جمعه ۶ مرداد ۱۳۹۶ - Friday 28 July 2017
کد خبر : 18193
تاریخ انتشار : دوشنبه ۲۶ تیر ۱۳۹۶ - ۱۵:۵۰
بازدید: بازدید: 411

مقاله(قسمت 3)

چگونه انفجارات گسترش پیدا می کنند


ن نوع انفجارها نوع خاصی از احتراق هستند ( احتراقی سریع که تمامی انرژی حرارتی خود را در زمان بسیار کوتاه و حتی در کسری از ثانیه همراه با صدا آزاد می کنند). این پدیده می تواند

به گزارش پایگاه خبری بهداشت، ایمنی و محیط زیست "بامنا"؛

س

مجید رمضانی     

ش

ناصر رهبر

 

  • مقدمه

این نوع انفجارها نوع خاصی از احتراق هستند ( احتراقی سریع که تمامی انرژی حرارتی خود را در زمان بسیار کوتاه و حتی در کسری از ثانیه همراه با صدا آزاد می کنند). این پدیده می تواند در مواد جامد یا مایع به وقوع بپیوندد، اما در اینجا ما پدیده انفجار را تنها در مخلوط های قابل انفجار که شامل بخارات هیدروکربنی و هوا یا اکسیژن است بررسی خواهیم کرد.

انفجارات الزاماً مخرب هستند چون:

  • با سرعت زیادی در محیط (لوله، مخزن و …) جابه جا می شوند.
  • فشار موضعی بسیار زیادی را ایجاد می کنند.
  • چگونه انفجارات گسترش پیدا می کنند:

ظرفی یا لوله ای را که از مخلوط قابل اشتعال (بعنوان مثال هوا و گاز سوختی) پر شده است را در فشار اتمسفریک در نظر می گیریم.

جرقه ای در منتهی الهی سمت چپ لوله به وقوع می پیوندد. همانطور که گازها میسوزد ، تولید مولکولهای بیشتر با تعداد بیشتر و حرارت نموده و افزایش حجمی بوجود می آورد و نتیجتا جبهه فشاری را در داخل گازهای نسوخته به جلو میراند . این جبهه های فشاری با چشم دیده نمی شوند ولی میتوان آنها را با دستگاههای بخصوص فتوگرافیک مشاهده و با تجهیزات مخصوص سرعت های بسیار زیاد ، اندازگیری کرد. موج یا جبهه ی فشاری باعث فشرده شدن گازهای نسوخته در نوک شعله شده و باعث گرم شدن آنها می گردد. با وجود پیشروی شعله در میان حرارت ایجاد شده ، گازهای نسوخته محترق نمیشوند و یک انفجار معمولی رخ می دهد و یک موج فشاری ( ویا ضربه ای ) تنها در جلو شعله و درست در نوک آن تشکیل می شود و شعله امواج فشاری افزایش یافته را به جلو می راند.

psi 15=فشار اولیه – ثانیه ۰٫۱ = وقت صرف شده

۴۵۶۷

شکل- ایجاد جرقه آغارین در فشار اتمسفریک

در این مرحله امواج فشاری، سرعت بیشتری نسبت به امواج اولیه دارند چون در این مرحله گازها داغتر هستند. نهایتا این امواج از امواج اولیه سبقت گرفته و باعث ایجاد یک توده یا حرکت فشاری در لوله می شوند

 

۴۳۳۲

شکل- موج شوک (Shock waves) تنها در جلو شعله تشکیل می شود.

هنگامیکه این رویداد به وقوع می پیوندد، حرکت توده فشاری در لوله، موج شوک نامیده میشود.امواج فشاری ضعیف( یا آهسته ) با سرعت صوت حرکت کرده (سرعتی برابر ۱۱۰۰ فوت بر ثانیه در درجه حرارات محیط دارند و اگر گاز داغتر باشد سرعت بیشتری  خواهند داشت)  ، امواج فشاری قوی با سرعتی بیشتر از سرعت صوت نیز می توانند حرکت کنند، پیشروی شعله در میان گازها که بیشتر و بیشتر در اثر شوک ناشی از افزایش فشار ، گرم شده اند صورت می پذیرد . در این مرحله دو جبهه ضربه ای اصلی خواهیم داشت ، یکی جبهه پیشرو شعله و دیگری بلا فاصله در نوک شعله.

گازهایی را که شعله در بر میگیرد توسط دو شوک فشاری گرم میشوند(منظور شوک های مذکور است ) . گازها قبل از آنکه محترق شوند کاملا گرم میشوند ،سرعت سوختن آنها افزایش یا فته و شعله تندتر و تندتر به جلو میرود.

چون شعله در لوله یا ظرف  محصور شده است و انرژی حرارتی به آسانی پراکنده نمی شود بنابراین به تسریع واکنش کمک می کند . این فرآیند همانطور که گفته شد با رسیدن آتش به سوخت ادامه پیدا میکند و افزایش سرعت احتراق در شعله حفظ میشود. هنگامیکه  واکنش شعله به شدیدترین حالت خود رسید و شعله به حداکثر سرعت ممکن خود رسید ، پدیده انفجار صورت میگیرد . سرعت انفجار در وهله اولیه به چند برابر سرعت صوت میرسد.

گازها گرم می شوند ولی نمیسوزند تا جبهه فشار شعله به آنها برسد . انواع انفجار ها با دریافت یک ضربه فشاری (موج فشاری) تا انتهای ظرف یا لوله ادامه پیدا کرده و از طریق گازهای نسوخته ای که بخوبی داغ شده اند( ولی هنوز نسوخته اند) به موج های فشاری که از نوک شعله ناشی میشوند و آهسته تر حرکت میکنند، میرسند.

در اثر تداوم انفجار و جذب فشار ضربه ای ، هردو موج مذکور به صورت یک فشار ضربه ای واحد درآمده و از طریق گازهای نسوخته ای که هنوز تحت فشار قرار نگرفته اند به مرحله نهایی میرسند.

۶۷

شکل- مرحله نهایی انفجار

هنگامیکه انفجار به حالت پایدار درآمده و در میان گازهای فشرده شده حرکت میکند و گازها گرم میشود تا قبل از سوختن ،فشار در ظرف به ۶۰  تا ۱۰۰ برابر فشار اولیه افزایش می یابد.

این فشار نتیجه افزایش فشار ی است که برای تکثیر و تشدید امواج پیشرو لازم است.

خوشبختانه اثر تخریبی این فشار بسیار زیاد نهایی ، بخاطر زمان اثر کم ،ناچیز میباشد . بعد از وقوع انفجار و ایجاد موج فشار و حرکت آن در میان گازهای نسوخته ای که  هنوز تحت فشار قرار نگرفته اند ،افزایش فشاری در حدود ۲۰ تا ۴۰ برابر فشار اولیه ایجاد میشود.

موج احتراق بطور خیلی سریع با صدا و نیروی مهیبی بطرف دیگر لوله منتقل می شود . پدیده احتراق شبیه به پیستونی است که به طرف انتهای ظرف یا لوله جهش کرده و فشاری حداقل دو برابر و حتی بعضی اوقات تا هشت برابر فشار اولیه ایجاد میکند.

 

۷۸

شکل- افزایش فشار بدلیل برگشت موج انفجار در ته لوله

توضیحات قبلی در مورد انفجار مخلوط هیدروکربن های اشباع با هواست که در فشار اتمسفر یک بدون هیچگونه توربولنتی انجام میشود. گسترش دامنه احتراق خیلی سریع بوده و به فاصله کمتری نیاز دارد اگر:

۱)مخلوط توربولنت باشد.

۲)هیدروژن یا هیدروکربن های.غیر اشباع وجود داشته باشد.

۳)افزایش درصد اکسیژن، هوای لازم برای سوختن را مناسبتر میکند.

تمامی موارد فوق سرعت سوختن را افزایش میدهد.

اگر چنانچه فشار اولیه بیشتر از یک اتمسفر باشد انفجار مخلوطهای قابل اشتعالی که در صنعت یافت میشود با سرعت بیشتری گسترش خواهد یافت. اگر فشار اولیه زیاد باشد، فشار های ناشی از انفجار سختر و بیشتر از حالتی خواهد بود که فشار اولیه کم باشد.

همانطور که بیان شد ، توسعه و گسترش یک انفجار نیاز به یک لوله بلند دارد تا اجازه دهد که انفجار اولیه ، برای تشکیل یک انفجار با سرعت سریع ، به شدت کافی افزایش داده شود.

اگر جرقه اولیه با سرعت زیاد صورت گیرد ، اتفجارمی تواند فورا به وقوع پیوسته و گسترش پیدا کند و در تمام جهات پخش شود ، که از این پس به چنین انفجاری ، انفجار کروی اطلاق خواهد شد.

یک انفجار معمولی که در یک لوله منتهی به یک ظرف به وقوع می پیوندد می تواند به عنوان یک جرقه ی به اندازه کافی شدید ، برای شروع یک انفجار کروی با موقعیت مناسب برای این ظرف کفایت میکند.

  • مشخصه های انفجارات همراه با صدا:

۱)فشار زیاد

۲) انتقال با سرعت زیاد

۳)برخورد و انعکاسات در ظروف بسته و لوله ها

۴)انعکاس امواج انفجاری

  • شرایط ضروری برای وقوع یک انفجار همراه با صدا:

۱)مخلوط ها : بطور عمومی تصور میشود که تعداد زیادی مخلوط های گازی که مشتعل میشوند میتوانند در شرایط صحیح منجر به ایجاد انفجار شوند. اگر چه مخلوطهای گازی که براحتی و سریع آتش میگیرند.خیلی آسانتر از گازهاییکه دیر مشتعل میشوند، منفجر میشوند. بنابر این مخلوط های قابل اشتعال مختلف حاوی بخارات قابل اشتعال و هوا ، برحسب سرعت اشتعال ، تقریبا دسته بندی شده و این دسته بندی بیان کننده چگونگی سهولت انفجار است.

الف) مخلوطهای قابل اشتعالی که آسان منفجر میشوند .

  • تمامی گازهای سوختی و بخارات هیدرو کربوری همراه با اکسیژن.
  • گازهای سوختی معین از قبیل هیدروژن ،استیلن و اتیلن مخلوط با هوا.

ب)مخلوطهای قابل اشتعالی که به سختی منفجر میشوند.

این عموما شامل بیشترین بخارات سوختی پالایشگاه ها و بخارات هیدروکربوری مخلوط با هواست ، بجز موارد تصفیه شده که شامل گاز های برگشتی     ultra former   یا    hydroformer   بوده که از نظر هیدروژن غنی هستند.

۲)شکل هندسی ظروف و لوله ها :

مخلوط های قابل اشتعال که به آسانی منفجر میشوند معمولا ارتباطی به اندازه ظروفی که آنها را در بر گرفته ندارند. به هر حال بقیه مخلوط های قابل اشتعال براحتی منجر نمیشوند . مگر اینکه در ظروف و لوله های بلند ذخیره شوند ، جایی که امکان سوختن آرام گازهایی وجود دارد که بتدریج موج انفجار یا شوکی بوجود می آید که قبلا توضیح داده شد، یا جایی که یک جرقه با شدت بی نهایت وجود دارد.

فشار اولیه روی مخلوط قابل اشتعال معمولا امکان شروع انفجار آسانتری را در نقاط نزدیک به نقطه ایجاد جرقه فراهم می آورد. حالت توربولنت و مقدار اکسیژن زیاد انفجار را تسریع می بخشند.

یک انفجار که در یک فضای بخار در یک ظرف نمک و در یک واحد تصفیه کلرید مس-اکسیژن رخ داده، قسمت فوقانی ظرف را به هوا پرانده و بقیه پوسته را نیز پاره کرده است. در این فرایند اکسیژن تجارتی مصرف می شده است. در اثر مختل شدن کار واحد جریان اکسیژن ادامه پیدا کرده و در بالای مخزن نمک تجمع می کرده است. منبع جرقه آغازین ناشناخته مانده و شدت انفجار را می توان در اینجا ملاحظه کرد.

هر بافل یا صفحه مزاحم دیگری که از جریان روی خط مستقیم گاز از میان لوله یا ظرف ممانعت یه عمل می اورد ممکن است برای وقوع انفجار نیز مزاحمت ایجاد کند ولی این اثر نمی تواند از انفجار جلوگیری کند.

در مواردی نیز ممکن است این موانع برای ایجاد انفجار کمک کند. یک گردش سریع مخلوط هوا و بخار هیدرو کربن (به عنوان یک سیستم برگشتی) خیلی سریع تر از همان گاز به صورت راکد و ساکن منفجر می شود. به عنوان نتیجه گیری از لین مطلب یک انفجار می تواند به راحتی گسترش پیدا کند، بنا بر این مخلوط های معمولی هیدرو کربن و بخار در صورتیکه که در حال سروکولاسیون باشند، خیلی خطرناک تر از حالتی الست که راکد و ساکن باشند.

 

نویسنده :

نمایشگاه cpse نمایشگاه isaf نمایشگاه cpse
چه امتیازی می دهید؟
5 / 0
[ 0 رای ]
ارسال نظر شما
انتشار یافته : ۰ در انتظار بررسی : 0
  • نظرات ارسال شده توسط شما، پس از تایید توسط مدیران سایت منتشر خواهد شد.
  • نظراتی که حاوی تهمت یا افترا باشد منتشر نخواهد شد.
  • نظراتی که به غیر از زبان فارسی یا غیر مرتبط با خبر باشد منتشر نخواهد شد.

ساملباس کار خادمچهارمین کنفرانس جامع مدیریت بحران و HSEتبليغات تبليغات تبليغات تبليغات تبليغات
test