BLEVE

BLEVE現象是什麼?如何防止BLEVE的發生?最詳細的教學在這裡!

本篇文章將介紹大家耳熟能詳的 BLEVE (Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion),中文名稱並沒有統一,我通常稱為「沸騰液體膨脹蒸氣爆炸」,但為了避免中文翻譯名稱導致誤解,以下的介紹都以BLEVE來說明,希望對你有所幫助

陳弘毅版的火災學定義:

所謂BLEVE (Boiling liquid expanding vapor explosion)係指沸騰狀態之液化瓦斯,氣化膨脹而爆炸之現象。例如:LP瓦斯槽受火焰侵襲,瓦斯蒸發使槽內壓力上升,此時安全閥動作放出內壓,但因槽內瓦斯加熱過度,安全閥無法宣洩巨大壓力,瓦斯槽終告破裂

瓦斯槽一部分破裂時,內緣呈平衡狀態之氣態及液態瓦斯,因壓力放出而破壞平衡。常壓高溫之液態,乃急劇蒸發成為氣體。內容物質一面細粒化,一面猛烈撞擊容器,將其破壞並向外噴出。此時一遇周圍之火焰且達最低發生能量,蒸氣立即著火,產燒爆炸性燃燒,先在地面附近形成火球,然後在空氣中形成鉅大之火球

上面這個影片是說明BLEVE發生過程的經典影片,整個過程可以整理成以下幾個階段:

  1. 影片一開始有一個裝有可燃性液體的儲槽暴露在火焰中持續被加熱
  2. 0:10處儲槽內的液體持續沸騰、蒸發成可燃性氣體,增加儲槽內部壓力
  3. 0:19處儲槽的卸壓閥開啟、釋放槽內壓力,釋放出來的可燃性氣體被外部火源引燃,形成儲槽高度好幾倍高的火焰
  4. 0:33處因卸壓閥已釋放許多儲槽內部的氣體,使槽內壓力下降,此時卸壓閥會關閉、火焰高度因此而降低
  5. 因儲槽持續被加熱,0:41處儲槽內部壓力又再上升,使卸壓閥再次打開、火焰高度再次升高
  6. 0:49處開始說明,在液面高度以下的儲槽表面,與火焰接觸時會因為液體吸熱,使儲槽金屬表面保持在一個安全的溫度。但當卸壓閥持續開啟,液體持續蒸發成氣體釋放出儲槽,液體逐漸減少、液面持續降低,原本火焰接觸的儲槽位置,內部的填裝物從液體變成氣體,在缺乏液體吸熱的狀況下,儲槽表面溫度開始升高
  7. 1:17處儲槽溫度持續升高、內部壓力持續上升,使得儲槽金屬表面開始弱化、延展,最後被撕毀破裂
  8. 1:25處儲槽破裂,大量的可燃性液體、蒸氣被釋放,1:29處可以看到這些可燃性液體、蒸氣被外部火源引燃後,造成巨大的爆炸現象
  9. 1:53處說明,儲槽的碎片和被引燃的可燃物會變成拋射物,傳播到很遠的地方,可能導致二次火災或更大的危害

加拿大交通部

在搜集資料的過程中,我意外地發現原來臺灣省政府消防處在以前就有跟加拿大交通部取得BLEVE的教學影片,而且還已經翻譯成中文,雖然年代久遠但內容還是相當有價值,提供給大家參考這部算是「官方製作」的教學影片

上面這部影片的完整內容可以參考加拿大交通部 BLEVE – Response and Prevention 的網站,完整影片的後半段將更詳細地介紹BLEVE的意義及危害、應變人員的安全距離需要多少水來將儲槽降溫等內容,以下為大家整理簡要整理一些重點,我也把完整影片放在下面,有興趣的人可以自行參考

  1. BLEVE是一種「物理爆炸」,伴隨爆炸(blast)、拋射物(flying projectiles)、蒸氣雲(vapor cloud)等危害
  2. 儲槽存放不燃物時也有可能發生BLEVE。若存放物質為可燃物(如丙烷),則還會有火球(fireballs)、熱輻射(thermal radiation)等危害
  3. 容量較的儲槽會更快發生BLEVE。小的、空的儲槽被加熱的速度更快且槽壁較薄,很快就會被弱化、破裂。(以700℃的高溫對槽壁加熱,400公升的槽體會在3-4分鐘內被弱化;4000公升的槽體會在5-7分鐘內被弱化;4萬公升的槽體則會在8-12分鐘內被弱化)
  4. 無論儲槽容量多大,一旦暴露在火勢中而被加熱,都有可能在數分鐘數小時數天內發生BLEVE,且發生BLEVE時可能沒有任何外表或聲音的徵兆
  5. 根據實驗,400公升的丙烷儲槽發生BLEVE時,會產生半徑18公尺的火球、4000公升的儲槽會產生半徑38公尺的火球、4萬公升的儲槽則會產生半徑81公尺的火球。熱會透過輻射傳播到四面八方
  6. 根據經驗法則,消防人員在著完整防護裝備的狀況下,應保持至少90公尺到4倍火球半徑的觀察距離。即400公升儲槽的最小距離為90公尺、4000公升的儲槽最小距離為150公尺、4萬公升的儲槽最小距離為320公尺
  7. 在一次的實驗中,400公升的儲槽發生 BLEVE 時,拋射物飛行約230公尺(相當於火球半徑的13倍)。根據紀錄,400公升的儲槽發生BLEVE時,拋射物最遠可飛行約400公尺(相當於火球半徑的22倍)。因此,儘管依據前項經驗法則距離儲槽4倍火球半徑的距離,仍有可能被拋射物波及
  8. 無論卸壓閥有無開啟,釋放儲槽內的壓力,都有可能發生BLEVE
  9. 射水可對儲槽降溫,但需要非常大量的水才可以有效降溫。(400公升的儲槽需要每分鐘200公升的水、4000公升的儲槽需要每分鐘700公升的水、4萬公升的儲槽則需要每分鐘2000公升的水)
  10. 發生BLEVE不一定需要外部有火源,任何原因導致儲槽損壞、腐蝕、金屬疲勞(fatigue)等,只要溫度上升(如日照)都有可能導致BLEVE的發生

維基百科

在看過許多國外文獻資料後,我覺得維基百科有關BLEVE的介紹內容最詳細而且易懂。BLEVE的發生過程、危害都已經在上面的內容介紹過,這邊要以維基百科中「水」發生BLEVE的例子來說明,相信大家看完以後一定能更理解細部的發生過程。在開始舉例之前,大家要先知道,液體的沸點會因為壓力的增加而升高(例如壓力鍋就是透過加壓,使水的沸點超過100℃,實際烹煮溫度可能可以達到120℃,大幅縮短烹煮時間)

以水來舉例,液態水在250 psi的壓力下(正常大氣壓力為14.7 psi),可維持在204.4℃,若儲槽發生破裂,則會有一瞬間存在符合下面兩個條件的「液態水

  1. 壓力為大氣壓力
  2. 溫度為204.4

在大氣壓力下,水的沸點為100℃,液態水的溫度不可能超過100℃。因此在上面的狀況下,水會沸騰且爆發式地變成水蒸氣,當204.4℃的水變成水蒸氣,體積會膨脹1700倍,導致蒸氣爆炸(vapor explosion)。這類的爆炸會發生在水被過度加熱(superheated),從破裂的鍋爐中變成水蒸氣逸出,導致鍋爐爆炸(boiler explosion)

上面的舉例其實就是陳弘毅版火災學第3章第五節的「蒸氣爆炸」。也就是說,蒸氣爆炸其實就是「不燃物質發生BLEVE」的一種表現形式,若是可燃物質發生BLEVE,則就是再多加火球、熱輻射這2個危害特性而已,其他的爆炸、蒸氣雲、拋射物都是共同擁有的危害特性

BLEVE

Fire Safety Academy

Fire Safety Academy 也有製作BLEVE介紹影片,針對BLEVE的發生條件、容器結構損壞原因、預防措施、消防人員應注意的安全事項等部分做很多詳細的補充,以下整理提供給大家參考:

發生 BLEVE 需要具備的條件:

  1. 液體:單純只有液體轉變成氣體無法導致BLEVE的發生。液體還必須要儲存在儲槽內才可能發生BLEVE
  2. 必須有高壓容器(Pressurized container)
  3. 溫度高於沸點:容器內的液體溫度必須高於沸點
  4.  容器結構損壞(Structure failure):液體必須有一個離開高壓容器的途徑,並轉變成蒸氣。而這只會發生在容器結構發生損壞時

造成容器結構損壞的原因:

  1. 儲槽未適當地保存(Improper maintenance of tanks)
  2. 儲槽遭到腐蝕(Corrosion of the tank structure)
  3. 卸壓閥故障或被堵住(The relief valve of the tank is a malfunction or stuck)
  4. 儲槽遭到機械性損傷(Mechanical damage to the tank )
  5. 材料損壞(Material failure)
  6. 儲槽暴露在火勢中(Tank structure severely exposed to flame or fire)

防止BLEVE發生的預防措施:

  1. 與潛在火源保持適當安全距離
  2. 避免油池火災的發生
  3. 確保卸料閥隨時都能動作
  4. 選擇適當大小且符合國際規範的卸料閥
  5. 使用防火水幕
  6. 避免儲槽結構損壞
  7. 使用隔熱設施
  8. 使用火災警報器與瓦斯探測器
  9. 強化緊急應變的準備工作

當消防人員救災遇有發生BLEVE的風險時,應遵守下列事項:

  1. 使用移動式砲塔射水,距離火點愈遠愈好
  2. 使用大量的水降溫直到火勢撲滅
  3. 必須對洩漏源持續降溫
  4. 注意拋射物可能像四面八方飛散

總結

BLEVE是一種物理爆炸,可能伴隨著熱輻射、火球、拋射物等危害,並非可燃物才能發生BLEVE,水因沸騰而導致的蒸氣爆炸、鍋爐爆炸也都是BLEVE的形式。對於消防人員來說,BLEVE很難預測而且影響的範圍很大,搶救時需要保持一定的距離、注意拋射物的危害、確保水源充足

1998年國道一號岡山交流道附近曾發生過苯乙烯槽車BLEVE的爆炸案例,這應該是世界上少見的BLEVE實際案例,我們可以清楚看到BLEVE的威力和影響範圍,幸好最後沒有造成嚴重的人命傷亡,我們也希望未來不要再發生BLEVE的狀況

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