Boilover

BOILOVER 是沸溢還是濺溢?油類火災最常見的燃燒現象都在這裡

本篇文章將介紹火災學常見、易混淆的沸溢濺溢。大部分的資料多將Boilover 翻成沸溢」、Slopover 翻成濺溢」,而陳弘毅版的火災學在第8版以前都是將Boilover翻成沸溢」,但卻是用Slopover的定義來解釋。雖然最新版已經修正了,但如果你回去看以前的考古題,就得把沸溢」和「濺溢」的定義顛倒過來看

為了不讓大家混淆,本篇文章將以NFPA 30所給予的定義來向大家說明,重點是希望大家搞懂Boilover、Slopover、Frothover這三種名稱的定義和現象,至於翻譯成中文是什麼就沒那麼重要了

網路上能夠免費讓大家閱讀的NFPA 30只有2003年版,雖然年代有點久遠,但我主要是想讓大家看到原文的資料,才不會因為翻譯問題而有誤解。Fire Safety Academy也有針對Boilover 、Slopover 、Frothover 出了2個影片,內容與NFPA 30大同小異,我也會翻譯成中文讓大家參考

NFPA 30

Boil­over occurs when the residues from surface burning become more dense than the unburned oil and sink below the surface to form a hot layer, which progresses downward much faster than the regression of the liquid surface.

Boilover 的發生係指,在表面燃燒的油渣變得比未燃燒的油類更稠密,且逐漸從表面開始往下沉,形成一層下沉速度比向上返回液面速度快很多的「熱波

When this hot layer, called a “heat wave,” reaches water or water-­in-­oil emulsion in the bottom of the tank, the water is first superheated and then boils almost explosively, overflowing the tank.

當這個熱波(hot layer或heat wave)與儲槽底部的水或乳化水(water-­in­oil emulsion)接觸時,水被過度加熱(superheated),然後沸騰或爆炸性地溢流出儲槽

Oils subject to boil­over consist of components having a wide range of boiling points, including both light ends and viscous residues. These characteristics are present in most crude oils and can be produced in synthetic mixtures.

會發生Boilover 的油類,由沸點範圍大的各種物質組成,包含輕質油(或稱輕餾分light ends)和黏性油渣,這些特性出現在原油中,而這些原油可以被製成各種合成物

A boil­over is an entirely different phenomenon from a slop­over or froth­over.

Boilover 與Slopover 、Frothover 現象完全不一樣

Fire Safety Academy

Boil over develops in Crude Oils or heavy oils. As water is poured onto the fuel, it quickly sinks to the bottom of the container due to the water’s higher density.

Boilover 會發生在原油重油中。當水被倒入油料時,因水具有較高的密度,所以會快速沉到容器底部

Under certain conditions, after some time, the water on the bottom rapidly vaporizes into steam, causing it to expand more than 1700 times in volumn.

在一定的狀況下、經過一段時間,底部的水會快速蒸發成水蒸氣,體積膨脹超過1700倍

The rapidly expanding steam(possibly superheated) expels the oil or fuel above upward and out of the tank, resulting in the discharging of burning oil onto a large and uncontrolled area outside of the container.

底部快速膨脹的水蒸氣(可能是因為過度加熱)會將上層的油料向上、向外地從油槽排出,導致燃燒中的油擴散到容器外,擴散範圍廣大且不可控制

The hazard results due to the difference in density between oil and water.

油與水不同的密度導致這個危害的發生

Boil over occurs when three conditions exist simultaneously

-open – tank fire

-water layer at the bottom of a tank

-over heating heat waves in a fuel

Boilover 在以下三種條件同時存在時會發生

1.開放的油槽火災

2.在油槽底部有水墊層(water layer)

3.在油料中有高溫的熱波

上面的影片可以看到Boilover 發生的過程。0:38處將油槽點燃,1:48處經過了42分鐘的燃燒後,可以看到容器頂部有大量水蒸氣,這就是油槽火災發生時,熱波經過了一定的時間,接觸到容器底部的水墊層,液體水瞬間蒸發成水蒸氣並向上排出的結果

1:53處可以看到油類被水蒸氣帶出,從容器內溢流出來,火勢原本只侷限在原本的容器內,發生Boilover 後則擴散到容器外的大範圍面積

SLOPOVER

火災學中又稱為「Spillover」,但多數原文資料都較少提及Spillover ,因此我們統一以Slopover 來說明

NFPA 30

Slop­over involves a minor frothing that occurs when water is sprayed onto the hot surface of a burning oil.

當水被噴灑到燃燒中的高溫油類表面時會發生Slopover ,並產生一些小氣泡

Fire Safety Academy

Slopover is an over flow of the contents of the tank.

Slopover 是指油槽內的物質溢流的現象

This can result when water is applied to full surface tank fire provided the Oil is viscous and its temperatures exceeds the boiling point water.

使用水灌救油槽表面火災時,黏稠的油類溫度超過水的沸點,此時會發生Slopover

The water first sink into the heat wave and is expanded into steam.

水一開始會逐漸下沉,直到接觸到熱波時會蒸發膨脹變成水蒸氣

On its way out the steam forms a froth which expands the hot oil in the heat wave to a greater capacity than the ullage1 of the tank and thus causes the froth to spill over the top of the tank.

水蒸氣要排出時會產生許多氣泡,氣泡會使這些熱油的體積膨脹,直到超過油槽頂部本來未被油類填充的空間,最後導致氣泡從油槽頂部溢流出去

The slopover is not a violent eruption like a Boil over.

Slopover的噴發過程不像Boilover那麼激烈

註1:The space in a closed container of liquid that is not filled by the liquid(一個密閉容器中,未被液體充填的頂部空間)

在原文資料中介紹的Slopover大多是說由外部加入的水,受熱膨脹導致油類溢流,但事實上油類本身就會有一定的水,火災學中稱之為乳化水(或自由水),這些水與沉在底部的水墊層不同,會懸浮在油料中。油槽發生火災時,這些乳化水受熱蒸發產生氣泡,也會導致油類溢流,即所謂的Slopover

上面的影片可以清楚看到Boilover 和Slopover 的發生。0:04處可以看到一些熱油溢流出容器,這是因為油類中的乳化水受熱蒸發產生氣泡,熱油的體積膨脹,超過油槽頂部本來未被油類填充的空間,導致氣泡夾帶油類從油槽頂部溢流出去,即所謂的Slopover

3:22處可以看到油類持續大量溢出,3:34處有更多的油類溢出,溢出的油使燃燒範圍擴大且不受控制,油類激烈噴發且燃燒猛烈,即所謂的Boilover

上面的影片可以當作油鍋起火,用水滅火的錯誤示範,其實這也是Slopover 現象。(影片標題寫的是Boilover ,但事實上這應該是Slopover 才對)

0:09處可以看到,被倒入的水與高溫的油類接觸,瞬間蒸發成水蒸氣,體積膨脹後將油類帶出,從容器中溢流出來,這也是為什麼我們說油鍋起火時千萬不可以用水來滅火的原因

Boilover

FROTHOVER

火災學的中文翻譯是起泡溢流

NFPA 30

Froth­over is not associated with a fire but results when water is present or enters a tank containing hot viscous oil. Upon mixing, the sudden conversion of water to steam causes a portion of the tank contents to overflow.

Frothover與火災無關當水進到含有高溫黏性油類的油槽時,一旦水與高溫油類接觸,水將瞬間轉換成水蒸氣,造成油槽中部份的油類溢出

Fire Safety Academy

A froth over is the overflowing of a container not on fire when water boils under the surface of viscous hot oil.

Frothover係指一個充滿高溫黏性油類、未起火的容器中,水在其表面沸騰而發生的一種溢流現象

An example is hot asphalt loaded into a tank containing some water. The water may become heated and start to boil, causing the asphalt to overflow the tank.

舉例來說,高溫的柏油(又稱瀝青、煤焦油)被裝入含有水的油槽中,水可能會逐漸被加熱而沸騰,最後導致柏油從油槽中溢流出來

When water is present or enters a tank containing hot viscous oil, the sudden conversion of water to steam causes a portion of the tank contents to overflow.

當水進到含有高溫黏性油類的油槽時,水將瞬間轉換成水蒸氣,造成油槽中部份的油類溢出

國外文獻補充

Boilover and slopover phenomena during a fire of storage tanks containing crude oil 這份文獻提供了一些與Boilover、Slopover有關的實驗性數據,以下我整理了幾個重點給大家參考:

1.含水量介於0.3%-4.5%的原油較容易發生Slopover

2.原油或重油的黏稠度低於0.3%時, Boilover不可能發生。如果含水量超過20%,則油水混和的乳化物不會發生燃燒

3.水墊層的厚度不是決定Boilover影響範圍的關鍵,而是水墊層與熱波接觸時表面積。根據研究,在一個小範圍內15公斤的水突然轉變成水蒸氣,體積就會變成25,500公升,產生相當於5公斤TNT炸藥的震波

以下為直徑50公尺的原油油槽火災,在風速為1 m/s 及10 m/s 的狀況下,其過熱溫度及傳播速度的數據比較:

Boilover

總結

Boilover 與Slopover 都是油槽火災發生時可能會發生的現象,關鍵是原油或重質油中的油、水密度、沸點不同。Frothover則與油槽火災無關,但無論是Boilover 、Slopover 或Frothover,都可以看成是因為水接觸到高溫,瞬間蒸發成水蒸氣,向上噴發導致油類不同程度地溢流的結果

如果想看更多相關的介紹,建議可以參考吳喨生、連和吉、潘日南寫的火災學大補帖,我覺得這本書寫到這部分的內容算是最清楚的,大家可以參考看看

搶救油槽火災時如果射水滅火即可能發生Slopover ,甚至時間一久也可能發生 Boilover ,因此搶救時應使用泡沫滅火,利用泡沫覆蓋於油槽表面達到窒息的效果

下面的影片就清楚可以看到油槽火災,使用水(0:12開始)及泡沫(1:28開始)的滅火效果,火勢在0:50處劇烈擴大,2:35開始可以明顯看到火勢快速變小,兩者的差異之大,提供給大家參考

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