Lý giải hiện tượng nổ bột màu ở công viên nước Đài Loan

Khi vật liệu dễ cháy dạng bột tập trung dày đặc trong không khí tiếp xúc nguồn nhiệt, nó sẽ bốc cháy với tốc độ cực nhanh, giải phóng lượng nhiệt lớn.

Nổ bột màu ở công viên nước Đài Loan xảy ra như thế nào?

Đây được cho là nguyên nhân dẫn đến thảm họa nổ bụi tại một công viên nước ở Đài Loan cuối tuần trước, khiến hàng trăm người bị thương.

Nhà máy đường Imperial Sugar sau vụ nổ bụi năm 2008. (Ảnh: US Chemical Safety Board).

Đám mây bụi của mọi loại vật liệu có thể cháy sẽ phát nổ nếu mức độ bụi tập trung trong không khí rơi vào ngưỡng gây nổ và có nguồn phát ra lượng nhiệt cần thiết cho nó, theo Dust Explosion Info. Chúng ta có thể ngăn vụ nổ xảy ra bằng cách đảm bảo loại trừ một hoặc tốt nhất là cả hai điều kiện.

Khi một khối vật liệu rắn có thể cháy bị nung nóng, nó sẽ cháy từ từ do phần diện tích bề mặt tiếp xúc với oxy trong không khí bị giới hạn. Năng lượng được giải phóng từ từ và vô hại bởi nó tiêu tan gần như ngay sau khi thoát ra. Tuy nhiên, kết quả sẽ hoàn toàn khác nếu khối vật liệu trên được nghiền thành bột mịn và trộn lẫn với không khí dưới dạng mây bụi.

Ví dụ, một quả cầu nặng 1 kg làm từ vật liệu có khối lượng riêng là 1 g/cm3 sẽ có đường kính khoảng 12,4 cm với tổng diện tích bề mặt khoảng 482 cm2 (0,0482 m2). Nếu được nghiền thành các hạt có đường kính 50µm, bằng hạt bột mỳ, tổng diện tích khối cầu hiện lên đến 120 m2.

Trong điều kiện này, phần diện tích bề mặt tiếp xúc với oxy là rất lớn. Nếu mồi lửa xuất hiện, toàn bộ đám mây bụi sẽ bốc cháy với tốc độ cực nhanh. Năng lượng sẽ thoát ra bất ngờ cùng lượng nhiệt lớn.

Hiện tượng trên cũng xảy ra với những vật liệu thông thường là không cháy, như nhôm, hoặc cháy chậm, như gỗ. Nếu được nghiền đến mức kích thước phù hợp, chúng có thể tạo ra một vụ nổ lớn chỉ cần một tia lửa nhỏ.

Nhiệt lượng tỏa ra làm tăng áp lực lên các thành dụng cụ hoặc tường căn phòng chứa mây bụi. Áp lực đủ sức phá hủy các tòa nhà, nhà máy, gây thương vong về người. Áp lực còn tạo thêm bụi từ các thiết bị hoặc mặt bên trong tòa nhà, gây ra vụ nổ thứ hai.

Tuy nhiên, không phải mọi đám mây bụi đều phát nổ khi có hai điều kiện nêu trên. Độ dày đặc của chúng phải nằm trong một ngưỡng nhất định. Mây bụi sẽ không phát nổ nếu độ dày đặc thấp hơn hoặc vượt quá ngưỡng này.

Giới khoa học đã xác định được ngưỡng có thể gây nổ của mây bụi tạo ra từ các vật liệu khác nhau. Chúng dao động từ 10 g/m3 đến 500 g/m3. Ngưỡng dưới của hầu hết các loại bụi dễ cháy là 30 g/m3. Ngưỡng trên ít có ứng dụng trong thực tế nên số liệu hiếm khi sẵn có.

Nổ bụi là nguyên nhân gây ra nhiều thảm họa trong ngành công nghiệp. Ngày 7/2/2008, một vụ nổ lớn đã xảy ra tại nhà máy đường Imperial Sugar ở Port Wenworth, bang Georgia, Mỹ, làm 14 người chết và 38 người bị thương.

Vụ nổ đầu tiên xuất phát từ một băng tải chạy phía dưới các tháp chứa đường, làm tăng thêm lượng bụi đường từ đường bám trên nền nhà và những tầng phía trên. Vụ nố thứ hai xuất hiện ngay sau đó. Áp lực gây ra làm hỏng nền nhà bằng bê tông, sập các bức tường.

Hôm 27/6, đơn vị tổ chức bữa tiệc Color Play Asia tại công viên nước Formosa Fun Coast, thuộc Tân Đài Bắc, thành phố đông dân nhất Đài Loan, phun một loại bột màu tạo hiệu ứng sân khấu vào đám đông đang nhảy trong tiếng nhạc rất lớn. Đám mây bột bốc cháy và phát nổ ngay sau đó làm 498 người bị thương, theo con số thống kê mới nhất. Trong số đó, 202 người nguy kịch và đây là "thảm họa tồi tệ nhất ở Tân Đài Bắc".