張寶良 孫建剛 李姍姍 崔利富 武英杰

原油儲罐火災(zāi)熱輻射特性實驗

張寶良1 孫建剛2 李姍姍2 崔利富2 武英杰3

1大慶油田設(shè)計院 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

原油儲罐火災(zāi)的實驗研究是揭示儲罐在火災(zāi)作用下熱輻射特性的基礎(chǔ)，是建立數(shù)學(xué)模型進行理論研究的前提。儲罐熱輻射特性實驗結(jié)果表明：距離著火儲罐水平方向較近距離處存在輻射熱流量的最大值；著火儲罐1/4敞口情況下各測點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、與著火儲罐水平距離較近的各測點輻射熱流量較為接近；在距離罐壁較近位置處、與地面的高度相對較高時，下風(fēng)向的輻射熱流量大于上風(fēng)向輻射熱流量。

原油儲罐火災(zāi)；輻身熱流量；火災(zāi)實驗；測試

由于原油儲罐的易燃易爆特性，一旦發(fā)生事故，燃燒罐會產(chǎn)生強烈的輻射熱，不僅對相鄰罐造成威脅，使火災(zāi)爆炸危險性有擴大的趨勢，而且強烈的輻射熱使消防人員無法靠近，使得撲滅火災(zāi)、冷卻儲罐的行動更加艱難。

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

1 實驗系統(tǒng)

實驗儲罐系統(tǒng)由3個儲罐構(gòu)成，均為1 000 m3儲罐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，相鄰儲罐分別在燃燒罐兩側(cè)，3個儲罐在一條直線上分布，燃燒罐與另兩個鄰罐間的距離分別為0.5D和D（D為燃燒罐的直徑）。其中燃燒儲罐表層儲油50 cm，油層下部為水。本實驗進行了原油燃燒時罐頂全敞口、1/2敞口和1/4敞口3種情況下的燃燒實驗，兩相鄰儲罐內(nèi)部均為水。

輻射熱流量采用輻射熱流計測試。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)桿高度與儲罐高度相同，每個標(biāo)桿從上至下均布4個輻射熱流計用于監(jiān)測垂直方向上輻射熱流分布，各輻射熱流計之間垂直距離為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）從上至下均布4個輻射熱流計，各輻射熱流計之間垂直距離同樣為0.88 m。實驗測點布置詳見圖1。

圖1 原油儲罐火災(zāi)熱輻射特性實驗示意圖

2 實驗結(jié)果分析

2.1 輻射熱水平分布

實驗條件為：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（測點距離地面的垂直高度）為2.65 m和1.76 m時，輻射熱流量隨著L/D（無量綱距離）的增加而減??；當(dāng)h為0.88 m和0時，隨著L/D的增加，輻射熱流量先增加后減小，在L/D=1.5D時，輻射熱流量最大。著火儲罐1/4敞口情況下各測點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、與著火儲罐水平距離較近的各測點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)為測點距離地面的高度，縱坐標(biāo)為單位面積輻射熱流量在點火10 min后的瞬時值。由圖2可見，當(dāng)高度小于1.76 m時，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，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，在同樣的水平距離下，測點高度均在2.65 m時輻射熱流量最大，本文實驗測點輻射熱流量最大值為8 471 W/m2。在L/D=1時，輻射熱流值隨著測點高度的增加而增加；在L/D=1.5和2，且高度小于1.76 m時，輻射熱流值隨著測點高度的增加變化較為緩慢，但高度大于1.76 m時，輻射熱流量顯著增加。

3 結(jié)論

對原油儲罐火災(zāi)在不同開口面積下周圍空間熱輻射強度進行了實驗測試，并基于實驗結(jié)果分析了罐頂開口面積、水平及垂直距離對于原油儲罐火災(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）著火儲罐1/4敞口情況下各測點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、與著火儲罐水平距離較近的各測點輻射熱流量較為接近。

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

（4）本實驗水平距離相同時，在最高測點（與儲罐高度相同）處輻射熱流量最大。

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

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

（欄目主持 楊 軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.3.023