Universitetet i Bergen sine hovedsatsings- områder er
marin forskning og utviklings-
forskning

Redaksjon

Eksplosjonsforskning i verdensklasse

I fredelige omgivelser på Fantoft i Bergen, sitter et av verdens ledende forskningsteam på støv- og gasseksplosjoner. Forskere på Christian Michelsen Research (CMR) har over 25 års erfaring med slik forskning. Snart skal store deler av denne erfaringen overføres til studenter ved UiB. Det skal nemlig opprettes en ny studieretning innen prosessikkerhetsteknologi, ved Fysisk institutt.

Det var nærmest en tilfeldighet som gjorde Bergen til senter for slik forskning: I 1966 reiste Rolf Eckhoff til London for å studere partikkelteknologi ved Kings College. Men takket være en ubestemmelig professor endte han opp med å studere eksplosjoner i støvskyer. Etter at han hadde vendt tilbake til Norge skjedde det en slik eksplosjon i en kornsilo i Stavanger (1970).

På den tiden var det knapt noen andre som hadde kunnskaper om støveksplosjoner i Norge, derfor ble Eckhoff plutselig eksperten på området. Ulykken satte en prosess i gang og da det skjedde flere lignende ulykker, også med tap av menneskeliv, ble dette plutselig et viktig forskningsfelt ved Chr. Michelsens Institutt (CMI), som CMR da var en del av. Rolf Eckhoff er nå tilsatt som Senior vitenskapelig rådgiver i prosessikkerhetsteknologi ved CMR og som professor II ved Fysisk institutt, UiB.

Hvordan kan støv eksplodere?

– Et eksempel fra dagliglivet viser hvordan dette kan skje: En vedkubbe brenner langsomt og lenge, når den hugges opp i småbiter brenner den kraftigere og hurtigere. Dersom kubben videre blir oppdelt i fine støvpartikler, og blir antent, får man en eksplosiv forbrenning av tremassen i løpet av et sekund eller to. Dette forutsetter imidlertid at støvet er virvlet opp til en sky, slik at det er tilstrekkelig luft til forbrenning av hver enkelt partikkel, sier Rolf Eckhoff.

– Selv en liten gnist kan resultere i en kraftig eksplosjon som kan true mennesker og materielle verdier.

– I det første forskningsprosjektet vi jobbet med på CMR, skulle vi finne ut hvor lett en støvsky er å antenne. Vi tok utgangspunkt i elektriske gnister som tennkilde, og laget et lite apparat som vi brukte til å finne ut hvor mye energi gnisten måtte ha for å tenne støvskyen. Forskjellige typer støv krever nemlig forskjellig mengde energi for å bli antent, og det er viktig for industrien å vite hva som er den laveste tennenergien for det materialet de jobber med. Med den kunnskapen kan de forebygge ulykker i produksjonsanlegget, sier Eckhoff.

Da oljealderen satte inn for fullt i Norge i 70-årene, viste det seg at CMR s omfattende kompetanse om støveksplosjoner var en utmerket plattform for et tungt forskningsengasjement for å forebygge gasseksplosjoner på oljeinstallasjoner til havs. Fra 1976 og utover la Eckhoff og medarbeiderne grunnlaget for en massiv forskning på dette feltet.

Forebygging

	Dr.philos Kees van Wingerden og professor Rolf Eckhoff.

– Når en vet hva som skal til for at en eksplosjon skal oppstå, kan en finne ut hvordan en kan forebygge en slik eksplosjon. Dette problemet kan angripes fra flere nivåer, fremholder Eckhoff.

– Det er tre elementer som må være tilstede for at en eksplosjon skal oppstå. Det er brennstoff (støv/gass), oksygen og en tennkilde. Blandingsforholdet mellom oksygen og brennstoff avgjør om eksplosjoner kan oppstå. Av og til må en imidlertid leve med brennbare blandinger. Da må en sette alt inn på å unngå at blandingen kommer i kontakt med tennkilder.

CMR har også en annen internasjonalt kjent ekspert på eksplosjonsområdet, dr.philos Kees van Wingerden. Han jobber også både med støv og gasseksplosjoner. van Wingerden leder nå CMRs forskning innen prosesssikkerhet, og tok i vår, som den aller første, doktorgraden i prosessikkerhetsteknologi ved UiB.

Trykkavlastning

– Det er ofte vanskelig å sikre seg 100 prosent mot eksplosjon, men en kan sørge for at en eventuell antennelse og eksplosjon blir håndterlig, slik at en unngår personskader og store materielle skader, sier van Wingerden.

– Den beste måten å begrense eksplosjonseffekten på, er å ha en åpning i bygget eller i prosessutstyret som eksplosjonen slipper ut av. Åpningen dekkes av et avlastningspanel som er svakere enn resten av konstruksjonen. Når trykket øker gir panelet etter og trykket inne i rommet begrenses til en ufarlig verdi. Dette kalles trykkavlastning. Når vi foretar forsøk i stor skala, prøver vi å finne ut hvor store åpningene må være i forhold til eksplosjonseffekten, styrken på anlegget og tyngden på avlastningspanelet, sier Kees van Wingerden.

Obstruksjoner

– De fleste rom i oljeinstallasjoner er fulle av obstruksjoner (ting som står i veien), som f.eks. rør og store beholdere. Disse obstruksjonene vil gjøre en eventuell gasseksplosjon mer voldsom. Når det oppstår en eksplosjon, går det nemlig en strøm av uforbrent, men brennbar gassblanding, foran eksplosjonsflammen. Der denne strømmen møter obstruksjoner, skapes det turbulens. Når flammen kommer til det punktet der det er turbulens, økes forbrenningshastigheten. Dermed blir eksplosjonen voldsommere. Utvidelse av forbrenningsproduktene skaper økt strømningshastighet, og turbulensen forsterker dermed seg selv. Denne sirkelgangen gjør eksplosjonen stadig mer voldsom.

– Vi har utviklet en regnekode (et dataprogram) som kan forutsi hvordan en slik gasseksplosjon vil utvikle seg. Regnekoden kalles FLACS (FLame ACcelleration Simulation). Med FLACS kan vi bl.a. beregne hvordan obstruksjoner bør plasseres i et rom for å gjøre en eventuell eksplosjon så mild som mulig, og vi kan finne ut hvor stor åpningen for trykkavlastning må være.

– Oljedirektoratet ønsker at FLACS brukes aktivt når det bygges nye oljeinstallasjoner. Vi er blant annet sterkt inne i bildet på byggingen av nye Ekofisk. Den hjelpen vi kan bidra med kan medføre besparelser på millioner ved en eventuell eksplosjon. Vi har da også brukt mange millioner på å utvikle FLACS, som stort sett er finansiert av oljeselskap. Vi jobber nå også med å utvikle en lignende kode for beregning av støveksplosjoner, og samarbeider nært med Norges Forskningsråd om dette, men vi trenger penger fra industri i mange land før vi kan sette i gang med prosjektet.

Eksplosjonsundertrykking

– I tillegg til trykkavlastning, kan en benytte seg av eksplosjonsundertrykking for å stoppe en eksplosjon. Dette er særlig mye brukt i store tørkeanlegg der det er fare for støveksplosjoner, sier van Wingerden.

– Hvis du har et prosessutstyr, for eksempel en silo, der det er fare for at det kan oppstå en eksplosjon (støv eller gass), kan du undertrykke eksplosjonen i starten ved hjelp av en sidebeholder med ventil og en trykkdetektor.

– Nå for tiden jobber vi mye med eksplosjonsundertrykking ved hjelp av vann, og vi skal også legge vannsystemet inn i FLACS-koden, forteller van Wingerden.

– Konkurransedyktig forskning

Rolf Eckhoff har vært ved CMR (CMI) i over 30 år hvorav 15 år som forskningssjef. Han forlater nå snart institusjonen for å tiltre et nyopprettet professorat i prosessikkerhetsteknologi ved UiB. Han vil imidlertid opprettholde kontakten med CMR som vitenskapelig rådgiver. I løpet av de 30 årene har utviklingen også forandret tilværelsen for norske forskere.

– Verden er blitt liten, det er ikke lenger mulig å drive aktiv oppdragsforskning og tenke at vi skal være "best i vest". Vi må være konkurransedyktige på den internasjonale arena, og det har det vist seg at vi er, avslutter Rolf Eckhoff.