原油儲罐火災熱輻射特性實驗

張寶良 孫建剛 李姍姍 崔利富 武英杰

原油儲罐火災熱輻射特性實驗

張寶良1 孫建剛2 李姍姍2 崔利富2 武英杰3

1大慶油田設計院 2大連民族學院土木建筑工程學院 3大慶石化工程有限公司

原油儲罐火災的實驗研究是揭示儲罐在火災作用下熱輻射特性的基礎，是建立數學模型進行理論研究的前提。儲罐熱輻射特性實驗結果表明：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，下風向的輻射熱流量大于上風向輻射熱流量。

原油儲罐火災；輻身熱流量；火災實驗；測試

由于原油儲罐的易燃易爆特性，一旦發生事故，燃燒罐會產生強烈的輻射熱，不僅對相鄰罐造成威脅，使火災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、冷卻儲罐的行動更加艱難。

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

1 實驗系統

實驗儲罐系統由3個儲罐構成，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，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根標桿，標桿高度與儲罐高度相同，每個標桿從上至下均布4個輻射熱流計用于監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的相鄰罐內側（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 原油儲罐火災熱輻射特性實驗示意圖

2 實驗結果分析

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%，風速1.8～5.8 m/s，位置A、B、C位于上風向，位置D位于下風向。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）的增加而減小；當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向和下風向。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，圖中橫坐標為測點距離地面的高度，縱坐標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處于下風向，風的拖曳影響使得下風向的輻射熱流量顯著增加。

圖2 風向對于輻射熱流量的影響

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 結論

對原油儲罐火災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周圍空間輻射熱流量的影響，結果表明：

（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，下風向的輻射熱流量大于上風向輻射熱流量。

（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．油池火災溫度模擬計算及實際試驗研究[J]．工程熱物理學報，2010（8）：1 411-1 414.

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

（欄目主持 楊 軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.3.023