محاسبه پیامد خطر اسپری شعله آتش Jet Fire

مهندس کیابد

جت و یا اسپری شعله آتش، انتشار آشفته ناشی از احتراق سوخت به طور مداوم است که با سرعت قابل‌توجهی در جهت و یا جهت خاص منتشر می‌شود. آتش‌سوزی Jet Fire می‌تواند از انتشار گازها، مایعات قابل‌اشتعال دو فازی و مایعات قابل‌اشتعال خالص به وجود ‌آید. این نوع آتش‌سوزی نشان‌دهنده عنصر قابل‌توجهی از خطر در ارتباط با حوادث بزرگ در تأسیسات محسوب می‌شود.

آتش‌سوزی جت با شار حرارتی بسیار بالا همراه است و اگر در مجاورت تجهیزات (به عنوان مثال، یک لوله و یا یک مخزن) قرار گیرد، می‌تواند سرچشمه یک رویداد فاجعه‌بار در زمان بسیار کوتاه باشد.

بطور مثال حادثه‌ای که در سال ۱۹۸۴ در San Juan Ixhuatepec مکزیک رخ داد‌، در وهله اول به دلیل انتشار گاز قابل‌اشتعال در حین تعمیرات‌ بود که وجود ابر ‌بخار انفجاری منجر به تشکیل Jet Fire شد. بعد از ۶۹ ثانیه موجب واقعه BLEVE شد. بنابراین زمان بسیار کمی برای بالا‌رفتن فشار در وسل‌ها نیاز بود تا تبدیل به یک انفجار مهیب شود.

خرابی واشرها و فلنج‌ها در سیستم گاز‌رسانی، احتمال وقوع اینگونه حوادث را بالا می‌برد. هنگامی که مواد قابل‌اشتعال (معمولا یک گاز تحت فشار و یا مخلوط دو فاز) از یک قسمت فلنج آسیب‌دیده با فشار منتشر می‌شود، ممکن است دو حالت پیش آید. یا توسط جرقه الکترواستاتیک و وسایل ناریه مشتعل شود و یا تشکیل یک بخار قابل‌اشتعال در اطراف تجهیزات دهد که با ایجاد جرقه‌، آتش به منبع نشت برگشت می‌کند. در هر دو حالت Jet Fire تشکیل می‌شود.

همانطور که ملاحظه می‌کنید، طول Jet Fire در ارزیابی ریسک و تعیین پیامد چنین آتش‌سوزی‌هایی پر‌‌‌‌اهمیّت است.

یک محقق بنام Wertenbach بین طول Jet Fire و نرخ نشت گاز رابطه‌ ذیل را کشف کرد:

L = Q^۰.۴۱   ‌که در اینجا Q نرخ جرم گاز آزاد شده برحسب کیلوگرم بر ثانیه است‌.

مواد قابل‌اشتعال دارای ارزش حرارتی مختلفی می‌باشند. بنابراین فرمول را می‌توان چنین تصحیح نمود.‌ L = 0.00326 ( Q * Hc ) ^۰.۴۷۸  ‌که Hc حرارت ناشی از سوختن برحسب ژول بر کیلوگرم می‌باشد. بر اساس محاسبات کاربردی مدل‌Chamberlain  ‌طول شعله Jet Fire در جهت افقی در درجه حرارت‌های تابشی مختلف برای مقادیر ذیل محاسبه شده است:

• ۵ KW/m^۲ : ۱۳.۳۷Q^۰.۴۴۷
• ۵ KW/m^۲ : ۱۶.۱۵Q^۰.۴۴۷
• ۰ KW/m^۲ :        ۱۹٫۵۰Q^۰.۴۴۷

نرخ جرم جریان گاز آزاد شده از فرمول زیر محاسبه می‌شود:

 

A  : سطح انتشار گاز برحسب متر‌مربع

V_fg  : اختلاف حجم مخصوص بین بخار و مایع ماده قابل‌اشتعال

C_p  : ظرفیت گرمایی

∆H_v  : گرمای نهان بخار

g_c  : ثابت گرانشی

T  : درجه حرارت مطلق

محققان Cook ,Baharami & Whitehouse مدل ذیل را برای محاسبه طول شعله Jet Fire ارائه دادند:

در اینجا‌:

-∆Hc ‌: درجه حرارت اشتعال بر حسب j/kg

m : میزان جریان جرم گاز آزادشده برحسب kg/s

s : فاصله از محل انتشار گاز

R_s : شعاع شعله در فاصله s در امتداد خط مرکزی شعله برحسب متر

با انجام این محاسبات می‌توان تجهیزاتی را که در معرض چنین آتش‌سوزی‌هایی قرار می‌گیرند، شناسایی و اقدامات پیشگرانه جهت جلوگیری از وقوع حوادث فاجعه‌بار انجام داد.