eksplosjonshendelser og eksperimenter v/ professor dag bjerketvedt, høyskolen i telemark

68
Explosions Incidents and Experiments Dag Bjerketvedt Høgskolen i Telemark / Tel-Tek [email protected] Herøya – Lloyd’s Register Energy 29.10.2014

Upload: lloyds-register

Post on 21-Jul-2015

134 views

Category:

Engineering


3 download

TRANSCRIPT

Page 1: Eksplosjonshendelser og eksperimenter v/ Professor Dag Bjerketvedt, Høyskolen i Telemark

Explosions

Incidents and Experiments Dag Bjerketvedt Høgskolen i Telemark / Tel-Tek

[email protected]

Herøya – Lloyd’s Register Energy

29.10.2014

Page 2: Eksplosjonshendelser og eksperimenter v/ Professor Dag Bjerketvedt, Høyskolen i Telemark

http://www.ostlendingen.no/nyheter/terrorbombe-gjenskapt-

i-rena-leir-1.7198346

Terrorbomben gjenskapt i Rena leir

Page 3: Eksplosjonshendelser og eksperimenter v/ Professor Dag Bjerketvedt, Høyskolen i Telemark

22. Juli 2011

http://www.aftenposten.no/

Page 4: Eksplosjonshendelser og eksperimenter v/ Professor Dag Bjerketvedt, Høyskolen i Telemark

West Fertilizer Explosion and Fire

• 17th April 2013 Texas

• Detonation of approximately

30 tons of AN

http://www.csb.gov/assets/1/19/West_Preliminary_Findings.pdf

RTexas/ROslo≈ (30/0.8)^(1/3) ≈ 3.3

Crater 93 feet in diameter

and 10 feet in depth

Page 5: Eksplosjonshendelser og eksperimenter v/ Professor Dag Bjerketvedt, Høyskolen i Telemark

https://uk.marsh.com/Portals/18/Documents/100%20Largest%20Losses%2023rd%20Edition%202014.pdf

Page 6: Eksplosjonshendelser og eksperimenter v/ Professor Dag Bjerketvedt, Høyskolen i Telemark

https://uk.marsh.com/Portals/18/Documents/100%20Largest%20Losses%2023rd%20Edition%202014.pdf

Page 7: Eksplosjonshendelser og eksperimenter v/ Professor Dag Bjerketvedt, Høyskolen i Telemark

https://uk.marsh.com/Portals/18/Documents/100%20Largest%20Losses%2023rd%20Edition%202014.pdf

Page 8: Eksplosjonshendelser og eksperimenter v/ Professor Dag Bjerketvedt, Høyskolen i Telemark

https://uk.marsh.com/Portals/18/Documents/100%20Largest%20Losses%2023rd%20Edition%202014.pdf

Page 9: Eksplosjonshendelser og eksperimenter v/ Professor Dag Bjerketvedt, Høyskolen i Telemark

• Eksplosjon i avløpssystemet

• Tre dager før eksplosjon skjedd ble det rapportert lukt av bensin

Det ble ikke foretatt noen evakuering før eksplosjonen skjedde

• 215 mennesker ble drept og 1500 skadde

1000 bygninger kollapset eller ble sterkt skadet.

Guadalajara, Mexico, April 1992

Page 10: Eksplosjonshendelser og eksperimenter v/ Professor Dag Bjerketvedt, Høyskolen i Telemark

Fukushima Nuclear Power Plant March 2011

www.bbc.co.uk/news/world-asia-pacific-12726591

Page 11: Eksplosjonshendelser og eksperimenter v/ Professor Dag Bjerketvedt, Høyskolen i Telemark

Gas Explosion Grenland 1985 - 2014

1985 : Ammonia plant NI, Herøya

1986 : Ammonia plant NII; Herøya

1988 : VCM plant, Rafnes

1995 : Boiler explosion, Rafnes

1997 : CO2 pipe-line, Herøya

2002 : Eramet MRU, Roligheten

Page 12: Eksplosjonshendelser og eksperimenter v/ Professor Dag Bjerketvedt, Høyskolen i Telemark

Gas Explosion Grenland 1985 - 2014

1985 : Ammonia plant NI, Herøya

1986 : Ammonia plant NII; Herøya

1988 : VCM plant, Rafnes

1995 : Boiler explosion, Rafnes

1997 : CO2 pipe-line, Herøya

2002 : Eramet MRU, Roligheten

1985

1986 2002

1997

Page 14: Eksplosjonshendelser og eksperimenter v/ Professor Dag Bjerketvedt, Høyskolen i Telemark

Pipe

Building

Wash tower

Gas Explosion

RNI/ROslo≈ (0.2/0.8)^(1/3) ≈ 0.6

Page 19: Eksplosjonshendelser og eksperimenter v/ Professor Dag Bjerketvedt, Høyskolen i Telemark

Impulse and estimated distance an wall element was thrown (m)

vs. mass of hydrogen

Page 20: Eksplosjonshendelser og eksperimenter v/ Professor Dag Bjerketvedt, Høyskolen i Telemark

Local explosions (DDT?) or shock focusing ?

Page 23: Eksplosjonshendelser og eksperimenter v/ Professor Dag Bjerketvedt, Høyskolen i Telemark

Skadeutvikling Hydro Norge Skader med fravær per mill. timer

0

5

10

15

20

25

30

1970

1973

1976

1979

1982

1985

1988

1991

1994

NI ulykken 1985

Page 24: Eksplosjonshendelser og eksperimenter v/ Professor Dag Bjerketvedt, Høyskolen i Telemark

Vi fulgte bare den uskrevne HMS-reglen;

Smeller det så smeller det, og da er det jo for seint allikevel…

Varden, 20/12-2008

Page 26: Eksplosjonshendelser og eksperimenter v/ Professor Dag Bjerketvedt, Høyskolen i Telemark

Gas Explosion Grenland 1985 - 2014

1985 : Ammonia plant NI, Herøya

1986 : Ammonia plant NII; Herøya

1988 : VCM plant, Rafnes

1995 : Boiler explosion, Rafnes

1997 : CO2 pipe-line, Herøya

2002 : Eramet MRU, Roligheten

1985

1986 2002

1997

Page 27: Eksplosjonshendelser og eksperimenter v/ Professor Dag Bjerketvedt, Høyskolen i Telemark

1986 NII Hydrogen Explosion

• 100 m long pipe with a diameter of 0.5 m

• 4 to 8 bar at time of ignition

• DDT -Transition to detonation (~ 200 bar)

Page 28: Eksplosjonshendelser og eksperimenter v/ Professor Dag Bjerketvedt, Høyskolen i Telemark

Flame Acceleration in a pipe

Laminar

flame

Flame velocity

Turbulent

flame

Detonation

M > 1

CJ-detonatjon

~ 5 m/s

~ 1800 m/s

Deflagration

M < 1

?

Page 30: Eksplosjonshendelser og eksperimenter v/ Professor Dag Bjerketvedt, Høyskolen i Telemark

1986 NII Hydrogen Explosion

• 100 m long pipe with a diameter of 0.5 m

• 4 to 8 bar at time of ignition

• DDT -Transition to detonation (~ 200 bar)

Page 31: Eksplosjonshendelser og eksperimenter v/ Professor Dag Bjerketvedt, Høyskolen i Telemark

Gas Explosion Grenland 1985 - 2014

1985 : Ammonia plant NI, Herøya

1986 : Ammonia plant NII; Herøya

1988 : VCM plant, Rafnes

1995 : Boiler explosion, Rafnes

1997 : CO2 pipe-line, Herøya

2002 : Eramet MRU, Roligheten

1985

1986 2002

1997

Page 35: Eksplosjonshendelser og eksperimenter v/ Professor Dag Bjerketvedt, Høyskolen i Telemark

Ignition and flame acceleration

Ignition

Page 37: Eksplosjonshendelser og eksperimenter v/ Professor Dag Bjerketvedt, Høyskolen i Telemark

Gas Explosion Grenland 1985 - 2014

1985 : Ammonia plant NI, Herøya

1986 : Ammonia plant NII; Herøya

1988 : VCM plant, Rafnes

1995 : Boiler explosion, Rafnes

1997 : CO2 pipe-line, Herøya

2002 : Eramet MRU, Roligheten

1985

1986 2002

1997

Page 38: Eksplosjonshendelser og eksperimenter v/ Professor Dag Bjerketvedt, Høyskolen i Telemark

Mercury removal unit - Manganese alloy plant

Page 39: Eksplosjonshendelser og eksperimenter v/ Professor Dag Bjerketvedt, Høyskolen i Telemark

ESP Mercury filter

P-4

FlareProcess diagram

Air

Page 41: Eksplosjonshendelser og eksperimenter v/ Professor Dag Bjerketvedt, Høyskolen i Telemark

Gas Explosion Grenland 1985 - 2014

1985 : Ammonia plant NI, Herøya

1986 : Ammonia plant NII; Herøya

1988 : VCM plant, Rafnes

1995 : Boiler explosion, Rafnes

1997 : CO2 pipe-line, Herøya

2002 : Eramet MRU, Roligheten

1985

1986 2002

1997

Page 42: Eksplosjonshendelser og eksperimenter v/ Professor Dag Bjerketvedt, Høyskolen i Telemark

NewScientist 31 March 2011

See also : http://www.hse.gov.uk/buncefield.htm

Page 44: Eksplosjonshendelser og eksperimenter v/ Professor Dag Bjerketvedt, Høyskolen i Telemark

Experimental Set-up

• 3.0 m long channel, 0.1 x 0.1 m2 cross section, with one obstacle and open in one end

• Single spark (point ignition)

• Blockage ratio, BR = 0.75

• 15%, 20%, 25%, 28%, 30%(stoich.) and 35% hydrogen in air

Ignition Obstacle

1.0 m 2.0 m

H2-Air H2-Air

Page 45: Eksplosjonshendelser og eksperimenter v/ Professor Dag Bjerketvedt, Høyskolen i Telemark

High speed videokamera

Photron SA1 (farger)

•1024 X 1024 pixels @ 5 400fps (bilder pr. sek)

• 720 X 576 pixels @ 13 500 fps

• 64 X 16 pixels @ 675 000 fps

Photron Ultima APX-RS (sort-hvit)

•1024 X 1024 pixels @ 3 000fps (bilder pr. sek)

• 512 X 516 pixels @ 10 000 fps

Page 46: Eksplosjonshendelser og eksperimenter v/ Professor Dag Bjerketvedt, Høyskolen i Telemark

35% H2 in air

30% H2 in air

28 % H2 in air

DDT / Detonation

DDT / Detonation

30 000 frames per sec.

Ref: A. Gaathaug, HiT, Sept. 2010

Page 48: Eksplosjonshendelser og eksperimenter v/ Professor Dag Bjerketvedt, Høyskolen i Telemark

22 000 frames per sec.

Shock wave

Page 49: Eksplosjonshendelser og eksperimenter v/ Professor Dag Bjerketvedt, Høyskolen i Telemark

22 000 frames per sec.

Detonation wave

approx. 2000 m/s

Shock wave

approx. 1000 m/s Flame

Page 50: Eksplosjonshendelser og eksperimenter v/ Professor Dag Bjerketvedt, Høyskolen i Telemark

5 million frames per sec.

Page 51: Eksplosjonshendelser og eksperimenter v/ Professor Dag Bjerketvedt, Høyskolen i Telemark

High speed videokamera

Photron SA1 (farger)

•1024 X 1024 pixels @ 5 400fps (bilder pr. sek)

• 720 X 576 pixels @ 13 500 fps

• 64 X 16 pixels @ 675 000 fps

Photron Ultima APX-RS (sort-hvit)

•1024 X 1024 pixels @ 3 000fps (bilder pr. sek)

• 512 X 516 pixels @ 10 000 fps

KIRANA(sort-hvit)

•924 X 768 pixels @ 5 000 000 fps

• 180 bilder

Page 52: Eksplosjonshendelser og eksperimenter v/ Professor Dag Bjerketvedt, Høyskolen i Telemark

1 million frames per sec.

Page 54: Eksplosjonshendelser og eksperimenter v/ Professor Dag Bjerketvedt, Høyskolen i Telemark

CFD simulation of a detonation in a 40 mm fuel-air layer

• Control vol. : 32 000 000

• Grid size : 20 – 30 mm

• Hight : 80 mm

Fuel-Air

Air

Combustion

products

Air

Shock wave

Detonation wave

Page 67: Eksplosjonshendelser og eksperimenter v/ Professor Dag Bjerketvedt, Høyskolen i Telemark

CFD simulation of a detonation in a 40 mm fuel-air layer

• Control vol. : 32 000 000

• Grid size : 20 – 30 mm

• Hight : 80 mm

Fuel-Air

Air

Combustion

products

Air

Shock wave

Detonation wave

Page 68: Eksplosjonshendelser og eksperimenter v/ Professor Dag Bjerketvedt, Høyskolen i Telemark

Short way from a minor event to a major accident !!!!!