بویل اور چیست؟

بویل اور یک پدیده خطرناک است که با آتش‌سوزی‌های مخازن بزرگ ذخیره‌سازی، به‌ویژه مخازن حاوی نفت خام یا سایر مایعات قابل احتراق، همراه است. درک مکانیسم بویل اور، پیش‌بینی وقوع آن و اجرای استراتژی‌های کاهش مؤثر برای حفظ جان انسان‌ها، دارایی‌ها و اطمینان از تداوم عملیات صنعتی حیاتی است. این مقاله به بررسی جزئیات این پدیده، مکانیسم‌های آن، شرایط وقوع و اهمیت برنامه‌های شبیه‌سازی در پیش‌بینی آن و جلوگیری از چنین حوادثی می‌پردازد.

بویل اور چگونه اتفاق می‌افتد؟

بویل اور نتیجه خصیصه های انتقال حرارت در آتش مخزن است. در این آتش‌سوزی‌ها، نفت از بالا گرم می‌شود و منجر به تشکیل یک منطقه گرم می‌شود. حرارت از سطح احتراق نفت را تقطیر می‌کند، به‌طوری که بخش‌های سبک‌تر تبخیر و سوخته و بخش‌های سنگین‌تر منطقه گرم را تشکیل می‌دهند. این منطقه گرم به تدریج به سمت لایه آب در کف مخزن حرکت می‌کند. با رسیدن به لایه آب، دمای بالای نفت (بیش از 120 درجه سانتی‌گراد) باعث جوشش شدید آب می‌شود و نفت داغ را به بیرون پرتاب می‌کند، که می‌تواند صدها متر سفر کند و باعث خسارات و آسیب‌های گسترده شود.

شرایط وقوع بویل اور

بویل اور تحت شرایط خاصی می‌تواند رخ دهد:

1. ترکیب سوخت: بویل اور بیشتر با سوخت‌هایی که دارای چندین جزء و گستره دمای جوش وسیعی هستند رخ می‌دهد.
2. ویسکوزیته: سوخت‌هایی با ویسکوزیته بالاتر حباب‌ها را راحت‌تر تولید می‌کنند و خطر بویل اور را افزایش می‌دهند.
3. دمای منطقه گرم: دمای منطقه گرم حداقل به 120 درجه سانتی‌گراد برسد. در این دما، لایه آب در کف مخزن به شدت جوش می‌آید و باعث بویل اور می‌شود.
4. دینامیک انتقال حرارت: انتقال حرارت در آتش‌های مخزن عمدتاً از طریق هدایت به دلیل فقدان همرفت است. این انتقال حرارت کند، منجر به تجمع تدریجی منطقه گرم می‌شود.

بررسی اسلوپ اور (Slopover)، فراث اور (Frothover) و تفاوت آن ها با بویل اور (Boilover) :

 اسلوپ اور : یک اسلوپ اور زمانی رخ می‌دهد که جریان آب به سطح داغ نفت در حال سوختن اعمال می‌شود و باعث می‌شود نفت سوزان از دیواره‌های مخزن بیرون بپاشد.

فراث اور : یک فراث اور هنگامی است که آب زیر سطح روغن ویسکوز داغ در یک مخزن غیر در حال سوختن شروع به جوشیدن می‌کند و باعث سرریز شدن روغن می‌شود. به عنوان مثال، آسفالت داغی که در یک مخزن حاوی مقداری آب بارگذاری شده است. آب ممکن است گرم شود و شروع به جوشیدن کند، که باعث سرریز شدن آسفالت از مخزن می‌شود.

حالا این وقایع را با تعریف بویل اور مقایسه کنیم: همانطور که می‌دانید بویل اور پرتاب ناگهانی و شدید نفت خام (یا سایر مایعات) از مخزن که ناشی از واکنش لایه داغ و تجمع آب در کف مخزن است. این پدیده زمانی رخ می‌دهد که بقایای (ذرات سنگین‌تر باقی‌مانده پس از احتراق) از سطح سوختن متراکم‌تر از نفت اطراف کمتر متراکم می‌شوند و بقایا به زیر سطح به سمت کف مخزن حرکت می‌کنند. هنگامی که لایه داغ نفت سوخته متراکم‌تر به سمت پایین حرکت می‌کند، این “موج حرارتی” در نهایت به آبی که معمولاً در کف مخزن جمع می‌شود، می‌رسد. هنگامی که این دو به هم می‌رسند، آب به شدت گرم و در نتیجه جوشانده و به صورت انفجاری گسترش می‌یابد و باعث پرتاب شدید محتویات مخزن می‌شود. اگرچه نسبت انبساط آب به بخار در دمای 100 درجه سانتی‌گراد 1700:1 است، در دماهای بالاتر، نسبت انبساط آب به بخار می‌تواند در دمای 260 درجه سانتی‌گراد تا 2300:1 باشد. اگر یک بویل اور رخ دهد، یک قانون کلی می‌گوید که نفت خام پرتاب شده ممکن است تا ده برابر قطر مخزن در اطراف محیط مخزن حرکت کند. به عنوان مثال، در یک مخزن نفت خام با قطر 76 متر، انتظار می‌رود نفت خام تا 760 متر از مخزن پوشش دهد. این ارقام هرگز برای مخازن بزرگ ذخیره‌سازی جوی با قطر 91 متر یا بیشتر آزمایش نشده است، بنابراین در مخازن این اندازه، فاصله ده برابر قطر مخزن ممکن است نیاز به افزایش داشته باشد. بنابراین، به دقت محل قرارگیری پست فرماندهی حادثه، تجهیزات، ارزیابی‌های پزشکی و منطقه ایمن را در نظر بگیرید.

برنامه‌های شبیه‌سازی و ابزارهای پیش‌بینی

برای مدیریت و کاهش خطر بویل اور، برنامه‌های شبیه‌سازی توسعه یافته‌اند تا دمای منطقه گرم و نرخ گسترش آن را محاسبه کنند. این برنامه‌ها می‌توانند زمان وقوع بویل اور را بر اساس منحنی تقطیر نفت خام و شرایط داخل مخزن پیش‌بینی کنند. به‌عنوان مثال، شبیه‌سازی‌ها نشان داده‌اند که بویل اور می‌تواند در 1.8 تا 2.6 روز بسته به نوع نفت خام و ویژگی‌های تقطیر آن رخ دهد. پس از خاموش کردن آتش، این برنامه‌ها همچنین زمان خنک شدن محتوای مخزن را پیش‌بینی می‌کنند. خنک‌سازی می‌تواند تا یک ماه طول بکشد اگر تنها از باد طبیعی استفاده شود، اما اعمال جریانات آب می‌تواند این زمان را به طور قابل توجهی کاهش دهد.

آزمایشات میدانی و آزمایشگاهی

آزمایشاتی که در مقیاس میدانی و آزمایشگاهی، مانند پروژه آتش مخازن بزرگ اتمسفریک (LASTFIRE)، انجام شده‌اند، در درک بویل اور نقش حیاتی داشته‌اند. این آزمایشات نشان داده‌اند که فرآیند شامل سه مرحله است:

• تشکیل منطقه گرم
• حرکت رو به پایین منطقه گرم
• بویل اور

آزمایشات میدانی، اگرچه هزینه‌بر و پرخطر هستند، داده‌های حیاتی ارائه می‌دهند که به بهبود مدل‌های شبیه‌سازی و افزایش دقت پیش‌بینی کمک می‌کنند.

درباره سیستم های حفاظت از حریق در پالایشگاه ها بخوانید.

اهمیت محاسبات پیش‌بینی

ابزارهای پیش‌بینی توسعه‌یافته از این آزمایشات می‌توانند پارامترهای حیاتی مانند زمان تا بویل اور، مقدار سوخت باقی‌مانده در زمان بویل اور و عواقب احتمالی مانند اثرات آتش‌سوزی و انتشار آتش روی زمین را تخمین بزنند. این ابزارها برای برنامه‌ریزی پاسخ اضطراری بسیار ارزشمند هستند و به ایجاد مناطق امن و مدیریت مؤثر استراتژی‌های آتش‌نشانی کمک می‌کنند.

نتیجه‌گیری

بویل اور چالشی بزرگ در آتش‌نشانی، به‌ویژه در مخازن بزرگ حاوی نفت خام و سایر مایعات قابل احتراق، است. درک مکانیسم و شرایط آن، به همراه ابزارهای پیشرفته شبیه‌سازی و پیش‌بینی، می‌تواند به طور قابل توجهی اقدامات ایمنی و استراتژی‌های پاسخ اضطراری را بهبود بخشد و مسئله اطفا حریق را ارتقا دهد. با استفاده از این فناوری‌ها، صنایع می‌توانند بهتر از دارایی‌های خود محافظت کنند، ایمنی کارگران را تضمین کنند و در مواجهه با پتانسیل آتش‌سوزی‌ها تداوم عملیاتی خود را حفظ کنند.