儲罐內液體沸騰模擬

2021-02-13 南流坊

BLEVE(Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion),沸騰液體膨脹蒸氣爆炸,是過熱液體整體沸騰迅速膨脹引發的爆炸。液化氣儲罐在儲運中時有BLEVE發生。

與由儲罐內的物質因化學反應迅速釋放熱量使儲罐內溫度與壓力上升引發的熱爆炸(化學性爆炸)不同,BLEVE是一種物理性爆炸。

一種典型的火災場景下發生的BLEVE描述如下:裝有高壓液化氣體(譬如石油液化氣LPG)的油罐車發生某種事故,從而引發火災。火對油罐的加熱有兩方面的效果。首先,儲罐中液體被加熱,引起儲罐中的壓強升高。儲罐中的壓強取決於液體的蒸汽壓,而蒸汽壓是溫度的指數函數,所以隨著液體溫度的升高,儲罐內的壓力會顯著增加。其次,沒有被液體浸潤的金屬牆壁區域,由於沒有有效的散熱機制(相比而言,被液體浸潤的金屬牆壁區可以很快向液體散熱),火焰導致儲罐壁面溫度快速升高,從而導致儲罐材料強度下降。同時,壓力的迅速上升,引起安全閥動作,洩放出更多的燃料,進而加劇了局部的火災。儲罐金屬壁的高溫,使得灼熱的金屬壁面強度削弱,在儲罐內部的壓力作用下,高溫區域(即儲罐的蒸汽區)壁面逐漸變薄,發生塑性蠕變,最終可能導致局部失效,罐壁表面出現裂縫,蒸氣瞬間釋放,使得容器內壓力迅速下降,於是原先封閉容器中的液體瞬間處於過熱狀態(相對於環境壓力而言),引起液體的爆炸性沸騰。其結果是產生大量的蒸汽,並在容器空間中出現具有很高動能的兩相流體,容器內的壓力迅速恢復,甚至於幾倍的超過失效前的容器內部初始壓力。這種超壓的出現使得裂縫沿著容器壁面快速傳播,如果裂縫在整個儲罐上快速擴展開來,這種爆炸形式即稱為BLEVE。

BLEVE具有極大的破壞性,常常伴隨著毀壞容器並將容器撕成碎片的衝擊波。高速拋射出去的容器碎片對周圍一定範圍內的建築物和設施造成嚴重破壞。危及附近居民及工作人員的生命,甚至引發二次災害。容器內存儲的介質以極快的速率洩放,如果介質是可燃的並且被立刻點燃,那麼可能產生巨大的火球,引發火焰衝擊和強烈的熱輻射傷害。如果可燃性介質沒有被立刻點燃,會擴散形成可燃氣雲,可能引發蒸氣雲爆炸。同時有毒性介質擴散後,對事故範圍內人及其他生物有一定毒副作用。


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