Räjähdykset

Räjähdys tarkoittaa energian äkillistä vapautumista, johon liittyy aineen nopea laajeneminen. Vapautuvan energian luonteen perusteella puhutaan fysikaalisista ja kemiallisista räjähdyksistä. Fysikaalisia räjähdyksiä ovat esimerkiksi höyryräjähdys ja paineastian repeäminen. Kemiallisia räjähdyksiä ovat mm. kaasupilviräjähdykset.


Paineastian repeäminen


Puristettua kaasua sisältävän paineastian revetessä vapautuu termodynaamista energiaa, kun kaasun paine laskee ulkoiseen paineeseen. Samalla kaasun ominaistilavuus kasvaa. Paineenalaisena nesteytyä kaasua sisältävän paineastia revetessä sisältö siirtyy adiabaattisesti ulkoista painetta vastaavaan tilaan. Tällöin höyry laajenee ja neste höyrystyy adiabaattisesti jäähtyessään kiehumislämpötilaan. Paineenalaisena nesteytetyn kaasun höyrystymisestä säiliön revetessä käytetään termiä BLEVE (Boiling liquid expanding vapour explosion). Paineen laskiessa nesteessä muodostuu höyrykuplia ja tämän vaikutuksesta neste laajenee nopeasti höyrypisarapilveksi.


Paineastian revetessä muodostuu heitteitä paineastian kappaleista, höyry(-pisara)pilvi sekä paineaalto. Heitteitä voi lentää jopa useiden satojen metrien etäisyydelle säiliöstä. Höyry-pisarapilvi voi syttyä ja palaa tulipallona (mikäli aine on syttyvää, ks.kappale 5) tai levitä kaasupilvenä ympäristöön (ks. kappale 4).


Kun säiliössä on paineenalaisena nesteytettyä kaasua, voidaan yleensä olettaa, että paineaalto syntyy säiliön kaasutilassa olevan höyryn laajenemisen seurauksena. Mikäli nesteytetyn kaasun lämpötila on huomattavasti kiehumislämpötilan yläpuolella (esim. säiliö repeää palavan vuodon kuumennuksen seurauksena), voi adiabaattinen höyrystyminen olla niin nopeata, että myös se synnyttää paineaallon. /2/.


Kaasupilviräjähdys


Kaasupilviräjähdyksellä tarkoitetaan ilmiötä, jossa kaasupilvessä etenevän palorintaman nopeus kiihtyy niin suureksi, että reaktiotuotteiden laajeneminen muodostaa ympäröivässä ilmassa etenevän paineaallon. Avoimella tai esteettömällä paikalla oleva kaasupilvi ei voi räjähtää. Toistuvat esteet (esim. putkisillat ja prosessilaitteet) saavat aikaan palorintaman nopeuden voimakkaan kasvun, jos esteiden tiheys on suuri tai pilveä ympäröivät pinnat rajoittavat sen laajenemista.


Kaasupilviräjähdykset voidaan jakaa reaktiorintaman etenemisnopeuden perusteella kahteen eri luokkaan: detonaatioon ja deflagraation eli humahdukseen. Detonaatiossa reaktiorintama etenee aineen läpi nopeudella, joka on suurempi kuin äänen nopeus aineessa. Detonaatiossa syntyy isku- eli shokkiaalto, joka puristaa aineen kasaan ja kuumentaa sen tällä tavalla. Humahduksessa rintama etenee äänennopeutta alhaisemmalla nopeudella. Humahduksessa reaktiorintaman lämpösäteily kuumentaa reagoimattoman aineen syttymislämpötilaan.


Räjähdysten vaikutukset


Kaikissa räjähdyksissä muodostuvan höyryn tai kaasumaisten reaktiotuotteiden nopea laajeneminen työntää ympäröivää ilmaa ulospäin ja synnyttää siihen paineaallon. Detonaatio ja painesäiliön repeäminen synnyttävät ilmaan iskuaallon, joka etenee äänen nopeutta suuremmalla nopeudella. Jos humahdus on riittävän nopea (kaasupilviräjähdys) synnyttämään paineaallon, niin paineaalto etenee äänen nopeudella.


Paineaallon ihmiselle aiheuttamat vammat johtuvat todennäköisimmin sirpaleista, heitteistä tai kaatumisen aiheuttamasta loukkaantumisesta. Taulukossa 4 on esitetty ylipaineen vaikutuksia.


Taulukko 3. Ylipaineen vaikutuksia. /2, 4/.


Ylipaine [bar]Vaikutus
0,03 50% ikkunoista rikkoutuu, käytetty yleisesti ulkoisen suojaetäisyyden kriteerinä.
0,04 Ikkunan rikkoutumisesta aiheutuvat sirpaleet voivat tunkeutua ihoon.
0,3 Rakennuksille aiheutuu vakavia vaurioita.
0,35 Tärykalvot voivat rikkoutua.
1 Keuhkot voivat vaurioitua.

__________________________________________________