王鵬飛　李毅

摘要：火災(zāi)是儲(chǔ)罐區(qū)常見(jiàn)的災(zāi)害事故類(lèi)型，多罐池火災(zāi)連鎖事故一旦發(fā)生，往往帶來(lái)不可估量的損失。本文分析了多罐池火災(zāi)連鎖事故致災(zāi)效應(yīng)，闡述了初始池火災(zāi)誘發(fā)多罐池火連鎖事故的過(guò)程;利用數(shù)值模擬方法對(duì)不同工況下單一池火和四源池火燃燒場(chǎng)景進(jìn)行了數(shù)值模擬，分析了不同工況下四源池火燃燒時(shí)火焰融合情況，同時(shí)借助火焰高度特征參數(shù)對(duì)比分析了單一池火和多罐池火的燃燒危險(xiǎn)性。

關(guān)鍵詞：多罐池火;連鎖事故;數(shù)值模擬;危險(xiǎn)性分析

中圖分類(lèi)號(hào)：X932? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ?文章編號(hào)：2096-1227（2021）04-0030-02

石油化工行業(yè)儲(chǔ)罐區(qū)通常集中連片建設(shè)，這使得儲(chǔ)罐存放比較密集，一旦某一儲(chǔ)罐發(fā)生事故，極易引起整個(gè)儲(chǔ)罐區(qū)的連鎖反應(yīng)，引發(fā)嚴(yán)重的次生災(zāi)害。火災(zāi)是儲(chǔ)罐區(qū)常見(jiàn)的災(zāi)害事故類(lèi)型，包括池火災(zāi)、噴射火、閃火等，其中池火災(zāi)是石化儲(chǔ)罐區(qū)火災(zāi)事故中發(fā)生頻率最高的一種火災(zāi)事故類(lèi)型，包括單一池火災(zāi)和多罐池火災(zāi)。多罐池火災(zāi)連鎖事故一旦發(fā)生，往往帶來(lái)不可估量的損失[1]。例如2005年12月英國(guó)邦斯菲爾德油庫(kù)火災(zāi)事故造成了22個(gè)汽油儲(chǔ)油罐同時(shí)起火，直接經(jīng)濟(jì)損失2.5億英鎊;2010年1月蘭州石化公司某罐區(qū)一個(gè)儲(chǔ)罐發(fā)生火災(zāi)，引燃周?chē)?個(gè)儲(chǔ)罐，火災(zāi)造成6人死亡，15人受傷。因此開(kāi)展石化行業(yè)儲(chǔ)罐區(qū)多罐池火災(zāi)連鎖事故危險(xiǎn)性分析是非常有必要的。

筆者對(duì)多罐池火災(zāi)連鎖致災(zāi)效應(yīng)進(jìn)行了分析，給出了池火災(zāi)誘發(fā)儲(chǔ)罐區(qū)多罐池火災(zāi)連鎖事故的過(guò)程;同時(shí)利用數(shù)值模擬方法對(duì)單一池火和多罐池火兩種燃燒場(chǎng)景進(jìn)行了數(shù)值模擬，并對(duì)其進(jìn)行了危險(xiǎn)性對(duì)比分析。

一、多罐池火災(zāi)連鎖效應(yīng)致災(zāi)分析

連鎖效應(yīng)是一個(gè)初始單元或設(shè)備發(fā)生事故導(dǎo)致的物理效應(yīng)觸發(fā)鄰近的一個(gè)或多個(gè)設(shè)備相繼發(fā)生二級(jí)及二級(jí)以上的事故，從而增加了后果嚴(yán)重度的現(xiàn)象[2-3]。多米諾連鎖效應(yīng)主要是由火災(zāi)熱輻射、爆炸沖擊波以及爆炸碎片引發(fā)的。在眾多研究中，普遍認(rèn)為熱輻射、超壓、拋射物（碎片）是導(dǎo)致連鎖事故擴(kuò)大的3個(gè)主要因素，相關(guān)學(xué)者總結(jié)了由上述3種物理效應(yīng)引發(fā)的100個(gè)多米諾連鎖事故，發(fā)現(xiàn)在這100起連鎖事故中有近一半初始事故的原因是火災(zāi)。

火災(zāi)是石油化工行業(yè)常見(jiàn)的事故類(lèi)型，其對(duì)設(shè)備破壞的主要方式是熱荷載，主要包括池火災(zāi)、閃火、火球以及噴射火[4]。池火災(zāi)作為初始事故產(chǎn)生連鎖效應(yīng)的情況最多，約占44%。結(jié)合石油化工行業(yè)儲(chǔ)罐區(qū)的特點(diǎn)，筆者對(duì)池火災(zāi)引起的多罐火災(zāi)連鎖事故進(jìn)行了分析，池火災(zāi)作為初始事故通過(guò)直接接觸和熱輻射兩種途徑引發(fā)連鎖事故，其致災(zāi)過(guò)程如圖1。池火災(zāi)通過(guò)熱荷載作用于周?chē)亩?jí)單元上，例如相鄰的儲(chǔ)罐或管線(xiàn)等，若熱荷載很小，不足以達(dá)到相鄰二級(jí)單元的失效臨界值，那么不會(huì)產(chǎn)生多罐火災(zāi)連鎖事故;若熱荷載使得周?chē)膬?chǔ)罐或管線(xiàn)等容器失效，那么會(huì)造成事故的擴(kuò)大，產(chǎn)生二級(jí)事故;若熱荷載沒(méi)有直接造成周?chē)萜魇В侨萜鲀?nèi)液體受熱沸騰使其內(nèi)部壓力超過(guò)許用壓力，也會(huì)造成事故的擴(kuò)大進(jìn)而產(chǎn)生二級(jí)事故。池火災(zāi)誘發(fā)的諸如火災(zāi)、爆炸、泄漏等二級(jí)事故在合適的觸發(fā)條件下會(huì)造成更多單元的破壞，進(jìn)而使得火災(zāi)在儲(chǔ)罐區(qū)不斷蔓延，造成多罐池火災(zāi)連鎖事故，最終帶來(lái)更大的危害。

二、多源池火數(shù)值模擬分析

（一）模擬工況

基于多儲(chǔ)罐池火災(zāi)連鎖事故的特點(diǎn)，筆者對(duì)不同油盤(pán)直徑（d=1.0m、1.4m）不同火源間距（L=1.5D，L=1.75D，L=2.0D，L=2.5D，L=3.0D）下的四火源燃燒和不同油盤(pán)直徑（d=1.0m、1.4m）下的單火源燃燒工況進(jìn)行了數(shù)值模擬，并將其兩種燃燒場(chǎng)景結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。模擬采用正庚烷作為燃料，圖2展示了單一池火和四火源燃燒的模擬場(chǎng)景方案。

（二）模擬結(jié)果對(duì)比分析

1.四火源火焰融合情況

圖3展示了直徑1.0m時(shí)不同火源間距下四火源燃燒火焰融合情況?？梢钥吹剑睆綖?m的4個(gè)油盤(pán)同時(shí)點(diǎn)燃，當(dāng)油盤(pán)間距L=1.5d時(shí)，四火源的火焰均向幾何中心偏轉(zhuǎn)，在中心處融合成一個(gè)更大的火焰;當(dāng)油盤(pán)間距L=1.75d時(shí)，四火源不會(huì)完全融合成一個(gè)火源，只是在燃燒過(guò)程中偶爾發(fā)生兩個(gè)或者三個(gè)火焰融合;當(dāng)油盤(pán)間距L=2.0d時(shí)，四火源也沒(méi)有發(fā)生火焰融合現(xiàn)象，只是燃燒過(guò)程中偶爾發(fā)生火焰的接觸;當(dāng)油盤(pán)間距L=2.5d時(shí)，四火源火焰會(huì)向中心傾斜，但是四火源仍是獨(dú)立燃燒的狀態(tài)，沒(méi)有發(fā)生火焰接觸和融合;當(dāng)油盤(pán)間距L=3.0d時(shí)，四火源獨(dú)立燃燒。同樣的，直徑為1.4m時(shí)四火源燃燒在不同間距下的火焰情況呈現(xiàn)出與上述相同的趨勢(shì)。

表1給出了四火源燃燒時(shí)，不同火源直徑（d=1m、1.4m）不同火源間距（L=1.5D，L=1.75D，L=2.0D，L=2.5D，L=3.0D）工況的火焰融合情況。可以看到相同直徑下，隨著火源間距的增大，四個(gè)火焰逐漸獨(dú)立燃燒;在一定火源間距情況下，才會(huì)產(chǎn)生火焰融合形成一個(gè)新的火焰。上述表明存在一個(gè)臨界火源間距，當(dāng)大于這個(gè)臨界間距時(shí)，四火源不會(huì)產(chǎn)生火焰融合，當(dāng)小于等于這個(gè)臨界間距時(shí)，四火源會(huì)發(fā)生火焰融合現(xiàn)象。

2.火焰高度

通過(guò)單一池火和四火源池火燃燒的數(shù)值模擬結(jié)果，筆者截取了每個(gè)工況下火焰穩(wěn)定燃燒時(shí)40幅火焰高度圖像，獲得了每幅圖像火焰頂端的高度數(shù)據(jù)，以此計(jì)算了平均值作為每個(gè)工況下的平均火焰高度。

筆者將單火源和四火源數(shù)值模擬獲得的火焰高度進(jìn)行了對(duì)比分析，圖4展示了不同工況下的火焰高度數(shù)據(jù)?？梢园l(fā)現(xiàn)，火源直徑1.0m時(shí)，四火源燃燒的火焰高度均高于單火源燃燒的火焰高度;火源直徑1.4m時(shí)，四火源的火焰高度也高于單火源的火焰高度;上述表明四火源燃燒時(shí)，其火焰高度要高于單一池火，即四火源燃燒的危險(xiǎn)性要更大，對(duì)外界產(chǎn)生的危害也更大。同時(shí)還可以發(fā)現(xiàn)，四火源燃燒時(shí)，隨著火源間距的增加，火焰高度隨之下降，逐漸趨近于單火源情況下的火焰高度;這是由于火源在一定的火源間距下，多個(gè)火源之間的相互作用，會(huì)發(fā)生火焰傾斜并融合形成一個(gè)更高的火焰;而隨著火源間距的增大，火源間的相互作用逐漸減弱，慢慢變成獨(dú)立燃燒的狀態(tài)，進(jìn)而與單火源燃燒的狀態(tài)相似，接近其單一池火的火焰高度;上述表明適當(dāng)?shù)姆阑痖g距是防止儲(chǔ)罐區(qū)多罐池火災(zāi)火焰融合的有效途徑之一。

三、結(jié)語(yǔ)

火災(zāi)是石油化工行業(yè)常見(jiàn)的事故類(lèi)型，池火災(zāi)作為初始事故產(chǎn)生連鎖效應(yīng)的情況最多。池火災(zāi)通過(guò)熱荷載作用于周?chē)脑O(shè)備單元上，誘發(fā)的諸如火災(zāi)、爆炸、泄漏等二級(jí)事故在合適的觸發(fā)條件下會(huì)造成更多單元的破壞，進(jìn)而使得火災(zāi)在儲(chǔ)罐區(qū)不斷蔓延，造成多罐池火災(zāi)連鎖事故。

多罐池火同時(shí)燃燒時(shí)，存在一個(gè)臨界火源間距使得各個(gè)火源融合形成一個(gè)新火焰;多火源火焰融合時(shí)，其火焰高度要高于相同直徑下單一池火的火焰高度，這表明多源池火燃燒時(shí)其危險(xiǎn)性要更大;隨著火源間距的增大，多火源燃燒的火焰高度逐漸減小，最終會(huì)趨近于單火源燃燒的火焰高度，這表明適當(dāng)?shù)姆阑痖g距是防止儲(chǔ)罐區(qū)多罐池火災(zāi)火焰融合的有效途徑之一。

參考文獻(xiàn)：

[1]王鵬飛，劉晅亞，陳龍飛.多儲(chǔ)罐池火連鎖事故風(fēng)險(xiǎn)分析[C].2019中國(guó)消防協(xié)會(huì)科學(xué)技術(shù)年會(huì)論文集.2019：139-142.

[2]李求進(jìn)，楊玉勝，陶紅.基于多米諾效應(yīng)的定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究[J].中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù).2012，08（1）：71-76.

[3]魏欣，何雨謙，鐘月華，肖澤儀.化工儲(chǔ)罐群池火災(zāi)連鎖效應(yīng)分析[J].四川化工，2013，16（1）：41-44.

[4]高進(jìn)東.化工儲(chǔ)罐區(qū)池火災(zāi)多米諾效應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[J].中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2013，9（7）：54-59.