張寶良 孫建剛 李?yuàn)檴?崔利富 武英杰

原油儲(chǔ)罐火災(zāi)熱輻射特性實(shí)驗(yàn)

張寶良1 孫建剛2 李?yuàn)檴? 崔利富2 武英杰3

1大慶油田設(shè)計(jì)院 2大連民族學(xué)院土木建筑工程學(xué)院 3大慶石化工程有限公司

原油儲(chǔ)罐火災(zāi)的實(shí)驗(yàn)研究是揭示儲(chǔ)罐在火災(zāi)作用下熱輻射特性的基礎(chǔ)，是建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行理論研究的前提。儲(chǔ)罐熱輻射特性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：距離著火儲(chǔ)罐水平方向較近距離處存在輻射熱流量的最大值；著火儲(chǔ)罐1/4敞口情況下各測(cè)點(diǎn)輻射熱流量均小于全敞口及1/2敞口情況下的值，而全敞口和1/2敞口情況下，垂直高度較低、與著火儲(chǔ)罐水平距離較近的各測(cè)點(diǎn)輻射熱流量較為接近；在距離罐壁較近位置處、與地面的高度相對(duì)較高時(shí)，下風(fēng)向的輻射熱流量大于上風(fēng)向輻射熱流量。

原油儲(chǔ)罐火災(zāi)；輻身熱流量；火災(zāi)實(shí)驗(yàn)；測(cè)試

由于原油儲(chǔ)罐的易燃易爆特性，一旦發(fā)生事故，燃燒罐會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的輻射熱，不僅對(duì)相鄰罐造成威脅，使火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)性有擴(kuò)大的趨勢(shì)，而且強(qiáng)烈的輻射熱使消防人員無(wú)法靠近，使得撲滅火災(zāi)、冷卻儲(chǔ)罐的行動(dòng)更加艱難。

原油儲(chǔ)罐火災(zāi)的實(shí)驗(yàn)研究是揭示儲(chǔ)罐在火災(zāi)作用下熱輻射特性的基礎(chǔ)，是建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行理論研究的前提，但是進(jìn)行石油儲(chǔ)罐火災(zāi)的實(shí)驗(yàn)研究存在諸多困難。由于原油儲(chǔ)罐的易燃、易爆特性，儲(chǔ)罐在火災(zāi)作用下內(nèi)部壓力升高很快，儲(chǔ)罐隨時(shí)可能發(fā)生沸騰、噴濺，實(shí)驗(yàn)的危險(xiǎn)性較大[1-2]。開(kāi)展儲(chǔ)罐火災(zāi)熱輻射特性的實(shí)驗(yàn)研究具有重要的意義。

1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)儲(chǔ)罐系統(tǒng)由3個(gè)儲(chǔ)罐構(gòu)成，均為1 000 m3儲(chǔ)罐1∶4的模型，油罐直徑2.95 m，油罐高度2.65 m。以燃燒罐為中心，相鄰儲(chǔ)罐分別在燃燒罐兩側(cè)，3個(gè)儲(chǔ)罐在一條直線上分布，燃燒罐與另兩個(gè)鄰罐間的距離分別為0.5D和D（D為燃燒罐的直徑）。其中燃燒儲(chǔ)罐表層儲(chǔ)油50 cm，油層下部為水。本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了原油燃燒時(shí)罐頂全敞口、1/2敞口和1/4敞口3種情況下的燃燒實(shí)驗(yàn)，兩相鄰儲(chǔ)罐內(nèi)部均為水。

輻射熱流量采用輻射熱流計(jì)測(cè)試。水平方向上在斜向空間距離燃燒罐中心L=D、1.5D、2D位置分別立3根標(biāo)桿，標(biāo)桿高度與儲(chǔ)罐高度相同，每個(gè)標(biāo)桿從上至下均布4個(gè)輻射熱流計(jì)用于監(jiān)測(cè)垂直方向上輻射熱流分布，各輻射熱流計(jì)之間垂直距離為0.88 m。在距離燃燒罐為0.5D的相鄰罐內(nèi)側(cè)（靠近燃燒罐測(cè)）從上至下均布4個(gè)輻射熱流計(jì)，各輻射熱流計(jì)之間垂直距離同樣為0.88 m。實(shí)驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置詳見(jiàn)圖1。

圖1 原油儲(chǔ)罐火災(zāi)熱輻射特性實(shí)驗(yàn)示意圖

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 輻射熱水平分布

實(shí)驗(yàn)條件為：采用大慶油田原油，室外溫度5.5～8.8℃，濕度35%～50%，風(fēng)速1.8～5.8 m/s，位置A、B、C位于上風(fēng)向，位置D位于下風(fēng)向。從著火儲(chǔ)罐罐頂全敞口、1/2敞口和1/4敞口3種情況下輻射熱水平方向分布圖可以看出，當(dāng)h（測(cè)點(diǎn)距離地面的垂直高度）為2.65 m和1.76 m時(shí)，輻射熱流量隨著L/D（無(wú)量綱距離）的增加而減??；當(dāng)h為0.88 m和0時(shí)，隨著L/D的增加，輻射熱流量先增加后減小，在L/D=1.5D時(shí)，輻射熱流量最大。著火儲(chǔ)罐1/4敞口情況下各測(cè)點(diǎn)輻射熱流量均小于全敞口及1/2敞口情況下的值；而全敞口和1/2敞口情況下，垂直高度較低、與著火儲(chǔ)罐水平距離較近的各測(cè)點(diǎn)輻射熱流量較為接近。

圖1所示位置A和位置D均距離燃燒罐外壁0.5D，其分別處于燃燒油罐的上風(fēng)向和下風(fēng)向。圖2為不同敞口面積下位置A和D同高度處輻射熱流量的比較，圖中橫坐標(biāo)為測(cè)點(diǎn)距離地面的高度，縱坐標(biāo)為單位面積輻射熱流量在點(diǎn)火10 min后的瞬時(shí)值。由圖2可見(jiàn)，當(dāng)高度小于1.76 m時(shí)，位置A和D同高度處輻射熱流值較為接近。當(dāng)高度為2.65 m時(shí)，在1/4敞口情況下，位置A處輻射熱流量大于位置D處輻射熱流量，原因在于敞口位置更靠近位置A處；在1/2敞口和全敞口情況下，位置A處輻射熱流量均小于位置D處輻射熱流量，原因在于位置D處于下風(fēng)向，風(fēng)的拖曳影響使得下風(fēng)向的輻射熱流量顯著增加。

圖2 風(fēng)向?qū)τ谳椛錈崃髁康挠绊?/p>

2.2 輻射熱垂直分布

從著火儲(chǔ)罐罐頂全敞口、1/2敞口和1/4敞口3種情況下輻射熱垂直方向分布圖可見(jiàn)，在同樣的水平距離下，測(cè)點(diǎn)高度均在2.65 m時(shí)輻射熱流量最大，本文實(shí)驗(yàn)測(cè)點(diǎn)輻射熱流量最大值為8 471 W/m2。在L/D=1時(shí)，輻射熱流值隨著測(cè)點(diǎn)高度的增加而增加；在L/D=1.5和2，且高度小于1.76 m時(shí)，輻射熱流值隨著測(cè)點(diǎn)高度的增加變化較為緩慢，但高度大于1.76 m時(shí)，輻射熱流量顯著增加。

3 結(jié)論

對(duì)原油儲(chǔ)罐火災(zāi)在不同開(kāi)口面積下周圍空間熱輻射強(qiáng)度進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試，并基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析了罐頂開(kāi)口面積、水平及垂直距離對(duì)于原油儲(chǔ)罐火災(zāi)周圍空間輻射熱流量的影響，結(jié)果表明：

（1）距離著火儲(chǔ)罐水平方向較近距離處存在輻射熱流量的最大值。

（2）著火儲(chǔ)罐1/4敞口情況下各測(cè)點(diǎn)輻射熱流量均小于全敞口及1/2敞口情況下的值，而全敞口和1/2敞口情況下，垂直高度較低、與著火儲(chǔ)罐水平距離較近的各測(cè)點(diǎn)輻射熱流量較為接近。

（3）在距離罐壁較近位置處、與地面的高度相對(duì)較高時(shí)，下風(fēng)向的輻射熱流量大于上風(fēng)向輻射熱流量。

（4）本實(shí)驗(yàn)水平距離相同時(shí)，在最高測(cè)點(diǎn)（與儲(chǔ)罐高度相同）處輻射熱流量最大。

[1]傅蘇紅，曹廣軍，李繼峰，等．油池火災(zāi)溫度模擬計(jì)算及實(shí)際試驗(yàn)研究[J]．工程熱物理學(xué)報(bào)，2010（8）：1 411-1 414.

[2]劉博，梁棟，黃沿波．池火災(zāi)熱輻射計(jì)算及模擬[J]．安全，2008（12）：8-11.

（欄目主持 楊 軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.3.023