Πυρκαγιές σε μεγάλες δεξαμενές υγρών καυσίμων - Φράγκου, Αικατερίνη (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών (IV). Εργαστήριο Τεχνολογίας Καυσίμων και Λιπαντικών, 2017)
Η καύση είναι ένα πολύπλοκο και μαθηματικοποιημένο αντικείμενο που έχει απασχολήσει πολλούς ερευνητές κατά την πάροδο των χρόνων. Ωστόσο, παρότι οι διάφορες μελέτες έχουν πραγματοποιηθεί σε διαφορετικές χρονικές περιόδους έχουν καταλήξει σε συμπεράσματα και σχέσεις που συμφωνούν ικανοποιητικά μετάξυ τους. Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασία ήταν η έρευνα των μελετών που έχουν διεξαχθεί για τις πυρκαγιές σε δεξαμενές υγρών καυσίμων προκειμένου να προκύψουν ολοκληρωμένα αποτελέσματα που διέπουν αυτόν τον τομέα. Η έρευνα που διεξήχθη χωρίστηκε σε τρία τμήματα, τα οποία αναλύθηκαν σε επτά κεφάλαια. Το πρώτο τμήμα αφορούσε την μελέτη των βασικών στοιχείων που διέπουν τις διεργασίες καύσης σε πυρκαγιές στερεών, υγρών ή αερίων καυσίμων. Μελετήθηκαν οι μηχανισμοί που διέπουν την ανάπτυξη μίας φλόγας, τα στάδια ανάπτυξης και εξάπλωσης μίας πυρκαγιάς και τα ειδικά φαινόμενα όπως το κύλισμα της πυρκαγιάς (rollover), η καθολική ανάφλεξη της πυρκαγιάς (flashover) και η εμφάνιση του οπίσθιου ρεύματος (backdraft) που μπορούν να λάβουν χώρα κατά την ανάπτυξη μίας πυρκαγιάς. Τόσο οι πυρκαγιές όσο και τα καύσιμα είναι δυνατόν να χωριστούν σε κατηγορίες ανάλογα με τις ιδιότητες του καυσίμου που χρησιμοποιείται σε κάθε περίπτωση. Το δεύτερο τμήμα της μελέτης εστίασε στις πυρκαγιές σε δεξαμενές υγρών καυσίμων ξεκινώντας από την διαχρονική μελέτη των πυρκαγιών και τους παράγοντες που επηρεάζουν τις ταχύτητες καύσης του καυσίμου. Η ταχύτητα καύσης επηρεάζεται από το μέγεθος της δεξαμενής, την ταχύτητα και την πίεση του ανέμου, ως αποτέλεσμα της λειτουργίας καύσης (αγωγή, συναγωγή, ακτινοβολία) που είναι διαφορετική για κάθε δεξαμενή. Η ακτινοβολία που εκπέμπεται από αυτές τις πυρκαγιές είναι μία εξαιρετικά σημαντική παράμετρος. Για την μελέτη της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας εξετάστηκε στο μαθηματικό μοντέλο της φλόγας στερεού καυσίμου, που χρησιμοποιείται για τις εκτιμήσεις της ακτινοβολίας σε μεγάλες αποστάσεις για πυρκαγιές υγρών καυσίμων, και στο σημειακό μαθηματικό μοντέλο, που χρησιμοποιείται για τις εκτιμήσεις της ακτινοβολίας σε μικρές αποστάσεις για πυρκαγιές υγρών και αερίων καυσίμων. Η εκπεμπόμενη ακτινοβολία είναι ανεξάρτητη από τον τύπο του καυσίμου. Ωστόσο, προκειμένου να προκύψουν πιο αξιόπιστα αποτελέσματα λήφθηκε υπόψιν πως η ακτινοβολία που εκπέμπεται από μία πυρκαγιά είναι δυνατόν να εξασθενίσει από την ατμοσφαιρική απορρόφηση. Στην συνέχεια της μελέτης μας εξετάστηκε το ύψος, το μήκος και η γωνία κλίσης της φλόγας που αποτελούν αλληλένδετες έννοιες. Ιδιαίτερη έμφαση δόθηκε στις παραμέτρους που επηρεάζουν τις έννοιες αυτές όπως είναι η ταχύτητα του ανέμου και η παρουσία του πλευρικού τοιχίου. Οι έννοιες αυτές δεν επηρεάζονται σημαντικά από το μέγεθος της δεξαμενής, ενώ είναι ανεξάρτητες από τον τύπο του καυσίμου. Επιπλέον, σε αυτό το τμήμα της μελέτης αναλύθηκε εκτενώς η παραγωγή καπνού από τις πυρκαγιές σε δεξαμενές υγρών καυσίμων. Συγκεκριμένα, μελετήθηκαν τα τέσσερα στάδια σχηματισμου αιθάλης, δηλ. το στάδιο δημιουργίας πυρήνων, η αντίδραση σχηματισμού αιθάλης, το στάδιο οξείδωσης της αιθάλης και η συσσωμάτωση των σωματιδίων της αιθάλης. Το φαινόμενο της ασταθούς φλόγας και η δύναμη θερμοφόρησης εμφανίζουν σημαντική επίδραση στην παραγωγή καπνού. Τα ειδικά χαρακτηριστικά της αιθάλης και του καπνού, όπως είναι η απόδοση του καπνού επηρεάζονται από παραμέτρους όπως είναι το μέγεθος της δεξαμενής, το ύψος κατά μήκος της κεντρικής γραμμής του καπνού και η θερμική καταπόνηση. Τέλος, στο τελευταίο τμήμα της έρευνας μελετήθηκε η προστασία των προσκείμενων δεξαμενών με την χρήση υδάτινου φιλμ, εκνεφώματος νερού ή κουρτίνας νερού. Συγκεκριμένα, έγινε σύγκριση των συστημάτων ψύξης, ενώ αναλύθηκαν οι μέθοδοι προσδιορισμού του απαιτούμενου νερού ψύξης. Ο προσδιορισμός της ταχύτητας ροής του νερού με βάση την προσπίπτουσα ακτινοβολία στην προσκείμενη δεξαμενή εμφανίζει μεγαλύτερη ακρίβεια.