Кипение

Кипение ) — чрезвычайно опасное явление , (или выкипание при котором слой воды при пожаре бассейна (например, при пожаре открытого резервуара ) начинает кипеть, что приводит к значительному увеличению интенсивности пожара, сопровождающемуся бурным выбросом горящая жидкость на прилегающие территории. Кипение может произойти только в том случае, если жидкая жидкость представляет собой смесь различных химических соединений с достаточно разными температурами кипения , хотя так называемое тонкослойное кипение - гораздо менее опасное явление - может возникнуть в любом несмешивающемся с водой жидком топливе. Сырая нефть , керосин и некоторые виды дизельного топлива являются примерами топлива, вызывающего выкипание.

Кипячения в промышленных масштабах случаются редко, но могут привести к серьезному повреждению электростанций. Учитывая внезапное и трудно предсказуемое начало этого явления, могут произойти смертельные случаи, особенно среди пожарных и случайных прохожих, которых не заставили покинуть территорию.

Слоповер и пенообразование — явления, сходные с кипением, но отличные от него. Перетекание происходит при поливании водой горящей лужи с жидкостью, что может привести к внезапному выбросу горящей жидкости, а также к значительному росту пламени, если пожар небольшой, как в случае обливания водой горящего поддона . Пена — это ситуация, возникающая, когда под слоем вязкого топлива находится слой воды, который хотя и не горит, но имеет температуру выше точки кипения воды.

Функции

Механизм начала кипения

Чрезвычайная жестокость кипячения обусловлена ​​расширением воды из жидкости в пар , которое происходит в 1500 и более раз. В практических сценариях хранения наличие воды под горючей жидкостью иногда обусловлено ложным накоплением во время работы установки (например, попадание дождевой воды в шов в крыше резервуара, некондиционные продукты из источника, остаточная вода из нефтяного резервуара или конденсация влаги ) или как следствие попыток тушения пожара водой. Типичным сценарием пожара в резервуаре, который в конечном итоге может привести к закипанию, является первоначальный ограниченный взрыв, срывающий крышу резервуара.

Чистые химические соединения не подвержены кипячению. Для того чтобы такое произошло, материал должен представлять собой смесь видов с достаточно разными температурами кипения . Примерами таких материалов являются сырая нефть и некоторые коммерческие смеси углеводородов, такие как керосин и некоторые виды дизельного топлива . Тот факт, что они хранятся в больших атмосферных резервуарах на нефтеперерабатывающих заводах , нефтебазах , электростанциях и т.д., делает кипение опасным, представляющим интерес с точки зрения безопасности процесса . При пожаре бассейна дистилляции в топливе происходит процесс . Отделение легких компонентов от более тяжелых происходит благодаря конвективному движению жидкости. Формируется промежуточный слой топлива, называемый горячей зоной или тепловой волной , который постепенно становится богаче видами с более высокой температурой кипения. Его температура, как и толщина, постепенно увеличиваются. Его нижняя граница движется вниз к границе раздела топливо–вода со скоростью, большей, чем общий уровень топлива снижается из-за сжигающего его огня. В результате, когда горячая зона достигает слоя воды, над водой все еще может находиться значительное количество несгоревшего топлива. При контакте воды с горячей зоной образуется некоторое количество пара. Возникающая в результате турбулентность способствует смешиванию воды с горячим топливом. Это может привести к быстрому испарению воды. Бурное расширение пузырьков пара вытолкнет значительную часть топлива над собой, вызывая бурный перелив горящей жидкости. В этих условиях вода может быть перегрета , в этом случае часть ее подвергается взрывному кипению с гомогенным зародышеобразованием пара. Когда это происходит, резкость расширения еще больше усиливает выброс горящего топлива. Типичная скорость в горячей зоне составляет 0,3–0,5 метра в час (1,0–1,7 фута в час), хотя были зафиксированы скорости до 1,2 метра в час (4,0 фута в час).

Помимо наличия слоя воды под топливом, для возникновения кипения горячей зоны должны быть соблюдены и другие условия:

• Поскольку верхние слои топлива, включая горячую зону, находятся при температуре кипения или близкой к ней, необходимо, чтобы температура кипения топлива была достаточно высокой, чтобы температура горячей зоны была выше температуры кипения воды. Необходимо учитывать как влияние статического напора топлива над водой, так и тот факт, что состав горячей зоны отличается от состава исходного топлива. Как правило, выкипание возможно, если средняя температура кипения топлива (рассчитанная как среднее геометрическое его нижней и верхней точек кипения, т.е. температуры, при которых смесь, соответственно, начинает кипеть и полностью испаряется) выше 120 °C. (248 °Ф): $${\bar {T}}_{\text{boil}}={{({T}_{\text{boil,min}}\ {T}_{\text{boil,max}})}^{0.5}}>{\text{120 °C}}$$
• Как уже говорилось выше, состав топливной смеси должен быть достаточно разнообразным. Было замечено, что разница между T _{кипения,max} и более высоким значением между T _{кипения,min} и температурой кипения воды на границе раздела топливо-вода должна быть выше 60 °C (108 °F): $${{T}_{\text{boil,max}}-\max {({T}_{\text{boil,min}},{{T}_{\text{boil,water}}})}}>{\text{60 °C}}$$Некоторые источники указывают, что верхний диапазон температуры кипения должен быть выше 149 ° C (300 ° F): $${{T}_{\text{boil,max}}}>{\text{149 °C}}$$
• топлива Вязкость должна быть достаточно высокой, чтобы препятствовать движению пузырьков пара вверх. В противном случае они могут протекать через топливо, не выбрасывая его из пылающего бака. Низкая вязкость также может затруднить формирование стабильной горячей зоны с тяжелыми компонентами благодаря более эффективной естественной конвекции . Так, эксперименты по пожарам бензина ( динамическая вязкость ≈ 0,37 сСт ) показали, что выкипание не происходит. Как правило, динамическая вязкость топлива должна быть выше как минимум 0,73 сСт, что соответствует вязкости керосина.

Опасности, связанные с кипением в горячей зоне, значительны по нескольким причинам. В промышленных масштабах резервуары для углеводородов могут содержать до сотен тысяч баррелей жидкости. Если произойдет кипение, количество горящей жидкости, выплеснувшейся из резервуара, может быть огромным. Выбрасываемые горящие жидкости могут двигаться со скоростью до 32 километров в час (20 миль в час). и достигать расстояний, значительно превышающих пределы вторичной защитной обваловки , часто сотен метров или порядка десяти диаметров резервуара с подветренной стороны. Однако обвалование остается важной мерой по уменьшению распространения пожара. Более того, поскольку начало кипения иногда непредсказуемо – ни с точки зрения времени его начала, ни с точки зрения того, произойдет ли оно вообще (поскольку наличие воды на дне резервуара может быть неизвестным фактором), – воздействие на пожарных, которые вмешались, чтобы контроль над огнем может быть смертельным. В некоторых случаях в огне оказались и погибли простые прохожие.

Пожары на танках, которые кажутся относительно устойчивыми, могут перерасти в массовые выбросы через несколько часов после начала пожара, как это произошло во время катастрофы в Такоа . Неспособность оценить опасность, которую представляет слой воды под топливом, стала существенной причиной последствий аварий с кипением с точки зрения человеческих и материальных потерь. Неопределенность относительно времени начала кипения добавляет непредсказуемости, что еще больше усложняет работу пожарных служб. Были разработаны математические модели кипения, которые, среди прочего, прогнозируют время, необходимое для начала кипения.

Известные несчастные случаи

Ниже приведены некоторые примечательные аварии, в которых произошло стандартное закипание, или кипение в горячей зоне:

• 20 января 1968 г., нефтеперерабатывающий завод Shell , Пернис , Нидерланды. Водная эмульсия и горячая сырая нефть смешались и получили вспенивание, выделение паров и выкипание. Огонь распространился на тридцать акров (120 000 м2). ² ), уничтожив несколько установок нефтеперерабатывающего завода и 80 танков.
• 26 июня 1971 года, нефтеперерабатывающий завод Чеховице-Дзедзице , Польша. В резервуар с сырой нефтью диаметром 33 метра (108 футов) ударила молния, что привело к обрушению крыши и возгоранию резервуара с открытым верхом. После продолжительного тушения пожара и снижения интенсивности пожара произошло закипание, в результате которого горящие жидкости были извергнуты на расстояние до 250 метров (820 футов). Находящийся рядом резервуар взорвался из-за возгорания горючих паров внутри. Тридцать три человека погибли.
• Рикардо Сулоага 19 декабря 1982 года, тепловая электростанция в Такоа, Варгас , Венесуэла. В результате катастрофы в Такоа более 150 человек, включая журналистов и прохожих, не участвовавших в тушении пожара, погибли, когда из резервуара с мазутом произошел мощный выброс кипения . Это самый страшный танковый пожар, когда-либо произошедший в мире.
• 30 августа 1983 года, Amoco нефтеперерабатывающий завод , Милфорд-Хейвен , Уэльс. В резервуаре для хранения сырой нефти произошел пожар с открытым верхом . В пылающем резервуаре, наполненном более чем 46 000 тоннами нефти, произошло несколько выкипаний, в результате чего огонь распространился на территорию площадью четыре акра (16 000 м2). ² ) защитная дамба . Однако дальше пожар не распространился. Всего 150 пожарных и 120 единиц пожарной техники для тушения пожара потребовалось . В ходе двухдневного пожара пострадали шесть пожарных, никто не погиб.

Связанные явления

Тонкослойный кипячение

Механизм возникновения тонкослойного кипячения

Тонкослойный кипячение возникает в одной из двух ситуаций:

• Когда слой топлива тонкий, например, в случае разлива на влажную поверхность. В этом случае время начала кипения очень короткое, обычно около одной минуты.
• Когда независимо от толщины слоя топлива не происходит перегонки и не образуется тепловая волна. В такой ситуации, чтобы произошло кипение, топливо должно сгореть до тех пор, пока его более теплый верхний слой не достигнет границы раздела топливо–вода.

При тонкослойном кипении размер пламени увеличивается с началом кипения и издается характерный потрескивающий звук. Однако из-за небольшого количества оставшегося топлива это явление гораздо менее опасно, чем стандартное кипячение. Исследование тонкослойного кипячения представляет интерес в контексте подземного сжигания разливов нефти над водой.

Слоповер

Пожарные демонстрируют спуск. Длина последовательности: 2,4 секунды. 1   кг растительного масла и 1   литр воды.

Демонстрация разжигания огня на сковороде: масло нагревается и воспламеняется, в огонь льют небольшое количество воды, и сильный шлейф пламени поднимается к потолку комнаты.

Слоповер . — явление, похожее на кипение, хотя и отличное от него Это происходит, когда вода выливается на топливо во время пожара бассейна. Если огонь достаточно мал, вода, которая мгновенно закипает при контакте с огнем или с нижними слоями пылающей жидкости (которые сами по себе не горят, но могут иметь температуру выше точки кипения воды), может расширить пламя, особенно в направление вверх.

При промышленных пожарах на цистернах заметного эффекта от обливания огня водой не наблюдается. хотя вода, оседающая на дно резервуара, может способствовать более позднему закипанию. Однако в меньших масштабах перевалы представляют собой значительную опасность. Например, попытка потушить сковороду для стружки или возгорание растительного масла водой может привести к переворачиванию, которое может нанести вред людям и распространить огонь на кухне. Серьезные случаи ожогов также произошли во время празднования Фестиваля середины осени , когда кипячение свечного воска и обливание его водой для развлечения стало привычкой.

пенистый

Пенная пена возникает, когда слой воды находится под слоем вязкой нефти, которая не горит и температура которой выше температуры кипения воды. Примером может служить горячий асфальт, загруженный в цистерну с небольшим количеством воды. Хотя поначалу ничего не может произойти, вода со временем может перегреться, а затем начать сильно закипать, что приведет к переливу.

Противопожарная защита

Вода, как правило, непригодна для тушения жидкостных пожаров . В случае кипячения и переворачивания топливо обычно легче воды. В промышленных масштабах это означает, что вода, подаваемая при пожаре в резервуаре с открытым верхом, опустится на дно резервуара, что может вызвать закипание на более позднем этапе. В небольших/бытовых масштабах, если предположить, что вода может проникнуть сквозь топливо, использование воды может привести к выливанию содержимого сосуда и распространению огня. Если вода не опускается на дно эффективно, может произойти сильный переворот. Это делает воду неэффективным средством пожаротушения и потенциально очень опасной.

Склады промышленного масштаба

Танки на нефтеперерабатывающем заводе

Кипение больших резервуаров в горячей зоне является относительно редким явлением. Однако они могут быть чрезвычайно разрушительными. Поэтому профилактика и контроль очень важны.

Кипение можно предотвратить, регулярно проверяя и сливая воду со дна резервуара.

С точки зрения компоновки завода , расстояния между резервуарами должны превышать пять диаметров резервуаров, чтобы предотвратить распространение загрязнения на соседние резервуары. В большинстве случаев разработать такую ​​схему невозможно.

Пожары в резервуарах с сырой нефтью открытого типа можно тушить с помощью огнегасящей пены из расчета 10–12 л/(мин × м). ² ) . Однако неясно, достаточны ли эти скорости для минимизации возможности возникновения кипения, особенно в случаях, когда пенное нападение начинается спустя много времени после возникновения пожара в резервуаре. Пенное пожаротушение предложено начинать в течение 2–4 часов после возгорания.

Тепловое излучение при кипячении значительно выше, чем при предшествующем ему пожаре бассейна. Хотя событие кратковременно, мероприятия по реагированию на чрезвычайные ситуации, для которых приемлемые уровни теплового излучения обычно составляют 6,3 кВт/м. ² , не может быть выполнено безопасно, поэтому операции следует проводить на безопасном расстоянии.

Существуют некоторые подходы для оценки вероятности и близости к закипанию при пожаре в резервуарах. Оценка может быть сделана априорно по кривой перегонки и свойствам топлива с помощью математических формул, в том числе приведенных выше. Однако такой подход требует знания глубины слоя воды на дне резервуара. Кроме того, он не учитывает возможность присутствия слоя водотопливной эмульсии над водой. За развитием горячей зоны можно следить, используя вертикальные полосы вспучивающейся краски, нанесенные на стенки резервуара, или прикладывая к стенкам струю воды, чтобы оценить, на какой высоте она начинает кипеть. использовать термографические камеры или пирометры Также было предложено . Однако неопределенность относительно наличия и глубины слоя воды или водотопливной эмульсии остается, а непредсказуемость начала кипения не может быть полностью устранена. Слив продукта из резервуара может уменьшить вероятность случайных последствий, поскольку меньше жидкости будет подвержено выкипанию. Однако откачивание продукта также может сократить время наступления кипения.

См. также

• Фреатическое извержение , аналогичная концепция извержения вулкана.

Ссылки

Источники

• Казаль, Иоахим; Монтьель, Хелена; Равнины, Эулалия; Вильчес, Хуан А. (сентябрь 1999 г.). Анализ рисков на промышленных объектах ( на испанском языке). Барселона, Испания: UPC Editions . ISBN  84-8301-227-8 .
• Казаль, Хоаким (2008). Оценка последствий и последствий крупных аварий на промышленных предприятиях . Амстердам, Нидерланды и Оксфорд, Англия: Elsevier . ISBN  978-0-444-53081-3 .
• EI (ноябрь 2012 г.). Модельный кодекс безопасной практики EI, часть 19: Меры пожарной безопасности на нефтеперерабатывающих заводах и объектах бестарного хранения (3-е изд.). Лондон, Англия: Энергетический институт . ISBN  978-0-85293-6344 .
• Ферреро, Фабио (2006). Углеводородные пожары: исследование формирования и развития кипения тонкослойного [ Углеводородные пожары: исследование формирования и развития тонкослойного кипения ] (докторская диссертация) (на испанском языке). Барселона, Испания: Политехнический университет Каталонии . hdl : 10803/6483 . ISBN  9788469346976 . Архивировано из оригинала 9 марта 2017 года . Проверено 5 августа 2023 г.
• Стандартное кипячение и тонкослойное кипячение (PDF) (отчет). Омега 13 Отчет №. ДРА-15-111777-00792А. Верней-ан-Халатт, Франция: Национальный институт промышленной среды и рисков (INERIS) . 22 января 2015 года . Проверено 20 июля 2023 г.
• НФПА (2018). Кодекс легковоспламеняющихся и горючих жидкостей . NFPA 30 (изд. 2018 г.). Куинси, Массачусетс: Национальная ассоциация противопожарной защиты . ISBN  978-145591661-0 .
• Перссон, Генри; Лённермарк, Андерс (2004). Танковые пожары: обзор пожаров в 1951–2003 гг. (PDF) (отчет). Отчет СП 2004:14. Борос, Швеция: Шведский институт испытаний и исследований SP . ISBN  91-7848-987-3 . ISSN   0284-5172 . Архивировано (PDF) из оригинала 6 мая 2023 года . Проверено 24 февраля 2024 г. - через DiVA .

Внешние ссылки

• СМИ, связанные с пожарами на чипсах, на Викискладе?