汽油罐車池火災熱輻射下的安全距離研究

摘 要：熱輻射是池火災的主要傳熱方式。本研究對汽油罐車池火災的傷害模型進行分析，根據熱輻射傷害破壞判定準則，對站內或區間上汽油罐車發生池火災時造成的傷害距離進行計算與分析。分析結果表明，當采取措施，限制泄漏汽油形成的液池直徑，可以明顯降低池火火焰高度和熱輻射通量，從而減小池火災熱輻射造成的破壞，上述結論為汽油罐車在站內或區間上發生池火災時的風險評估、應急救援提供了重要的理論依據。

關鍵詞：汽油罐車；池火災；熱輻射；安全距離

1 前言

隨著我國經濟的發展，我國油品需求增長強勁，油品市場的成長壯大也帶動了我國油品運輸業的發展。鐵路運輸，由于其相對于公路、水路來說，單位運輸成本低、運送批量大，因此在油品運輸中一般采用鐵路運輸方式。由于油品具有易揮發、易流動擴散、易燃、易爆等特點，在運輸過程中，可能由于設備老化、意外撞擊、罐車過載等原因發生泄漏事故，泄漏出的油品如果遇明火，就會發生燃燒爆炸事故，造成極大的人員傷亡和財產損失。

池火災是指可燃液體泄漏到地面，形成液池，遇到火源，在液面發生燃燒，形成池火。液體泄漏， 一般會引起池火災。池火災的破壞主要是熱輻射， 如果熱輻射作用在容器和設備上， 其內部壓力會迅速升高， 引起容器和設備的破裂；如果熱輻射作用于可燃物， 會引燃可燃物；如果熱輻射作用于人員， 會引起人員燒傷甚至死亡。

汽油[閃點≤23℃]，別名車用汽油，信息化品名汽油，屬一級易燃液體，鐵危編號31001。其化學成分是C4～C9的脂肪烴和環烷的混合物，為無色或淡黃色透明液體，有特殊氣味，易揮發，相對密度0.67～0.71，閃點為-50℃，沸點為40℃～200℃，自燃點280℃～456℃。蒸氣能與空氣形成爆炸性混合物，爆炸極限為1.3%～6.0%。與氧化劑能發生強烈反應。其蒸氣比空氣重，能在較低處擴散到較遠的地方，遇明火會引起回燃。有低毒，吸入汽油蒸氣能引起頭痛、眩暈、惡心、心動過速等現象。吸入大量蒸氣時，會引起嚴重的中樞神經障礙。誤飲汽油引起嘔吐、消化道的黏膜刺激癥狀，進而出現抽搐、不安、心力衰弱、呼吸困難。該物質對環境有害，對水體應特別注意污染。

本研究對汽油罐車發生泄漏后池火災事故造成的傷害距離進行計算分析，所獲得的有關安全距離為汽油罐車在站內或區間上發生池火災時的風險評估、應急救援提供了重要的理論依據。

2 池火物理模型分析

池火災是指可燃液體泄漏到地面，形成液池，遇到火源，在液面發生燃燒，形成池火。對于池火災，輻射過程是最主要的換熱過程，對鄰近人員及設備的熱影響體現在受輻射的強度和輻射時間上。池火災事故對周圍設施集人員的熱輻射危害程度與物料的儲存量、燃燒時間、距事故原點的距離等諸多因素有關。本文采用Mudan模型確定熱輻射危害影響程度，Mudan模型把池火焰看做垂直（無風）或傾斜（有風）的圓柱形輻射源，用Thomas經驗公式進行計算。Mudan模型適用的熱輻射通量范圍沒有明確的限制[1，2，3，4]。

2.1 液池的直徑

3 汽油罐車池火災的計算

鐵路上通常使用G60k型罐車裝運汽油，該型罐車載重量為53噸。為了計算方便，本文假定，一輛G60k型罐車在車站內發生泄漏，車內裝載的53噸汽油全部泄漏，汽油任意蔓延及采取措施將液池直徑限制為10m，兩種情況發生池火災事故，目標物在不同距離受到的熱輻射通量。

3.1 液池的直徑

汽油是一種混合物，各成分含量不同，密度也不相同，本文中取93#汽油的密度值725kg/m3進行計算。將汽油密度帶入（2）式中計算可得汽油任意蔓延時的液池面積為2924m2，液池直徑為61m。

3.2 火焰高度的計算

取環境溫度為298K，空氣密度為1.185kg/m3，經過計算，汽油任意蔓延時，火焰高70.86m；液池直徑限制為10m時，火焰高20.17m。

3.3 熱輻射強度的計算

3.3.1 火焰表面熱輻射通量的計算

通過查詢物質的系數和特征表，可以查出汽油的燃燒熱△Hf為4.73×10^4 kj/kg，經過計算，汽油任意蔓延情況下，火焰表面熱輻射通量Q0為101.5895 kw/m2；液池直徑為10m時，火焰表面熱輻射通量Q0為63.26 kw/m2。

3.3.2 目標接受熱輻射通量的計算

熱輻射對人體、設備的傷害主要是通過不同熱輻射通量對人體或設備所造成不同的傷害程度來表示。表3給出了不同熱輻射值對人體的傷害和周圍設施的破壞情況。

取目標距液池邊緣的距離為10m、20m、30m、40m、50m時，分別計算目標接受的熱輻射通量，得出計算結果如表4。

從上圖可以看出，隨著距離的增加，目標物受到的熱輻射通量迅速減小；當距離超過30m時，熱輻射通量減小的趨勢變緩；當采取措施限制液池直徑為10m時，在同一距離，目標物受到的熱輻射通量（與汽油任意蔓延造成的熱輻射通量相比）明顯降低，限制液池直徑對降低池火災熱輻射造成的傷害效果明顯[1，4，6，7]。

4 結束語

通過上述計算，可以發現，池火災火焰高度、熱輻射通量與液池直徑相關，隨著液池直徑的減少而明顯下降。

鐵路上運輸汽油罐車，當其中1節汽油罐車發生泄漏，若任由汽油蔓延，發生池火災后，人員、設備設施的安全距離大于50m，會對相鄰車廂、相鄰鐵路線及相鄰鐵路線上運行的列車造成極大的破壞。若相鄰車體也為汽油罐車，則有可能引起其發生燃燒爆炸，造成更大的破壞。當采取措施，限制泄漏汽油形成的液池直徑，可以明顯降低池火火焰高度和熱輻射通量，從而減小池火災熱輻射造成的破壞。

本研究對池火災熱輻射的傷害范圍進行計算，所獲得的有關傷害范圍的信息為汽油罐車在站內或區間上發生池火災時的風險評估、應急救援提供了重要的理論依據。

池火災熱輻射破壞僅是可燃液體發生泄漏事故后造成的破壞中的一種（爆炸破壞、毒性、腐蝕性危害等等），要對可燃液體發生泄漏事故后造成的破壞進行評估，還需要客觀、全面的考慮其他相關因素。

參考文獻

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