原油储罐火灾热辐射特性实验

张宝良 孙建刚 李姗姗 崔利富 武英杰

原油储罐火灾热辐射特性实验

张宝良1 孙建刚2 李姗姗2 崔利富2 武英杰3

1大庆油田设计院 2大连民族学院土木建筑工程学院 3大庆石化工程有限公司

原油储罐火灾的实验研究是揭示储罐在火灾作用下热辐射特性的基础，是建立数学模型进行理论研究的前提。储罐热辐射特性实验结果表明：距离着火储罐水平方向较近距离处存在辐射热流量的最大值；着火储罐1/4敞口情况下各测点辐射热流量均小于全敞口及1/2敞口情况下的值，而全敞口和1/2敞口情况下，垂直高度较低、与着火储罐水平距离较近的各测点辐射热流量较为接近；在距离罐壁较近位置处、与地面的高度相对较高时，下风向的辐射热流量大于上风向辐射热流量。

原油储罐火灾；辐身热流量；火灾实验；测试

由于原油储罐的易燃易爆特性，一旦发生事故，燃烧罐会产生强烈的辐射热，不仅对相邻罐造成威胁，使火灾爆炸危险性有扩大的趋势，而且强烈的辐射热使消防人员无法靠近，使得扑灭火灾、冷却储罐的行动更加艰难。

原油储罐火灾的实验研究是揭示储罐在火灾作用下热辐射特性的基础，是建立数学模型进行理论研究的前提，但是进行石油储罐火灾的实验研究存在诸多困难。由于原油储罐的易燃、易爆特性，储罐在火灾作用下内部压力升高很快，储罐随时可能发生沸腾、喷溅，实验的危险性较大[1-2]。开展储罐火灾热辐射特性的实验研究具有重要的意义。

1 实验系统

实验储罐系统由3个储罐构成，均为1 000 m3储罐1∶4的模型，油罐直径2.95 m，油罐高度2.65 m。以燃烧罐为中心，相邻储罐分别在燃烧罐两侧，3个储罐在一条直线上分布，燃烧罐与另两个邻罐间的距离分别为0.5D和D（D为燃烧罐的直径）。其中燃烧储罐表层储油50 cm，油层下部为水。本实验进行了原油燃烧时罐顶全敞口、1/2敞口和1/4敞口3种情况下的燃烧实验，两相邻储罐内部均为水。

辐射热流量采用辐射热流计测试。水平方向上在斜向空间距离燃烧罐中心L=D、1.5D、2D位置分别立3根标杆，标杆高度与储罐高度相同，每个标杆从上至下均布4个辐射热流计用于监测垂直方向上辐射热流分布，各辐射热流计之间垂直距离为0.88 m。在距离燃烧罐为0.5D的相邻罐内侧（靠近燃烧罐测）从上至下均布4个辐射热流计，各辐射热流计之间垂直距离同样为0.88 m。实验测点布置详见图1。

图1 原油储罐火灾热辐射特性实验示意图

2 实验结果分析

2.1 辐射热水平分布

实验条件为：采用大庆油田原油，室外温度5.5～8.8℃，湿度35%～50%，风速1.8～5.8 m/s，位置A、B、C位于上风向，位置D位于下风向。从着火储罐罐顶全敞口、1/2敞口和1/4敞口3种情况下辐射热水平方向分布图可以看出，当h（测点距离地面的垂直高度）为2.65 m和1.76 m时，辐射热流量随着L/D（无量纲距离）的增加而减小；当h为0.88 m和0时，随着L/D的增加，辐射热流量先增加后减小，在L/D=1.5D时，辐射热流量最大。着火储罐1/4敞口情况下各测点辐射热流量均小于全敞口及1/2敞口情况下的值；而全敞口和1/2敞口情况下，垂直高度较低、与着火储罐水平距离较近的各测点辐射热流量较为接近。

图1所示位置A和位置D均距离燃烧罐外壁0.5D，其分别处于燃烧油罐的上风向和下风向。图2为不同敞口面积下位置A和D同高度处辐射热流量的比较，图中横坐标为测点距离地面的高度，纵坐标为单位面积辐射热流量在点火10 min后的瞬时值。由图2可见，当高度小于1.76 m时，位置A和D同高度处辐射热流值较为接近。当高度为2.65 m时，在1/4敞口情况下，位置A处辐射热流量大于位置D处辐射热流量，原因在于敞口位置更靠近位置A处；在1/2敞口和全敞口情况下，位置A处辐射热流量均小于位置D处辐射热流量，原因在于位置D处于下风向，风的拖曳影响使得下风向的辐射热流量显著增加。

图2 风向对于辐射热流量的影响

2.2 辐射热垂直分布

从着火储罐罐顶全敞口、1/2敞口和1/4敞口3种情况下辐射热垂直方向分布图可见，在同样的水平距离下，测点高度均在2.65 m时辐射热流量最大，本文实验测点辐射热流量最大值为8 471 W/m2。在L/D=1时，辐射热流值随着测点高度的增加而增加；在L/D=1.5和2，且高度小于1.76 m时，辐射热流值随着测点高度的增加变化较为缓慢，但高度大于1.76 m时，辐射热流量显著增加。

3 结论

对原油储罐火灾在不同开口面积下周围空间热辐射强度进行了实验测试，并基于实验结果分析了罐顶开口面积、水平及垂直距离对于原油储罐火灾周围空间辐射热流量的影响，结果表明：

（1）距离着火储罐水平方向较近距离处存在辐射热流量的最大值。

（2）着火储罐1/4敞口情况下各测点辐射热流量均小于全敞口及1/2敞口情况下的值，而全敞口和1/2敞口情况下，垂直高度较低、与着火储罐水平距离较近的各测点辐射热流量较为接近。

（3）在距离罐壁较近位置处、与地面的高度相对较高时，下风向的辐射热流量大于上风向辐射热流量。

（4）本实验水平距离相同时，在最高测点（与储罐高度相同）处辐射热流量最大。

[1]傅苏红，曹广军，李继峰，等．油池火灾温度模拟计算及实际试验研究[J]．工程热物理学报，2010（8）：1 411-1 414.

[2]刘博，梁栋，黄沿波．池火灾热辐射计算及模拟[J]．安全，2008（12）：8-11.

（栏目主持 杨 军）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.3.023