معادلات و محاسبات انفجار مخازن
معادلات و محاسبات انفجار مخازن
معادلات و محاسبات انفجار مخازن
فرمت: Pdf تعداد صفحات: 35
۱. مقدمه
۲. محاسبه انرژی انفجار
-
۱.۲. محاسبه انرژی انفجار مخازن حاوی گازهای ایده آل
- ۱.۱.۲. روش Brode (1959)
- ۲.۱.۲. روش Brown
-
۲.۲. محاسبه انرژی انفجار در مخازن حاوی گازهای غیر ایده آل و مایعات قابل اشتعال و انفجار
- ۱.۲.۲. تعیین انرژی انفجار مایع داخل مخزن در وضعیت اولیه
- ۲.۲.۲. تعیین انرژی انفجار مایع داخل مخزن در وضعیت ثانویه (توسعه یافته)
- ۳.۲. محاسبه انرژی انفجار در مواد تجزیه پذیر (Decomposition)
- ۴.۲. محاسبه انرژی انفجار در ترکیب مواد شیمیایی ناسازگار
- ۵.۲. محاسبه انرژی انفجار ابر بخارات (VCE)
۳. محاسبه افزایش فشار و تعیین فاصله ایمن
- ۱.۳. محاسبه افزایش فشار و تخمین فاصله ایمن به روش Prugh (1988)
- ۲.۳. محاسبه افزایش فشار و تخمین فاصله ایمن به روش Baker (1983)
- ۳.۳. محاسبه افزایش فشار توسط صدای انفجار
۴. محاسبات ترکش
- ۱.۴. محاسبه تعداد ترکش
- ۲.۴. محاسبه وزن ترکش
- ۳.۴. محاسبه سرعت اولیه ترکش
- الف – روش Baum (انرژی جنبشی)
- ب – روش Baker & Gelfand (1983)
- ج – روش Moore (1967)
-
۴.۴. محاسبه برد ترکش
- الف- روش Baum
- ب- روش Baker
- ج – روش Moore
مقدمه
انفجار مخازن تحت فشار یکی از خطرناکترین حوادث در صنایع نفت، گاز، پتروشیمی و صنایع شیمیایی است. زمانی که مخزن حاوی مایع یا گاز فشرده منفجر میشود، انرژی عظیمی آزاد میگردد که به دو شکل اصلی خود را نشان میدهد: موج فشار ناگهانی (انفجار) و پرتاب ترکشهای ناشی از ازهم گسیختگی بدنه مخزن. این حوادث میتوانند خسارات جانی و مالی سنگینی به همراه داشته باشند، به همین دلیل محاسبه دقیق انرژی انفجار، پیشبینی افزایش فشار در فواصل مختلف، و تخمین برد ترکشها از ضروریات مهندسی ایمنی محسوب میشود.
علل وقوع انفجار در مخازن
انفجار مخازن معمولاً به دلایل زیر رخ میدهد: خطا در فشارسنجها و تجهیزات کاهنده فشار، کاهش مقاومت مخزن در اثر خوردگی و سایش، افزایش دما و کاهش استقامت بدنه، نقص در ساختار جوشکاری، واکنشهای شیمیایی ناسازگار مواد داخل مخزن، و سایر تغییرات فیزیکی و شیمیایی که یکپارچگی مخزن را به خطر میاندازند.
روشهای محاسبه انرژی انفجار
برای محاسبه انرژی آزاد شده در انفجار، روشهای مختلفی بر اساس نوع ماده داخل مخزن و شرایط انفجار وجود دارد:
مخازن حاوی گازهای ایدهآل: برای این دسته از مخازن، دو روش اصلی وجود دارد. روش Brode انرژی انفجار را بر حسب ژول محاسبه میکند و تفاوتی بین انفجار در فضای آزاد و روی سطح زمین قائل میشود (انفجار روی زمین تقریباً دو برابر انرژی ایجاد میکند). روش Brown نیز برای گازهای ایدهآل مناسب است اما خروجی آن بر حسب جرم معادل TNT میباشد که در مهندسی انفجار بسیار پرکاربرد است.
مواد تجزیهپذیر: برخی مواد شیمیایی مانند نیترومتان قابلیت تجزیه ناگهانی دارند. در این حالت ابتدا معادله شیمیایی تجزیه نوشته شده، سپس گرمای واکنش محاسبه میشود و در نهایت انرژی انفجار بر اساس جرم ماده به دست میآید.
مواد شیمیایی ناسازگار: در موادی که ترکیبی از ماده سوختنی و اکسیدکننده هستند، ابتدا معادله استوکیومتری احتراق نوشته شده، کسر مولی هر جزء تعیین میگردد، سپس گرم مول ماده سوختنی محاسبه شده و در نهایت انرژی انفجار به دست میآید. در این روش تنها ماده سوختنی در محاسبه انرژی نقش دارد و ماده اکسیدکننده فقط در محاسبات مولی شرکت میکند.
ابر بخارات (VCE): در انفجار ابر بخارات، انرژی انفجار حاصل ضرب حجم گاز منتشر شده در انرژی احتراق ماده است. برای مواد هیدروکربنی، مقدار مشخصی برای انرژی احتراق در نظر گرفته میشود.
محاسبه افزایش فشار و فاصله ایمن
پس از به دست آوردن انرژی انفجار، گام بعدی تعیین میزان افزایش فشار در فواصل مختلف و تعیین فاصله ایمن برای حفاظت از افراد و تجهیزات است. دو روش اصلی برای این منظور وجود دارد:
روش Prugh: این روش که عمدتاً با روش Brown هماهنگ است، شامل محاسبه فشار انفجار سطح مخزن با استفاده از روش آزمون و خطا، تعیین فاصله اسکیل شده، و در نهایت محاسبه فاصله واقعی از مرکز انفجار تا هدف میباشد.
روش Baker: این روش که مورد تأیید مؤسسه مهندسان شیمی آمریکا (AICHE) نیز میباشد، نیازمند اطلاعات دقیقتری مانند فشار داخل مخزن، حجم مواد، نسبت ظرفیت گرمایی، فاصله از مرکز انفجار و شکل مخزن است. بسته به اینکه فاصله اسکیل شده از عدد ۲ بزرگتر یا کوچکتر باشد، روش محاسبه متفاوت خواهد بود. در هر دو حالت، با استفاده از نمودارهای اصلاحی و جداول ضرایب تصحیح، میتوان فشار پیک و ایمپالس نهایی موج انفجار را محاسبه کرد.
محاسبه فشار از طریق صدای انفجار
هر انفجاری همراه با تولید صدا است. با اندازهگیری تراز فشار صوت در یک فاصله مشخص (با استفاده از دستگاه صدا سنج)، میتوان فشار ایجاد شده در آن نقطه و حتی در مرکز انفجار را محاسبه کرد. این روش بیشتر برای انفجارهای کوچک کاربرد دارد، زیرا تجهیزات اندازهگیری صدا معمولاً حداکثر تا ۱۵۰ دسی بل را پوشش میدهند.
محاسبات ترکش
یکی از مهمترین و مرگبارترین پیامدهای انفجار مخازن، پرتاب ترکشهای بدنه به اطراف است. محاسبه ترکشها شامل سه بخش اصلی میشود:
تعداد ترکش: بر اساس تحقیقات انجام شده، مخازن استوانهای و کروی معمولاً بین ۲ تا ۱۰ ترکش تولید میکنند و در شرایط خاص تا ۱۰۰ ترکش نیز ممکن است. در انفجارهای نوع BLEVE که در اثر حریق رخ میدهند، تعداد ترکشها معمولاً ۲ تا ۳ عدد است.
وزن ترکش: وزن هر ترکش به جرم کل مخزن، تعداد ترکشها و شکل مخزن بستگی دارد. برای مخازن کروی با دو ترکش، هر ترکش نصف جرم مخزن است و برای تعداد ترکش بیشتر، جرم به تعداد ترکش تقسیم میشود.
سرعت اولیه ترکش: برای محاسبه سرعت اولیه ترکش سه روش اصلی وجود دارد. روش Baum مبتنی بر انرژی جنبشی است و بسته به نوع انفجار (عمومی، بزرگ یا BLEVE) ضریب متفاوتی دارد. روش Baker & Gelfand از فشار اسکیل شده و سرعت صوت استفاده میکند و به کمک نمودارها و جداول ضرایب، سرعت هر ترکش را محاسبه مینماید. روش Moore نیز که برای انفجارهای بزرگ تدوین شده، پس از اصلاحات برای مخازن تحت فشار نیز قابل استفاده است.
برد ترکش: برد نهایی ترکشها با روشهای مختلفی قابل محاسبه است. روش Baum با در نظر گرفتن زاویه پرتاب، برد افقی و ارتفاع پرتاب را محاسبه میکند. روش Baker با استفاده از ضریب دراگ، سطح عمودی ترکش و دانسیته هوا، حداکثر برد اسکیل شده را تعیین کرده و سپس برد واقعی را به دست میآورد. روش Moore نیز با فرض زاویه ۴۵ درجه، برد نهایی را به صورت تابعی از سرعت اولیه و شتاب گرانش محاسبه میکند.
ادامه مطلب را با دانلود فایل پیوستی مشاهده کنید.
برای دیدن لینک دانلود در سایت ثبت نام و اکانت خود را ویژه کنید
ورود یا ثبـــت نــــاممزایای اشتراک ویژه : دسترسی به آرشیو هزاران مقالات تخصصی، درخواست مقالات فارسی و انگلیسی، مشاوره رایگان، تخفیف ویژه محصولات سایت و ...
حتما بخوانید:
⇐ بررسی و تحلیل حوادث و عوامل خطر آفرین (انفجار) مخازن
دیدگاه خود را ثبت کنید
تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟در گفتگو ها شرکت کنید.