Паровой взрыв - Steam explosion

Смотрите также: Взрыв котла и BLEVE
Литораль взрыв на входе в океан Вайкупанаха на большом острове Гавайи был вызван лава вход в океан

А паровой взрыв является взрыв вызванные бурным кипением или попаданием воды в пар, возникающий, когда вода либо перегретый, быстро нагревается мелкими горячими обломками, образующимися внутри него, или нагревается при взаимодействии расплавленных металлов (как при взаимодействии топлива и теплоносителя, или FCI, расплавленного ядерного реактора топливные стержни с водой в активная зона ядерного реактора после расплавление ядра ). Сосуды под давлением, такие как реакторы с водой под давлением (ядерные), которые действуют выше атмосферное давление может также создать условия для парового взрыва. Вода превращается из жидкости в газ с огромной скоростью, резко увеличиваясь в объеме. Паровой взрыв разбрызгивает пар, кипящую воду и горячую среду, которая нагревает их во всех направлениях (если они не ограничены иным образом, например стенками контейнера), создавая опасность ошпаривание и жжение.

Паровые взрывы обычно не химические взрывы, хотя ряд веществ химически реагирует с паром (например, цирконий и перегретый графит реагируют с паром и воздухом соответственно с выделением водород, который сильно горит на воздухе), что может привести к химическим взрывам и пожарам. Некоторые паровые взрывы кажутся особыми видами кипящая жидкость расширяющийся пар взрыв (BLEVE), и полагаться на сброс сохраненного перегрева. Но многие крупномасштабные события, включая аварии на литейном производстве, демонстрируют свидетельства распространения фронта выделения энергии через материал (см. Описание FCI ниже), где силы создают фрагменты и смешивают горячую фазу с холодной летучей; а быстрая теплопередача на фронте поддерживает распространение.

Если паровой взрыв происходит в замкнутом резервуаре с водой из-за быстрого нагрева воды, волна давления и быстро расширяющийся пар могут вызвать серьезные гидроудар. Это был механизм, который в Айдахо, США, в 1961 г. SL-1 судно ядерного реактора перепрыгнет в воздухе на высоту более 9 футов (2,7 м), когда оно было уничтожено авария с критичностью. В случае SL-1 топливо и тепловыделяющие элементы испарялись от мгновенного перегрева.

События этого общего типа также возможны при постепенном плавлении топлива и тепловыделяющих элементов ядерного реактора с жидкостным охлаждением. Такие взрывы известны как взаимодействие топливо-теплоноситель (FCI).[нужна цитата ] В этих случаях прохождение волны давления через предварительно диспергированный материал создает силы потока, которые дополнительно фрагментируют расплав, что приводит к быстрой теплопередаче и, таким образом, поддержанию волны. Большая часть физического разрушения в Чернобыльская катастрофа, с графитовым замедлителем, с водяным охлаждением РБМК-1000 считается, что произошел из-за такого парового взрыва.

В ядерный расплав, самый тяжелый исход парового взрыва - ранний здание содержания неудача. Две возможности: выброс расплавленного топлива под высоким давлением в защитную оболочку, вызывающий быстрое нагревание; или паровой взрыв внутри судна, вызывающий выброс ракеты (например, верхняя часть головы ) внутрь и через оболочку. Менее драматичным, но все же значительным является то, что расплавленная масса топлива и активной зоны реактора плавится через пол здания реактора и достигает грунтовые воды; может произойти паровой взрыв, но обломки, вероятно, будут удерживаться, и, фактически, будучи рассредоточенными, вероятно, будут легче охлаждены. Увидеть WASH-1400 для подробностей.

Паровые взрывы часто встречаются в горячих местах. лава встречает морскую воду. Такой случай также называется прибрежный взрыв. Опасный паровой взрыв может также возникнуть при контакте жидкой воды с горячим расплавленным металлом. Когда вода превращается в пар, она разбрызгивает вместе с ним раскаленный жидкий металл, вызывая чрезвычайный риск серьезных ожогов для всех, кто находится поблизости, и создает опасность пожара.

Практическое использование

Паровые турбины

При взрыве водяного пара образуется большой объем газа без образования вредных для окружающей среды остатков. Управляемый взрыв воды применялся для генерации пара на электростанциях и в современных типах паровые турбины. В новых паровых двигателях используется нагретое масло, чтобы заставить капли воды взорваться и создать высокое давление в контролируемой камере. Затем давление используется для запуска турбины или преобразованного двигателя внутреннего сгорания. Взрывы горячего масла и воды становятся особенно популярными в сконцентрированных солнечных генераторах, потому что воду можно отделить от масла в замкнутом контуре без какой-либо внешней энергии. Водяной взрыв считается экологически чистый если тепло производится из возобновляемых источников.

Быстрое кипячение в кулинарии

В технике быстрого кипячения используется небольшое количество воды, чтобы ускорить процесс кипячения. Например, эту технику можно использовать, чтобы растопить ломтик сыра на пирожке для гамбургеров. Ломтик сыра кладут поверх мяса на горячую поверхность, например на сковороду, и на поверхность рядом с пирожком выливают небольшое количество холодной воды. Затем используется сосуд (например, крышка кастрюли или сковороды), чтобы быстро закрыть реакцию испарения пара, рассеивая большую часть пропаренной воды на сыре и пирожке. Это приводит к большому выделению тепла, передаваемого через испаренную воду, конденсирующуюся обратно в жидкость (принцип, также используемый в холодильник и морозильная камера производство).

Другое использование

Двигатель внутреннего сгорания может использовать мгновенное кипячение для распыления топлива.[1]

Другие явления быстрого кипения

Струя пара поднимается выше Крайслер-билдинг в течение 2007 Паровой взрыв в Нью-Йорке

Высокие скорости парообразования могут возникать при других обстоятельствах, таких как отказ барабана котла или на фронте гашения (например, когда вода повторно поступает в сухой котел). Хотя они потенциально опасны, они обычно менее энергичны, чем события, в которых горячая («топливная») фаза расплавляется и поэтому может быть мелко фрагментирована в летучей («охлаждающей») фазе. Ниже приведены некоторые примеры:

Паровые взрывы естественным образом производятся вулканы, особенно стратовулканы, и являются основной причиной гибели людей в результате извержений вулканов.

1986 год Чернобыльская ядерная катастрофа в Советском Союзе опасались вызвать сильный паровой взрыв (и Европа -широкий радиоактивные осадки ) при плавлении лава -любить ядерное топливо сквозь реактор цоколя на предмет контакта с остатками воды пожаротушения и грунтовые воды. Угроза была предотвращена неистовым туннелирование под реактором, чтобы откачать воду и укрепить нижележащий грунт с помощью бетон.

Когда емкость под давлением, например, водяная сторона пара котел разрывы всегда сопровождаются паровым взрывом. Обычный Рабочая Температура а давление для судового котла составляет около 950 фунтов на квадратный дюйм (6600 кПа) и 850 ° F (454 ° C) на выходе из пароперегревателя. Паровой котел имеет поверхность раздела пара и воды в паровом барабане, где вода, наконец, испаряется из-за подводимого тепла, обычно это горелки, работающие на жидком топливе. Когда водопроводная труба выходит из строя по любой из множества причин, вода в котле расширяется из отверстия в область топки, которая всего на несколько фунтов на квадратный дюйм выше атмосферного давления. Это, вероятно, погасит все возгорания и расширится на большую площадь по бокам котла. Чтобы снизить вероятность разрушительного взрыва, котлы ушли из "дымовая труба «конструкции, в которых тепло добавлялось путем пропускания горячих газов через трубы в водоеме»водяная трубка «котлы, в которых вода находится внутри трубок, а зона топки находится вокруг труб. Старые« жаротрубные »котлы часто выходили из строя из-за низкого качества сборки или отсутствия технического обслуживания (например, коррозии дымовых труб или усталость оболочки котла из-за постоянного расширения и сжатия). Выход из строя дымовых труб заставляет большие объемы пара под высоким давлением и высокой температурой возвращаться обратно в дымовые трубы за доли секунды и часто сдувает горелки с передней части котла, тогда как отказ сосуда высокого давления, окружающего воду, может привести к к полному отказу от содержимого котла при большом паровом взрыве. На морском котле это наверняка приведет к повреждению силовой установки корабля и, возможно, соответствующей части корабля.

В более домашних условиях паровые взрывы могут быть результатом попытки тушить горящее масло водой в процессе, называемом переварить. Когда масло в сковороде горит, естественным побуждением может быть потушить его водой; однако это приведет к перегреву воды горячим маслом. Образующийся пар будет быстро и сильно распространяться вверх и наружу в виде спрея, также содержащего воспламененное масло. Правильный метод тушения таких пожаров - использование влажной ткани или плотной крышки на сковороде; оба метода лишают огонь кислород, и ткань также охлаждает его. В качестве альтернативы, энергонезависимая цель предназначена огнестойкий материал агент или просто пожароустойчивое одеяло может быть использован.

Смотрите также

Список используемой литературы

использованная литература

  1. ^ Моджтаби, Мехди; Уигли, Грэм; Хели, Джером (2014). «ВЛИЯНИЕ ВСПЫШКОВОГО КИПЕНИЯ НА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ АТОМИЗАЦИИ МНОГОПОТОЧНЫХ ИНЖЕКТОРОВ ПРЯМОГО ВПРЫСКА БЕНЗИНА». Распыление и распыление. 24 (6): 467–493. Дои:10.1615 / AtomizSpr.2014008296.