Parní exploze - Steam explosion

Viz také: Výbuch kotle a BLEVE
Pobřežní explozi při vstupu do oceánu Waikupanaha na velkém ostrově Havaj způsobila láva vstupující do oceán

A parní exploze je exploze způsobené prudkým varem nebo vniknutím vody do pára, vyskytující se, když je voda přehřátý, rychle zahřívané jemnými horkými úlomky produkovanými v něm nebo zahřívané interakcí roztavených kovů (jako při interakci palivo-chladivo nebo FCI, roztaveného jaderného reaktoru palivové tyče s vodou v a jádro jaderného reaktoru následující a roztavení jádra ). Tlakové nádoby, jako např tlakové vody (jaderné) reaktory, které fungují výše atmosférický tlak může také poskytnout podmínky pro explozi páry. Voda se mění z kapaliny na plyn extrémní rychlostí a dramaticky zvyšuje svůj objem. Parní exploze rozprašuje páru a vroucí horkou vodu a horké médium, které ji ohřívalo, do všech směrů (není-li jinak omezeno, např. Stěnami nádoby), což vytváří nebezpečí opaření a hoří.

Výbuchy páry nejsou normální chemické výbuchy, ačkoli řada látek chemicky reaguje s párou (například zirkonium a přehřátý grafit reagovat s párou a vzduchem, aby se vydaly vodík, který na vzduchu prudce hoří), aby mohly následovat chemické výbuchy a požáry. Některé parní výbuchy se zdají být zvláštními druhy exploze páry vroucí kapaliny (BLEVE) a spoléhat se na uvolnění uloženého přehřátí. Ale mnoho událostí ve velkém měřítku, včetně havárií slévárny, ukazuje důkazy o frontě uvolňování energie šířící se materiálem (viz popis FCI níže), kde síly vytvářejí fragmenty a míchají horkou fázi se studenou těkavou; a rychlý přenos tepla vpředu udržuje šíření.

Pokud dojde k explozi páry v uzavřené nádrži s vodou v důsledku rychlého ohřevu vody, může tlaková vlna a rychle expandující pára způsobit vážné vodní kladivo. To byl mechanismus, který v USA v Idaho v roce 1961 způsobil SL-1 plavidlo jaderného reaktoru skočilo přes 2,7 m do vzduchu, když bylo zničeno a nehoda kritičnosti. V případě SL-1 se palivo a palivové články odpařily z okamžitého přehřátí.

Události tohoto obecného typu jsou také možné, pokud se palivo a palivové články kapalinou chlazeného jaderného reaktoru postupně taví. Takové výbuchy jsou známé jako interakce paliva a chladiva (FCI).[Citace je zapotřebí ] V těchto případech průchod tlakové vlny předispergovaným materiálem vytváří síly proudění, které dále roztavují taveninu, což vede k rychlému přenosu tepla, a tím k udržení vlny. Hodně z fyzického ničení v Černobylská katastrofa, grafitem moderovaný, vodou chlazený RBMK-1000 reaktor je považován za způsobený takovým výbuchem páry.

V jaderné zhroucení, nejvážnější výsledek exploze páry je brzy budova kontejnmentu selhání. Dvě možnosti jsou vyhození roztaveného paliva do kontejnmentu pod vysokým tlakem, které způsobí rychlé zahřátí; nebo výbuch páry v plavidle způsobující vystřelení střely (např horní hlava ) do a skrz kontejnment. Méně dramatické, ale stále významné je, že roztavená hmota paliva a jádra reaktoru se taví podlahou budovy reaktoru a dosahuje spodní vody; mohlo by dojít k parní explozi, ale trosky by pravděpodobně byly zadrženy a byly by ve skutečnosti rozptýleny pravděpodobně snadněji ochlazovány. Vidět WASH-1400 pro detaily.

Parní výbuchy se často vyskytují, když jsou horké láva splňuje mořskou vodu. Takový výskyt se také nazývá a litorální exploze. Nebezpečný výbuch páry může také vzniknout, když kapalná voda narazí na horký roztavený kov. Jak voda exploduje do páry, rozstřikuje hořící horký tekutý kov spolu s ním, což způsobuje extrémní riziko těžkých popálenin pro kohokoli, kdo se nachází v blízkosti, a vytváří nebezpečí požáru.

Praktické využití

Parní turbíny

Výbuch vodní páry vytváří velké množství plynu, aniž by vznikly zbytky škodlivé pro životní prostředí. Řízený výbuch vody se používá k výrobě páry v elektrárnách a v moderních typech parní turbíny. Novější parní stroje používají zahřátý olej k tomu, aby přinutily kapky vody explodovat a vytvořit vysoký tlak v kontrolované komoře. Tlak se poté použije k chodu turbíny nebo přestavěného spalovacího motoru. Výbuchy horkého oleje a vody se stávají obzvláště populárními v koncentrovaných solárních generátorech, protože vodu lze oddělit od oleje v uzavřené smyčce bez jakékoli vnější energie. Za výbuch vody se považuje přátelský k životnímu prostředí pokud je teplo generováno obnovitelným zdrojem.

Flash vaření při vaření

Technika vaření zvaná bleskové vaření používá k urychlení procesu vaření malé množství vody. Tuto techniku ​​lze například použít k roztavení plátku sýra na hamburgerovou placku. Plátek sýra se položí na maso na horký povrch, jako je pánev, a na povrch poblíž placičky se vrhne malé množství studené vody. Potom se použije nádoba (jako je hrnec nebo poklička na pánev) k rychlému utěsnění reakce páry a rozptýlení velké části dušené vody na sýr a karbanátek. To má za následek velké uvolnění tepla, které se přenáší prostřednictvím odpařené vody kondenzující zpět do kapaliny (princip se také používá v lednička a mrazák Výroba).

Jiná použití

Vnitřní spalovací motory může použít aerosolizaci paliva bleskovým varem.[1]

Jiné jevy rychlého varu

Proud páry stoupá výše než Budova Chrysler Během Parní exploze v New Yorku v roce 2007

K vysoké rychlosti výroby páry může dojít za jiných okolností, například při poruše bubnu kotle nebo při zhášedlu (například při opětovném vstupu vody do horkého suchého kotle). Ačkoli jsou potenciálně škodlivé, jsou obvykle méně energické než události, při nichž je horká („palivová“) fáze roztavena, a proto mohou být jemně fragmentovány v těkavé („chladicí“) fázi. Následuje několik příkladů:

Parní výbuchy přirozeně produkují jisté sopky, zvláště stratovulkány a jsou hlavní příčinou úmrtí lidí při sopečných erupcích.

1986 Černobylská jaderná katastrofa v Sovětském svazu se obával, že způsobí velkou parní explozi (a následnou Evropa -široký jaderný spad ) po roztavení láva -jako jaderné palivo skrz reaktor suterén při kontaktu se zbytky hasicí vody a podzemní voda. Hrozbu zběsile odvrátili tunelování pod reaktorem za účelem odčerpání vody a vyztužení podloží pomocí beton.

Když je tlaková nádoba, jako je vodní pára kotel praskne, vždy následuje určitý stupeň exploze páry. Běžný Provozní teplota a tlak pro námořní kotel je kolem 950 psi (6 600 kPa) a 850 ° F (454 ° C) na výstupu z přehříváku. Parní kotel má rozhraní páry a vody v parním bubnu, což je místo, kde se voda nakonec odpařuje v důsledku tepelného příkonu, obvykle hořáky na olej. Když vodní trubka selže z jakéhokoli z mnoha důvodů, způsobí to, že voda v kotli expanduje z otvoru do oblasti pece, která je jen o několik psi vyšší než atmosférický tlak. To pravděpodobně uhasí všechny požáry a rozšíří se po velké ploše po stranách kotle. Aby se snížila pravděpodobnost ničivého výbuchu, kotle přešly z „požární trubice „designy, kde bylo teplo přidáváno průchodem horkých plynů trubkami ve vodním útvaru, do“vodní trubice "kotle, které mají vodu uvnitř trubek a oblast pece je kolem trubek. Staré kotle na" požární trubku "často selhaly kvůli špatné kvalitě stavby nebo nedostatečné údržbě (například koroze požárních trubic nebo únava pláště kotle v důsledku neustálého rozpínání a smršťování). Porucha požárních trubic nutí velké objemy vysokého tlaku, vysokoteplotní páry zpět dolů po požárních trubkách za zlomek sekundy a často odfoukne hořáky z přední části kotle, zatímco porucha tlakové nádoby obklopující vodu by vedla k úplné a úplné evakuaci obsahu kotle při velkém výbuchu páry. Na námořním kotli by to jistě zničilo pohonné zařízení lodi a možná i odpovídající konec lodi.

Ve více domácím prostředí mohou být exploze páry výsledkem pokusu uhasit hořící olej vodou v procesu zvaném překypět. Když olej v pánvi hoří, přirozeným impulzem může být hašení vodou; Tím však způsobíte, že horký olej vodu přehřeje. Výsledná pára se rychle a prudce rozptýlí nahoru a ven ve spreji, který také obsahuje zapálený olej. Správnou metodou hašení těchto požárů je použití vlhkého hadříku nebo těsného víka na pánvi; obě metody zbavují oheň kyslík a látka ho také ochladí. Alternativně je navržen energeticky nezávislý účel zpomalovač ohně agent nebo jednoduše a protipožární deka může být použito.

Viz také

Bibliografie

Reference

  1. ^ Mojtabi, Mehdi; Wigley, Graham; Helie, Jerome (2014). „ÚČINEK FLASH VARUJÍCÍ NA ATOMIZAČNÍ VÝKON VSTŘIKOVAČŮ MULTISTREAM INJECTORS PRO PŘÍMOU INJEKCI“. Atomizace a spreje. 24 (6): 467–493. doi:10.1615 / AtomizSpr.2014008296.