If you ask someone whether they know what an explosion is, almost everyone will confidently respond with a “yes”.

But do they know the definition of an explosion? When we dive deeper into the term, we will notice that there are different kinds of explosions that do not necessarily need to be harmful and can occur in different ways.

In this blog, we will elaborate on various topics regarding this subject.

The definition of an explosion

Let’s start by defining this concept: a sudden and violent release of pressure waves. When thinking about explosion effects, most people immediately will think about something violent and harmful, but they are not necessarily always violent or destructive. For instance, the explosions in a car’s combustion engine are pretty helpful, aren’t they?

The following factors determine the violence of an explosion:

  • The amount of available energy
  • The location of the explosion
  • How quickly the reaction happens

In the context of ATEX, explosions are seen as something very negative, because they cause damage and injury. In the next paragraph, we will inform you about the different types of outbursts.

Gas and dust explosions

The main criterion for distinguishing between different outbursts is whether we can speak of a gas or dust explosion. Gas explosions are caused by a mixture of gas and oxygen, which results in an explosive atmosphere. An ignition source within this explosive atmosphere can cause a combustion reaction, resulting in an explosion.

However, a dust explosion typically occurs a bit differently. The first outburst is usually very small but will result in an immense dust cloud that raises an enormous explosion. This process will then happen a second time, with higher intensity.

Different types

There are two different types of explosions: chemical and physical blasts. Both types have other characteristics, but ATEX Directives do not cover them both. Let’s go more into depth.

Physical Explosion: Common?

A physical explosion can be defined as the sudden restoration of the equilibrium between two pressure differences. Examples of this are an exploding bicycle tire or a balloon that pops. Important to know is that physical explosions are not covered by ATEX regulations but by pressure equipment rules. Physical outbursts can be subdivided into two categories:

Thermal

So what is a thermal explosion definition? This phenomenon occurs when a boiling, liquid, or solid substance comes into contact with a cold liquid. The consequence of this contact is rapid evaporation of the liquid, causing high pressures. For example, when molten iron comes into contact with water, voluminous steam arises, causing increased pressure in the area.

BLEVE

A BLEVE, or “Boiling liquid expanding vapor explosion,” is caused by the sudden evaporation of gas condensed into a liquid substance. For example, consider an LPG tank containing propane, an explosive material. If the tank catches fire, the liquid evaporates, and this results in the increase of gas in the tank, which increases the pressure. Eventually, the tank ruptures and the contents of the tank are released. The released cloud of gas is ignited, and explosion fire is seen. This ignition looks like a bomb exploding and falls under the other type of explosion: chemical explosions.

Concluding on this: the rupture of the tank is a physical explosion, but the ignition of the released gases afterward is a chemical explosion—more about this in the next paragraph.

Chemical Explosions

These types of outbursts are caused by exothermic chemical reactions, such as decomposition reactions (Dynamite blowing up/ TNT), exothermic combustion reactions (gas, dust, and mist exploding), run-away reactions (uncontrolled polymerization), and so forth. Because of the chemical reaction, often a fire explosion is seen. Chemical blasts can also be subdivided based on the reaction’s speed. They can be categorized as deflagration or detonation.

Deflagration

Deflagrations are less devastating outbursts than detonations because the increase of the explosion’s pressure is maximally ten times. So when the ambient pressure lies at 1 bar, a maximum pressure of 10 bar is reached when a particular object blows up. Deflagrations procreate relatively slowly and, therefore, are somewhat less devastating.

Detonation

A detonation means that the explosion takes place very quickly, to be a little more exact: faster than the speed of sound. This means the pressure can be increased up to 100 times, so 100 bar can be reached at an ambient pressure of 1 bar. To give some perspective: a few boilers, barrels, or even buildings can withstand a force of 100 bar. An example of a detonation is the Beirut explosion of ammonium nitrate in 2020. However, detonation can also provide safety, for example, when a controlled explosion occurs, a method for preventing the ignition of a suspected explosive device. Concluding on this, detonations most of the time should be prevented, but detonation is also used to avoid danger.

Common causes of explosions

Explosions have many different causes; for instance, think about ignition, hot work, and pressurizing containers/tanks. In addition to this, cleaning objects like tanks and barrel bottles can also cause outbursts. Therefore it can be helpful to know the most common causes of explosions to prevent them.

Below, we have provided a table with a selection of common causes retrieved from a dataset covering 1998 to 2009.

Cause of the explosion Number of incidents (1998-2009)
Using an ignition source 75
Hot work 53
Being involved in or assisting explosive activities 50
Feeding, filling and pressurizing objects 48
Working near/on a barrel containing highly flammable / explosive substances 43
Switching an object on or off, or lighting it 19
Cleaning a container, barrel, bottle etc. 19

 

As you can see, using an ignition source is the most common cause of an explosion. The term “Hot work” is also worth discussing because this is also an important cause. Hot work refers to any activity or process that generates a source of ignition. In particular, an open ignition source. Examples of hot work are soldering, welding and cutting.

The consequences

In most cases, the consequences of an explosion are enormous. Explosions can cause human injury or even death. Next to this, an explosion, most of the time, leaves severe damage to the environment. To give an insight into how deadly explosions are, we consulted a dataset that measured the average number of victims per year from 1998 to 2009. The average number of victims of explosions during this period was 28, with two deaths. From this, we can conclude that explosions are hazardous and should be prevented at any cost.

Explosive atmospheres

Explosive atmospheres, also called ATEX zones, are essential for this subject because there is a risk of explosion in these atmospheres, and specific regulations apply.

For example, the use of explosion-proof equipment is mandatory in ATEX zones. Explosive atmospheres are areas characterized by explosion danger because flammable substances are present.

An example of an explosive atmosphere is the area surrounding an oil storage tank. It is also essential to know that explosions can occur in non-ATEX zones.

Prevention

As we have read, the consequences of an explosion are significant: a pressure wave, fire, and heat radiation are released. These consequences often have devastating effects on people, installations, and buildings. The amount of damage caused by an explosion depends on the amount of flammable substances and other circumstances, such as the location (indoor or outdoor). From this, we can conclude that preventing explosions is of high importance. Therefore, we have provided three ways of prevention.

  • Preventing explosive atmospheres. This can be done by replacing flammable substances with non-flammable substances or ventilating rooms to avoid leakage.
  • Preventing ignition sources in explosive atmospheres. The explosions must be controlled if ignition sources in explosive atmospheres can not be stopped. This can, for instance, be done by using explosion protections. Ignition sources in explosive atmospheres can be prevented by utilizing explosion proof lighting, such as ATEX lighting.
  • The application of explosion protections, like rupture discs or a dust filter.

We hope that you learned a little bit more today on this subject. Please look at our other blogs for more info and knowledge about safety, ATEX, and other topics. For any questions or quotations, please don’t hesitate to contact us at info@cobic-ex.com.

Bij het woord “explosie” denkt men al snel aan een grote knal die gepaard gaat met een vuurbal en een ravage aanricht. Als we dieper op dit begrip ingaan, dan zien we dat er verschillende soorten explosies zijn.

Wist je bijvoorbeeld dat er naast gasexplosies ook stofexplosies plaatsvinden? En dat explosies niet altijd schade aanrichten? In deze blog leggen wij het begrip “explosie” uitgebreid uit en we gaan dieper in op de verschillende soorten.

De definitie van een explosie

De definitie van een explosie is als volgt: “Een explosie is een snelle verbranding waarbij de temperatuur en druk abrupt stijgen.” Hierbij dient er een juiste verhouding te zijn van de volgende elementen:

  • Een ontstekingsbron (een heet oppervlak, een vlam of vonk).
  • Brandbare stof (poeder, dampen, of gassen).
  • Zuurstof (Lucht).

Tijdens een explosie ontstaat altijd een drukgolf. De sterkte van deze drukgolf is afhankelijk van hoe sterk de explosie is en op welke afstand deze plaatsvindt. Deze sterkte wordt uitgedrukt in millibar, oftewel “mbar” en wordt gebruikt om aan te geven hoeveel kracht er wordt uitgevoerd op 1 cm². Hieronder een paar voorbeelden de effecten gegeven het aantal mbar.

  • 50 millibar: het breken van een ruit.
  • 200 millibar: het breken van muren van een huis.
  • 500 millibar: het instorten van een huis.
  • 1000 millibar: het inklappen van een long.

Alhoewel explosies vaak gepaard gaan met veel geweld, is dit niet altijd het geval. Het geweld waarmee een explosie plaatsvindt hangt af van de volgende factoren:

  • De hoeveelheid aanwezige energie.
  • De locatie van de ontploffing.
  • Hoe snel de reactie plaatsvindt.

Ontploffingen zijn uiteraard iets negatiefs in de context van ATEX, ingesteld om explosies te voorkomen. Maar explosies hoeven niet altijd schadelijk te zijn; denk bijvoorbeeld aan de verbrandingsmotor van een auto, waarin talloze explosies plaatsvinden om de wielen te laten draaien.

Gas- en stofexplosies

Ontploffingen worden meestal onderverdeeld in twee soorten: op basis van gas en op basis van stof. Gasexplosies worden veroorzaakt doordat een mengsel van gas en zuurstof in aanraking komt met een bron van ontsteking (een vlam, vonk of vuur). Stofexplosies ontstaan wanneer stof in poedervorm (bijvoorbeeld zaagsel of meel) in combinatie met lucht wordt opgewerveld (bijvoorbeeld door een windstoot of turbulentie). Er wordt onderscheid gemaakt tussen deze twee soorten ontploffingen op basis van de volgende redenen:

  • De brandbare stoffen verschillen. Bij explosiegevaar door stof kan het gaan om verschillende soorten stoffen; explosiegevaar is niet altijd vanzelfsprekend (bijvoorbeeld melkpoeder). Bij explosiegevaar door gas gaat het in veel gevallen om gassen die al bekend staan als brandbaar. Daarom zijn werkgevers hier over het algemeen meer alert op.
  • De ontploffing verloopt anders. Stofexplosies vinden meestal plaats op kleinere schaal, maar kunnen voor grotere stofwolken zorgen die op hun beurt een nieuwe (en grotere) explosie veroorzaken. Gasexplosies vinden meestal op een meer gebruikelijke manier plaats: de zuurstof mengt zich gemakkelijk met de brandbare stof.
  • De maatregelen tegen de soorten explosiegevaar verschillen. In het geval van stof, kan ventilatie voor een explosieve atmosfeer zorgen, terwijl het ventileren van een ruimte een maatregel kan zijn tegen het ontstaan van explosiegevaar veroorzaakt door gas.

Chemische en Fysische Explosies

Er kan ook onderscheid gemaakt worden tussen chemische en fysische explosies. Deze explosies hebben unieke kenmerken, maar worden niet beiden gedekt door de ATEX richtlijnen. Laten we hier dieper op ingaan.

Fysische Explosies

Een fysische explosie wordt gedefinieerd als een plotselinge herstelling van het evenwicht tussen twee drukverschillen. Een voorbeeld hiervan is het exploderen van een fietsband: de druk in de fietsband wordt te groot, waardoor deze ontploft. Dit soort explosie wordt dus veroorzaakt door een drukopbouw binnen een gesloten omgeving. Het is belangrijk om te weten dat dit soort ontploffing niet onder de ATEX regelgeving valt, maar onder regelgeving voor drukapparatuur. Fysische explosies zijn weer onder te verdelen in twee soorten:

Thermische explosie

De thermische explosie: deze komt tot stand wanneer een hete stof (in vloeibare of vaste toestand) in contact komt met een aanzienlijk koudere vloeistof. Het gevolg hiervan is een druktoename door verdamping van de koude vloeistof. Een voorbeeld hiervan is wanneer gesmolten ijzer in contact komt met water; er ontstaat stoom en dit zorgt voor een toename van de druk in de omgeving.

BLEVE

Een BLEVE (“Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion”) wordt veroorzaakt wanneer er een snelle drukopbouw plaatsvindt in een gesloten omgeving. Bijvoorbeeld wanneer een vloeistof in een onder druk staande container wordt verwarmd tot het punt waarop het begint te koken. Deze faseverandering zorgt voor een aanzienlijke toename van de druk in de container. Als deze druktoename wordt veroorzaakt door een externe warmtebron, dan kan dit resulteren in een BLEVE.

Stel dat een LPG tank gevuld met propaan (een erg brandbare stof) vlamt vat, dan zorgt de hitte dat de vloeibare propaan in de tank gaat verdampen. Dit leidt tot drukopbouw in de tank waardoor de tank uiteindelijk barst of explodeert. Deze explosie of barst leidt tot het vrijkomen van een zeer ontvlambare dampwolk die vervolgens door ontsteking van de aanvankelijk aanwezige brand voor een tweede explosie zorgt. Dit gaat vaak gepaard met een vlammenzee. 

Concluderend:

Fysische explosie: het scheuren van de tank door de drukopbouw in de tank.

Chemische explosie: de ontsteking van de vrijgekomen gassen als gevolg van de scheur in de tank.

Chemische explosies

Dit type ontploffing wordt veroorzaakt door “exothermische chemische reacties”, zoals:

  • Ontbindingsreacties (dynamietexplosies)
  • Exotherme verbrandingsreacties (gas, stof of nevelontploffingen)
  • Onbeheersbare reacties (ongecontroleerde polymerisatie)

Door de chemische reactie wordt er vaak een een explosie met vuur waargenomen. Ook chemische explosies zijn onder te verdelen, dit keer op basis van verbrandingssnelheid.

Deflagratie

Deflagraties zijn uitbarstingen die over het algemeen minder verwoestend zijn vanwege de lagere explosiedruk. Als de omgevingsdruk op 1 bar ligt, dan is de maximale druk van een deflagratie 10 bar. Deze soort chemische explosies verlopen relatief langzaam en zijn daarom minder verwoestend.

Detonatie

Een detonatie betekent dat een explosie zeer snel plaatsvindt; zo snel dat de geluidsbarrière doorbroken wordt. De druk bij een detonatie neemt tot wel honderd keer toe, dus bij een omgevingsdruk van 1 bar, kan maar liefst 100 bar worden bereikt. Een voorbeeld van een detonatie is de ontploffing van ammoniumnitraat in beiroet in 2020. Ondanks de verwoestingen die dit soort uitbarstingen met zich mee brengen, worden detonaties ook gebruikt voor het verzekeren van veiligheid. Een voorbeeld hiervan is een gecontroleerde explosie die de ontsteking van een vermoedelijk explosief voorwerp voorkomt.

De oorzaken van explosies

Explosies kunnen verschillende oorzaken hebben: het onder druk zetten van een (gesloten) vat kan leiden tot een uitbarsting en dit zelfde geldt voor een chemische reactie die ontstaat doordat twee stoffen per ongeluk in aanraking met elkaar komen. Hieronder hebben we een overzicht gemaakt met de meest voorkomende oorzaken:

Oorzaak van de Explosie Aantal incidenten tussen 1998 en 2009
Een Ontstekingsbron. 75
Heet werk. 53
Betrokken zijn of helpen bij explosieve activiteiten. 50
Voeden, vullen en het onder druk zetten van objecten. 48
werkzaamheden in de nabijheid van/ aan een vat met explosieve of gevaarlijke stoffen. 43
Het in-of uitschakelen van een object of het ontsteken ervan. 19
Het reinigen of schoonmaken van een container, vat, fles etc. 19

Zoals je kan zien is een ontstekingsbron de meest voorkomende oorzaak van een explosie. Daarnaast is “heet werk”  ook verantwoordelijk voor een groot aantal incidenten. Heet werk is gedefinieerd als activiteiten die een bron van ontsteking veroorzaken, bijvoorbeeld snijbranden, lassen en solderen.

De Consequenties van explosies

De gevolgen van explosies zijn in de meeste gevallen groot. Ontploffingen leiden vaak tot letsel, of in ergere gevallen, overlijden. Daarnaast wordt er veel schade aan de omgeving aangericht. Op basis van het aantal incidenten uit de dataset hierboven kan er geconcludeerd worden dat onbedoelde explosies ten alle tijden vermeden moeten worden. Een belangrijke maatregel om explosies te voorkomen is het raadplegen van ATEX apparatuur, want deze apparatuur is gefabriceerd om geen bron van ontsteking to kunnen vormen.

Explosieve Atmosferen

Explosieve atmosferen worden in Europa onderverdeeld in ATEX Zones, aan de hand van de zone classificatie gelden bepaalde regels en verplichtingen voor werkgevers. Een van de belangrijkste verplichtingen in een ATEX Zone is het gebruik van explosieveilige apparatuur.

Een voorbeeld van een explosieve atmosfeer is het gebied rondom een opslagtank voor olie. Hier hangen gassen of dampen die tot een explosie kunnen leiden in combinatie met een bron van ontsteking. Het is belangrijk om te weten dat explosies zich ook voor kunnen doen in non-ATEX zones.

Explosiepreventie

Zoals we gelezen hebben, zijn de gevolgen van een explosie vaak ernstig; er wordt een drukgolf, warmte en vuur vrijgegeven die verwoestende effecten kan hebben op mensen, installaties en gebouwen. De hoeveelheid schade die wordt aangericht is afhankelijk van de hoeveelheid aanwezige brandbare stoffen en andere omstandigheden, zoals de locatie (binnen of buiten). Het voorkomen van explosies is dus van groot belang, maar hoe kan men het risico op explosies minimaliseren?

  • Het voorkomen van explosieve atmosferen. Dit kan gedaan worden door het vervangen van brandbare stoffen met niet-brandbare stoffen. Ook kan het ventileren van ruimtes helpen. Let alleen op dat dit in het geval is van gevaar voor gasexplosies.
  • Het voorkomen van ontstekingsbronnen in een explosieve atmosfeer. Dit kan bijvoorbeeld gedaan worden door middel van het gebruik van explosieveilige apparatuur.
  • Het toepassen van explosiebeveiliging. Voorbeelden hiervan zijn het gebruiken van breekplaten of een stoffilter bij gevaar voor stofexplosies.

Wij hopen dat je vandaag meer hebt geleerd over dit onderwerp. Meer informatie over (explosie)veiligheid, ATEX en gerelateerde onderwerpen is te vinden in onze andere blogs. Voor eventuele vragen of aanvragen voor offertes, aarzel dan niet contact op te nemen via info@cobic-ex.com.

About the Author: Cobic EX Team