مدل سازی پیامد انفجار مواد

دومین مخاطره عمده ای که در واحدهای فرایندی مطرح می باشد، انفجار و پیامدهای ناشی از آن می باشد. در مراجع مختلف تعاریف متعدد و متنوعی برای انفجار آمده است:

• انفجار به مفهوم اشتعال یکباره و حالتی است که انرژی های آزاد شده خیلی سریع و ناگهانی و در حداقل زمان ممکن آزاد شوند.
• انفجار عبارتست از آزاد شدن ناگهانی و فاجعه انگیز انرژی که سبب ایجاد موج فشار می شود. موج فشار ایجاد شده از انفجار را اصطلاحاً Blast Wave می گویند.

انفجار بر اثر یکی از عوامل فیزیکی، شیمیایی و یا هسته ای بوقوع می پیوندد. در تعریف انفجار لازم است بین انفجار و اشتعال تمایزی قایل شد. در انفجار واکنش شیمیایی با سرعت مافوق صوت انجام می شود و مکانیزم حرارتی اعمال شوک است. در اشتعال، فرایند احتراق همانند سوختن عادی مخلوط قابل اشتعال و با سرعت کمتر از صوت انجام می شود و موج فشار کمتری تولید می کند. در جدول (۱) به برخی از انفجارهای مهم در کشورهای مختلف به همراه تعداد تلفات اشاره می شود.

حتما بخوانید: مدل سازی پیامد سمیت مواد

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 محدود شده می گویند و در تعریفی مشابه به انفجاری که در محیط باز و بدون مانع مانند دشت و یا بیابان رخ می دهد انفجار نامحدود می گویند. هر چه تراکم موانع در محیط های سربسته بیشتر باشد قدرت انفجار بیشتر خواهد بود. به وجود آمدن انفجار یا اشتعال در مخلوط های قابل اشتعال به عواملی مانند غلظت مخلوط، قابلیت انفجار ماده و یا دمای منبع احتراق بستگی دارد. شرایط اولیه ماده برای تولید انفجار عبارتست از:

• ماده باید اشتعال پذیر باشد.
• قبل از ایجاد جرقه ابعاد ابر گازی ناشی از پخش شدن مواد باید به اندازہ کافی بزرگ باشد.
• در ابر گازی غلظت ماده در محدوده اشتعال پذیری قرار داشته باشد.
• در محیطی که ماده در آن پخش می شود, محدودیت به اندازه کافی وجود داشته باشد.

حد قابلیت انفجار پذیری

حد پایین انفجار پذیری : کمترین غلظت ماده انفجاری در هوا برای آنکه یک مخلوط قابل انفجار در حضور عامل جرقه بتواند منفجر شود. در صورتیکه غلظت انفجاری این حد کمتر باشد، انفجار ممکن نیست.

حد بالای انفجار پذیری: بیشترین غلظت ماده انفجاری در هوا برای آنکه یک مخلوط قابل انفجار در حضور عامل جرقه بتواند منفجر شود. در صورتیکه غلظت ماده انفجاری از این حد بیشتر باشد، انفجار ممکن نیست.

اندیس آتش و انفجار: نشانه ای از میزان خطرناک بودن ماده و شرایط برخورد با آنها را دارد. این اندیس اطلاعات مفیدی درباره دامنه تخریب محیط در صورت وقوع انفجار و یا میزان خسارت وارده در صورت وقوع اتش را ارائه می کند. برای تعیین اندیس آتش و انفجارازرابطه زیر استفاده می شود:

F&EI = F₁×F₂×MF

F&EI: اندیس آتش و انفجار

F₁: فاکتور عمومی مخاطرات فرایند

F₂: فاکتور ویژہ مخاطرات فرایند

MF : فاکتور جنس که شاخص آزادسازی انرژی از یک ترکیب شیمیایی است

در جدول (۲) مرتبه بزرگی خطر بر حسب اندیس آتش و انفجار نشان داده شده

جدول (۲) مرتبه بزرگی خطر بر حسب اندیس آتش و انفجار

طبقه بندی انفجارها از لحاظ قدرت تخریب

انفجار با سرعت بسیار پایین: سرعت انبساط و گسترش گاز در این دسته از انفجارها بسیار پایین است. در این انفجار حداکثر قدرت موج فشاری 100-200 KPaمی باشد که این مقدار برای ایجاد صدمه و خسارت به محیط اطراف کافی می باشد.

انفجار با سرعت بسیار بالا: در این دسته از انفجارها سرعت انبساط و گسترش گاز بسیار بالا است (2000-3000m/s).-۲۰۰۰). در این انفجار حداکثر قدرت موج فشاری KPa ۷۰۰ می باشد.

 حتما بخوانید: مدل سازی پیامد اشتعال مواد

احتمال انفجار حضور جرقه

احتمال جرقه منجر به انفجار را بر اساس اندازه نشتی ارائه نمود. در جدول (۳) نشان داده شده است.

جدول 3: احتمال جرقه منجر به انفجار براساس انواع قطر منفذ نشتی

ارتباط احتمال ایجاد جرقه منجر به انفجار را بر اساس دبی نشتی ارائه نمودند. این ارتباط در جدول 4 نشان داده شده است.

جدول (۴) احتمال ایجاد جرقه منجر به انفجار بر اساس دبی نشتی

پیامدهای ناشی از انفجار

مهمترین و اصلی ترین پیامدی که در اثر وقوع انفجار بوجود می آید، موج فشاری تولید شده در اثر رها شدن ناگهانی انرژی نهفته در ماده انفجاری می باشد. در اثر تولید موج انفجار و رهاشدن و گسترش آن در محیط عوارضی مختلفی مانند پارگی پرده گوشی، آسیب به قسمتهای مختلف بدن و یا مرگ در اثر آسیب به شش ها بوجود می آید. در جدول (۵) سطوح مختلف موج انفجار به همراه پیامدهای ان نشان داده شده است. در اثر بروز انفجارهای فیزیکی مانند انفجار مایع جوشان ابر بخار منبسط شده، مقدار فراوانی از ماده قابل اشتعال به بیرون تخلیه می شود که در حضور عامل جرقه مشتعل شده و منجر به شکل گیری حریق در واحد می گردد. در این حالت پیامد اصلی سطوح مختلف تابش حرارتی است. جهت تعیین میزان تلفات در اثر برخورد و تماس با موج فشار ابتدا بر اساس نوع پیامد بوجود امده به تعیین مقدار عددی ارزش احتمال پرداخته می شود با استفاده از منحی ارزش احتمال میزان تلفات هر حادثه تعیین می گردد.

جدول (۵) تاثیرات موج فشاری بر تجهیزات و ساختمان ها

احتمال مرگ به خاطر آسیب به شش ها در صورت برخورد با موج انفجار

جهت تعیین میزان ارزش احتمال در پیامد آسیب به شش ها از رابطه زیر بدست می آید. در این رابطه p⁰ حداکثر افزایش فشار ناشی از موج انفجار در یک فاصله خاص از محل انفجار می باشد. همچنین در جدول(6) احتمال مرگ و میر بر اساس سطوح مختلف موج فشار انفجار ارائه شده است.

(Pr = -77.1 +6.9(Lnp⁰

جدول 6: احتمال مرگ بر اثر آسیب به دستگاه تنفسی براساس سطوح مختلف موج فشاری

احتمال پارگی پرده گوش در اثر تماس با موج انفجار

جهت تعیین میزان ارزش احتمال در پیامد پارگی پرده گوش از رابطه زیر استفاده می شود. همچنین در جدول (۷) احتمال پارگی پرده گوش در اثر تماس با موج انفجار ارائه شده است.

(Pr = –15.6 + 1.93 (LnP⁰

جدول 7: احتمال پارہ شدن پردہ گوش بر اساس سطوح مختلف موج فشاری

امکان آسیب به ساختمان ها و افراد در اثر برخورد پرتابه ها

جهت تعیین میزان ارزش احتمال در اثر برخورد پرتابه ها و اسیب و خسارت به ساختمان ها و افراد درون آن از رابطه بالا (Pr) استفاده می شود. همچنین در جدول 8 احتمال مرگ در اثر تماس مستقیم و غیرمستقیم با موج انفجار نشان داده شده است.

حتما بخوانید: نرم افزارهای مدل سازی حوادث

جدول (۸) درصد احتمال مرگ در اثر تماسی مستقیم و غیرمستقیم

موضوعات زیر را با دانلود فایل پیوستی مشاهده کنید:

• عوامل موثر در تشدید پیامدهای ناشی از انفجار
• انفجار مایع جوشان-ابر خار منبسط شده (BLEVE)
• انفجار ابر بخار نامحدود
• مدلسازی موج فشار انفجار
• مدلTNTمعادل
• مدل TNO Multi Energy
• مدلBaker Streh low

حتما بخوانید: Phast 6.51 نرم افزار شبیه سازی حوادث و مدل سازی پیامد

حتما بخوانید: مقالات ایمنی حریق