ШЕБЕКО Юрий Николаевич, д-р техн. наук, профессор, главный научный сотрудник
143903, Московская обл., г. Балашиха, мкр. ВНИИПО, 12
РИНЦ ID: 47042; Scopus AuthorID: 7006511704
Yury N. SHEBEKO, Dr. Sci. (Eng.), Professor, Chief Researcher
VNIIPO, 12, Balashikha, Moscow Region, 143903
ID RISC: 47042; Scopus AuthorID: 7006511704
Введение. Проведено обоснование важности исследований поведения резервуаров с СПГ в очаге пожара. Отмечен наиболее опасный режим разрушения таких резервуаров — BLEVE (boiling liquid expanding vapor explosion — взрыв расширяющихся паров вскипающей жидкости). Актуальность статьи обусловлена необходимостью анализа явления BLEVE с целью его предотвращения и снижения последствий. Целью работы является изложение основ феноменологии этого явления и анализ современных исследований в указанном направлении, включая анализ имевших место инцидентов. При этом основное внимание уделяется сжиженному природному газу.
Общие закономерности возникновения и протекания BLEVE. На основе анализа p–V и p–T диаграмм (p — давление; V — объем; T — температура) рассмотрена феноменология явления BLEVE. Отмечено наличие предельной температуры перегрева жидкой фазы, выше которой ее кипение происходит в режиме гомогенной нуклеации с дальнейшим возникновением BLEVE.
Краткий анализ аварий с возникновением BLEVE на резервуарах СПГ. Рассмотрены имевшие место наиболее крупные аварии с взрывом резервуаров СПГ в очаге пожара. В их числе проанализированы инциденты в г. Тивисса (Испания, 2002 г.), г. Зарзалико (Испания, 2011 г.) и провинции Шанси (Китайская народная республика, 2019 г.) на автоцистернах для перевозки СПГ. Отмечено, что размеры зон поражения опасными факторами таких аварий (тепловое излучение огненных шаров, давление в ударной волне, разлетающиеся фрагменты резервуаров) могут достигать величин 100–200 м.
Экспериментальные и теоретические исследования явления BLEVE и образующихся при этом огненных шаров. Проанализированы исследования, в которых изучены параметры огненного шара (диаметр, длительность существования, высота подъема, интенсивность теплового излучения) на резервуарах СПГ объемом до 5 м3. Отмечено также крупномасштабное исследование параметров огненного шара, образующегося в результате истечения СПГ из трубопровода и сгорания образующегося переобогащенного облака.
Выводы. Основные закономерности аварий на резервуарах СПГ, протекающих в режиме BLEVE с образованием огненных шаров, во многом аналогичны имеющим место в случае резервуаров со сжиженными углеводородными газами (СУГ), но при этом поверхностная плотность теплового потока огненного шара СПГ (около 500 кВт/м2) существенно выше, чем для СУГ.
Introduction. The paper substantiates the importance of investigations of LNG tanks behaviour during fires. The most dangerous mode of their destruction (BLEVE, boiling liquid expanding vapour explosion), is mentioned. The relevance of the article is conditioned by the need to analyze the BLEVE phenomenon to prevent it and to mitigate its consequences. The purpose of the paper is to present fundamentals of this phenomenon and to analyze advanced relevant research findings, including the analysis of recent accidents. The main focus is on liquefied natural gas.
General regularities of BLEVE. The BLEVE phenomenon was analyzed using p–V and p–T diagrams (p is pressure, V is volume, and T is temperature). Liquid boils at critical overheat temperature in the mode of homogeneous nucleation followed by BLEVE. Experimental data on critical overheat temperatures are presented for some liquefied gases and flammable liquids.
Brief analysis of BLEVE accidents involving LNG tanks. Major BLEVE accidents, involving LNG tanks, are considered. These events occurred in Tivissa (Spain, 2002), Zarzalico (Spain, 2011), and Shansi (China, 2019), and each involved road tanks for LNG transportation. Dimensions of hazardous thermal radiation zones, that emerged as a consequence of fireballs, blast waves and vessel fragments, reached 100–200 m.
Experimental and theoretical investigations of BLEVE and fireballs that emerged at LNG tanks. The most interesting experimental studies in this area are analyzed. Hazardous factors (the fireball diameter, time frame, height of elevation, and thermal radiation intensity) were determined using a 5 m3 tank. The empirical correlation, connecting the above mentioned parameters with the LNG mass in the tank, were obtained. Large-scale experiments were carried out to determine characteristics of fireballs that emerged when LNG was flowing out of the pipeline and when the resulting oversaturated cloud was on fire.
Conclusions. The main patterns of BLEVE and fireball accidents, involving LNG tanks, were analyzed. Their patterns are similar to those typical for LPG tanks. However, the surface radiation from LNG tank fireballs (nearly 500 kW/m2) is much higher than the surface radiation from LPG tanks (nearly 350 kW/m2).
The authors declare that there are no conflicts of interest present.