Explosión de vapor expandido de líquido hirviendo

Una explosión de vapor en expansión de líquido en ebullición ( BLEVE ; / ˈ b l ɛ v i / BLEV -ee ) es una explosión causada por la ruptura de un recipiente que contiene un líquido presurizado que ha alcanzado una temperatura suficientemente superior a su punto de ebullición a presión atmosférica. ^{[ 1 ] [ 2 ]} Debido a que el punto de ebullición de un líquido aumenta con la presión, el contenido del recipiente presurizado puede permanecer líquido mientras el recipiente esté intacto. Si la integridad del recipiente se ve comprometida, la pérdida de presión reduce el punto de ebullición, lo que puede provocar que una parte del líquido hierva y forme una nube de vapor en rápida expansión. Las BLEVE son manifestaciones de ebullición explosiva .

Si el vapor es inflamable (como ocurre con compuestos como los hidrocarburos y los alcoholes ) y entra en contacto con una fuente de ignición, la explosión y la bola de fuego resultantes pueden causar daños adicionales. Sin embargo, las BLEVE no necesariamente implican fuego.

El 24 de abril de 1957, un reactor de proceso en una instalación de Factory Mutual (FM) sufrió una potente explosión como consecuencia de una rápida despresurización. Contenía formalina mezclada con fenol . La explosión dañó la planta. Sin embargo, no se produjo ningún incendio, ya que la mezcla no era inflamable. Tras el accidente, los investigadores James B. Smith, William S. Marsh y Wilbur L. Walls, empleados de FM, acuñaron los términos "explosión de vapor en expansión de líquido en ebullición" y su acrónimo "BLEVE". ^{[ 3 ] [ 4 ]} Estas expresiones no se popularizaron hasta principios de la década de 1970, cuando las revistas Fire Command y Fire Journal de la Asociación Nacional de Protección contra Incendios (NFPA) comenzaron a publicar artículos que las utilizaban. ^{[ 5 ]}

Hay tres elementos clave en la formación de un BLEVE: ^{[ 6 ]}

1. Un material en estado líquido a una temperatura suficientemente superior a su punto de ebullición normal a presión atmosférica .
2. Un recipiente de contención que mantiene la presión necesaria para que la sustancia permanezca en estado líquido.
3. Una pérdida repentina de contención que provoca una rápida caída de la presión.

Por lo general, una BLEVE comienza con un recipiente que contiene líquido a una temperatura superior a su punto de ebullición a presión atmosférica. Muchas sustancias que normalmente se almacenan en estado líquido, como el dióxido de carbono , el propano y otros gases industriales, tienen puntos de ebullición inferiores a la temperatura ambiente a presión atmosférica. En el caso del agua , una BLEVE podría ocurrir si un recipiente a presión se calienta por encima de los 100 °C (212 °F). Dicho recipiente, debido a la presión ejercida por el agua hirviendo, debe ser capaz de contener agua líquida a temperaturas muy elevadas.

Si el recipiente presurizado se rompe, se pierde la presión que impide que el líquido hierva. Si la rotura es catastrófica, es decir, si el recipiente deja de mantener la presión repentinamente, el líquido alcanzará una temperatura muy superior a su punto de ebullición. Esto provoca que una parte del líquido se vaporice instantáneamente con una expansión extremadamente rápida. Dependiendo de la temperatura, la presión y el material involucrado, la expansión puede ser tan rápida que se puede clasificar como una explosión , capaz de causar graves daños en el entorno.

Por ejemplo, un tanque de agua líquida presurizada a 350 °C (662 °F) podría presurizarse a 10 MPa (1500 psi) por encima de la presión atmosférica (o manométrica). Si el tanque que contiene el agua se rompiera, existiría por un breve instante un volumen de agua líquida que estaría a:

• Presión atmosférica
• Temperatura de 350 °C (662 °F).

A presión atmosférica, el punto de ebullición del agua es de 100 °C (212 °F). El agua líquida a presión atmosférica no existe a temperaturas superiores a 100 °C (212 °F). En ese momento, el agua herviría y se convertiría en vapor de forma explosiva, y el agua líquida a 350 °C (662 °F) convertida en gas ocuparía un volumen significativamente mayor (aproximadamente 1600 veces) que el que ocupaba en estado líquido, provocando una explosión de vapor. Estas explosiones pueden ocurrir cuando el agua sobrecalentada de una caldera escapa a través de una grieta, causando una explosión de la caldera .

La vaporización de líquido que da lugar a una BLEVE suele producirse en el plazo de 1 milisegundo tras una pérdida catastrófica de contención. ^{[ 7 ]}

Para que se produzca una BLEVE, el líquido en ebullición debe estar suficientemente sobrecalentado al perderse la contención. Por ejemplo, a una presión de aproximadamente 1 MPa (150 psi), el agua hierve a 177 °C (351 °F). El agua sobrecalentada liberada de un recipiente cerrado en estas condiciones no generará una BLEVE, ya que no es posible la nucleación homogénea de burbujas de vapor. ^{[ 8 ]} No existe consenso sobre la temperatura mínima por encima de la cual se producirá una BLEVE. Una fórmula propuesta por Robert Reid para predecirla es:

${\displaystyle T_{\text{min,BLEVE}}=0.895\ T_{\text{C}}}$

donde T _C es la temperatura crítica del fluido (expresada en kelvin ). Las temperaturas BLEVE mínimas de algunos fluidos, basadas en esta fórmula, son las siguientes: ^{[ 9 ]}

Según Reid, la BLEVE se produce, en general, si la expansión cruza un "punto límite de sobrecalentamiento". En el modelo de Reid, esta curva es esencialmente la curva espinodal del fluido representada en un diagrama presión-temperatura, y el inicio de la BLEVE es una manifestación de ebullición explosiva , donde la espinodal se cruza "desde arriba", es decir, mediante una despresurización repentina. Sin embargo, no se ha demostrado experimentalmente una correspondencia directa entre el límite de sobrecalentamiento y la espinodal. En las BLEVE prácticas, la forma en que falla el recipiente a presión puede influir decisivamente en la forma en que se produce la expansión, por ejemplo, causando ondas de presión y no uniformidades. Además, puede haber estratificación en el líquido, debido a variaciones locales de temperatura. Por ello, es posible que las BLEVE se produzcan a temperaturas inferiores a las predichas por la fórmula de Reid. ^{[ 10 ]}

El término BLEVE se asocia a menudo con incendios explosivos de recipientes a presión que contienen un líquido inflamable . Sin embargo, un BLEVE puede ocurrir incluso con una sustancia no inflamable como agua, ^{[ 11 ]} nitrógeno líquido , helio líquido u otros refrigerantes o criogénicos . Dichos materiales pueden experimentar BLEVE puramente físicos, sin implicar llamas u otras reacciones químicas. En el caso de BLEVE no incendiados de gases licuados, el enfriamiento rápido debido a la absorción de la entalpía de vaporización es un peligro que puede causar congelación . También es posible la asfixia por los vapores en expansión, si la nube de vapor no se dispersa rápidamente, como puede ocurrir dentro de un edificio o en un canal en el caso de gases más pesados ​​que el aire. Los vapores también pueden ser tóxicos , en cuyo caso pueden producirse daños e incluso la muerte a concentraciones relativamente bajas y, por lo tanto, incluso lejos de la fuente.

Sin embargo, si una sustancia inflamable está sujeta a una BLEVE, puede encenderse al liberarse, ya sea por fricción, chispa mecánica u otras fuentes puntuales, o por un incendio preexistente que envolvió el recipiente a presión y provocó su fallo. En tal caso, los vapores en combustión se expandirán aún más, aumentando la fuerza de la explosión. Además, una cantidad muy significativa del fluido escapado arderá en cuestión de segundos en una bola de fuego ascendente, que generará niveles extremadamente altos de radiación térmica . Si bien los efectos de la explosión pueden ser devastadores, una BLEVE de una sustancia inflamable generalmente causa más daño debido a la radiación térmica de la bola de fuego que a la sobrepresión de la explosión .

Las BLEVE suelen ser causadas por un incendio externo cerca del recipiente de almacenamiento que provoca el calentamiento del contenido y la acumulación de presión. Si bien los tanques suelen estar diseñados para soportar una alta presión, el calentamiento constante puede debilitar el metal y, finalmente, provocar su fallo. Si el tanque se calienta en una zona sin líquido (como cerca de la parte superior), puede romperse más rápidamente porque el líquido en ebullición no proporciona refrigeración en esa zona. Los recipientes a presión suelen estar equipados con válvulas de alivio que liberan el exceso de presión, pero el tanque aún puede fallar si la presión no se libera con la suficiente rapidez. ^{[ 1 ]} Un recipiente a presión está diseñado para soportar la presión establecida por sus válvulas de alivio, pero solo si su integridad mecánica no se ve debilitada, como puede ocurrir en el caso de un incendio por impacto. ^{[ 12 ]} En un escenario de incendio por impacto, los vapores inflamables liberados en la BLEVE se encenderán al liberarse, formando una bola de fuego. El origen del incendio por impacto puede ser una fuga de fluido inflamable del propio recipiente o de una fuente externa, incluidas fugas de tanques y equipos cercanos. Por ejemplo, vagones cisterna han sufrido una BLEVE bajo el efecto de un chorro de fuego proveniente de la válvula de alivio abierta de otro vagón cisterna descarrilado . ^{[ 13 ]}

Los principales efectos dañinos de una BLEVE son tres: la onda expansiva de la explosión; la proyección de fragmentos, o proyectiles , desde el recipiente a presión; y la radiación térmica de la bola de fuego, cuando esta se produce. ^{[ 12 ]}

Los tanques cilíndricos horizontales ("tipo bala") tienden a romperse longitudinalmente. Esto provoca que el tanque dañado y sus fragmentos sean impulsados ​​como cohetes y recorran largas distancias. ^{[ 14 ]} En Feyzin , tres de los fragmentos impulsados ​​pesaban más de 100 toneladas y fueron lanzados entre 150 y 350 metros (490 y 1150 pies) desde la fuente de la explosión. Un tanque tipo bala en San Juanico viajó 1200 metros (0,75 millas) en el aire antes de aterrizar, posiblemente la distancia más larga jamás alcanzada por un misil BLEVE. ^{[ 15 ]} Los fragmentos pueden impactar en otros tanques o equipos, lo que puede resultar en una propagación en cadena de la secuencia accidental. ^{[ 7 ]}

Las bolas de fuego pueden elevarse a alturas considerables sobre el suelo. ^{[ 14 ]} Son esferoidales cuando se desarrollan y se elevan desde el suelo con forma de hongo . ^{[ 7 ]} El diámetro de las bolas de fuego en San Juanico se estimó en 200–300 metros (660–980 pies), con una duración de alrededor de 20 segundos. Estos incendios masivos pueden herir a personas a distancias de cientos de metros (por ejemplo, 300 metros (980 pies) en Feyzin y 400 metros (1300 pies) en San Juanico). ^{[ 14 ]}

Un peligro adicional de los eventos de BLEVE-bola de fuego es la formación de incendios secundarios, por exposición directa a la radiación térmica de la bola de fuego, como incendios de charco de combustible que no se combustiona en la bola de fuego, o por la dispersión de fragmentos de tanques en llamas. ^{[ 15 ] [ 7 ]} Otro efecto secundario importante es la dispersión de una nube de gas tóxico, si los vapores involucrados son tóxicos y no se incendian al liberarse. ^{[ 7 ]} El cloro , el amoníaco y el fosgeno son ejemplos de gases tóxicos que sufrieron BLEVE en accidentes pasados ​​y produjeron nubes tóxicas como consecuencia. ^{[ 7 ]}

• Mantenimiento de tanques de presión para evitar daños o corrosión ^{[ 16 ]}
• despresurización de emergencia ^{[ 6 ]}
• Válvulas de alivio de presión ^{[ 17 ]}
• Protección pasiva contra incendios ^{[ 17 ] [ 16 ]}
• Refrigeración por pulverización de agua ^{[ 17 ] [ 16 ]}

Entre los accidentes BLEVE más notables se incluyen:

• 13 de diciembre de 1926, Saint-Auban , Francia – Una explosión BLEVE de cloro de 25 toneladas causó 19 muertos en el primer accidente reconocido como una explosión de vapor en expansión de líquido en ebullición. ^{[ 18 ] [ 19 ]}
• 24 de diciembre de 1939, Zărnești , Rumania – Un vagón cisterna que contenía una mezcla de butadieno (80%) y buteno (20%) sufrió una explosión BLEVE y provocó una bola de fuego. Murieron 60 personas. ^{[ 18 ] [ 20 ]}
• 29 de julio de 1943, Ludwigshafen , Alemania – Un vagón cisterna de cloro explotó en una planta de BASF , causando la muerte de 57 personas. ^{[ 18 ] [ 21 ]}
• 28 de julio de 1948, Ludwigshafen, Alemania – Otro vagón cisterna en la misma planta, esta vez que contenía éter dietílico , explotó causando la muerte de 209 personas. ^{[ 18 ] [ 22 ] [ 23 ]}
• 7 de julio de 1951, Newark , Nueva Jersey, EE. UU. – Setenta tanques de gas licuado de petróleo (GLP), con un total de 2600 toneladas, explotaron en el puerto de Newark . No hubo víctimas mortales. ^{[ 18 ] [ 24 ]}
• 8 de enero de 1957, Montreal , Quebec, Canadá – En una refinería de Shell , explotaron 5100 toneladas de GLP almacenadas en varios tanques, causando una víctima mortal. ^{[ 7 ] [ 25 ] [ 26 ]}
• 28 de marzo de 1960, Glasgow , Escocia, Reino Unido – Incendio en el almacén de whisky de Cheapside Street : Un almacén que contenía 3900 toneladas de whisky sufrió un incendio en el que varios barriles sufrieron explosiones BLEVE. Hubo 19 fallecidos. ^{[ 27 ]}
• 4 de enero de 1966, Feyzin , Francia – El desastre de Feyzin : 1000 toneladas de GLP explotaron en una refinería de Elf , causando 18 muertos. ^{[ 18 ]}
• 21 de junio de 1970, Crescent City , Illinois - Un tren de carga de la compañía Toledo, Peoria and Western Railway, que se dirigía hacia el este, descarriló. El tren tenía 109 vagones, diez de los cuales transportaban propano líquido, que se incendió rápidamente y provocó numerosas explosiones. Gran parte del centro de la ciudad quedó destruido, pero, milagrosamente, no hubo víctimas mortales.
• 30 de marzo de 1972, Río de Janeiro , Brasil – Explosión de Reduc de 1972 : 1000 toneladas de GLP explotaron en una refinería, causando la muerte de 28 personas. ^{[ 18 ] [ 28 ]}
• 5 de julio de 1973, Kingman , Arizona, EE. UU. – La explosión de Kingman : Un vagón cisterna cargado de GLP sufrió una BLEVE, causando 13 muertes. ^{[ 18 ] [ 29 ]}
• 8 de diciembre de 1977, Cartagena , Colombia – Un reactor de proceso explotó en una BLEVE de amoníaco que causó la muerte de 30 personas. ^{[ 18 ] [ 30 ]}
• 23 de febrero de 1978, Waverly , Tennessee, EE. UU. – La explosión del vagón cisterna de Waverly : Un vagón cisterna de GLP explotó, causando la muerte de 16 personas.
• 11 de julio de 1978, Alcanar , España – El desastre de Los Alfaques : En el peor accidente de tráfico con materiales peligrosos provocado por una explosión BLEVE en un camión cisterna , un vehículo cargado con 25 toneladas de propileno sufrió una avería mecánica junto a un camping abarrotado. La explosión BLEVE causó la muerte de 216 personas.
• 30 de mayo de 1978, Texas City , Texas, EE. UU. – Varios tanques de almacenamiento que contenían 1500 toneladas de GLP explotaron, causando la muerte de siete personas. ^{[ 18 ] [ 31 ]}
• 30 de agosto de 1972, Good Hope , Luisiana, EE. UU. – Se produjo una BLEVE tras una colisión entre el buque MV  Inca Tupac Yupanqui y la barcaza TB  Panama City , cargada de butano . Hubo 12 fallecidos. ^{[ 18 ] [ 32 ]}
• 1 de agosto de 1981, Cerritos , San Luis Potosí, México – Un vagón cisterna que transportaba cloro explotó, causando 29 muertos. ^{[ 18 ] [ 33 ]}
• 23 de julio de 1984, Romeoville , Illinois, EE. UU. – El desastre de la refinería de petróleo de Romeoville causó la muerte de 15 personas. ^{[ 7 ]}
• 19 de noviembre de 1984, San Juan Ixhuatepec , México – El desastre de San Juanico : En el peor accidente BLEVE de la historia, así como uno de los desastres industriales más mortíferos jamás ocurridos, más de 500 personas murieron cuando una serie de BLEVE impactaron una terminal de almacenamiento de GLP de Pemex . ^{[ 18 ] [ 34 ]}
• 28 de enero de 1986, sobre Merritt Island , Florida, EE. UU. – El desastre del transbordador espacial Challenger : La desintegración de la nave espacial fue causada por la BLEVE de los compartimentos de los tanques externos de hidrógeno y oxígeno líquidos . ^{[ 18 ] [ 35 ]}
• 23 de diciembre de 1988, Memphis , Tennessee, EE. UU. – El desastre del camión cisterna de GLP en Memphis causó la muerte de nueve personas. ^{[ 36 ]}
• 19 de abril de 1993, Waco , Texas, EE. UU. – Un factor que contribuyó a las consecuencias del asedio de Waco fue la BLEVE de un cilindro de GLP causada por la intervención del FBI . ^{[ 37 ]}
• 4 de marzo de 1994, Weyauwega , Wisconsin, EE. UU. – El descarrilamiento de Weyauwega , sin víctimas mortales.
• 22 de junio de 2002, Tivissa , España – En el primer caso de BLEVE de gas natural licuado (GNL) del que se tiene constancia, un camión cisterna explotó. Solo falleció el conductor. ^{[ 38 ]}
• 10 de agosto de 2008, Toronto , Ontario, Canadá – La explosión de propano en la planta de Sunrise Propane Industrial Gases en Toronto causó la muerte de dos personas. ^{[ 39 ]}
• 27 de agosto de 2012, Chala , India – El desastre del camión cisterna de GLP en Chala : Un accidente de tráfico en el que se vio involucrado un camión cisterna de GLP en el estado de Kerala causó 20 víctimas mortales entre los transeúntes.
• 13 de junio de 2013, Geismar , Luisiana, EE. UU. – La explosión de Williams Olefins causó la muerte de dos operarios de la planta cuando un intercambiador de calor de propano estalló. ^{[ 40 ]}
• 21 de julio de 2014, Lice , Turquía – La explosión de un camión cisterna de GLP causó la muerte de 34 personas. ^{[ 41 ]}
• 6 de agosto de 2018, Bolonia , Italia – Dos personas fallecieron en la explosión de Borgo Panigale , una explosión de un camión cisterna de GLP causada por un accidente de tráfico. ^{[ 42 ]}

• Explosión de caldera
• explosión de vapor
• Quemación rápida
• Ebullición explosiva
• Transición de fase rápida

• Lees, Frank P. (1996). Prevención de pérdidas en las industrias de procesos (2.ª ed.). Oxford, Inglaterra: Butterworth-Heinemann . ISBN 0-7506-1547-8.
• Mannan, Sam (2012). Prevención de pérdidas de Lees en las industrias de procesos (4.ª ed.). Kidlington, Inglaterra y Waltham, Massachusetts: Butterworth-Heinemann . ISBN 978-0-12-397189-0.

Roberts, Michael W. (2000). "Análisis de eventos de explosión de vapor de líquido en ebullición (BLEVE) en sitios del DOE" (PDF) . Energy Facility Contractors Group (EFCOG) . Archivado del original (PDF) el 20 de octubre de 2012.

• Explosión de tanques de propano : descripción de las circunstancias necesarias para provocar una explosión de tanque de propano (BLEVE).
• Demostración de BLEVE en YouTube : demostración de BLEVE controlada
• Enormes explosiones en YouTube : vídeo de explosiones BLEVE de propano e isobutano provocadas por el descarrilamiento de un tren en Murdock, Illinois (3 de septiembre de 1983).
• Accidente en la carretera de circunvalación de Moscú en YouTube : explosiones de decenas de bombonas de GLP tras un accidente de tráfico en Moscú.
• BLEVE de propano en YouTube – BLEVE del incendio en el depósito de propano de Toronto
• Vídeo de capacitación para personal de respuesta a emergencias (archivado) de Transport Canada .