池火災高溫溫度監測及熱輻射監測

樊海燕 孫建剛 王振 崔利富

1大慶油田設計院 2大連民族學院土木建筑工程學院

池火災高溫溫度監測及熱輻射監測

樊海燕1孫建剛2王振2崔利富2

1大慶油田設計院 2大連民族學院土木建筑工程學院

油罐火災的燃燒特性和輻射特性是預測火災發展趨勢和評估火災對周圍環境影響的基礎和前提，國內外的學者對其進行了多方面的研究。在進行原油圓盤及儲罐池火災火焰燃燒特性和輻射特性測試的基礎上，探討相鄰罐在著火罐燃燒時所受的影響，此方案中包含兩次實驗，第一次實驗是圓盤池火災高溫溫度監測測試，第二次實驗是油罐模型高溫溫度監測和熱流熱輻射監測。通過兩次實驗確定用耐高溫溫度傳感器、火焰熱流計以及火焰熱輻射傳感器采集池火災數據能夠達到預期的效果，將兩種實驗結果相結合可以更全面、準確地掌握油罐燃燒的火焰特性及輻射特性。

池火災；熱輻射；耐高溫溫度傳感器；溫度；監測

油罐火災的燃燒特性和輻射特性是預測火災發展趨勢和評估火災對周圍環境影響的基礎和前提，國內外的學者對其進行了多方面的研究。本文在進行原油圓盤及儲罐池火災火焰燃燒特性和輻射特性測試的基礎上，探討相鄰罐在著火罐燃燒時所受的影響，具有重要的現實意義。

1 系統方案

此方案中包含兩次實驗，第一次實驗是圓盤池火災高溫溫度監測測試，第二次實驗是油罐模型高溫溫度監測和熱流熱輻射監測。

1.1 圓盤池火災高溫溫度監測系統

實驗采用大慶油田原油，池直徑分別為1.5、2.0、3.0和5.0 m，深度為0.15 m，厚度視鋼材而定，在罐底加50 mm的水墊層，油層漂浮在水面高度100 mm。為測量油層溫度，沿圓盤中心布設具有刻度標志的標桿，并從原油液面起從上至下每2 cm布設一個高溫傳感器。在底部引出一U型管，在U型管上刻上刻度，并由攝像系統記錄U型管的刻度，由此來計算豎向燃燒速度。同時本實驗利用紅外成像系統記錄火焰圖像、火焰高度及火焰區溫度等，火焰面積燃燒速度由攝像系統來完成。此系統能夠一直對油罐連續溫度變化狀態進行監測，當中央控制室需要對數據進行分析以及越界狀態時觸發報警。

1.2 火災高溫溫度和熱流熱輻射監測系統

實驗儲罐系統由3個儲罐構成，均為1 000 m3儲罐1∶4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，三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敞口三種情況下的燃燒實驗，兩相鄰儲罐內部均為水。沿燃燒罐罐壁左、右兩側豎向每2 cm布設一個高溫傳感器，沿液面中心及T字梁布設相同的高溫傳感器，

采用熱流傳感器及熱輻射傳感器測試燃燒罐熱流分布，水平方向上在斜向空間45°距離燃燒罐中心L=D、1.5D、2D位置分別立3根標桿，在水平方向上270°同樣距離燃燒罐中心L=D、1.5D、2D位置分別立3根標桿。標桿高度均與儲罐高度相同，每個標桿從上至下均布4組熱流傳感器及熱輻射傳感器，用于監測垂直方向上熱流分布，各組之間垂直距離0.88 m。在距離燃燒罐為0.5D、D的兩相鄰罐內側（靠近燃燒罐側）從上至下均布4組熱流傳感器及熱輻射傳感器，各組之間垂直距離同樣為0.88 m。本實驗合計布設熱流傳感器32個，熱輻射傳感器32個，由數據檢測系統實時監測。

2 實驗數據及分析

2.1 圓盤池火災高溫溫度監測

對于不同池直徑下圓盤池火災中心及池壁溫度進行了連續狀態監測。圖1為直徑2 m圓盤池火災從點火至消防車滅火全過程各測點溫度的實時變化，可見在圓盤著火后10 s左右，中心位置溫度1至溫度5，外壁位置溫度6至溫度10溫度迅速升高，溫度隨測點距離火面距離的增加而變小，池中心區最高溫度大于池壁最高溫度。在監測尾段可見，在圓盤原油燒到低位時，消防車滅火，造成溫度驟然升高。其他圓盤直徑下池火災溫度的實時監測數據也反映了上述規律，可見用耐高溫溫度傳感器記錄池火災是可行的，而且符合實驗特征。但同時實驗發現用過的耐高溫溫度傳感器不能重復利用。

圖12 m直徑圓盤池火災中心及池壁溫度實時測試數據

2.2 油罐池火災高溫溫度監測

分別對全敞口、1/2敞口及1/4敞口3種情況下油罐池火災溫度進行了實時測試，外面溫度-10℃左右，在沒有燃燒前罐體內部溫度為-7℃。實驗當天風力為5級左右，風向為東南方向，左側相鄰罐處于火焰下風向，右側相鄰儲罐處于火焰上風向，下面以全敞口為例進行分析。從油罐全敞口情況下燃燒罐中心區及T字梁溫度分布情況可見，點火后離著火面最近的中心區位置處溫度最高。從油罐全敞口情況下燃燒罐左、右兩側罐壁溫度比較圖可見，燃燒罐壁左側溫度高于右側溫度，原因在于風的作用，使得火焰向下風向拖曳。由此可見，采用高溫傳感器實時監測油罐池火災的溫度場是確實可行的。

2.3 油罐池火災熱輻射監測

利用熱流傳感器實時監測對流熱流量的大小，熱輻射傳感器實時監測輻射熱流量的大小，圖2為全敞口、1/2敞口和1/4敞口情況下位置A處輻射熱流量及對流熱流量的變化情況，同一位置處輻射熱流量隨著測點高度的增加而增加，同位置處輻射熱流量遠大于對流熱流量。圖3為全敞口情況下位置A、D、E三處輻射熱流量的比較，可見在相同水平距離處，位置處于下風向時輻射熱流量大于上風向時的值。因此，利用熱流傳感器和熱輻射傳感器實時監測油罐池火焰的輻射熱特性是可行的。

3 結論

通過兩次實驗確定用耐高溫溫度傳感器、火焰熱流計以及火焰熱輻射傳感器采集池火災數據能夠達到預期的效果，所測得的大量實驗數據為今后實際應用積累了豐富的素材。

圖2 位置A處輻射熱流量及對流熱流量的變化

圖3 全敞口情況下三處輻射熱流量的比較

將兩次實驗結果相結合可以更全面、準確地掌握油罐燃燒的火焰特性及輻射特性，對于庫區儲罐的合理布置具有重要的指導意義。

大型儲油庫區在我國能源產業中具有舉足輕重的作用，油庫庫區安全涉及民生安全以及國家財產，完全有必要、也有條件按照“先實驗后應用”的原則。以當前應急管理工作為基礎，探索成熟油庫庫區應急管理體系建設經驗和模式，為其他化學工業區，其他行業、企業乃至國家政府部門應急管理體系建設提供寶貴經驗。目前出現的各種新型技術，在應用時更應按照“先實驗后應用”的原則，避免不必要的損失。

13069671209、fhy_tjff@163.com

（欄目主持楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.2.015

樊海燕：哈爾濱工業大學材料學專業碩士研究生，現就職于大慶油田設計院土建與防腐研究室，一直從事油田管道容器的安全評價和防腐保溫工作。