บทที่ 4 ไฟและระเบิด Fire and Explosion

1. บทที่ 4 ไฟและระเบิด Fire and Explosion SAFFETY in Chemical Plants Assc.Prof. Nurak Grisdanurak

2. 4.1 องค์ประกอบในการเกิดไฟและการระเบิด 4.2 ตัวแปรที่เกี่ยวข้อง (Terminology) สำหรับการติดไฟ 4.3 การคำนวณตัวแปรต่างๆ 4.3.1 จุดวาบไฟ (Flash point) • 4.3.2 AIT • 4.3.3 LFL, UFL, LEL, และ UEL • 4.3.4 AFT อุณหภูมิเปลวไฟแอเดียแบติก • 4.3.5 ค่าความเข้มข้นต่ำสุดของออกซิเจน (MOC) • 4.4 แผนภาพการติดไฟ (Flammability diagram) • 4.5แบบต่างๆ ของไฟ • 4.6การแผ่รังสีความร้อน (Thermal radiation) • 4.7การอัดที่ไม่มีการสูญเสีย (Adiabatic Compression) • 4.8การระเบิด (Explosion) คำถามท้ายบท บทที่ 4 หน้า 2/46

3. โรงงานผลิตคาร์โปแลคตัม(Caprolactam) ซึ่งใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิตไนลอน (Nylon) ณ. เมือง Flixboroughในประเทศอังกฤษ ค.ศ. 1974 ไซโคลเฮกเซน(Cyclohexane) ง่ายเมื่อถูก Depressurize ความบกพร่องของท่อซึ่งถูกติดตั้งชั่วคราวเพื่อการเลี่ยง (By pass) ไปยัง Reactor สถานี PEMEX LPG ที่ San Juan Ixhuatepec, ณ. เมือง Mexico ค.ศ. 1984 Pressure drop เกิดขึ้นระหว่าง ท่อส่ง 8 นิ้วจากถังบรรจุแก๊ส LPG เนื่องจากการเกิดรอยแยก การระเบิด ต่อมา แบบ BLEVE ที่มาคู่มือเพื่อพัฒนาระบบการจัดการสารเคมีอันตรายสูงที่มีการนำเข้าใน โรงงานอุตสาหกรรม บทที่ 4 หน้า 3/46

4. เอา clip Powerpointที่ได้จาก บ วิเคราะห์ Amuay-UCVE Aug 25 2012

5. องค์ประกอบในการเกิดไฟและการระเบิดองค์ประกอบในการเกิดไฟและการระเบิด Oxidant Fuel Oxidant Fuel ไม่มีการลุกติดของไฟ Ignition Source Ignition ตัวแปรที่เกี่ยวข้อง (Terminology) สำหรับการติดไฟ Ignition Source ที่มาF Boudhurtha. Industrial explosion prevention and protectin New York: Mc Graw-Hill, 1980 บทที่ 4 หน้า 4/46

6. ค่าของตัวแปรที่จำเป็นต่อการเกิดและป้องกันการติดไฟค่าของตัวแปรที่จำเป็นต่อการเกิดและป้องกันการติดไฟ บทที่ 4 หน้า 5/46

7. การคำนวณตัวแปรต่างๆ บทที่ 4 หน้า 7/46

8. AIT สมการเอมไพริกัลป์สำหรับการประเมินอุณหภูมิของการลุกไหม้อัตโนมัติ เมื่อ nCจำนวนคาร์บอน Cจำนวนคาร์บอนที่ต่อเป็นกิ่งก้านกับกลุ่มหลัก Cจำนวนกลุ่มคาร์บอนที่ต่อกับสารประกอบ C3 บทที่ 4 หน้า 8/46

9. AIT ตัวอย่างที่ 2จงคำนวณหาอุณหภูมิของการลุกไหม้อัตโนมัติของโทลูอีน วิธีทำ จากสมการในตาราง จะได้ ซึ่งมีค่าต่างจากค่าจริง 480Cประมาณ 18% บทที่ 4 หน้า 9/46

10. LFL, UFL, LEL and UEL = We also can calculate LFL and UFL by knowing ∆Hc Example: Determine LFL, UFL for p-Xylene บทที่ 4 หน้า 10/46

11. LFL, UFL, LEL and UEL ตัวอย่าง 3 จงหาค่า LFL และ UFL สำหรับเฮกเซนและเปรียบเทียบค่าจริงที่ได้จากการทดลอง ค่า LFL และ UFL ของเฮกเซนคือ 1.2 และ 7.7 วิธีทำ และ z, m, x และ y หาจากการทำดุลปฏิกิริยาเคมีโดยนิยามตัวแปรตามสมการ 4-3 m = 6, x = 14, y = 0 ทำให้ได้ค่า z = 38/4 LFL และ UFL คำนวณโดยใช้สมการ บทที่ 4 หน้า 11/46

12. LFL, UFL, LEL and UEL For a mixture of gases Similar to case for LEL and UEL Please also check for LFL and UFL in terms of temperature and pressure. Unlike, LFL/UFL, there is no empirical equation to determine. ที่มาM R Risazi and T E Dabert. Predicting Flash and pour points, Hydrocarbon Processing, 56, 81, 1987. บทที่ 4 หน้า 12/46

13. AFT (Adiabatic flame temperature) อุณหภูมิเปลวไฟแอเดียแบติก If we assume that the combustion takes place in adiabatic process, AFT can be calculated from sensible heat and heat of combustion. ตัวย่าง 4จงประเมิน AFT ของ C3H8จากข้อมูลต่อไปนี้ความร้อนสุทธิของการเผาไหม้ (Net heat of combustion) ของ C3H8= 2,045 kJ/mol ค่าความจุความร้อนประเมิน ณ. 1200oC บทที่ 4 หน้า 13/46

14. MOC or LOC ค่าความเข้มข้นต่ำสุดของออกซิเจน มีหน่วยเป็น %โดยปริมาตร หรือ %โดยโมล มีค่าเท่ากับ บทที่ 4 หน้า 14/46

15. ค่า MOC สำหรับสารประกอบไฮโดรคาร์บอนต่างๆ ทั้งในกรณีที่มี N2 CO2เป็นแก๊สผสม บทที่ 4 หน้า 15/46

16. แผนภาพการติดไฟ (Flammability) เช่น จุด A มีความเข้นข้นของ Fuel: O2:N2เท่ากับ 70:20:10 ประกอบด้วย • UFL / LFL • อัตราส่วนของอากาศ หากมีการเผาไหม้ที่บรรยากาศ สัดส่วนของ N2จะมีค่าเป็น 79% • ค่าความเข้มข้นต่ำสุดของออกซิเจน (MOC) • สมดุลปฏิกิริยาการเผาไหม้ เชื้อเพลิง + z O2 ผลิตภัณฑ์การเผาไหม้ โดยที่ z เป็นสัมประสิทธิ์สมดุลการเผาไหม้ในแต่ละชนิดเชื้อเพลิงเทียบสำหรับ O2 A ที่มา K Satyanarayana and M C Kakati. Correlation of flash point. Fire and Materials, 15, 97, 1991 บทที่ 4 หน้า 16/46

17. เป็นการลากเส้น อยากทำเป็น การตูนครับ

18. แบบต่างๆ ของเปลวไฟ • Jet fire • Pool fire • Flash/Cloud fire • BLEVE Jet Fire L (m) = 18.5 Q0.41 Q = อัตราการปล่อยออกของเชื้อเพลิง (Discharge rate); กิโลกรัม/วินาที ตัวอย่าง4-9รูรั่ว 1 cm2ของมีเทนที่ความดัน 30 บาร์และอุณหภูมิโดยรอบ (Ambient temperature)เท่ากับ 15C จงคำนวณว่าหากมีการรั่วและลุกติดไฟ จะมีเปลวไฟยาวเท่าใด วิธีทำ: ทำการประเมินว่าการรั่วเป็นแบบcritical? บทที่ 4 หน้า 19/46

19. Pool Fire บทที่ 4 หน้า 21/46

20. Fire Ball and BLELVE 1. http://www.youtube.com/watch?v=Xf3WKTwHpIU เปิด clip www.youtube.com/watch?v=aKN-C9HTPgY http://www.youtube.com/watch?v=UM0jtD_OWLU บทที่ 4 หน้า 22/46

21. การแผ่รังสีความร้อน (Thermal radiation) การคำนวณในส่วนนี้จึงปรากฏในการทำ Environmental Risk Assessment ของโรงงานที่มีการเก็บ สารเคมีไวไฟ โดยหลักแล้วการรังสีความร้อนจะถูกนำไปหา • ระยะห่างปลอดภัยสำหรับพนักงานเพื่อจัดเตรียมการอพยพ • ระยะห่างปลอดภัยสำหรับอาคาร สถานที่ เพื่อจัดเตรียมอุปกรณ์บรรเทาทุกข์ในแต่ละกรณีไป บทที่ 4 หน้า 23/46

22. ที่มาE Stauffer, J A Dolan and R Newman. Fire Debris Analysis. Academic Press 2008 บทที่ 4 หน้า 24/46

23. Heat flux และระดับความรุนแรงที่เกิดกับชีวิต บทที่ 4 หน้า 25/46

24. การกดอัดที่ไม่มีการสูญเสีย (Adiabatic Compression) • Delta T < == > Delta P บทที่ 4 หน้า 28/46

25. การระเบิด (Explosion) บทที่ 4 หน้า 29/46

26. พฤติกรรมการระเบิดในอุตสาหกรรมสามารถแบ่งได้เป็น 5 แบบคือ บทที่ 4 หน้า 30/46

27. บทที่ 4 หน้า 31/46

28. บทที่ 4 หน้า 32/46

29. บทที่ 4 หน้า 33/46

30. บทที่ 4 หน้า 34/46

31. บทที่ 4 หน้า 35/46

32. บทที่ 4 หน้า 36/46

33. บทที่ 4 หน้า 37/46

34. คุยกันเรื่องคำถามท้ายบทคุยกันเรื่องคำถามท้ายบท • แก๊สโพรเพนบรรจุอยู่ในภาชนะทรงกระบอกขนาด 50 ปอนด์ ต่อมาภาชนะทรงกระบอกตกลงมา แล้วเกิดการรั่วออกมา แล้วเกิดการระเหยขึ้น แล้วก่อตัวขึ้นทำให้เกิดไฟลุกและเกิดการระเบิดขึ้น ให้หาค่า Overpressure จากการระเบิด 100 ฟุต คาดว่าชนิดของการทำลายคืออะไร • จงหาค่าจุดวาบไฟของสารผสมที่ประกอบด้วย 30% เฮกเซนและ 70% โทลูอีน • ระบายอากาศ ที่ต้องการลดแก๊สจากการทำงานของเครื่องให้ไม่เกินค่า LFL สำหรับแก๊สโซลีน สมมุติว่า ถังมีความจุ 14 แกลลอน และถังสามารถเติมได้ในเวลา 3 นาที สมมุติการเปื้อนจากการเติมและถังถูกเติมในเวลานี้ มวลโมเลกุลของแก๊สโซลีน ประมาณ 94 และความดันไอที่ 77F เท่ากับ 4.6 psiaให้คำนวณการถ่ายเทอากาศที่ต้องการเพื่อลดความเข้มข้นของแก๊สโซลีนให้ไม่เกิน TLV–TWA และให้พิจารณาว่า ปัญหาใดมีความยากกว่า (Which problem is more difficult) • ถังบรรจุบิวเทนในสถานะของเหลวตั้งไว้ที่ 500 ฟุต จากสถานีไฟฟ้าย่อย ท่อขนาด 1 นิ้ว ได้แตกออก 40 ท่อ (เส้นผ่านศูนย์กลางภายในเท่ากับ 1.049 นิ้ว) ที่ปล่อยบิวเทนออกมา ส่งผลให้เกิดการลุกไหม้ขึ้นที่สถานี สมมุติว่าของเหลวได้กลายเป็นไอทั้งหมด • a) ประมาณอัตราการปล่อยบิวเทนในหน่วย lbm/s จากท่อขนาด นิ้วที่แตกออก • b)ประมาณค่าความเข้มข้นไอของบิวเทนที่สถานี อันตรายจากการลุกไหม้จะเกิดขึ้นหรือไม่ • อุณหภูมิ 80F ความดัน 1 atmความดันไอของบิวเทนที่ 80F เท่ากับ 40 psiaค่าความถ่วงจำเพาะของบิวเทนที่ 80F เท่ากับ 0.571 บทที่ 4 หน้า 4246

35. คุยกันเรื่องคำถามท้ายบทคุยกันเรื่องคำถามท้ายบท • คำนวณและเติมคำในช่องว่างค่าของคุณสมบัติทางการลุกไหม้ของสารต่อไปนี้ พร้อมเทียบค่าจาก MSDS • วาด Flammability diagram ของ n-บิวเทนLOC เท่ากับ 12% หาค่าความเข้มข้นของบิวเทนที่ต้องถูกลดก่อนที่จะทำการปั๊มอากาศเข้าสู่ถังก่อนที่จะนำไปใช้ • เมทิลแอลกอฮอล์ (Methyl alcohol) ในสถานะของเหลวเก็บในถัง ไอของเมทิลแอลกอฮอล์ถูกทำให้เฉื่อยด้วยไนโตรเจน ที่ Total pressure 2 in of water gauge ถ้าแก๊สเฉื่อยได้แพร่ออกมาจากถัง จะเกิดการลุกไหม้หรือไม่ สมมุติอุณหภูมิ 25C บทที่ 4 หน้า 43/46