انفجار البخار

تحتوي هذه المقالة على العديد من المشكلات. يُرجى المساعدة في تحسينها أو مناقشة هذه المشكلات على صفحة المناقشة . ( تعرف على كيفية ومتى يمكنك إزالة هذه الرسائل ) تحتاج هذه المقالة إلى مصادر إضافية للتحقق .الرجاء المساعدة في تحسين هذه المقالة عن طريق إضافة الاستشهادات إلى مصادر موثوقة . قد يتم الطعن في المواد غير الموثقة وإزالتها. ابحث عن المصادر:  "انفجار البخار" - الأخبار  · الصحف  · الكتب  · العلماء  · JSTOR ( أبريل 2008 )( تعرف على كيفية ومتى يمكنك إزالة هذه الرسالة ) تتضمن هذه المقالة قائمة مراجع عامة ، لكنها تفتقر إلى الاستشهادات المضمنة الكافية .يرجى المساعدة في تحسين هذه المقالة من خلال تقديم اقتباسات أكثر دقة. ( يوليو 2011 )( تعرف على كيفية ومتى يمكنك إزالة هذه الرسالة ) ( تعرف على كيفية ومتى يمكنك إزالة هذه الرسالة )

الانفجار البخاري هو انفجار ناتج عن غليان عنيف أو وميض الماء أو الجليد إلى بخار ، ويحدث عندما يسخن الماء أو الجليد بشكل مفرط ، أو يسخن بسرعة بواسطة الحطام الساخن الدقيق الناتج داخله، أو يسخن عن طريق تفاعل المعادن المنصهرة (كما في تفاعل الوقود والمبرد، أو FCI، لقضبان وقود المفاعل النووي المنصهرة مع الماء في قلب المفاعل النووي بعد ذوبان القلب ). الانفجارات البخارية هي حالات من الغليان المتفجر . يمكن للأوعية المضغوطة، مثل مفاعلات الماء المضغوط (النووية) ، التي تعمل فوق الضغط الجوي أن توفر أيضًا الظروف اللازمة للانفجار البخاري. يتحول الماء من مادة صلبة أو سائلة إلى غاز بسرعة قصوى، ويزداد حجمه بشكل كبير. يرش الانفجار البخاري البخار والماء الساخن للغاية والوسط الساخن الذي يسخنه في جميع الاتجاهات (إن لم يكن محصورًا بطريقة أخرى، على سبيل المثال بجدران الحاوية)، مما يخلق خطر الحروق .

لا تكون الانفجارات البخارية عادةً انفجارات كيميائية ، على الرغم من تفاعل عدد من المواد كيميائيًا مع البخار (على سبيل المثال، يتفاعل الزركونيوم والجرافيت شديد الحرارة ( الكربون النقي ، C) مع البخار والهواء على التوالي لإطلاق الهيدروجين (H ₂ )، والذي قد ينفجر بعنف في الهواء (O ₂ ) لتكوين الماء أو H ₂ O) بحيث قد تتبعه انفجارات كيميائية وحرائق. يبدو أن بعض الانفجارات البخارية هي أنواع خاصة من انفجار بخار التمدد السائل المغلي (BLEVE)، وتعتمد على إطلاق الحرارة الزائدة المخزنة. لكن العديد من الأحداث واسعة النطاق، بما في ذلك حوادث المسبك، تُظهر دليلاً على وجود جبهة لإطلاق الطاقة تنتشر عبر المادة (انظر وصف FCI أدناه)، حيث تخلق القوى شظايا وتخلط الطور الساخن في الطور البارد المتطاير؛ ويحافظ نقل الحرارة السريع في الجبهة على الانتشار.

يمكن أن تحدث معدلات عالية لتوليد البخار في ظل ظروف أخرى، مثل فشل أسطوانة الغلاية، أو عند جبهة الإخماد (على سبيل المثال عندما يعود الماء إلى الغلاية الجافة الساخنة). ورغم أنها قد تكون ضارة، إلا أنها عادة ما تكون أقل نشاطًا من الأحداث التي تكون فيها المرحلة الساخنة ("الوقود") منصهرة وبالتالي يمكن تفتيتها بدقة داخل المرحلة المتطايرة ("المبرد"). وفيما يلي بعض الأمثلة:

تنتج الانفجارات البخارية بشكل طبيعي عن بعض البراكين ، وخاصة البراكين الطبقية ، وهي سبب رئيسي للوفيات البشرية في الثورات البركانية. وغالبًا ما تحدث حيث تلتقي الحمم البركانية الساخنة بمياه البحر أو الجليد. وتسمى هذه الظاهرة أيضًا بالانفجار الساحلي . يمكن أيضًا إنشاء انفجار بخاري خطير عندما يواجه الماء السائل أو الجليد معدنًا ساخنًا منصهرًا. عندما ينفجر الماء إلى بخار، فإنه يرش المعدن السائل الساخن المحترق معه، مما يتسبب في خطر شديد من الحروق الشديدة لأي شخص موجود بالقرب ويخلق خطر نشوب حريق.

عندما تنفجر حاوية مضغوطة مثل الجانب المائي لغلاية البخار ، يتبع ذلك دائمًا درجة ما من انفجار البخار. تبلغ درجة حرارة التشغيل والضغط الشائعة للغلاية البحرية حوالي 950 رطل/بوصة مربعة (6600 كيلو باسكال) و850 درجة فهرنهايت (454 درجة مئوية) عند مخرج السخان الفائق. تحتوي الغلاية البخارية على واجهة من البخار والماء في أسطوانة البخار، حيث يتبخر الماء أخيرًا بسبب مدخل الحرارة، وعادةً ما تكون الشعلات التي تعمل بالزيت. عندما يفشل أنبوب الماء لأي من الأسباب المتنوعة، فإنه يتسبب في تمدد الماء في الغلاية خارج الفتحة إلى منطقة الفرن التي تكون أعلى ببضعة أرطال/بوصة مربعة فقط من الضغط الجوي. من المرجح أن يؤدي هذا إلى إطفاء جميع الحرائق والتمدد على مساحة السطح الكبيرة على جانبي الغلاية. لتقليل احتمالية حدوث انفجار مدمر، انتقلت الغلايات من تصميمات " أنابيب النار "، حيث تتم إضافة الحرارة عن طريق تمرير الغازات الساخنة عبر الأنابيب في كتلة من الماء، إلى غلايات " أنابيب المياه " التي تحتوي على الماء داخل الأنابيب ومنطقة الفرن حول الأنابيب. غالبًا ما تفشل غلايات "أنابيب النار" القديمة بسبب جودة البناء الرديئة أو نقص الصيانة (مثل تآكل أنابيب النار، أو إجهاد غلاف الغلاية بسبب التمدد والانكماش المستمر). يؤدي فشل أنابيب النار إلى إجبار كميات كبيرة من البخار عالي الضغط وعالي الحرارة على العودة إلى أنابيب النار في جزء من الثانية وغالبًا ما يؤدي إلى تفجير الشعلات من مقدمة الغلاية، في حين أن فشل وعاء الضغط المحيط بالمياه من شأنه أن يؤدي إلى إخلاء كامل وكامل لمحتويات الغلاية في انفجار بخاري كبير. في الغلايات البحرية، من المؤكد أن هذا من شأنه أن يدمر وحدة دفع السفينة وربما الطرف المقابل للسفينة.

قد تتعرض الخزانات التي تحتوي على النفط الخام وبعض أنواع النفط التجارية، مثل بعض زيوت الديزل والكيروسين ، إلى الغليان ، وهو موقف شديد الخطورة حيث تبدأ طبقة من الماء تحت حريق حوض الخزان المفتوح في الغليان، مما يؤدي إلى زيادة كبيرة في شدة الحريق مصحوبة بطرد عنيف للسائل المحترق إلى المناطق المحيطة. في كثير من الحالات، تكون طبقة الماء الأساسية شديدة السخونة ، وفي هذه الحالة يمر جزء منها بالغليان المتفجر. عندما يحدث هذا، فإن سرعة التمدد تزيد من طرد الوقود المشتعل. ^{[1] [2] [3]}

This section may contain an excessive amount of intricate detail that may interest only a particular audience. Please help by spinning off or relocating any relevant information, and removing excessive detail that may be against Wikipedia's inclusion policy. (June 2024) (Learn how and when to remove this message)

إن الأحداث من هذا النوع العام ممكنة أيضًا إذا ذاب الوقود وعناصر الوقود في مفاعل نووي مبرد بالماء تدريجيًا. غالبًا ما يُشار إلى خليط الهياكل الأساسية المنصهرة والوقود باسم "الكوريوم". إذا لامس هذا الكوريوم الماء، فقد تحدث انفجارات بخارية من التفاعل العنيف بين الوقود المنصهر (الكوريوم) والماء كمبرد. يُنظر إلى مثل هذه الانفجارات على أنها تفاعلات وقود-مبرد (FCI). ^{[ بحاجة لمصدر ] [4] [5]} تعتمد شدة انفجار البخار بناءً على تفاعل الوقود-المبرد (FCI) بشدة على ما يسمى بعملية الخلط المسبق، والتي تصف خلط المصهور بمزيج الماء والبخار المحيط. بشكل عام، تعتبر الخلطات المسبقة الغنية بالماء أكثر ملاءمة من البيئات الغنية بالبخار من حيث بدء انفجار البخار وقوته. يرجع الحد الأقصى النظري لقوة انفجار البخار من كتلة معينة من الكوريوم المنصهر، والذي لا يمكن تحقيقه عمليًا، إلى توزيعه الأمثل في شكل قطرات كوريوم منصهرة بحجم معين. تحيط بهذه القطرات كمية مناسبة من الماء، والتي تنشأ في الأساس من أقصى كتلة ممكنة من الماء المتبخر عند التبادل الحراري اللحظي بين القطرة المنصهرة المتفتتة في موجة الصدمة والماء المحيط. وعلى أساس هذا الافتراض المحافظ للغاية، أجرى ثيوفانوس حسابات لفشل احتواء ألفا. ^[6] ولكن هذه الظروف المثلى المستخدمة في التقديرات المحافظة لا تحدث في العالم الحقيقي. فمن ناحية، لن يكون قلب المفاعل المنصهر بالكامل في حالة خلط مسبق، بل في هيئة جزء منه فقط، على سبيل المثال، في هيئة نفاثة من الكوريوم المنصهر تصطدم بحوض مائي في غرفة التجميع السفلية للمفاعل، فتتفتت هناك بفعل التآكل وتسمح بذلك بتكوين خليط مسبق في جوار نفاثة الذوبان التي تسقط عبر حوض المياه. ومن ناحية أخرى، قد يصل الذوبان على هيئة نفاثة سميكة في قاع غرفة التجميع السفلية، حيث يشكل حوضًا من الذوبان مغطى بحوض من المياه. وفي هذه الحالة، يمكن أن تتشكل منطقة خلط مسبق عند الواجهة بين حوض الذوبان وحوض المياه. وفي كلتا الحالتين، من الواضح أن مخزون المفاعل المنصهر بالكامل ليس مشاركًا في عملية الخلط المسبق، بل نسبة صغيرة فقط. وتنشأ قيود أخرى من الطبيعة المشبعة للمياه في المفاعل، أي أن الماء الذي يتمتع بتبريد فائق ملحوظ غير موجود هناك. في حالة اختراق نفاثة الذوبان المتفتت هناك، يؤدي هذا إلى زيادة التبخر وزيادة محتوى البخار في الخليط المسبق، والذي يمنع الانفجار تمامًا أو يحد من قوته على الأقل من محتوى > 70٪ في خليط الماء / البخار. هناك تأثير مضاد آخر وهو تصلب الجسيمات المنصهرة، والذي يعتمد، من بين أمور أخرى، على قطر الجسيمات المنصهرة. أي أن الجسيمات الصغيرة تتصلب بشكل أسرع من الجسيمات الأكبر. علاوة على ذلك، تُظهر نماذج نمو عدم الاستقرار عند الواجهات بين الوسائط المتدفقة (على سبيل المثال Kelvin-Helmholtz و Rayleigh-Taylor و Conte-Miles، ...) ارتباطًا بين حجم الجسيمات بعد التفتت ونسبة كثافة وسط التفتت (خليط بخار الماء) إلى كثافة الوسط المتفتت، والذي يمكن أيضًا إثباته تجريبياً. في حالة الكوريوم (كثافة ~ 8000 كجم/م³)، تنتج قطرات أصغر بكثير (~ 3 - 4 مم) مما يحدث عندما يتم استخدام أكسيد الألومنيوم (Al2O3) كمحاكي للكوريوم بكثافة أقل بقليل من نصف كثافة الكوريوم مع أحجام قطرات في نطاق 1 - 2 سم. أسفرت تجارب تفتيت النفاثة التي أجريت في JRC ISPRA في ظل ظروف المفاعل النموذجية مع كتل من الكوريوم المنصهر تصل إلى 200 كجم وأقطار نفاثة منصهرة من 5 إلى 10 سم في أحواض من الماء المشبع يصل عمقها إلى 2 متر عن النجاح فيما يتعلق بالانفجارات البخارية فقط عندما تم استخدام Al2O3 كمحاكي للكوريوم. وعلى الرغم من الجهود المختلفة التي بذلها المجربون، لم يكن من الممكن أبدًا إحداث انفجار بخاري في تجارب الكوريوم في FARO.(سيتم المتابعة ...)

إذا حدث انفجار بخاري في خزان مائي محصور بسبب التسخين السريع للمياه، فإن موجة الضغط والبخار المتوسع بسرعة يمكن أن يسببا مطرقة مائية شديدة . كانت هذه هي الآلية التي تسببت في قفز وعاء المفاعل النووي SL-1 في ولاية أيداهو بالولايات المتحدة الأمريكية عام 1961 لأكثر من 9 أقدام (2.7 متر) في الهواء عندما دمره حادث حرج . في حالة SL-1، تبخر الوقود وعناصر الوقود من ارتفاع درجة الحرارة اللحظي.

في يناير 1961، تسبب خطأ المشغل في تدمير مفاعل SL-1 على الفور في انفجار بخاري. كان يُخشى أن تتسبب كارثة تشيرنوبيل النووية عام 1986 في الاتحاد السوفييتي في حدوث انفجار بخاري كبير ( وتداعيات نووية في جميع أنحاء أوروبا ) عند ذوبان الوقود النووي الشبيه بالحمم البركانية عبر قبو المفاعل باتجاه ملامسة مياه إطفاء الحرائق المتبقية والمياه الجوفية . تم تجنب التهديد من خلال حفر نفق محموم أسفل المفاعل من أجل ضخ المياه وتعزيز التربة الأساسية بالخرسانة .

في حالة الانهيار النووي ، فإن النتيجة الأكثر خطورة للانفجار البخاري هي فشل مبنى الاحتواء المبكر . هناك احتمالان هما: قذف الوقود المنصهر تحت ضغط مرتفع إلى داخل مبنى الاحتواء، مما يتسبب في تسخين سريع؛ أو انفجار بخاري داخل الوعاء يتسبب في قذف صاروخ (مثل الرأس العلوي) إلى داخل مبنى الاحتواء ومن خلاله. الأمر الأقل دراماتيكية ولكنه لا يزال مهمًا هو أن الكتلة المنصهرة من الوقود ولب المفاعل تذوب عبر أرضية مبنى المفاعل وتصل إلى المياه الجوفية ؛ قد يحدث انفجار بخاري، ولكن من المحتمل احتواء الحطام، وفي الواقع، نظرًا لتشتته، فمن المحتمل أن يكون تبريده أسهل. راجع WASH-1400 للحصول على التفاصيل.

ينتج الألومنيوم المنصهر تفاعلًا طاردًا للحرارة قويًا مع الماء، وهو ما يُلاحظ في بعض حرائق المباني. ^{[7] [8]}

في بيئة منزلية أكثر، يمكن أن تحدث انفجارات البخار نتيجة لمحاولة إطفاء الزيت المحترق بالماء، في عملية تسمى slopover . عندما يشتعل الزيت في المقلاة، قد يكون الدافع الطبيعي هو إطفائه بالماء؛ ومع ذلك، سيؤدي القيام بذلك إلى ارتفاع درجة حرارة الزيت الساخن في الماء. سينتشر البخار الناتج لأعلى وللخارج بسرعة وعنف في رذاذ يحتوي أيضًا على الزيت المشتعل. الطريقة الصحيحة لإطفاء مثل هذه الحرائق هي استخدام قطعة قماش مبللة أو غطاء محكم على المقلاة؛ كلتا الطريقتين تحرم النار من الأكسجين ، كما أن القماش يبردها. بدلاً من ذلك، يمكن استخدام عامل مثبط للحريق غير متطاير مصمم خصيصًا أو ببساطة بطانية حريق .

تعد عملية التكرير الحيوي بالانفجار البخاري تطبيقًا صناعيًا لتثمين الكتلة الحيوية. وهي تتضمن ضغط الكتلة الحيوية بالبخار حتى 3 ميجا باسكال (30 ضغط جوي) وإطلاق الضغط على الفور لإنتاج التحول المطلوب في الكتلة الحيوية. وقد تم عرض تطبيق صناعي لهذا المفهوم في مشروع ألياف ورقية. ^{[9] [10]}

ينتج عن انفجار بخار الماء كمية كبيرة من الغاز دون إنتاج مخلفات ضارة بالبيئة. وقد استُخدم الانفجار المتحكم فيه للمياه لتوليد البخار في محطات الطاقة وفي الأنواع الحديثة من التوربينات البخارية . تستخدم المحركات البخارية الأحدث الزيت الساخن لإجبار قطرات الماء على الانفجار وخلق ضغط مرتفع في غرفة متحكم فيها. ثم يُستخدم الضغط لتشغيل توربين أو محرك احتراق مُحوَّل. أصبحت انفجارات الزيت الساخن والماء شائعة بشكل خاص في مولدات الطاقة الشمسية المركزة، لأنه يمكن فصل الماء عن الزيت في حلقة مغلقة دون أي طاقة خارجية. يُعتبر انفجار الماء صديقًا للبيئة إذا تم توليد الحرارة من مصدر متجدد.

تستخدم تقنية الطهي المسماة بالغليان السريع كمية صغيرة من الماء لتسريع عملية الغليان. على سبيل المثال، يمكن استخدام هذه التقنية لإذابة شريحة من الجبن على فطيرة همبرجر. توضع شريحة الجبن فوق اللحم على سطح ساخن مثل مقلاة، ويتم إلقاء كمية صغيرة من الماء البارد على السطح بالقرب من الفطيرة. ثم يتم استخدام وعاء (مثل وعاء أو غطاء مقلاة) لإغلاق تفاعل البخار السريع بسرعة، وتشتيت الكثير من الماء المتبخر على الجبن والفطيرة. يؤدي هذا إلى إطلاق قدر كبير من الحرارة، التي تنتقل عبر الماء المتبخر الذي يتكثف مرة أخرى إلى سائل (مبدأ يستخدم أيضًا في إنتاج الثلاجات والمجمدات ).

قد تستخدم محركات الاحتراق الداخلي الغليان السريع لتحويل الوقود إلى رذاذ. ^[11]

• بليف
• انفجار المرجل
• الغليان المتفجر
• التدفق متعدد المراحل
• انفجار بخاري في مدينة نيويورك عام 2007
• كارثة تشيرنوبيل

• انفجارات البخار المفتعلة أرشيف 2016-03-03 على موقع واي باك مشين بقلم لويد إس نيلسون، وبول دبليو بروكس، وريكاردو بوناتزا، ومايكل إل كوراديني ... كيتيل هيلدال