در جرقه تاخیری مواد پس از رها شدن در محیط با طی فاصله ای به منبع جرقه می رسند.

منابع ایجاد جرقه عموما شامل شعله ها، سطوح داغ، رعد و برق، الکتریسیته ساکن، وسایل الکتریکی یا مکانهایی است که سطوح با یکدیگر در تماس هستند. از جمله تجهیزاتی که می توانند ایجاد منبع جرقه کنند، می توان به مشعل ها، گرمکن ها، موتورهای الکتریکی، پمپ ها، کمپرسورها و خطوط الکتریسیته با ولتاژ بالا اشاره کرد. بدیهی است هر چقدر محوطه ای که مواد در آن رها می شوند وسیع تر باشد، تعداد منابع جرقه و احتمال رخداد آن بیشتر می گردد.

تاثیر سطوح داغ در بالا بردن دمای ماده قابل اشتعال تا دمای احتراق خود به خودی و ایجاد جرقه در صورتی قابل ملاحظه خواهد بود که دمای سطح حداقل ۲۰۰ درجه فارنهایت بالاتر از دمای احتراق خودبخودی ماده باشد.

در مورد رهایش مداوم نظیر رهایش از سوراخ مخازن یا خطوط لوله، لازم است مدت زمان نشتی قبل از رسیدن ابر بخار قابل اشتعال به منبع جرقه برآورد شود. در واحدهای فرایندی، به دلیل نیاز به تجهیزاتی مثل کوره و امثال آن، حذف کامل منابع جرقه اغلب دشوار است. اگر در یک واحد عملیاتی در مدت زمان ۳ دقیقه ابز بخار قابل اشتعال به منبع جرقه نرسد، جرقه غیرمحتمل در نظر گرفته می شود. اگر باد با سرعت ۳ متر در ثانیه وزیده شود، معادل این است که منبع جرقه در فاصله ی ۵۴۰ متری واقع شده است که این فاصله در عمل زیاد بوده و تراکم مواد قابل اشتعال قبل رسیدن به این نقطه تا زیر حد پایین قابل انفجار (LEL) پراکنده می شوند.

عامل دیگری که بر احتمال ایجاد اشتغال تأثیر می گذارد، میزان واکنش دهی ماده است. هر ماده برای ایجاد اشتعال، احتیاج به یک انرژی تحت عنوان حداقل انرژی احتراق (MIE) دارد که می بایست توسط منبع جرقه تامین شود. هر چه مقدار MIE کمتر باشد، ماده راحت تر مشتعل می شود و واکنش دهی آن بیشتر است.

ادامه مطلب را با دانلود فایل پیوستی مشاهده کنید.

حتما بخوانید:

⇐ ارزیابی و مدل سازی پیامدهای ناشی از حریق

⇐ نرم افزارهای مدل سازی حوادث

⇐ مدل سازی پیامد اشتعال مواد

⇐ مدل سازی پیامد انفجار مواد