Contribution to the study of boiling liquid expanding vapor explosions and their mechanical effects

Abstract

Boiling Liquid Expanding Vapor Explosions keep occurring from time to time in process plants, storage areas and transportation by road or rail, often with severe effects. There is no doubt that a better knowledge of their main features will help in decreasing both their frequency and their consequences. This is the main aim of this thesis: the analysis of the main causes of BLEVEs, the improvement in the prediction of their effects and consequences and, finally, the definition of simple measures to be applied in the management of emergencies associated to these events. Historical analyses have been performed to determine the prevalence of BLEVEs among all major accidents in fixed plants and in the transportation of hazardous materials, as well as their main causes; the action of fire as domino effect escalation has also been studied, with special attention to the time to failure of a vessel in such a situation. The different existing methodologies for the estimation of the peak overpressure are presented and compared, and the diverse uncertainty factors affecting the prediction of BLEVE mechanical effects are analyzed. A new and relatively simple methodology has been proposed to predict the blast effects of these explosions, which allows a quick and accurate estimation. Finally, based on all these analyses, simple emergency management measures are proposed which could reduce significantly the consequences of BLEVEs on people.

Encara avui, en plantes de procés, àrees d’emmagatzematge o en el transport per carretera o ferrocarril, de tant en tant es continuen produint les explosions anomenades BLEVE (Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion, en català explosió del vapor en expansió d’un líquid bullent), sovint amb efectes molt severs. No hi ha cap mena de dubte que conèixer millor les principals característiques d’aquestes explosions permetrà reduir-ne tant la seva freqüència com les seves conseqüències. Aquesta és precisament la principal finalitat d’aquesta tesi: l’anàlisi de les causes principals de les BLEVEs, la millora en la predicció dels seus efectes i conseqüències i, finalment, la definició de mesures que siguin senzilles d’aplicar quan es produeixen emergències associades a aquest tipus d’esdeveniment. S’han dut a terme anàlisis històriques per a determinar la prevalença de les BLEVEs d’entre tots els accidents greus que es poden produir en instal·lacions fixes i durant el transport de mercaderies perilloses, així com també per a determinar-ne les causes principals. També s’ha analitzat l’acció que exerceix el foc com a element desencadenant d’efecte dominó, fent especial atenció al temps que trigarà un dipòsit en esclatar quan es veu sotmès a la seva acció. També es presenten i comparen les diverses metodologies existents per a l’estimació del pic de sobrepressió produït en una BLEVE, i s ¿analitzen els diversos factors d’incertesa que afecten la predicció dels efectes mecànics generats en una BLEVE. S’ha presentat una metodologia nova i relativament simple per predir els efectes d’aquest tipus d’explosions, que permet fer estimacions ràpides i acurades. Finalment, en base a totes aquestes anàlisis, s’han proposat mesures senzilles per a la gestió d’aquest tipus d’emergències que poden ajudar a reduir significativament les conseqüències de les BLEVEs sobre les persones.