MƠ HÌNH HỐ Q TRÌNH PHÁT TÁN CỦA QUẢ CẦU LỬA KHICHÁY ĐÁM MÂY HƠI LPG CHÁY ĐÁM MÂY HƠI LPG
Như đã trình bày, ngay sau sự cố nổ, LPG lỏng trong thiết bị sẽ thốt ra ngồi và một phần LPG lỏng được dãn nở sau khi ra ngồi mơi trường sẽ hóa hơi ngay lập tức. Phần hơi này kết hợp với phần hơi có sẵn trong thiết bị cũng được dãn nở hình thành đám mây hơi LPG đậm đặc. Nếu gặp điều kiện thuận lợi (như xuất hiện nguồn nhiệt, tia lửa điện …), đám mây hơi LPG sẽ bị kích nổ và cháy, tạo thành quả cầu lửa, phát tán trong khơng khí, gây thiệt hại về người (nhất là khi xảy ra nổ bồn chứa LPG tại các trạm cung cấp LPG gần các khu chung cư), phá hủy tài sản và gây ô nhiễm môi trường. Luận án nghiên cứu ứng dụng mơ hình tốn để khảo sát quy luật phát tán của quả cầu lửa khi cháy đám mây hơi LPG sinh ra sau vụ nổ thiết bị chứa LPG, trên cơ sở khảo sát hình ảnh mơ tả sự di chuyển của quả cầu lửa trong thực tế. Theo những nguồn tài liệu mà tác giả luận án tiếp cận được
Các tài liệu tham khảo [5], [6], [7], [8], [10], [11], [12], [17], [18], [19], [21], [36], [61], [79], [80], [81], [82], [83], [84], [85], [86], [90], [93], [94], [105], [108], [110], [111], [112], [114], [116], [117], [118], [119], [123], [125], [126], [135], [137], [143], [144], [145], [150], [151]
, cho đến nay chưa có tài liệu nào đề cập đến quá trình phát tán và đánh giá phạm vi ảnh hưởng của phát tán quả cầu lửa trong trường hợp cháy đám mây hơi LPG sau sự cố nổ một cách đầy đủ. Vì vậy, sau khi hồi cứu một số trường hợp nổ thiết bị chứa LPG trên thế giới được ghi lại bằng hình ảnh mơ tả q trình hình thành và chuyển động theo chiều gió của quả cầu lửa tạo thành sau sự cố nổ thiết bị chứa LPG
Nguồn: Internet
đã xảy ra trong thực tế (hình 4.12, 4.13, 4.14), luận án cho rằng quy luật phát tán trong khơng khí của đám mây hơi LPG sinh ra trong các vụ nổ thiết bị chứa LPG không tuân theo quy luật như trong mơ hình nguồn thải điểm, phát tán liên tục dạng làn khói thường gặp. Đám mây hơi LPG phát tán một cách gián đoạn như hình ảnh đám mây hơi nước bay trên bầu trời trong điều kiện thời tiết bình thường.
Giai đoạn qủa cầu lửa bốc lên cao
Giai đoạn qủa cầu lửa phát tán trong không gian
Luận án thực hiện khảo sát ứng dụng mơ hình nguồn thải gián đoạn, đưa ra một số điều kiện đơn trị để áp dụng mơ hình trong tính tốn phát tán đám mây hơi LPG hình thành sau sự cố nổ thiết bị chứa LPG xuất phát từ đặc điểm sử dụng LPG ở Việt Nam được tŕnh bày trong h́nh 4.15 như sau:
Điều kiện dơn trị trong mơ hình phát tán quả cầu lửa
• Điều kiện khí tượng: Tốc độ của gió u (m/s) trong thời gian khảo sát là ổn định; hướng gió khơng thay đổi trong thời gian khảo sát; cấp ổn định khí quyển khơng thay đổi; Tốc độ gió trung bình của các địa phương ở Việt Nam có thể xác định bằng cách tra bảng theo TLTK [24]. Nếu đánh giá sự cố tại vị trí thiết bị chứa LPG đặt trên mặt đất và tại đường tâm của sự cố, ta có: y=z=0. Chiều gió chuyển động là trục x và lấy cấp ổn định là trung tính.
• Điều kiện thời gian: điều kiện ban đầu: t=0 (s) là thời điểm xảy ra sự cố, bắt đầu xuất hiện đám mây hơi LPG. Sau thời gian Δt quả cầu đó ít thay đổi và chỉ chuyển động do sức đẩy của gió với tốc độ chuyển động bằng tốc độ của gió u (m/s). Như vậy, sau khoảng thời gian t (s) tính từ lúc bắt đầu di chuyển khỏi nguồn, quả cầu lửa sẽ di chuyển được một khoảng x (m), cách nơi xảy ra sự cố, tính theo tâm luồng khí : x=u.t (m).
• Điều kiện hóa - lý: Trong q trình phát tán, các chất ơ nhiễm trong quả cầu lửa ít trao đổi vật chất với mơi trường, khơng tham gia các phản ứng khác; khơng
có các chất ơ nhiễm khác khuyếch tán vào quả cầu lửa. Các thông số nhiệt vật lý như nhiệt dung riêng, khối lượng riêng của đám mây hơi là hằng số.
• Điều kiện địa hình: q trình phát tán của đám mây hơi xảy ra tại nơi có địa hình bằng phẳng, khơng có chướng ngại vật, độ nhám mặt đất nhỏ.
Nồng độ chất ô nhiễm theo hướng gió của qủa cầu lửa trong khơng gian và thời gian được biểu diễn bằng mơ hình tốn 3.27 được viết lại dưới đây:
Ở đây: Hr: chiều cao hữu dụng của nguồn thải (m):
• hr: chiều cao hình học của thiết bị. Do các bồn chứa LPG thường có chiều cao thấp, được đặt nằm ngang ngay trên mặt đất, do đóhr≈ 0;
• Δh: chiều cao nâng của đám mây hơi:
Đối với nguồn thải điểm, chiều cao nâng của luồng khói được kể đến khi nguồn phát thải là nguồn nóng và chênh lệch nhiệt độ giữa mơi chất với mơi trường khơng khí có giá trị khá lớn; vận tốc của khối khí trước khi thốt ra ngồi làϖ≠ 0
Các tài liệu tham khảo [15], [28], [40], [64], [75], [93]
. Trường hợp nguồn thải lạnh, chiều cao nâng cũng được kể đến khi vận tốc của luồng khí trước khí thốt ra ống khóiϖ≠ 0[93].
Đối với bài toán đang xét, từ nguồn tài liệu tham khảo mà tác giả luận án tiếp cận được thì cho tới điểm hiện nay chưa có cơng thức nào đề cập tới chiều cao nâng trong trường hợp này
Các tài liệu tham khảo [22], [37], [40], [81], [82], [83], [111], [112], [113], [125], [127], [137], [138], [139], [146], [154], [155], [159], [169]
... Hơn nữa, khi quan sát hình ảnh các sự cố nổ thiết bị chứa LPG đã xảy ra được ghi lại bằng hình ảnh thì đám mây hơi LPG hình thành ngay sát bề mặt thiết bị rồi mới bốc lên cao. Hình 4.16 và 4.17 cho thấy hình ảnh của quả cầu lửa được hình thành ngay sát bề mặt bồn chứa LPG trên tàu chở LPG.
Chính vì vậy và để đơn giản trong tính tốn xét trong phạm vi sai số cho phép của bài toán, kết hợp với việc chuyển gốc tọa độ lên theo tâm của đám mây hơi trong quá trình di chuyển như đã trình bày trong phần 3.2.2, luận án giả thiết rằng độ nâng của đám mây hơi coi như khơng đáng kể, .
Hình ảnh quả cầu lửa hình thành sát bề mặt bồn chứa LPG trong sự cố tại Mehico năm 1984
Hình ảnh quả cầu lửa trong sự cố nổ thiết bị chứa LPG trên tàu biển Nguồn: Internet
Từ công thức 3.27 và kết hợp với các giả thiết và điều kiện đơn trị, nồng độ của chất ô nhiễm lửa tại tâm trong quả cầu theo hướng gió theo cơng thức sau đây:
Như vậy, quả cầu lửa di chuyển trong khí quyển cùng với tốc gió và phát triển theo cả 3 hướng, phụ thuộc vào khối lượng đám mây hơi LPG ban đầu và chất ô nhiễm được tạo thành trong quá trình cháy, vào thời gian di chuyển ...