某航空加油站池火災(zāi)熱輻射計(jì)算與應(yīng)急措施改進(jìn)

陳宇

摘? 要：油庫(kù)火災(zāi)中池火災(zāi)危害最大，為了解某航空加油站儲(chǔ)油罐區(qū)池火災(zāi)事故發(fā)生后熱輻射的分布，以及火災(zāi)對(duì)站內(nèi)設(shè)備、消防救援人員的影響，采用池火災(zāi)模型分析，通過(guò)編程計(jì)算，得出傷害和損壞標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的范圍。從該航空加油站的實(shí)際情況出發(fā)，討論了兩種形式的池火災(zāi)，它們都會(huì)不同程度上損壞設(shè)備、阻止救援人員接近。把池火災(zāi)模型的傷害范圍作為參考，完善該航空加油站應(yīng)急方案不足之處，推進(jìn)火災(zāi)預(yù)防工作以及火災(zāi)應(yīng)急救援工作的細(xì)化。

關(guān)鍵詞：油庫(kù)? 池火災(zāi)? 應(yīng)急措施? 熱輻射

中圖分類號(hào)：X928? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2020）09（a）-0020-04

Abstract：Among the oil depot fires， pool fire is the most dangerous. During the pool fire accident in the storage tank area of an aviation gas station， to get the distribution of thermal radiation and the impact of the fire on the equipment and fireman， the pool fire model is used to analyze.Draw the corresponding range of injury and damage standards by electronic computing. Based on the actual situation of the aviation gas station， two types of pool fire are discussed， which will damage the equipment and prevent fireman from approaching. The damage range of the pool fire model is used as a reference to improve the deficiencies of emergency plan， to promote the refinement of fire prevention and fire emergency rescue.

Key Words：Oil depot; Pool fire; Emergency plan; Thermal radiation

近50年來(lái)，出現(xiàn)上百起油庫(kù)儲(chǔ)罐火災(zāi)，其引發(fā)的惡性事故，造成了嚴(yán)重的社會(huì)公共危害和生命財(cái)產(chǎn)損失。在典型的火災(zāi)模式中，全液面池火災(zāi)的危害范圍最大[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，油庫(kù)火災(zāi)引發(fā)的多米諾效應(yīng)中，80%是池火災(zāi)引起的[2]。對(duì)于航空加油站火災(zāi)問(wèn)題，應(yīng)對(duì)池火災(zāi)這種形式更加關(guān)注。罐區(qū)池火災(zāi)的蔓延主要是由事故罐的熱輻射作用引起[3]。事故臨近罐易由熱輻射差異引發(fā)局部損壞[4]。因此，對(duì)該航空加油站的池火災(zāi)進(jìn)行分析計(jì)算，著重從熱輻射角度出發(fā)。

目前，該航空加油站內(nèi)尚無(wú)池火災(zāi)模型分析，一旦出現(xiàn)相應(yīng)緊急狀況，消防救援過(guò)程中，沒(méi)有參照數(shù)據(jù)，容易出現(xiàn)二次傷害。儲(chǔ)罐區(qū)事故演化的內(nèi)在動(dòng)力主要來(lái)自于罐內(nèi)儲(chǔ)存的油品，外界最大的干預(yù)是應(yīng)急決策，應(yīng)急決策對(duì)事故的演化會(huì)產(chǎn)生直接影響[5]。通過(guò)該航空加油站的池火災(zāi)輻射計(jì)算，得到熱輻射分布結(jié)果，改進(jìn)預(yù)防措施，指導(dǎo)火災(zāi)應(yīng)急救援工作的開(kāi)展，這具有現(xiàn)實(shí)意義。

1? 池火災(zāi)模型與計(jì)算

池火災(zāi)模型可以分為兩大類，場(chǎng)模型和半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?chǎng)模型運(yùn)用計(jì)算流體力學(xué)，同時(shí)描述火災(zāi)過(guò)程中的化學(xué)及物理過(guò)程的分模型，預(yù)測(cè)火災(zāi)。半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ陀眠^(guò)無(wú)因次關(guān)系描述池火災(zāi)的集合和輻射特點(diǎn)，其中的關(guān)系式由大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出。本文將使用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算池火災(zāi)下的熱輻射強(qiáng)度，并對(duì)其進(jìn)行討論。

1.1 液池直徑

該航空加油站的儲(chǔ)罐區(qū)設(shè)有4個(gè)500m3的內(nèi)浮頂罐，目前，4#儲(chǔ)罐現(xiàn)儲(chǔ)存有汽油，另外3個(gè)儲(chǔ)罐停用。油罐區(qū)一般都設(shè)置防火堤，因此火災(zāi)多在防火堤所限制的范圍內(nèi)發(fā)生?，F(xiàn)預(yù)測(cè)池火災(zāi)可能出現(xiàn)的兩種情況，一是火災(zāi)造成4#儲(chǔ)罐罐頂被破壞，形成以4#罐罐體為邊界的池火災(zāi)，簡(jiǎn)稱一類池火災(zāi)，二是火災(zāi)造成4#儲(chǔ)罐罐體、管道破損，油料淌滿防火堤內(nèi)側(cè)，形成以防火堤為邊界的池火災(zāi)，簡(jiǎn)稱二類池火災(zāi)。

該航空加油站中，儲(chǔ)罐直徑9m，圍堰長(zhǎng)34m，寬33m。以罐體為邊界的池火災(zāi)液池直徑使用罐的直徑進(jìn)行計(jì)算。以防火堤為邊界的池火災(zāi)使用以下公式，根據(jù)防護(hù)堤所圍池面積S計(jì)算液池直徑D：

1.2 火焰高度

當(dāng)?shù)仫L(fēng)速對(duì)火焰狀態(tài)有所影響，利用池火災(zāi)特征風(fēng)速uc進(jìn)行對(duì)比，如果池火災(zāi)特征風(fēng)速uc大于全年每月平均風(fēng)速，那么為簡(jiǎn)化計(jì)算，我們將其視作無(wú)風(fēng)狀態(tài)。

式中：uc——池火災(zāi)特征風(fēng)速，單位為m/s;g——重力加速度，取9.8m/s2;mf——燃燒速率，汽油的燃燒速率取0.055kg/（m2? s）;ρ0——空氣密度，1.18kg/m3。

該航空加油站地處中國(guó)東部季風(fēng)區(qū)，屬四川盆地亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，表1為該地區(qū)全年風(fēng)速統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

該地全年每月平均風(fēng)速均小于預(yù)測(cè)中兩種池火災(zāi)情況的特征風(fēng)速，將其視為無(wú)風(fēng)狀態(tài)，使用Thomas經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算池火災(zāi)火焰高度：

式中：L——火焰高度，單位為m;D——池直徑，單位為m;mf——燃燒速率，取0.055kg/（m2? s）;ρ0——空氣密度，單位為kg/m3，取1.18kg/m3;g——重力加速度，單位為m/s2，取9.8m/s2。

1.3 計(jì)算火焰表面熱通量

假定能量由圓柱形火焰?zhèn)让婧晚敳肯蛑車鶆蜉椛洌鹧姹砻鏌嵬恐团c油料燃燒產(chǎn)生的熱量持平：

式中：q0——火焰表面的熱通量，單位為kW/m2;ΔHC——燃燒熱，取47300kJ/kg;fn——熱輻射系數(shù)，取0.15;mf——燃燒速率，取0.055kg/（m2 s）。

1.4 視角系數(shù)

視角系數(shù)V與目標(biāo)到火焰垂直軸的距離與火焰半徑之比s和火焰高度與直徑之比h有關(guān)。

式中：S——目標(biāo)到火焰垂直軸的距離與火焰半徑之比;h——火焰高度與直徑之比;A、B、J、K、VH、VV為中間變量。

1.5 目標(biāo)接收到的熱通量的計(jì)算

目標(biāo)接收到的熱通量q（r）的計(jì)算公式為：

式中：qr——目標(biāo)接收到的熱通量，單位為kW/m2;r——目標(biāo)到泄漏中心的水平距離，單位為m;V——視角系數(shù)。

2? 結(jié)果與應(yīng)急措施改進(jìn)

2.1 池火災(zāi)計(jì)算結(jié)果

將模型編程，對(duì)應(yīng)熱輻射強(qiáng)度造成的傷害和損壞標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算，將結(jié)果羅列于表2所示。

為了更直觀的顯示熱輻射的傷害，用紅色圓表示對(duì)設(shè)備的損害范圍，用橙色圓表示對(duì)人的傷害范圍，使用圖1示意。

通過(guò)池火災(zāi)模型計(jì)算，發(fā)現(xiàn)以4#罐罐體為邊界的池火災(zāi)對(duì)設(shè)備的損害范圍較小，大部份是空地，少量覆蓋相鄰罐罐體，以4.7 kW/m2作為對(duì)人員的傷害標(biāo)準(zhǔn)，其范圍覆蓋了大部分防火堤和臨近消防道路;以防火堤為邊界的池火災(zāi)對(duì)操作設(shè)備的損害范圍較大，儲(chǔ)罐區(qū)所有罐體及附件受到損壞，且火災(zāi)易侵入周邊樹(shù)林，裝卸棚、桶裝庫(kù)房也有少部分在其范圍內(nèi)，對(duì)人員的傷害范圍基本覆蓋整個(gè)航空加油站。

2.2 應(yīng)急措施改進(jìn)

航空加油站周邊綠化在油庫(kù)火災(zāi)中是一個(gè)極大的安全隱患，特別是儲(chǔ)罐區(qū)外側(cè)樹(shù)林，距離近、數(shù)量多，長(zhǎng)時(shí)間熱輻射下易燃燒，形成山火，引發(fā)更大的險(xiǎn)情。在火災(zāi)預(yù)防工作中，應(yīng)當(dāng)清理樹(shù)木，留夠安全距離。

發(fā)生池火災(zāi)時(shí)，巨量的熱輻射會(huì)阻止救援人員接近儲(chǔ)罐區(qū)。儲(chǔ)罐區(qū)的消防系統(tǒng)由儲(chǔ)罐罐壁的液上泡沫噴射系統(tǒng)和防火堤周圍的消防泡沫槍、消防水槍共同組成。應(yīng)急措施的采取會(huì)對(duì)事故的演化產(chǎn)生直接影響，及時(shí)在辦公樓一樓的消防泵房開(kāi)啟泡沫噴射系統(tǒng)是滅火的關(guān)鍵，應(yīng)提高該措施的優(yōu)先級(jí)。在罐頂被破壞的情況下，罐壁的泡沫混合液管道及泡沫產(chǎn)生器被拉壞，此時(shí)只能依靠消防泡沫槍、消防水槍滅火。為保護(hù)人員接近并操作消防泡沫槍、消防水槍，站內(nèi)還應(yīng)當(dāng)配置重型隔熱服。

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