BLEVE - Boiling Liquid Expanding Vapour Explosion

Por Aderson Guimarães

BLEVE ou “Bola de Fogo” é uma combinação de incêndio e explosão, com uma emissão intensa de calor radiante, em um intervalo de tempo muito pequeno. É uma explosão de gás ou vapor em expansão proveniente de um líquido em ebulição. Pode ser definido como o mais grave modo de falha de um recipiente: sua ruptura em dois ou mais pedaços, no momento em que o conteúdo líquido está acima do seu ponto de ebulição à pressão atmosférica normal, geralmente resultante de uma exposição de recipiente a um incêndio.

O fenômeno pode ocorrer, por exemplo, em um tanque no qual um gás liqüefeito é mantido abaixo de seu ponto de ebulição atmosférico. Caso ocorra um vazamento instantâneo de um vaso de pressão, por exemplo, devido a uma falha estrutural (o metal perde sua resistência), todo, ou a maior parte de seu conteúdo, é expelido sob a forma de uma mistura turbulenta de gás e líquido, que se expande rapidamente, dispersando-se no ar sob a forma de nuvem. A ignição dessa nuvem gera a “Bola de Fogo”, que pode causar danos materiais e queimaduras a centenas de metros de distância, dependendo da quantidade de gás liqüefeito envolvida.

As estatísticas demonstram as conseqüências dos acidentes, onde ocorreram o BLEVE

Ano Local Natureza Número de mortos

1972 Rio de Janeiro, Brasil

escape de GLP e conseqüente BLEVE* do vaso.

37

1974 Flisborough, Reino Unido

Explosão de uma planta de caprolactama devido à ruptura de tubulação.

28

1976 Severo, Itália Explosão seguida de liberação de dioxina.

desconhecida

1984 Cubatão, Brasil Rompimento de tubulação de gasolina e conseqüente BLEVE*.

cerca de 500

1984 Mexico City, México

Vazamento de GLP seguido de BLEVE*.

cerca de 500

1984 Bhopal, Índia Liberação de isocianato de metila por explosão de um tanque de armazenamento.

mais de 500

1986 Basiléia, Suíça Contaminação do Rio Reno a danos ambientais

partir de águas de extinção de incêndio de um depósito de armazenamento.

Fonte: FARBER 18.

Para ocorrência do BLEVE são necessárias algumas condições, conforme segue:

a) Existência de uma substância líquida - A maioria dos Bleves ocorridos envolveram líquidos inflamáveis ou gases liqüefeitos inflamáveis, porém, mesmo se o fluído não for inflamável (ex.: água), haverá danos como, como por exemplo, a propulsão do recipiente ou de pedaços dele. No caso dos inflamáveis, além da emissão dos “mísseis” haverá uma “bola de fogo”.

b) O líquido deve estar num recipiente que o deixe confinado No caso, como exemplos, um tanque de transporte, tanque de armazenamento ou tambores pequenos. É importante lembrar que um Bleve pode ocorrer mesmo se o recipiente possuir válvula de alívio.

c) O líquido do recipiente deve estar a uma temperatura acima do seu ponto de ebulição normal à pressão atmosférica - Devido ao fato do recipiente ser fechado, a pressão interna aumenta acima da pressão atmosférica. O fluído do recipiente é capaz de se manter no estado líquido, mesmo que sua temperatura esteja acima do seu ponto de ebulição normal.

d) Ocorrência de falha no recipiente – A falha pode ocorrer devido alguns fatores: contato com o fogo que enfraquece o recipiente – falha causada por fogo no tanque, é devida ao superaquecimento do recipiente metálico na região do vapor (onde não há líquido para absorver o calor do fogo), resultando na perda de resistência à tensão e o recipiente não consegue suportar a pressão interna;fraqueza inerente estrutural do recipiente; falha - falta ou uso impróprio das válvulas de segurança, que permitem que a pressão dentro do tanque aumente até o ponto limite do dano total do recipiente; impacto de origem mecânica – como exemplo; acidentes rodoviários e descarrilhamento de vagões, que permitem que os líquidos inflamáveis vazem, vaporizem e formem uma nuvem de gás.

Havendo as situações acima citadas e uma ignição externa, geraria uma bola de fogo e causaria a explosão do recipiente. A força física que causa o Bleve deve-se à grande taxa de expansão líquido/vapor do líquido contido no recipiente.

O efeitos de um Bleve são terríveis, na sua ocorrência resulta uma vaporização extremamente rápida de uma porção de líquido. Esta quantidade vaporizada varia: é aproximadamente 10% para líquidos inflamáveis, 25% para gases criogênicos e 50% para gases não criogênicos.

A energia de expansão produzida pela vaporização, rapidamente dispersa o líquido restante (a maioria do líquido fica na forma “atomatizada”), desloca pedaços dos recipientes como mísseis a altas velocidades e cria uma onda de choque: o “Blast” rajada, deslocamento de ar resultante da explosão).

No caso de líquidos inflamáveis, uma mistura ar-gás é rapidamente formada. Se o Bleve foi causado por exposição ao fogo, ocorrerá imediatamente uma ignição que resultará numa massa de chamas. Esta inicialmente estende-se pelo terreno (groundflash) e depois cresce como uma bola de fogo (fire ball).

Este é, portanto, um perigo de radiação térmica. O tamanho da massa de chamas dependerá de quanto líquido estiver no recipiente. O raio de exposição a um sério perigo de queimadura, pode ser relacionado ao tamanho do recipiente: 7,5 m para latas ou cilindros aerosóis; 30 m para tambores de líquidos inflamáveis e cilindros de gases liqüefeitos; 150 m para grandes caminhões-tanque e 240 m para vagões tanque.

A bola de fogo (fire ball) formada quando líquidos inflamáveis são envolvidos, pode cobrir um área de centenas de metros quadrados em todas direções. O calor irradiado pode incendiar outras materiais nas proximidades. Caso as bolas de fogo sejam formadas por hidrocarbonetos, serão luminosas e irradiarão calor que pode causar queimaduras fatais aos espectadores e ainda incendiarão outros materiais de carbono.

O “Blast” pode jogar homens a 75 m de distância, quebrar vidros à uma distância de muitos quilômetros. Fragmentos grandes ou pequenos podem atingir a 300 a 600 m de distância em qualquer direção do ponto do BLEVE.

O tempo para ocorrência de um Bleve num tanque, depois do surgimento do fogo, é variável. O menor tempo relatado é de 10 minutos, porém, já atingiu 20 horas. O maior problema trata-se do desconhecimento do tempo durante o qual o tanque já havia sido exposto ao fogo até a presença dos bombeiros.

As seguintes fórmulas permitem o cálculo do diâmetro e duração da “bola de fogo”:

D = 6,48 . W 0,325 (m)

T = 0,852 . W 0,26 (s)

Sendo: W = a quantidade de material inflamável na bola de fogo (kg).

Exemplo:

Volume do recipiente (m3)

W (10 3 kg) D (m) T (s)

1600 735 520 29180 83 260 1645 20 160 11

obs.: adotou-se enchimento a 90% da capacidade

Além do diâmetro da bola de fogo, que delimita uma área diretamente exposta ao fogo, pode-se estimar a radiação proveniente do fogo em função da distância à “bola”.

Computando-se o tempo de exposição a um dado nível de radiação térmica a seus efeitos ao homem, pode-se delimitar uma área onde estes efeitos sejam aceitáveis.

Exemplo:

Volume do recipiente (m3)

Distância “1% letal” (m)

Distância “1% queimaduras de 1º grau”

1600 925 1550180 375 60048 200 310

Para determinação do fluxo de radiação térmica para tanques de GLP, considerando os dados abaixo, podemos adotar as seguintes equações:

R = 29 . M 1/3

F = R 2 . r / (R 2 + r 2 ) 3/2

t = 4,5 . M 1/3

Qt = E . F . T (kW/m2)

Onde:

R = raio da “bola de fogo” (metros)t = tempo de duração da “bola de fogo” (segundos)qt = fluxo radiante (kW/m2) – incide sobre um alvo a certa distância “r” do tanque de GLP M = massa de combustívelM = 50 % da capacidade do tanque, para tanque isoladoM = 90% da capacidade do tanque, para três ou mais tanques verticais agrupadosF = fator de visada (View Factor)E = poder de emissão da superfície do tanque (kW/m2)E = 270 kW/m2, para tanques cilíndricosE = 200 kW/m2, para vasos esféricosT = transmissividade atmosféricaT = 1 – 0,058 ( Ln r)R = distância, ao nível do solo, entre o alvo e o tanque de GLP (metros)

Obs.: r (> ou = ) a 2R

Obs.: método apresentado originalmente na publicação da OIT intitulada “Major Hazard Control, A Practical Manual”- Internacional Labour Office – Geneva, 1987.

Exemplo: Determinar o fluxo de radiação térmica (qt), devido a Bleve, incidente sobre um alvo a 300 m de um tanque cilíndrico, isolado, com 100 toneladas de GLP.

R = 29.(50%.100) 1/3 = 107 m

t = 4,5.(50%.100) 1/3 = 16,6 s

E = 270 kW/m2

T = 1 – 0,058 Ln 300 = 0,67

F = ____(107) 2. 300______( (107) 2 + (300) 2) 3/2

F = 0,106

qt = E . F . T = 270 . 0,106 . 0,67 = 19,2 kW/m2

Dose = qt x t = 19,2 . 16,6 = 317 kJ/m2

Efeitos da Radiação Térmica sobre a pele desprotegida

Nível de Radiação (kW/m2)

Tempo até sentir dor (segundos)

Tempo até surgirem bolhas (segundos)

22 2 318 2,5 4,311 5 8,58 8 13,55 16 25

2,5 40 652,5

Tolerância a exposição prolongada

Além dos efeitos térmicos, o Bleve provoca: efeito míssil (60% da energia liberada sob forma de pressão, sendo responsável pelo lançamento de pedaços de recipientes que se deslocam a altas velocidades) e o efeito de sobre-pressão (40 % restantes de energia são convertidos em pressão). Alguns efeitos da sobre-pressão, devido a explosão, sobre estruturas, são:

Elemento estrutural Dano Pico de Sobre-pressão (kPa)

Janelas 5% quebradas 0,7 – 1  50% quebradas 1,4 – 3  90% quebradas 3 – 6     Casas deslocamento de telhas 3 – 5  quebra de portas e janelas 6 – 9  Danos estruturais menores 3 – 6

Na ausência de qualquer um dos métodos de prevenção (na seqüência), ocorre um Bleve

num recipiente pressurizado contendo gás liqüefeito (submetido a chamas na região do vapor) entre 8 e 30 minutos (dependerá de qual porcentagem de chama estiver em contato com o líquido: os maiores tempos correspondem a um maior contato com a parte líquida). Para fins de estimativa, recomenda-se (com base em Bleve de GLP) um tempo máximo de 15 minutos. No caso de recipientes de líquidos inflamáveis há menos dados, porém o tempo pode ser estimado em duas vezes o tempo de Bleves em GLP.

Lembre-se: O perigo de Bleve existe até que todo o fluído inflamável tenha sido consumido e um resfriamento adequado tenha sido estabelecido.

Medidas preventivas podem ser adotadas para se evitar o Bleve, como:

a) Limitação da pressão – se for único meio preventivo, esta deve ser reduzida à pressão atmosférica ou aproximadamente a ela, antes que o recipiente sofra um dano total. Esse processo é conhecido como “Blowdown”. Tanques e cilindros de armazenamento e transporte tem proteção contra excesso de pressão através de aberturas e dispositivos de segurança de alívio, que são projetados para descarregar o vapor produzido pelo líquido em evaporação. Seus desempenhos satisfatórios, entretanto, não impedirão o super aquecimento do recipiente e sua quebra. Este é um aspecto vital, e freqüentemente mal visto, do perigo de Bleve;

b) Limitação da temperatura do recipiente – é efetuado por meio dos equipamentos de proteção contra incêndio, resfriamento do recipiente (aplicação de água) e isolamento do mesmo. Este método é aplicável apenas para Bleves causados por fogo, porque a água é uma fonte de calor quando aplicada a qualquer produto ou material numa temperatura mais baixa (ex: criogênicos). A limitação da temperatura do recipiente por isolamento é obtida pela utilização de tanques enterrados ou semi-enterrados, ou por ignifugação do tanque. Com isolamento térmico, o tempo entre o início da exposição do fogo e Bleve varia consideravelmente;

c) Limitação contra impacto – é aplicável para recipientes de gases liqüefeitos, já que recipientes de líquidos não tem tendência a Bleves causados por impacto. No caso de recipientes para gases criogênicos são resistentes aos Bleves causados por impacto, devido ao efeito protetor do isolamento, aos níveis menores de pressão e à durabilidade dos metais usados. Técnicas de prevenção contra impactos são adotadas, como: reforço das paredes do reservatório, emprego de ligas dúcteis e elásticas e proteção do veículo ou do reservatório.

As medidas de prevenção citadas são clássicas, porém há novos sistemas em evolução: válvulas de segurança, discos de ruptura, treliças metálicas e adição de núcleos. Outras medidas podem ser adotadas para proteger um vaso sob pressão contra o fogo: a inclinação do terreno - onde a base na qual o vaso fica deve ser inclinada e isolada, de forma que nenhum derrame seja acumulado (inclinado de 0,3 a 1,20 metros); a área de coleta deve estar tão distante dos tanques e com tal área superficial, que as chamas na área não atinjam o tanque.

Algumas medidas podem ser adotadas durante o combate ao incêndio, afim de se evitar o

Bleve:

a) possuir informação sobre produtos químicos envolvidos;

b) aplicar água no ponto de contato da chama. A região do equipamento, acima de fase líquida, é a mais importante e crítica, por isso tem a prioridade em ser resfriada, apesar de que nem sempre é possível se saber onde está exatamente esse ponto. Para cada ponto de contato, garantir uma aplicação mínima de água de 0,25 gal/min/ft2 (fogo tipo maçarico) e 0,1 gal/min/ft2 (fogo comum) para resfriamento nas partes superiores do recipiente, a fim de evitar a formação do Bleve;

c) permanecer a uma distância adequada da fonte de incêndio; utilizar equipamentos fixos do tipo canhão e não manuais; usar roupas de proteção e manter na área somente o pessoal essencial;

d) proteger (resfriar) todos os recipientes, em um raio de 15 m, considerados como expostos ao incêndio. Aqueles recipientes localizados fora da área de risco não precisam ser resfriados. A aplicação de água para resfriamento em recipientes com isolamento térmico ou com proteção contra incêndio (“fireproofing”) também é necessária, apesar do tempo ser um pouco maior (recipientes isolados: 90 minutos; recipientes “fireproofed”: 25 minutos) para a sua fragilização;

e) providenciar o suprimento de água, em quantidade suficiente, para resfriamento, combate ao incêndio e para proteção pessoal, pois a ação de combate pode durar várias horas;

f) garantir a direção correta da água no combate ao incêndio é fundamental, apesar de sua dificuldade em acidentes rodoviários devido aos destroços e falta de visibilidade;

g) adotar procedimentos específicos e claros sobre as técnicas de combate. A coordenação da operação deve ser eficiente e buscar auxílio de outras entidades (Defesa Civil, integrantes do PAM, Auxílio Médico) . A operação deve ser bem coordenada;

h) efetuar o fechamento de válvulas ou operação para fechar os buracos nos recipientes somente após o estabelecimento efetivo do resfriamento do recipiente ou esfera. Esta operação é muito perigosa e só deve ser realizada em último caso;

i) efetuar a aproximação junto ao recipiente sempre que possível pela sua lateral e levando em consideração a velocidade do vento e a fumaça (muitas vezes tóxica);

j) qualquer equipamento utilizado no combate ao incêndio expõe o usuário a grande perigo, portanto, apenas o pessoal essencial à operação deve permanecer na área de combate;

k) determinar as áreas seguras e distantes do acidente para garantir a proteção das pessoas retiradas das edificações. A área de acomodação para as pessoas retiradas das edificações deverá estar localizada à 1000 metros do acidente;

l) um plano de emergência para este tipo de incidente deve prever o máximo de apoio. Áreas seguras devem ser estabelecidas para garantir proteção, controle e preparação da brigada para o combate.

O Bleve é um dos grande perigos das Indústrias Químicas que estocam ou transportam líquidos e gases inflamáveis, notadamente quando estes se encontram sob pressão e sua temperatura acima do seu ponto de ebulição à pressão atmosférica ( Ex.: armazenamento de GLP, Propeno em esferas ou tanques cilíndricos horizontais, seu transporte rodoviário ou ferroviário, etc). É um evento não muito freqüente, porém com efeitos catastróficos, o qual, exige uma atenção muito especial durante a concepção e exploração do recipiente sujeito a este perigo. A preparação, o treinamento prévio, a divulgação de informações, os cursos sobre o assunto, a realização de simulados (com integrantes do PAM - Plano de Auxílio Mútuo) são importantes para a preparação de possível sinistro com possibilidade de Bleve.

_________________________________________________________________________Aderson Guimarães é engenheiro, comandante do Terceiro Grupamento Subgrupamento do 8º Grupamento de Bombeiros do Município de Mauá e Ribeirão Pires.

 Cálculo Simplificado dos Efeitos de BLEVE

"Boiling Liquid Expanding Vapour Explosion"

BLEVE ou "Bola de Fogo" é uma combinação de incêndio e explosão, com uma emissão intensa de calor radiante, em um intervalo de tempo muito pequeno.O fenômeno pode ocorrer, por exemplo, em um tanque no qual um gás liquefeito é mantido abaixo de seu ponto de ebulição atmosférico. Se houver um vazamento instantâneo de um vaso de pressão, por exemplo, devido a uma falha estrutural, todo, ou a maior parte de seu conteúdo, é expelido sob a forma de uma mistura turbulenta de gás e líquido, que se expande rápidamente, dispersando-se no ar sob a forma de nuvem.A ignição dessa nuvem gera a "Bola de Fogo", que pode causar danos materiais e queimaduras a centenas de metros de distância, dependendo da quantidade de gás liquefeito envolvida.

Veja naTabela 1 os efeitos da radiação térmica sobre a pele desprotegida e, na Tabela 2, os efeitos, nas estruturas, da sobrepressão devida a explosão.

O objetivo desta página é apresentar um método expedito de cálculo dos seguintes valôres, para tanques de GLP - Gás Liquefeito de Petróleo: a)Raio da "Bola de Fôgo" (R, em metros). b)Tempo de duração da "Bola de Fôgo (t, em segundos). c)Fluxo Radiante (q, em kW/m2), incidente sobre um alvo a uma certa distancia "r" do tanque de GLP. O método foi apresentado originalmente na publicação da OIT intitulada"Major Hazard Control, A Practical Manual" - International Labour Office Geneva, 1987 , hoje disponível: Major hazard control. A practical manual. An ILO contribution to the International Programme on Chemical Safety of UNEP, ILO, WHO (IPCS). 3rd impression (with modifications), 1994. x+296 pp. ISBN 92-2-106432-8. E, F, S. Sw. frs. 45.00. Available.

Equações:

M = Massa de combustível;M = 50 % da capacidade do tanque, para tanque isolado;M = 90 % da capcidade do tanque, para 3 ou mais tanques verticais agrupados.

F = Fator de Visada (View Factor)

E = Poder de emissão da superfície do tanque (kW/m2)E = 270 kW/m2 , para tanques cilíndricos;E = 200 kW/m2 , para vasos esféricos.

T = Transmissividade Atmosférica;T = 1 - 0.058( Ln r )

r = distância, ao nível do solo, entre o alvo e o tanque de GLP (m)

Obs.: r (> ou =) a 2R

Exemplo:

Determinar o Fluxo de Radiação térmica (q) , devido a BLEVE, incidente sobre um alvo a 300m de um tanque cilíndrico, isolado, com 100 toneladas de GLP .

Glossário:

* Ponto de Ebulição Atmosférico:Temperatura na qual a pressão de vapor de um liquido excede ligeiramente a pressão da atmosfera logo acima do liquido. Em temperaturas abaixo do ponto de ebulição a evaporação ocorre apenas na superficie do liquido. Durante a ebulição o vapor se forma dentro do liquido, subindo na forma de bolhas. O exemplo mais tipico é o da água fervendo.Se o liquido é formado por uma unica substancia ou se o liquido é uma solução azeotropica, a ebulição continua enquanto houver calor cedido, sem que haja aumento de temperatura, independente da quantidade de calor. Se aumentarmos a pressão sobre o liquido, a temperatura que define o Ponto de Ebulição tambem aumenta, até um valor máximo chamado Temperatura Crítica. Para a água, a Temperatura Crítica é de 374° C, para 217 atmosferas. Nao se consegue exceder a temperatura critica. Se a pressão diminui, o Ponto de Ebulição tambem cai. A uma pressão de 0,006 atm a água entra em ebulição a 0 °C.

* Solução azeotropica:Solução de duas ou mais substancias que, sob pressão constante, tem uma temperatura de vaporização isotérmica constante.

Tabela 1: Efeitos da Radiação Térmica sobre a Pele Desprotegida

Nível de Radiação(kW/m2)

Tempo atésentir dor (segs)

Tempo atésurgirem bolhas (segs)

22 2 3

18 2,5 4,3

11 5 8,5

8 8 13,5

5 16 25

2,5 40 65

< 2,5 Tolerância a exposição prolongada

Tabela 2: Efeitos da Sobrepressão, devida a Explosão, sobre Estruturas

Elemento Estrutural Dano Pico de Sobrepressão(kPa)

Janelas5 % quebradas50 % quebradas90 % quebradas

0,7-1 1,4-33-6

CasasDeslocamento de Telhas

Quebra de Portas e JanelasDanos Estruturais Menores

3-56-93-6