sluiten

Inloggen

Log hieronder in met uw gebruikersnaam en wachtwoord.

Deze ontvangt u van ons bij het afsluiten van een (proef)abonnement.

Nog geen inlog? meld u gratis aan


Vragen?
Kunt u niet inloggen of heeft u vragen over een (proef)abonnement?.
Neem dan contact op met BIM Media Klantenservice:

sluiten

Welkom bij Kennisbank ATEX

Om de uitgebreide informatie op de kennisbank te kunnen lezen heeft u een inlogcode nodig. Deze ontvangt u bij het afsluiten van een abonnement.

Waarom de ATEX kennisbank

  • Kennis van experts altijd beschikbaar
  • Antwoorden, oplossingen en tools
  • Toevoegen van eigen notities mogelijk
  • Praktijkcases, veelvuldig aangevuld
  • Handige formules en interactieve berekeningen
Neem nu een abonnement >

Abonnement vanaf € 255,- per jaar, ieder moment opzegbaar. Meer over een abonnement op ATEX

“ De ATEX boeken hielpen me al goed op weg, maar met de Kennisbank ATEX zijn antwoorden, oplossingen en tools altijd en overal beschikbaar ”
 

H. Vlottes, directeur Vlottes Electromechaniek
Installatie Service Bureau

Inloggen voor abonnees


Vragen?
Kunt u niet inloggen of heeft u vragen over een abonnement?
Neem dan contact op met Vakmedianet Klantenservice: ​088 58 40 888

Of stuur een e-mail naar: klantenservice@vakmedianet.nl

Soorten explosies

Er ontstaan explosies wanneer mengsels van brandstof binnen de explosiegrenzen, lucht met voldoende zuurstof en ontstekingsbronnen aanwezig zijn. Dan is er sprake van de zogeheten explosiedriehoek (zie afbeelding).

Explosiedriehoek

Explosiedriehoek.


Op dit gebied is in de Europese Richtlijn een speciale definitie van explosieve atmosfeer gegeven, namelijk een explosieve atmosfeer is een atmosfeer waarin de verbranding zich na ontsteking uitbreidt tot het gehele niet-verbrande mengsel. In geval van een explosie lopen werknemers gevaar door enerzijds de ongecontroleerde effecten van vlammen en druk in de vorm van hittestraling, vlammen, drukgolven en rondvliegende brokstukken, anderzijds schadelijke reactieproducten en het verbruik tijdens de reactie van de voor het ademhalen benodigde zuurstof uit de omgevingslucht.
 
Naargelang de aard van de vrijkomende energie kan men de volgende belangrijke explosietypen onderscheiden (zie onderstaande afbeelding):
• fysische explosies;
• chemische explosies.
 
Overzicht van explosies
Overzicht van explosies.
 

Fysische explosies

Onder fysische explosies verstaat men explosies die niet het gevolg zijn van chemische of nucleaire reacties. Het bekende voorbeeld van een fysische explosie is het plotseling begeven van een drukhouder die is gevuld met een samengeperst gas. Door de bijna directe expansie van het gas worden drukgolven in de omgeving gecreëerd. Een gedeelte van de explosieenergie wordt omgezet in kinetische energie van primaire scherven, afkomstig van de houder zelf.
 
Een bijzondere vorm van een fysische explosie is de thermische explosie. Die doet zich voor wanneer twee vloeistoff en met elkaar in contact worden gebracht, waarvan de ene een aanmerkelijk hogere temperatuur heeft dan de kooktemperatuur van de tweede (bijvoorbeeld gesmolten ijzererts en water). De verdamping van de laagst kokende vloeistof die hierop volgt, kan aanleiding geven tot zeer hoge drukken. Thermische explosies kunnen zich onder ander voordoen in de:
  • staalindustrie: bij het vullen van gesmolten ijzererts in wagons waar een hoeveelheid spoelwater is achtergebleven;
  • petroleumindustrie: bij tankbranden van ruwe aardolie en soortgelijke producten. Water, dat steeds in ruwe aardolie aanwezig is, verzamelt zich onderaan in de opslagtanks. Bij een tankbrand vormt zich onder het brandende oppervlak een warmtefront dat het water doet verdampen zodra het in contact komt met de waterlaag. Door de druktoename kunnen grote hoeveelheden brandende aardolie in de omgeving worden rondgeslingerd.
 
BLEVE’s (boiling liquid expanding vapour explosions) zijn eveneens fysische explosies. Ze worden veroorzaakt door de plotselinge verdamping van tot vloeistof verdichte gassen. De stof koelt af doordat deze de nodige verdampingswarmte aan zichzelf onttrekt. Zelfs wanneer het gas onder normale omstandigheden lichter is dan lucht, ontstaat een gaswolk die zwaarder is dan lucht. Veel BLEVE’s worden veroorzaakt door een brand rond een lpg-houder. Op het ogenblik dat de houder openscheurt en de BLEVE zich voordoet, wordt het lpg ontstoken en ontstaat er een vuurbal. Om deze reden wordt een BLEVE dikwijls in verband gebracht met de spectaculaire vuurbal.
 
Er is een belangrijk verschil tussen de fysische explosie, die zeer kort duurt, en de vuurbal, die meerdere minuten kan duren en alleen kan worden gevormd wanneer de stof brandbaar is. Behalve met vuurballen, moet men bij BLEVE’s ook rekening houden met de bijzondere gevaren van primaire projectielvorming. De ervaring leert dat dikwijls grote eindstukken of zelfs volledige houders als raketten door de verdampende stof over grote afstanden, tot ongeveer 1 km, kunnen worden weggeslingerd.
 
Bliksem kan ook gezien worden als een fysische explosie (zie afbeelding). Bij de doorslag van de lucht worden lokaal zeer hoge temperaturen bereikt, waardoor de lucht gaat expanderen. Door de plotselinge expansie worden drukgolven gevormd.
 
Bliksemontlading
Bliksemontlading
 

Chemische explosies

Chemische explosies ontstaan door snelle, exotherme chemische reacties. Enkele belangrijke soorten zijn:

  • wegloopreactie: een voorbeeld van een dergelijke zogeheten run-away reactie is een ongecontroleerde polymerisatie in een reactor (zie afbeelding);
  • decompositiereactie: deze ligt aan de basis van de destructieve kracht van springstoff en, zoals TNT; 
  • exotherme verbrandingsreactie: voorbeelden hiervan zijn gas- en stofexplosies.

Run-away reactie

 

Run-away reactie. Bron: www.dreamstime.com.
 
Chemische explosies kunnen verder worden onderverdeeld naar de voortplantingssnelheid van het reactiefront en de ruimte waarin de explosie optreedt. Het onderscheid tussen deflagraties en detonaties enerzijds en inwendige en vrije explosies anderzijds wordt hierna verduidelijkt.

Deflagratie en denotatie

Bij de ontsteking van een explosief mengsel zal de ontstekingsenergie aanleiding geven tot een plotselinge temperatuurstijging in de onmiddellijke buurt van de ontstekingsbron. Ter plaatse wordt de reactiesnelheid vergroot, waardoor warmte sneller vrijkomt. Door de temperatuurstijging en de productie van verbrandingsgassen worden lokaal eveneens hoge drukken gevormd. Door de samendrukking van het onverbrande mengsel stijgt tevens ter plaatse de temperatuur. Ook door warmteoverdracht vanuit de reactiezone zal de temperatuur in de nabijgelegen zones toenemen. Door de temperatuurstijging start de verbrandingsreactie na zekere tijd ook in het tot dan toe onverbrande mengsel.

Er ontstaat een reactiefront dat zich in het explosieve mengsel voortplant (zie onderstaande afbeelding). Dit wordt ook wel de ruimtelijke voortplantingssnelheid van een explosiereactie genoemd. De zone waarin de reactie zich voltrekt, noemt men de verbrandingszone of verbrandingsgolf. De dikte van deze zone kan variëren van enkele μm tot oneindig.
 
Een reactiezone in een exploderende stof
Een reactiezone in een exploderende stof
 
 
Onder verbrandingssnelheid verstaat men de snelheid van de verbrandingsgolf ten opzichte van het onverbrande mengsel in de richting loodrecht op het vlamfront en onder adiabatische voorwaarden. De verbrandingssnelheid kan waarden aannemen van enkele centimeters tot meerdere kilometers per seconde. Zo verplaatst de reactiezone van de vlam van een Bunsenbrander zich met een snelheid van 1 m/s ten opzichte van het uitstromende gas. Bij een stationaire vlam is de verbrandingssnelheid gelijk aan de uitstromingssnelheid van het onverbrande mengsel in het vlamfront. In andere gevallen is het mogelijk dat door ontsteking
van een explosief mengsel dat zich op hoge temperatuur of druk bevindt, het reactiefront zich verplaatst met een snelheid van meerdere kilometers per seconde.
 
De term verbrandingssnelheid heeft niet dezelfde betekenis als de term vlamsnelheid. De verbrandingssnelheid is de snelheid waarmee het vlamfront zich in het onverbrande mengsel voortplant. De vlamsnelheid is de snelheid waarmee het vlamfront zich beweegt ten opzichte van een vaste waarnemer. De vlamsnelheid kan zowel kleiner als groter dan de verbrandingssnelheid zijn:
  • Zo ligt de verbrandingssnelheid van een Bunsenbrander, zoals eerder vermeld, in de orde van 1 m/s. De vlamsnelheid bedraagt in dit geval 0 m/s doordat de vaste waarnemer de vlam steeds op dezelfde plaats ziet.
  • De vlamsnelheid van een in een leiding voortplantend vlamfront zal groter zijn dan de verbrandingssnelheid, doordat het onverbrande mengsel voortgestuwd wordt door de expanderende verbrandingsgassen.
 
Het verschijnsel van een explosie met een trage voortplantingssnelheid noemt men een deflagratie, het andere noemt men een detonatie. De overgang tussen deflagratie en detonatie is zeer onstabiel. 
 
Een deflagratie wordt in stand gehouden door warmtetransport. Door de hoge temperatuur in de reactiezone wordt warmte voor het vlamfront uit getransporteerd, waarna een volgende laag tot reactie komt. Het temperatuurprofiel in de reactie is schematisch weergegeven in
onderstaande afbeelding.
 
Temperatuurprofi el in een reactiezone bij een gas- of dampexplosie
Temperatuurprofiel in een reactiezone bij een gas- of dampexplosie.
Te = gemiddelde eindtemperatuur
To = begintemperatuur
T1 = temperatuur waarbij het volume-elementje warmte begint te produceren
Q = reactiewarmte
C = gemiddelde soortelijke warmte bij constant volume
 
Defl agraties kennen voortplantingssnelheden van 0,1 tot 100 m/s. De voortplantingssnelheid bij detonaties bedraagt typisch 1 tot 10 km/s. De zeer hoge voortplantingssnelheid van de reactiezone bij detonaties geeft aanleiding tot supersone snelheden en de vorming van schokgolven. Het reactiefront en de schokgolven vallen ongeveer samen. Dit is niet het geval bij een deflagratie, want daar blijven de snelheden subsoon en worden er drukgolven gevormd. De drukgolven planten zich veel sneller voort dan het vlamfront.
 
Een explosie kan ontstaan als een deflagratie of detonatie (zie onerstaande afbeeldingen). Detonaties zijn echter uitzonderlijk, omdat ze extreme begincondities vergen. In het kader van dit boek wordt aangenomen dat explosies in het beginstadium steeds van het defl agratietype zijn, maar dat ze in bepaalde omstandigheden in een detonatie kunnen omslaan. In dit verband is sprake van een DDT of deflagration to detonation transition.
Denotatie van springstoffen Denotatie van springstoffen
Denotatie van springstoffen.

Inwendige en vrije explosies

Explosies kunnen ook ingedeeld worden naar de omgeving waarin zij zich voordoen. Er is verschil tussen inwendige (confined) en vrije (unconfoned) explosies. Bij inwendige explosies wordt de drukopbouw mede bepaald door de aanwezigheid van wanden die het exploderende volume volledig begrenzen. Bij vrije explosies zijn zulke wanden niet aanwezig.
 
Een speciale situatie doet zich voor wanneer één afmeting van de ruimte waarin de explosie zich voordoet veel groter is dan de andere. Dit is bijvoorbeeld het geval bij leidingen en kanalen. In dergelijke configuraties kunnen relatief gemakkelijk detonaties ontstaan. Bij inwendige explosies heeft men meestal te maken met defl agraties waarbij drukken gegenereerd kunnen worden tot tienmaal de begindruk. Detonaties doen zich meestal voor in leidingen en kanalen waarin zij drukken kunnen veroorzaken van tientallen keren de begindruk.
 
Bij vrije explosies zijn de overdrukken meestal tot enkele tienden van een bar beperkt. Hieruit mag men in geen geval concluderen dat vrije explosies minder gevaarlijk zijn dan inwendige. Vrije gaswolkexplosies (UVCE’s, unconfined vapour cloud explosions) behoren tot de meest gevreesde explosies die zich in de procesindustrie kunnen voordoen.

Gas- en stofexplosies

Er bestaat in feite geen fundamenteel onderscheid tussen gas- en stofexplosies. Zowel hun ontstaan en evolutie als hun mogelijke eff ecten zijn gelijk. Ook bij de preventie van en de beveiliging tegen deze explosies worden grotendeels dezelfde principes gehanteerd. De aanpak van de problematiek is in grote lijnen dezelfde. De problemen met betrekking tot de stofexplosie zijn over het algemeen complexer dan die van de gasexplosies, omdat stof:
  • in een schijnbaar ongevaarlijke toestand aanwezig kan zijn, bijvoorbeeld in de vorm van een stoflaag;
  • een vast product is dat bestaat uit deeltjes die onderling qua vorm en grootte (parameters die de explosiviteit in grote mate beïnvloeden) zeer sterk van elkaar kunnen verschillen.

 

Bovendien kan de samenstelling van het stof dat men in de verschillende onderdelen van de installatie terugvindt van plaats tot plaats beduidend verschillen. De afbeeldingen hieronder tonen de gevolgen van een stofexplosie. Anderzijds is het zo dat de kans op het optreden van vrije stofwolkexplosies bijna nihil is. Hybride mengsels zijn bijzonder gevaarlijk en treden door de evoluerende poedertechniek steeds frequenter op. Bij hybride explosies is er een combinatie van gas en stof (en/of een vloeistofnevel) als brandstof aanwezig. Zelfs wanneer
uiterst geringe hoeveelheden van een brandbaar gas in een stofwolk aanwezig zijn (beneden de LEL), is de ontsteking van een dergelijke hybride wolk gemakkelijker en de explosie ervan heftiger dan die van de corresponderende stofwolk.
 
Voorbeeld van de gevolgen van een stofexplosie
Een voorbeeld van de gevolgen van een stofexplosie. Bron: images.google.com.
 
Voorbeeld van de gevolgen van een stofexplosie
Nog een voorbeeld van de gevolgen van een stofexplosie. Bron: images.google.com.