Explosión de vapor en expansión de líquido hirviendo

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

Una bola de fuego BLEVE en la refinería de Philadelphia Energy Solutions , según lo representado por la CSB

Una explosión de vapor en expansión de líquido en ebullición (BLEVE, /ˈb lɛ 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 a presión atmosférica. ^{[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 baja el punto de ebullición, lo que puede hacer que el líquido se convierta en gas expandiéndose rápidamente. Las BLEVE son manifestaciones de ebullición explosiva .

Si el gas es inflamable , como es el caso de los hidrocarburos y los alcoholes , el incendio resultante puede provocar daños adicionales. Sin embargo, los BLEVE no implican necesariamente un incendio.

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 los términos "explosión de vapor en expansión de líquido hirviente" 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 utilizándolas. ^[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 conserva la sustancia en forma líquida.
3. Una pérdida repentina de contención que reduce rápidamente la presión.

Por lo general, una BLEVE comienza con un recipiente que contiene líquido a una temperatura superior a la de ebullición a presión atmosférica. Muchas sustancias que normalmente se almacenan 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 , una BLEVE podría producirse si un recipiente a presión se calienta a más de 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 deja de soportar repentinamente presión alguna, el líquido se encontrará a una temperatura muy superior a su punto de ebullición. Esto hace que una parte del líquido se vaporice instantáneamente con una expansión extremadamente rápida. Dependiendo de las temperaturas, 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 sus alrededores.

Por ejemplo, un tanque de agua líquida presurizada 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 a:

• 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 de forma explosiva, y el agua líquida a 350 °C (662 °F) convertida en gas ocuparía un volumen significativamente mayor (≈ 1.600 veces) del que ocupaba en estado líquido, lo que provocaría una explosión de vapor. Este tipo de explosiones pueden ocurrir cuando el agua sobrecalentada de una caldera se escapa a través de una grieta en la caldera, lo que provoca una explosión de la caldera .

La vaporización de líquido que da lugar a una BLEVE suele ocurrir dentro de 1 milisegundo después de una pérdida catastrófica de contención. ^[7]

Teoría del límite de sobrecalentamiento

En este diagrama para el propano , la curva naranja representa su presión de vapor en función de la temperatura. La temperatura mínima por encima de la cual puede ocurrir una BLEVE es la abscisa de la intersección entre la línea horizontal de presión atmosférica (azul) y una curva aquí llamada el lugar geométrico del límite de sobrecalentamiento . Esta 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 geométrico del límite de sobrecalentamiento y no se producirá una BLEVE. Por el contrario, para temperaturas suficientemente altas, como en la expansión BB', se cruza el lugar geométrico del límite de sobrecalentamiento y se producirá una BLEVE. ^[8]

Para que se produzca una BLEVE, el líquido en ebullición debe estar suficientemente sobrecalentado al perder su contención. Por ejemplo, a una presión de aproximadamente 1 MPa (150 psi), el agua hierve a 177 °C (351 °F). El agua sobrecalentada liberada desde un recipiente cerrado en estas condiciones no generará una 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 una BLEVE. Una fórmula propuesta por Robert Reid para predecirla es:

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

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

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

BLEVE físicos

El término BLEVE se asocia a menudo a incendios explosivos 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 criogenia . Dichos materiales pueden pasar por BLEVE puramente físicos, que no implican llamas u otras reacciones químicas. En el caso de BLEVE no encendidos de gases licuados, el enfriamiento rápido debido a la absorción de la entalpía de vaporización es un peligro que puede causar 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 dentro de un edificio, o en un canal en el caso de gases más pesados ​​que el aire. Los vapores también pueden ser tóxicos , en cuyo caso pueden ocurrir daños y posiblemente la muerte en concentraciones relativamente bajas y, por lo tanto, incluso lejos de la fuente.

BLEVE–bola de fuego

Sin embargo, si una sustancia inflamable se ve sometida a una BLEVE, puede encenderse al liberarse, ya sea por fricción, chispas mecánicas u otras fuentes puntuales, o por un incendio preexistente que haya envuelto el recipiente a presión y haya provocado su falla en primer lugar. En tal caso, los vapores ardientes se expandirán aún más, lo que aumentará la fuerza de la explosión. Además, una cantidad muy significativa del fluido escapado se quemará en cuestión de segundos en 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 BLEVE de sustancia inflamable 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 que inciden

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, finalmente, 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 suelen estar equipados con válvulas de alivio que liberan 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 soportar la presión establecida de sus válvulas de alivio, pero solo si su integridad mecánica no se debilita como puede suceder en el caso de un incendio inminente. ^[12] En un escenario de incendio inminente, los vapores inflamables liberados en el BLEVE se encenderán al liberarse, formando una bola de fuego. El origen del incendio inminente puede ser una liberación de fluido inflamable del propio recipiente o de una fuente externa, incluidas las liberaciones de tanques y equipos cercanos. Por ejemplo, los vagones cisterna de ferrocarril han sufrido una explosión por el efecto de un chorro de fuego procedente 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 , desde el recipiente a presión; y la radiación térmica de la bola de fuego, cuando 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 arrojados a 150-350 metros (490-1150 pies) de la fuente de la explosión. Un tanque bala en San Juanico viajó 1200 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 resultar en una propagación por efecto dominó de la secuencia accidental. ^[7]

Las bolas de fuego pueden elevarse a 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 200-300 metros (660-980 pies), con una duración de alrededor de 20 segundos. Estos incendios masivos pueden herir 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 de 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 experimentaron BLEVE en accidentes pasados ​​y produjeron nubes tóxicas como consecuencia. ^[7]

Medidas de seguridad

• Mantenimiento de tanques de 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 notables de BLEVE incluyen:

• 13 de diciembre de 1926, Saint-Auban , Francia – Un BLEVE de 25 toneladas de cloro mató a 19 personas en el primer accidente reconocido como una explosión de vapor en expansión de líquido hirviendo. ^{[18] [19]}
• 24 de diciembre de 1939, Zărnești , Rumania: un vagón cisterna que contenía una mezcla de butadieno (80 %) y buteno (20 %) se incendió y provocó una bola de fuego que 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 de la misma planta, esta vez conteniendo éter dietílico , explotó matando a 209 personas. ^{[18] [22] [23]}
• 7 de julio de 1951, Newark , Nueva Jersey, EE. UU. – Setenta tanques de gas licuado de petróleo (GLP), con un total de 2600 toneladas, explotaron en el puerto de Newark . No hubo víctimas mortales. ^{[18] [24]}
• 8 de enero de 1957, Montreal , Quebec, Canadá – En una refinería de Shell , 5100 toneladas de GLP almacenadas en varios tanques explotaron, causando una muerte. ^{[7] [25] [26]}
• 28 de junio de 1959, Meldrim , Georgia, EE. UU. – El desastre del puente de Meldrim : un vagón cisterna de GLP mató a 23 personas. ^[18]
• 28 de marzo de 1960, Glasgow , Escocia, Reino Unido: incendio en el barril de whisky de Cheapside Street : un almacén que almacenaba 3900 toneladas de whisky sufrió un incendio en el que varios barriles sufrieron quemaduras por calor. Hubo 19 víctimas mortales. ^[27]
• 4 de enero de 1966, Feyzin , Francia – El desastre de Feyzin : 1000 toneladas de GLP explotaron en una refinería de Elf , causando 18 muertes. ^[18]
• 30 de marzo de 1972, Río de Janeiro , Brasil – Explosión Reduc 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. – Explosión de Kingman : un vagón cisterna cargado de GLP se incendió y causó 13 muertes. ^{[18] [29]}
• 8 de diciembre de 1977, Cartagena , Colombia – Un reactor de proceso explotó en un BLEVE de amoníaco y mató a 30 personas. ^{[18] [30]}
• 23 de febrero de 1978, Waverly , Tennessee, EE. UU. – Explosión del vagón cisterna de Waverly : un vagón cisterna de GLP explotó y mató a 16 personas.
• 11 de julio de 1978, Alcanar , España – El desastre de Los Alfaques : en el peor accidente de tráfico y de BLEVE de la historia en el que se vieron implicados materiales peligrosos, un vehículo cargado con 25 toneladas de propileno sufrió una avería mecánica junto a un camping abarrotado de gente. El BLEVE mató a 216 personas.
• 30 de mayo de 1978, Texas City , Texas, EE. UU. – Explotaron varios tanques de almacenamiento con una capacidad de 1500 toneladas de GLP, matando a siete personas. ^{[18] [31]}
• 30 de agosto de 1972, Good Hope , Luisiana, EE. UU. – Se produjo una BLEVE tras una colisión entre el MV  Inca Tupac Yupanqui y la barcaza cargada con 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, causando 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 de la historia, así como uno de los desastres industriales más letales 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. – El desastre del transbordador espacial Challenger : la desintegración de la nave espacial fue causada por la BLEVE de los compartimentos externos del tanque de hidrógeno líquido y oxígeno . ^{[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 la BLEVE de un tanque de GLP causada por la intervención de los militares. ^[37]
• 4 de marzo de 1994, Weyauwega , Wisconsin, EE. UU. – Descarrilamiento de Weyauwega , sin víctimas mortales.
• 22 de junio de 2002, Tivissa , España – En la primera explosión de gas natural licuado (GNL) de la que se tiene conocimiento, un camión cisterna explotó. Sólo murió el conductor. ^[38]
• 10 de agosto de 2008, Toronto , Ontario, Canadá – La explosión de propano en la planta de gas industrial Sunrise Propane mató a dos personas. ^[39]
• 27 de agosto de 2012, Chala , India – El desastre del camión cisterna de GLP en 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 estalló. ^[40]
• 21 de julio de 2014, Lice , Turquía – La explosión de un camión cisterna de GLP causó 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 causada por un accidente de tráfico. ^[42]
• 21 de junio de 2019, Filadelfia , Pensilvania, EE. UU. – Explosión de la refinería de Filadelfia de 2019 : después de un incendio, un recipiente de proceso que contenía buteno , isobutano y n -butano sufrió una BLEVE masiva.
• 24 de diciembre de 2022, Boksburg , Sudáfrica – La explosión de Boksburg , un camión cisterna de GLP BLEVE que mató a 41 personas.

Véase también

• Explosión de caldera
• Explosión de vapor
• Quemación rápida
• Ebullición explosiva
• Transición de fase rápida

Referencias

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Fuentes

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• Mannan, Sam (2012). Prevención de pérdidas en las industrias de proceso de Lees (4.ª ed.). Kidlington, Inglaterra y Waltham, Mass.: Butterworth-Heinemann . ISBN 978-0-12-397189-0.

Lectura adicional

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 de tanque de propano.
• Demostración de BLEVE en YouTube : demostración de BLEVE controlada
• Enormes explosiones en YouTube : video de BLEVE de propano e isobutano en un descarrilamiento de tren en Murdock, Illinois (3 de septiembre de 1983)
• Accidente en la carretera de circunvalación de Moscú en YouTube : BLEVEs de docenas de bombonas de GLP tras un accidente de tráfico en Moscú
• BLEVE de propano en YouTube : BLEVE del incendio del depósito de propano de Toronto
• Vídeo de capacitación para personal de respuesta a emergencias (archivado) por Transporte Canadá .