Explosión de vapor en expansión de líquido hirviendo

Explosión de un recipiente que contiene líquido por encima y más allá del punto de ebullición.

Una bola de fuego BLEVE en la refinería de Philadelphia Energy Solutions, representada por el CSB

Una explosión de vapor en expansión de líquido en ebullición (BLEVE, /ˈb l ɛ v iː / BLEV -ee ) es una explosión causada por la ruptura de un recipiente que contiene un líquido presurizado que está o ha alcanzado una temperatura suficientemente superior a su punto de ebullición . ^{[1] [2]} Debido a que el punto de ebullición de un líquido aumenta con la presión, el contenido del recipiente presurizado puede permanecer líquido mientras el recipiente esté intacto. Si la integridad del recipiente se ve comprometida, la pérdida de presión hace caer el punto de ebullición, lo que puede hacer que el líquido se convierta en gas y se expanda rápidamente. Los BLEVE son manifestaciones de ebullición explosiva .

Si el gas es inflamable , como ocurre, por ejemplo, con los hidrocarburos y los alcoholes , el incendio resultante puede provocar daños mayores. Sin embargo, los BLEVE no implican necesariamente fuego.

Nombre

El 24 de abril de 1957, un reactor de proceso en una instalación de Factory Mutual (FM) sufrió una potente explosión como consecuencia de una rápida despresurización. Contenía formalina mezclada con fenol . La explosión dañó la planta. Sin embargo, no se produjo ningún incendio ya que la mezcla no era inflamable. A raíz del accidente, los investigadores James B. Smith, William S. Marsh y Wilbur L. Walls, que trabajaban en FM, idearon el término "explosión de vapor en expansión de líquido hirviendo" y su acrónimo "BLEVE". ^{[3] [4]} Las expresiones no se volvieron de uso común hasta principios de la década de 1970, cuando las revistas Fire Command y Fire Journal de la Asociación Nacional de Protección contra Incendios (NFPA) comenzaron a publicar artículos usándolas. ^[5]

Mecanismo

Hay tres elementos clave en la formación de una BLEVE: ^[6]

1. Un material en forma líquida a una temperatura suficientemente superior a su punto de ebullición a presión atmosférica normal .
2. Un recipiente de contención que mantiene la presión que mantiene la sustancia en forma líquida.
3. Una pérdida repentina de contención que hace caer rápidamente la presión.

Normalmente, un BLEVE comienza con un recipiente que contiene líquido mantenido por encima de su temperatura de ebullición a presión atmosférica. Muchas sustancias normalmente almacenadas como líquidos, como el dióxido de carbono , el propano y otros gases industriales, tienen temperaturas de ebullición inferiores a la temperatura ambiente cuando están a presión atmosférica. En el caso del agua , podría ocurrir un BLEVE si un recipiente a presión se calienta más allá de los 100 °C (212 °F). Ese recipiente, debido a que el agua hirviendo lo presuriza, debe ser capaz de contener agua líquida a temperaturas muy altas.

Mecanismo BLEVE

Si el recipiente presurizado se rompe, se pierde la presión que impide que el líquido hierva. Si la ruptura es catastrófica, es decir, el recipiente de repente deja de ser capaz de mantener presión alguna, entonces el líquido se encontrará a una temperatura muy por encima de su punto de ebullición. Esto hace que una porción del líquido se vaporice instantáneamente con una expansión extremadamente rápida. Dependiendo de las temperaturas, las presiones y el material involucrado, la expansión puede ser tan rápida que se puede clasificar como una explosión , totalmente capaz de infligir graves daños a su entorno.

Por ejemplo, un tanque de agua líquida presurizada mantenida a 350 °C (662 °F) podría presurizarse a 10 MPa (1500 psi) por encima de la presión atmosférica (o manométrica). Si el tanque que contiene el agua se rompiera, existiría por un breve momento un volumen de agua líquida que estaría en:

• Presión atmosférica
• Temperatura de 350 °C (662 °F).

A presión atmosférica, el punto de ebullición del agua es de 100 °C (212 °F). El agua líquida a presión atmosférica no existe a temperaturas superiores a 100 °C (212 °F). En ese momento, el agua herviría y se convertiría en vapor explosivamente, y el agua líquida a 350 °C (662 °F) convertida en gas ocuparía un volumen significativamente mayor (≈ 1.600 veces) que en estado líquido, provocando una formación de vapor. explosión. Estas explosiones pueden ocurrir cuando el agua sobrecalentada de una caldera se escapa a través de una grieta en la caldera, provocando una explosión de la caldera .

La vaporización del líquido que resulta en un BLEVE generalmente ocurre dentro de 1 milisegundo después de una pérdida catastrófica de contención. ^[7]

Teoría del límite de sobrecalentamiento

En este diagrama del propano , la curva naranja representa su presión de vapor en función de la temperatura. La temperatura mínima por encima de la cual puede ocurrir un BLEVE es la abscisa de la intersección entre la línea horizontal de presión atmosférica (azul) y una curva aquí llamada lugar geométrico del límite de sobrecalentamiento . Esto es aproximadamente una línea recta con su límite superior en las condiciones críticas del gas . Un líquido que se expande a lo largo de AA' no cruza el lugar del límite de sobrecalentamiento y no se BLEVE. Por el contrario, para temperaturas suficientemente altas, como en la expansión BB', se cruza el lugar del límite de sobrecalentamiento y se producirá un BLEVE. ^[8]

Para que se produzca un BLEVE, el líquido en ebullición debe estar suficientemente sobrecalentado tras la pérdida de contención. Por ejemplo, a una presión de aproximadamente 1 MPa (150 psi), el agua hierve a 177 °C (351 °F). El agua sobrecalentada liberada de un recipiente cerrado en estas condiciones no generará un BLEVE, ya que no es posible la nucleación homogénea de burbujas de vapor. ^[8] No hay consenso sobre la temperatura mínima por encima de la cual se producirá un BLEVE. Una fórmula propuesta por Robert Reid para predecirlo es:

${\displaystyle T_{\text{min,BLEVE}}=0.895\ T_{\text{C}}}$

donde T _C es la temperatura crítica del fluido (expresada en kelvin ). Las temperaturas mínimas BLEVE de algunos fluidos, según esta fórmula, son las siguientes: ^[9]

Según Reid, BLEVE ocurrirá, más en general, si la expansión cruza un "lugar de límite de sobrecalentamiento". En el modelo de Reid, esta curva es esencialmente la curva espinodal del fluido representada en un diagrama de presión-temperatura, y el inicio de BLEVE es una manifestación de ebullición explosiva , donde el espinodal se cruza "desde arriba", es decir, mediante una despresurización repentina. Sin embargo, la correspondencia directa entre el límite de sobrecalentamiento y el espinodal no se ha demostrado experimentalmente. En los BLEVE prácticos, la forma en que falla el recipiente a presión puede influir decisivamente en la forma en que se produce la expansión, provocando, por ejemplo, ondas de presión y faltas de uniformidad. Además, puede haber estratificación en el líquido debido a las variaciones locales de temperatura. Debido a esto, es posible que se produzcan BLEVE a temperaturas inferiores a las predichas con la fórmula de Reid. ^[10]

BLEVE físicos

El término BLEVE se asocia a menudo a incendios explosivos procedentes de recipientes a presión que contienen un líquido inflamable . Sin embargo, un BLEVE puede ocurrir incluso con una sustancia no inflamable como agua, ^[11] nitrógeno líquido , helio líquido u otros refrigerantes o criogénicos . Estos materiales pueden atravesar BLEVE puramente físicos, sin provocar llamas ni otras reacciones químicas. En el caso de BLEVE de gases licuados sin encender, el enfriamiento rápido debido a la absorción de la entalpía de vaporización es un peligro que puede provocar congelación . La asfixia por los vapores en expansión también es posible si la nube de vapor no se dispersa rápidamente, como puede ser el caso en el interior de un edificio, o en el caso de gases más pesados ​​que el aire en una cubeta. Los vapores también pueden ser tóxicos , en cuyo caso pueden producirse daños y posiblemente la muerte en concentraciones relativamente bajas y, por tanto, incluso lejos de la fuente.

BLEVE–bola de fuego

Sin embargo, si una sustancia inflamable está sujeta a un BLEVE, puede encenderse al liberarse, ya sea debido a fricción, chispa mecánica u otras fuentes puntuales, o por un incendio preexistente que envolvió el recipiente a presión y provocó que fallara. El primer lugar. En tal caso, los vapores ardientes se expandirán aún más, aumentando la fuerza de la explosión. Además, una cantidad muy importante del fluido escapado arderá en cuestión de segundos formando una bola de fuego que se elevará, lo que generará niveles extremadamente altos de radiación térmica . Si bien los efectos de la explosión pueden ser devastadores, una sustancia inflamable BLEVE generalmente causa más daño debido a la radiación térmica de la bola de fuego que a la sobrepresión de la explosión .

Efecto de los incendios incidentes

Los BLEVE suelen ser causados ​​por un incendio externo cerca del recipiente de almacenamiento que provoca el calentamiento del contenido y la acumulación de presión. Si bien los tanques suelen estar diseñados para soportar una gran presión, el calentamiento constante puede hacer que el metal se debilite y eventualmente falle. Si el tanque se calienta en un área donde no hay líquido (como cerca de su parte superior), puede romperse más rápido porque el líquido hirviendo no permite enfriar esa área. Los recipientes a presión generalmente están equipados con válvulas de alivio que eliminan el exceso de presión, pero el tanque aún puede fallar si la presión no se libera lo suficientemente rápido. ^[1] Un recipiente a presión está diseñado para resistir la presión establecida de sus válvulas de alivio, pero solo si su integridad mecánica no se debilita como puede ocurrir en el caso de un incendio. ^[12] En un escenario de incendio, los vapores inflamables liberados en el BLEVE se encenderán al liberarse, formando una bola de fuego. El origen del incendio incidente puede deberse a una liberación de fluido inflamable del propio buque o de una fuente externa, incluidas las liberaciones de tanques y equipos cercanos. Por ejemplo, los vagones cisterna han sufrido BLEVE bajo el efecto de un chorro de fuego proveniente de la válvula de alivio abierta de otro vagón cisterna descarrilado . ^[13]

Peligros

Los principales efectos dañinos de un BLEVE son tres: la onda expansiva de la explosión; la proyección de fragmentos, o misiles , del recipiente a presión; y la radiación térmica de la bola de fuego, donde se produce. ^[12]

Los tanques cilíndricos horizontales ("bala") tienden a romperse longitudinalmente. Esto hace que el tanque averiado y sus fragmentos sean propulsados ​​como cohetes y viajen largas distancias. ^[14] En Feyzin , tres de los fragmentos propulsados ​​pesaban más de 100 toneladas y fueron lanzados entre 150 y 350 metros (490 y 1150 pies) de la fuente de la explosión. Un tanque de balas en San Juanico viajó 1.200 metros (0,75 millas) en el aire antes de aterrizar, posiblemente la distancia más larga jamás alcanzada por un misil BLEVE. ^[15] Los fragmentos pueden impactar en otros tanques o equipos, lo que puede provocar un efecto dominó en la propagación de la secuencia accidental. ^[7]

Las bolas de fuego pueden alcanzar alturas significativas sobre el suelo. ^[14] Son esferoidales cuando se desarrollan y se elevan desde el suelo en forma de hongo . ^[7] El diámetro de las bolas de fuego en San Juanico se estimó en 200 a 300 metros (660 a 980 pies), con una duración de alrededor de 20 segundos. Estos incendios masivos pueden dañar a personas a distancias de cientos de metros (por ejemplo, 300 m (980 pies) en Feyzin y 400 m (1310 pies) en San Juanico). ^[14]

Un peligro adicional de los eventos de bolas de fuego BLEVE es la formación de incendios secundarios, por exposición directa a la radiación térmica de la bola de fuego, como incendios en charcos de combustible que no se quema en la bola de fuego, o por la dispersión de fragmentos de tanques en llamas. ^{[15] [7]} Otro efecto secundario de importancia es la dispersión de una nube de gas tóxico, si los vapores involucrados son tóxicos y no se incendian al liberarse. ^[7] El cloro , el amoníaco y el fosgeno son ejemplos de gases tóxicos que sufrieron BLEVE en accidentes pasados ​​y, como consecuencia, produjeron nubes tóxicas. ^[7]

Medidas de seguridad

• Mantenimiento de tanques a presión para evitar daños o corrosión ^[16]
• Despresurización de emergencia ^[6]
• Válvulas de alivio de presión ^[17]
• Protección pasiva contra incendios ^{[17] [16]}
• Refrigeración por pulverización de agua ^{[17] [16]}

Accidentes notables

Los accidentes BLEVE notables incluyen:

• 13 de diciembre de 1926, Saint-Auban , Francia – Un BLEVE de cloro de 25 toneladas mató a 19 personas en el primer accidente reconocido como una explosión de vapor líquido en ebullición. ^{[18] [19]}
• 24 de diciembre de 1939, Zărnești , Rumania - Un vagón cisterna que contenía una mezcla de butadieno (80%) y buteno (20%) se hizo BLEVE y provocó una bola de fuego. Mató a 60 personas. ^{[18] [20]}
• 29 de julio de 1943, Ludwigshafen , Alemania: un vagón cisterna de cloro explotó en una planta de BASF , matando a 57 personas. ^{[18] [21]}
• 28 de julio de 1948, Ludwigshafen, Alemania: otro vagón cisterna en la misma planta, esta vez que contenía éter dietílico , explotó y mató a 209 personas. ^{[18] [22] [23]}
• 7 de julio de 1951, Newark , Nueva Jersey, EE. UU. – Setenta tanques de gas licuado de petróleo (GLP), por un total de 2600 toneladas, explotaron en Port Newark . No hubo víctimas mortales. ^{[18] [24]}
• 8 de enero de 1957, Montreal , Quebec, Canadá – En una refinería de Shell , explotaron 5.100 toneladas de GLP almacenadas en varios tanques, provocando una muerte. ^{[7] [25] [26]}
• 28 de junio de 1959, Meldrim , Georgia, EE. UU. – El desastre del caballete de Meldrim : un desastre de un vagón cisterna de GLP mató a 23 personas. ^[18]
• 28 de marzo de 1960, Glasgow , Escocia, Reino Unido – El incendio del vínculo de whisky de Cheapside Street : un almacén que almacenaba 3900 toneladas de whisky experimentó un incendio en el que varios barriles se sometieron a BLEVE. Hubo 19 muertes. ^[27]
• 4 de enero de 1966, Feyzin , Francia – La catástrofe de Feyzin : 1.000 toneladas de GLP explotaron en una refinería de Elf , provocando 18 víctimas mortales. ^[18]
• 30 de marzo de 1972, Río de Janeiro , Brasil – Explosión de Reduc de 1972  [pt] : 1000 toneladas de GLP explotaron en una refinería, matando a 28 personas. ^{[18] [28]}
• 5 de julio de 1973, Kingman , Arizona, EE. UU. – La explosión de Kingman : un vagón cisterna cargado de GLP explotó, causando 13 muertes. ^{[18] [29]}
• 8 de diciembre de 1977, Cartagena , Colombia: un reactor de proceso explotó en un BLEVE de amoníaco que mató a 30 personas. ^{[18] [30]}
• 23 de febrero de 1978, Waverly , Tennessee, EE. UU. – Explosión de un vagón cisterna de Waverly : Un vagón cisterna de GLP explotó, matando a 16 personas.
• 11 de julio de 1978, Alcanar , España – El desastre de Los Alfaques : En el peor accidente de carretera con camión cisterna BLEVE y con materiales peligrosos, un vehículo cargado con 25 toneladas de propileno sufrió una avería mecánica junto a un abarrotado camping. La BLEVE mató a 216 personas.
• 30 de mayo de 1978, Texas City , Texas, EE. UU. – Múltiples tanques de almacenamiento que contenían 1500 toneladas de GLP explotaron, matando a siete personas. ^{[18] [31]}
• 30 de agosto de 1972, Good Hope , Luisiana, EE. UU. – Se desarrolló un BLEVE después de una colisión de un barco entre el MV  Inca Tupac Yupanqui y la barcaza cargada de  butano TB Panama City . Hubo 12 víctimas mortales. ^{[18] [32]}
• 1 de agosto de 1981, Cerritos , San Luis Potosí, México – Un vagón cisterna que transportaba cloro explotó, provocando 29 muertes. ^{[18] [33]}
• 23 de julio de 1984, Romeoville , Illinois, EE. UU. – El desastre de la refinería de petróleo de Romeoville mató a 15 personas. ^[7]
• 19 de noviembre de 1984, San Juan Ixhuatepec , México – El desastre de San Juanico : En el peor accidente de BLEVE jamás ocurrido, así como en uno de los desastres industriales más mortíferos jamás ocurridos, más de 500 personas murieron cuando una serie de BLEVE impactaron una terminal de almacenamiento de GLP de Pemex . ^{[18] [34]}
• 28 de enero de 1986, sobre Merritt Island , Florida, EE. UU. – Desastre del transbordador espacial Challenger : La desintegración de la nave espacial fue causada por el BLEVE de los compartimentos externos de los tanques de hidrógeno y oxígeno líquidos . ^{[18] [35]}
• 23 de diciembre de 1988, Memphis , Tennessee, EE. UU. – El desastre del camión cisterna de GLP de Memphis mató a nueve personas. ^[36]
• 19 de abril de 1993, Waco , Texas, EE. UU. – Un factor que contribuyó a las consecuencias del asedio de Waco fue el BLEVE de un tanque de GLP causado por la intervención del ejército. ^[37]
• 4 de marzo de 1994, Weyauwega , Wisconsin, EE. UU. – El descarrilamiento de Weyauwega , sin víctimas mortales.
• 22 de junio de 2002, Tivissa , España – En el primer BLEVE de gas natural licuado (GNL) del que se tenga noticia, explotó un camión cisterna. Sólo el conductor falleció. ^[38]
• 10 de agosto de 2008, Toronto , Ontario, Canadá – La explosión de propano en Toronto en Sunrise Propane Industrial Gases mató a dos personas. ^[39]
• 27 de agosto de 2012, Chala , India – El desastre del camión cisterna de GLP de Chala : Un accidente de carretera con un camión cisterna de GLP en el estado de Kerala causó 20 muertes entre los transeúntes.
• 13 de junio de 2013, Geismar , Luisiana, EE. UU. – La explosión de Williams Olefins mató a dos operadores de la planta cuando un intercambiador de calor de propano se abrió de golpe. ^[40]
• 21 de julio de 2014, Piojos , Turquía – La explosión de un camión cisterna de GLP provocó la muerte de 34 personas. ^[41]
• 6 de agosto de 2018, Bolonia , Italia – Dos personas murieron en la explosión de Borgo Panigale , la explosión de un camión cisterna de GLP provocada por un accidente de tráfico. ^[42]
• 21 de junio de 2019, Filadelfia , Pensilvania, EE. UU. – La explosión de la refinería de Filadelfia en 2019 : tras un incendio, un recipiente de proceso que contenía buteno , isobutano y n -butano sufrió un BLEVE masivo.
• 24 de diciembre de 2022, Boksburg , Sudáfrica – La explosión de Boksburg , un camión cisterna de GLP BLEVE que mató a 41 personas.

Ver también

• explosión de caldera
• explosión de vapor
• Quemación rápida
• ebullición explosiva
• Transición de fase rápida

Referencias

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42. Cocchi, Giovanni (19 a 24 de junio de 2022). La BLEVE de GLP de Bolonia (PDF) . 28º Coloquio Internacional sobre Dinámica de Explosiones y Sistemas Reactivos (ICDERS). Documento 197. Archivado desde el original (PDF) el 6 de febrero de 2024 . Consultado el 6 de febrero de 2024 .

Fuentes

• Lees, Frank P. (1996). Prevención de pérdidas en las industrias de procesos (2ª ed.). Oxford, Inglaterra: Butterworth-Heinemann . ISBN 0-7506-1547-8.
• Mannan, Sam (2012). Prevención de pérdidas de Lees en las industrias de procesos (4ª ed.). Kidlington, Inglaterra y Waltham, Massachusetts: Butterworth-Heinemann . ISBN 978-0-12-397189-0.

Otras lecturas

Roberts, Michael W. (2000). "Análisis de eventos de explosión de vapor en expansión de líquido en ebullición (BLEVE) en sitios del DOE" (PDF) . Grupo de Contratistas de Instalaciones Energéticas (EFCOG) . Archivado desde el original (PDF) el 20 de octubre de 2012.

enlaces externos

• Explosión de tanques de propano: descripción de las circunstancias necesarias para provocar una explosión en un tanque de propano.
• Demostración de BLEVE en YouTube : demostración de BLEVE controlada
• Grandes explosiones en YouTube : vídeo de BLEVEs de propano e isobutano en el descarrilamiento de un tren en Murdock, Illinois (3 de septiembre de 1983)
• Accidente de la carretera de circunvalación de Moscú en YouTube : BLEVE de decenas de bombonas de GLP tras un accidente de tráfico en Moscú
• Propano BLEVE en YouTube : BLEVE del incendio del depósito de propano de Toronto
• Vídeo de formación para el personal de respuesta a emergencias (archivado) de Transport Canada .