消防理论研究
基于PHAST的池火灾安全距离与影响因素研究
2
,胡庆革3,孙英峰4,王金贵4韦善阳1,
(华北科技学院安全工程学院,河北三河01.65201;
华北科技学院矿井灾害防治重点实验室,河北三河02.65201;
中国核工业二三建设有限公司秦山机械厂,浙江嘉兴33.14300;)中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院,北京14.00083
为油罐建设选址和减少油罐泄漏形成池火灾灾害 摘 要:
的影响及抢险救灾活动提供理论支持,通过理论计算和利用PHAST软件对油罐泄漏形成池火灾的影响范围及其影响因素进行模拟研究,研究距离、风速和大气稳定度对热辐射强度的热辐射强度总体上随距离的增大而减影响规律。研究表明,
但在距离池火灾中心较近和较远的区域,距离对热辐射强小,
度的影响不大。影响因素中,总体上风速越大,热辐射强度越大;但距离池火灾中心较近和较远的区域,风速对热辐射强度的影响可以忽略;大气稳定度对池火灾热辐射强度的影响可以忽略。
关键词:油罐泄漏;池火灾;热辐射强度;大气稳定度;安全距离
中图分类号:X913.4,TK121,TE881 文献标志码:A()文章编号:1009-0029201503-0300-04
存易燃易爆油品的油库成为越来越普遍的重大危险源。在油库的潜在危害中最常见的是油罐火灾,而热辐射是开放环境中油罐火灾的主要危害。热辐射的直接影响范围虽然不及爆炸和毒气泄漏,但它容易引起周边设备的。油罐火灾灾变而使灾害扩大(如周围油罐的受热爆炸)油罐的布置间距及救灾影响范围的研究对油库的选址、
具有重要指导意义。随着计算机软硬件的发展,数值模拟的广泛应用可以很好地弥补一些研究空白。利用对油罐泄漏形成池火灾的影响范围进行模拟分PHAST,研究距离、风速和大气稳定度等因素对灾害范围的影析,
为油库选址、油罐布置及救灾指导提供参考。响规律,
1 油罐泄漏形成池火灾理论分析
考察油罐泄漏形成池火灾的灾害影响主要指标是热安全距离,而热辐射强度的确定因素为液池半辐射强度、
径、火焰燃烧高度、燃烧速率以及燃烧热等,相应数学模))型如式(所示。13~式(
)火焰燃烧高度的经验公式如式(所示。1
随着经济的迅速发展,石化工业生产规模的扩大,储
櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒
&differentialthermalanalzer.Thetestdataravimetr ygy showsthattheunaedRVVcableinsulationhadthreeweiht gglossstaeeddurinthethermalainrocess.Weihtloss ggggpg mainloccuredinthefirststae.WeihtlossofRVVcable ygg materialbeanat267℃andendedat850℃.Whenthether -g,malainoftheRVVcablecametocertainextentitsthermal gg stabilitwoilldbeimroved.Theheavierthethermalainde -ypgg ,reeisthelowertheweihtlossrateisandthemoredifficult gg,therolsisis.Withtheincreasinofthermalaintimethe pyyggg weihtlossrateandtherateofweihtlosseakRVVdecrease pggraduall.Theheatresistantofcableacketisbetter. gyj:;;KewordsRVVcablematerialthermalainrolsischar -ggpyyy ;acteristicsTG-DTG
H=42D
D)ρ0.61
()1
式中:H为火焰的高度,m;D为液池直径,m。对于不规(2
);S为液池面积,mV为液
π23
/(·s);/;体的燃烧速率,kmkmggg为ρ为空气密度,其当量直径D=则体,
2
/。重力加速度,取9.8ms
)液池燃烧释放的总热辐射通量计算式如式(所示。2
2(r+DH)HcQ=0.61
72V+1
()2
式中:常取0.Q为总热辐射通量,kW;25;η为效率因子,
r为液池半径;Hc为燃料的燃烧。
根据计算的需要,假设产生的热辐射通量全部从液)根据式(计算不同热辐射强度值对池中心点辐射出来,3应的安全距离。
,作者简介:王 勇(男,山东惠民人,中国1969-)人民武装警察部队学院基础部化学教研室副主任,教授,硕士生导师,主要从事材料的安全性能研究工作,河北省廊坊市西环路220号,065000。
收稿日期:2014-11-08
tc
()3
4Iπ2/;式中:通常取I为热辐射强度,kWmtc为热传导系数,
X=
);)基金项目:安全技术及工程(煤矿安全)省级重点学科(中央高校基本科研业务基金资助项目(HKSJZD2014013142014012
300
,,FireScienceandTechnoloMarch2015Vol34No.3 gy,
1;X为目标点到中心点的距离,m。2 实例分析2.1 油罐区概况
某矿区储油罐区南侧距离高速公路2东侧距离5m,西侧距离围墙2北侧距离公共厕所6站房5m,0m,0m。油罐区共5个埋地油罐,油罐与油罐之间的距离为0.5油罐距离罐区墙壁为0.其中,m,5m;3个30m汽油罐,
33
(。柴油罐,总容积1柴油容积折半计算)2个30m20m
3
故进行模拟研究。选择软件中对应的池火灾模型,根据计算的油罐实际条件设定池火灾模拟参数,火焰高度为液池直径为9.温度为3压力为1.9.31m,06m,0℃,013
5
。具体参数值如表3所示。×10Pa
表2 不同辐射强度对人的伤害和对设备的伤害及距离
热辐射强度相应的距离2///mkWm37.5
4.9
对人的伤害min内的死亡率
00%;10s内死亡率0%
对设备的伤害
设备受严重损坏
由于汽油罐与柴油罐距离较远,相互间的影响可忽略不
3
。汽计,仅以汽油罐为例进行危险分析,则总量为90m2
,油罐区面积为7.储罐型号为HG0×9.2=64.4m5-
其各项参数如表1所示。1580-85卧式储罐,
25.0 6.0
无明火时木材长时间
min内的死亡率
暴露而被引燃所需要
00%;10s内严重烧
的最小能量;设备钢
伤
结构开始变形有明火时木材被点燃
in内死亡率1%所需要的最小能量塑料管及合成材料熔0s内一度烧伤
化超过20s引起疼痛玻璃暴露30min后但不会起水泡破裂长时间暴露不会有不适感
表3
池火灾模拟条件
—
表1 HG5-1580-85卧式储罐尺寸
3容积/m
筒体直径/mm
2400
长度/mm6000
厚度/mm
8
12.5 8.4
30
并假设3个
油罐的重 将3个地下汽油罐当作整体,
未考虑发生爆炸的前心点为爆炸原点且同时发生爆炸,
后顺序和油罐间的相互影响。图1为该油罐区简图。
4.0 1.6
14.923.6
情 景1 2 3 4
图1 油罐区简图
5 6 7 8 9
/风速/ms1.51.51.02.03.04.05.06.010.0
大气稳定度
DADDDDDDD
2.2 池火灾危险范围计算
将3个汽油罐视为一个整体,根据危险最大化原则,
2
,池火的燃烧面积为6当量直径D为9.4.4m06m。汽
/(),油的燃烧速度取经验值0.空气密度ρ0256km·s g
2
3
/,)取1.根据式(便可计算出池火的火焰高度为19km1g
3.2 模拟结果分析
先进行影响范围分析而后分析风速根据模拟结果,
和大气稳定度对热辐射的影响。图2为情景1时辐射强
2
/度分别为3时对应的人7.5、25.0、12.5、4.0、1.6kWm
9.31m。
已知液池的当量直径D=9.火焰的高度H=06m,
7
效率因子η=0.汽油燃烧热Hc=4.9.31m,25,37×10
/,/(),汽油的燃烧速度V=0.则根据Jk0256km·s gg
2
体伤害为死亡、重伤、轻伤、不适感、安全的影响区域,显/示的影响范围是总的环形影响范围的14区域。图3为/1.5D池火热辐射的变化趋势线。
)式(可以计算出液池燃烧时释放出的总热辐射通量为211151.53kW。
在已知总热辐射通量的情况下,根据式(可计算出3)结合文献研究的不同辐不同热辐射强度下的危险距离,
射强度对人的伤害和对设备的伤害结果,可得到在大气稳定、风速极小条件下的结论,如表2所示。
2
/根据表2可知,当热辐射强度小于1.时,6kWm
在23.6m以外的人员和建筑物受到的伤害和破坏在可接受范围内,所以其安全距离为23.6m。3 池火灾数值模拟分析3.1 参数设定
采用PHAST软件对油罐区内可能发生的池火灾事
消防科学与技术2015年3月第34卷第3期
/图2 1.5D池火灾辐射影响范围
分析图3可知,开始时热辐射强度随着距离的扩大这是因为距离池火灾中心越近,受到的热辐不发生变化,
301
内,风速越大热辐射强度越大;随着距离扩大到一定程风速的大小对热辐射强度的影响逐渐降级,直至影响度,可以忽略。
大气稳定度分别为A和D时,模拟得出的热辐射强由此可初步判定大气稳定度对度的变化曲线只有一条,
池火灾热辐射强度的影响可以忽略。
4 结论及展望
()油罐火灾的热辐射强度并不因与火源间距增大1
/图3 1.5D池火灾辐射变化曲线
射强度就会越大,在某一段距离内热辐射强度由于过大导致不随距离的扩大而减小,图中这段距离约为0~4.1在约m。在约4.1~6.5m的距离热辐射强度急剧下降,6.5~50.0m的距离下降速度略有变小,50.0m距离之外的区域内热辐射强度稳定。热辐射强度与距离的关系如表4所示。
/表4 1.5D热辐射强度与距离的关系
热辐射强度相应的距离
2///mkWm37.5
4.1
对人的伤害min内的死亡率
00%;10s内死亡率0%
对设备的伤害
在距火源中心4.而呈现指数单调减小;1m内热辐射强在4.但减小度基本不变,1m以后热辐射强度持续减小,趋势逐渐放缓,50.0m外热辐射强度逐渐趋于稳定。
()比较数学计算与软件模拟所得到的结果,发现其2
结果大致相同,说明模拟具有一定的有效性。但在某些方面也存在着一定的差异,如理论计算的池火灾安全距离为2而软件模拟的安全距离为3相差较3.6m,6.2m,大。分析认为是由于数学模型的许多数据为经验值,与实际情况存在着一定的偏差。
()总体上风速越大热辐射强度越大;距离池火灾中3
风速的大小对热辐射强度的影响心较近和较远的区域,可以忽略。
()大气稳定度对池火灾热辐射强度的影响可忽略。4
)(数值计算和模拟研究得出了在一定程度上与事5
实相符的结果,但是模型简化了很多,考虑的因素不够全依然和现实情况有着不小的差异,例如:许多数据取面,
得都是经验值,与现实条件下的数据有一定的区别,得到的结果与现实情况存在偏差;没有考虑二次爆炸;没有考虑油罐爆炸的先后顺序等。
()研究了风速、大气稳定度等因素对池火灾的影6
响,而孔径形状、地面粗糙度、视角因素等的影响还未研究,希望在以后的研究中能够有针对性地对以上因素进行探讨,掌握各种因素的影响规律。
参考文献:
[]王三明,]蒋军成,姜慧.评价技术及其事故预防[1J.南京化工大学
():学报,2001,23632-36.
[]刘志勇.池火灾模型及伤害特征研究[]2J.消防科学与技术,2009,
():2811803-805.
[]柏广文.罐区安全评价方法的实证分析及研究[]3J.石油化工管理
():干部学院学报,2005,247-52.
[]梁柏华,]袁艺朗.池火灾评价法应用于储罐区安全评价[4J.广州化
():工,2013,417228-230.
[]夏建军,]傅学成,张宪忠,等.油罐火灾模型试验的安全性分析[5J.
():消防科学与技术,2012,312122-125.
[]任常兴,]李晋,王婕,等.大型油罐区火灾风险严重度指数评价[6J.
():消防科学与技术,2012,319984-986+990.
[]闫家伟,]王青.大型储油罐区液池火灾热辐射数值模拟[7J.消防科
设备受严重损坏
25.0 5.7
无明火时木材长时间min内的死亡率
暴露而被引燃所需要
00
%;10s内严重烧
的最小能量;设备钢
伤
结构开始变形有明火时木材被点燃内死亡率in1%所需要的最小能量塑料管及合成材料熔0s内一度烧伤
化超过20s引起疼痛玻璃暴露30min后但不会起水泡破裂长时间暴露不会有不适感
—
12.5 10.2
4.0 1.6
24.136.2
/当热辐射强度小于1.6kW 结合图3和表4可知,
2
时,在3m6.2m以外的人员和建筑物受到的伤害和破
坏在可接受范围内,其安全距离为36.2m。大气稳定度为D时,风速对热辐射强度的影响,如图4所示。
图4 风速对热辐射强度的影响
比较不同风速条件下热辐射强度随距离的变化可在靠近池火灾中心区域内,风速的大小对热辐射强度知:
的变化几乎不产生影响;随着距离的扩大,在相同的距离
下转第3():学与技术,06页)2012,31101036-1037+1040.(
,,FireScienceandTechnoloMarch2015Vol34No.3 gy,
302
3外浮顶罐低液位时罐内油气爆炸研究[]吕东,王婕,李晋.710万m
(上接第302页)
[]李贵合,史君,沈国光.池火灾模型对汽油罐区火灾事故危险性的8
]():分析[J.石油化工安全环保技术,2013,29151-54.
[]赵承建,]于孝红.原油罐区池火灾及其危险性分析[9J.石油和化工
():设备,2010,13648-51.
[]徐志胜,]吴振营,何佳.池火灾模型在安全评价中应用的研究[10J.
():灾害学,2007,22425-28.
[]周德红,]赵宁.加油站储罐火灾与爆炸危险区域分析[11J.武汉工
():程大学学报,2013,3517-11.
[]():J.工业安全与环保,2013,39250-52.
[]张文海,陈国华,]潘游.危险化学品安全管理及定量评价方法[8J.
():化工学报,2004,554682-685.
[]赵衡阳.气体和粉尘爆炸原理[北京理工大学出版社,9M].北京:
1996.
[]吕东,王绍军,王婕.压缩气体小孔射流截面大气环境中扩张系10
]():数研究[J.消防科学与技术,2013,329942-944.
[]吕东,张欣,吴伟,等.单面遮挡下受限甲烷气云爆炸超压模型研11
]():究[J.振动与冲击,2014,33542-45.
[]刘俊吉,周亚平,李松林,等.物理化学[高等教育出版12M].北京:
社,2010.
Researchontheinfluencescoeand pdistanceofoolfirebPHASTsafet pyy
123
,WEIShananQine -y-g,HU gg
44
SUN YinfenJinui- -g gg,WANG
,
Researchontheareaofreleaseressure p
ofoilimmersedtransformer -
ofsubstationsrooms
111,,,GUOZheneiLIU XianliGUOXinu -w - -ggj211
,,LVDonLU XiaoJINGChuanun - g,j
1
LIUCunkai -
,N1.SchoolofSafet&EnineerinorthChinaInstitute ( ygg ,H;ofScience&TechnoloebeiSanhe065201,China2.Ke gyy,HMineDisasterPreventionandcontrolebeiSanheLab.of ;,C065201,China3.QinshanMachinerFactorhinaNuclear yy ,ZTwoThreeConstructionCo.Ltd.heianJiaxinIndustr yjgg ;,314300,China4.SchoolofResourceandSafetEnineerin ygg ,BChinaUniversitofMininandTechnoloBeiineiin yggy(jg)jg )100083,China
:AbstractInordertotheoreticalsuortforchoosinrovidin ppgpg thelocationoftankconstructionandreducintheinfluenceof g ,firedisasterwhichresultfromoiltankleakaeandforeool -gp
,tmerencrescueanddisasterreliefactivitiesheinfluence gy ofoolfirewhichresultedfromoiltankleakaewasrescoe -pgpsearchedbPHASTsoftwareandtheoreticalcalculation.The y ,influencelawsamonthermalradiationintensitdistancewind gy seedandtmosherictabilitereesearched.Results a s rppy wthatthethermalradiationintensiteneralldecreasedshowed ygy ,withtheincreaseofdistancebutthethermalradiationintensit yhadlittleinfluenceontheareaswherewasfarfromoolfire p,centerortooclosetothecenter.Inthewindeneralreater gg;seedcausedthebierthermalradiationintensitbutonthe ggyp
areawherewasfarfromthecenteroffireortooclosetoool p,ittheeffectofwindseedonthestrenthofthethermalradia -pg;tioncanbeinoredtheinfluenceofatmoshericstabiliton gpy oolfirethermalradiationintensitcanbeinoredtoo. pyg
:;;oolKewordsoiltankleakaefirethermalradiationintensi -pgy ;;tatmoshericstabilitsafetdistance ypyy
,S1.StateGridHenanEconomicResearchInstitutetate ( ,HenanlectricoweromanenanhenzhouGrid H E P C Zpyg;2.450000,ChinaTianinFireResearchInstituteofMPS, j)Tianin300381,China j
:AbstractSimulationsandanalsiswerecomletedaccordinto ypg exlosionscenariosofrealmodelof110kVsubstationsman py withCFDsoftwareFLACS.Severalscenariosweresettore -ressuresearchtheeffectofexlosionlocationandareaofre -ppressure.Theasleaseontheexlosioncombustiblewasde -pgpcomosedbinsulatinoilinthetransformertankunderthe pyg effectofelectricarc.Theressuredistributionofcombustible p,asatdifferenttimeandositionwasanalzedandtheeffect gpyofareaofreleaseontheexlosionoverressurewasressure pppanalzedtoo.Theformulasoncalculatintheareaofressure ygp wereaftertheresearchwork.ivenrelease g
:;;;Kewordscombustibleassubstationsoilimmersedareaof - gy ;ressurereleaseFLACS p
,作者简介:郭正位(男,河南郑州人,国网1980-)河南省电力公司经济技术研究院高级工程师,主要从事输变电工程土建专业设计评审工作,河南省郑州市嵩山南路87号,450000。
收稿日期:2014-11-08
,作者简介:韦善阳(男,广西河池人,华北1983-)科技学院安全工程学院博士,主要从煤矿事灾害监测河北省三河市燕郊经预警技术及煤岩动力灾害研究,济开发区,065201。
收稿日期:2014-11-06
306
,,FireScienceandTechnoloMarch2015Vol34No.3 gy,
消防理论研究
基于PHAST的池火灾安全距离与影响因素研究
2
,胡庆革3,孙英峰4,王金贵4韦善阳1,
(华北科技学院安全工程学院,河北三河01.65201;
华北科技学院矿井灾害防治重点实验室,河北三河02.65201;
中国核工业二三建设有限公司秦山机械厂,浙江嘉兴33.14300;)中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院,北京14.00083
为油罐建设选址和减少油罐泄漏形成池火灾灾害 摘 要:
的影响及抢险救灾活动提供理论支持,通过理论计算和利用PHAST软件对油罐泄漏形成池火灾的影响范围及其影响因素进行模拟研究,研究距离、风速和大气稳定度对热辐射强度的热辐射强度总体上随距离的增大而减影响规律。研究表明,
但在距离池火灾中心较近和较远的区域,距离对热辐射强小,
度的影响不大。影响因素中,总体上风速越大,热辐射强度越大;但距离池火灾中心较近和较远的区域,风速对热辐射强度的影响可以忽略;大气稳定度对池火灾热辐射强度的影响可以忽略。
关键词:油罐泄漏;池火灾;热辐射强度;大气稳定度;安全距离
中图分类号:X913.4,TK121,TE881 文献标志码:A()文章编号:1009-0029201503-0300-04
存易燃易爆油品的油库成为越来越普遍的重大危险源。在油库的潜在危害中最常见的是油罐火灾,而热辐射是开放环境中油罐火灾的主要危害。热辐射的直接影响范围虽然不及爆炸和毒气泄漏,但它容易引起周边设备的。油罐火灾灾变而使灾害扩大(如周围油罐的受热爆炸)油罐的布置间距及救灾影响范围的研究对油库的选址、
具有重要指导意义。随着计算机软硬件的发展,数值模拟的广泛应用可以很好地弥补一些研究空白。利用对油罐泄漏形成池火灾的影响范围进行模拟分PHAST,研究距离、风速和大气稳定度等因素对灾害范围的影析,
为油库选址、油罐布置及救灾指导提供参考。响规律,
1 油罐泄漏形成池火灾理论分析
考察油罐泄漏形成池火灾的灾害影响主要指标是热安全距离,而热辐射强度的确定因素为液池半辐射强度、
径、火焰燃烧高度、燃烧速率以及燃烧热等,相应数学模))型如式(所示。13~式(
)火焰燃烧高度的经验公式如式(所示。1
随着经济的迅速发展,石化工业生产规模的扩大,储
櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒
&differentialthermalanalzer.Thetestdataravimetr ygy showsthattheunaedRVVcableinsulationhadthreeweiht gglossstaeeddurinthethermalainrocess.Weihtloss ggggpg mainloccuredinthefirststae.WeihtlossofRVVcable ygg materialbeanat267℃andendedat850℃.Whenthether -g,malainoftheRVVcablecametocertainextentitsthermal gg stabilitwoilldbeimroved.Theheavierthethermalainde -ypgg ,reeisthelowertheweihtlossrateisandthemoredifficult gg,therolsisis.Withtheincreasinofthermalaintimethe pyyggg weihtlossrateandtherateofweihtlosseakRVVdecrease pggraduall.Theheatresistantofcableacketisbetter. gyj:;;KewordsRVVcablematerialthermalainrolsischar -ggpyyy ;acteristicsTG-DTG
H=42D
D)ρ0.61
()1
式中:H为火焰的高度,m;D为液池直径,m。对于不规(2
);S为液池面积,mV为液
π23
/(·s);/;体的燃烧速率,kmkmggg为ρ为空气密度,其当量直径D=则体,
2
/。重力加速度,取9.8ms
)液池燃烧释放的总热辐射通量计算式如式(所示。2
2(r+DH)HcQ=0.61
72V+1
()2
式中:常取0.Q为总热辐射通量,kW;25;η为效率因子,
r为液池半径;Hc为燃料的燃烧。
根据计算的需要,假设产生的热辐射通量全部从液)根据式(计算不同热辐射强度值对池中心点辐射出来,3应的安全距离。
,作者简介:王 勇(男,山东惠民人,中国1969-)人民武装警察部队学院基础部化学教研室副主任,教授,硕士生导师,主要从事材料的安全性能研究工作,河北省廊坊市西环路220号,065000。
收稿日期:2014-11-08
tc
()3
4Iπ2/;式中:通常取I为热辐射强度,kWmtc为热传导系数,
X=
);)基金项目:安全技术及工程(煤矿安全)省级重点学科(中央高校基本科研业务基金资助项目(HKSJZD2014013142014012
300
,,FireScienceandTechnoloMarch2015Vol34No.3 gy,
1;X为目标点到中心点的距离,m。2 实例分析2.1 油罐区概况
某矿区储油罐区南侧距离高速公路2东侧距离5m,西侧距离围墙2北侧距离公共厕所6站房5m,0m,0m。油罐区共5个埋地油罐,油罐与油罐之间的距离为0.5油罐距离罐区墙壁为0.其中,m,5m;3个30m汽油罐,
33
(。柴油罐,总容积1柴油容积折半计算)2个30m20m
3
故进行模拟研究。选择软件中对应的池火灾模型,根据计算的油罐实际条件设定池火灾模拟参数,火焰高度为液池直径为9.温度为3压力为1.9.31m,06m,0℃,013
5
。具体参数值如表3所示。×10Pa
表2 不同辐射强度对人的伤害和对设备的伤害及距离
热辐射强度相应的距离2///mkWm37.5
4.9
对人的伤害min内的死亡率
00%;10s内死亡率0%
对设备的伤害
设备受严重损坏
由于汽油罐与柴油罐距离较远,相互间的影响可忽略不
3
。汽计,仅以汽油罐为例进行危险分析,则总量为90m2
,油罐区面积为7.储罐型号为HG0×9.2=64.4m5-
其各项参数如表1所示。1580-85卧式储罐,
25.0 6.0
无明火时木材长时间
min内的死亡率
暴露而被引燃所需要
00%;10s内严重烧
的最小能量;设备钢
伤
结构开始变形有明火时木材被点燃
in内死亡率1%所需要的最小能量塑料管及合成材料熔0s内一度烧伤
化超过20s引起疼痛玻璃暴露30min后但不会起水泡破裂长时间暴露不会有不适感
表3
池火灾模拟条件
—
表1 HG5-1580-85卧式储罐尺寸
3容积/m
筒体直径/mm
2400
长度/mm6000
厚度/mm
8
12.5 8.4
30
并假设3个
油罐的重 将3个地下汽油罐当作整体,
未考虑发生爆炸的前心点为爆炸原点且同时发生爆炸,
后顺序和油罐间的相互影响。图1为该油罐区简图。
4.0 1.6
14.923.6
情 景1 2 3 4
图1 油罐区简图
5 6 7 8 9
/风速/ms1.51.51.02.03.04.05.06.010.0
大气稳定度
DADDDDDDD
2.2 池火灾危险范围计算
将3个汽油罐视为一个整体,根据危险最大化原则,
2
,池火的燃烧面积为6当量直径D为9.4.4m06m。汽
/(),油的燃烧速度取经验值0.空气密度ρ0256km·s g
2
3
/,)取1.根据式(便可计算出池火的火焰高度为19km1g
3.2 模拟结果分析
先进行影响范围分析而后分析风速根据模拟结果,
和大气稳定度对热辐射的影响。图2为情景1时辐射强
2
/度分别为3时对应的人7.5、25.0、12.5、4.0、1.6kWm
9.31m。
已知液池的当量直径D=9.火焰的高度H=06m,
7
效率因子η=0.汽油燃烧热Hc=4.9.31m,25,37×10
/,/(),汽油的燃烧速度V=0.则根据Jk0256km·s gg
2
体伤害为死亡、重伤、轻伤、不适感、安全的影响区域,显/示的影响范围是总的环形影响范围的14区域。图3为/1.5D池火热辐射的变化趋势线。
)式(可以计算出液池燃烧时释放出的总热辐射通量为211151.53kW。
在已知总热辐射通量的情况下,根据式(可计算出3)结合文献研究的不同辐不同热辐射强度下的危险距离,
射强度对人的伤害和对设备的伤害结果,可得到在大气稳定、风速极小条件下的结论,如表2所示。
2
/根据表2可知,当热辐射强度小于1.时,6kWm
在23.6m以外的人员和建筑物受到的伤害和破坏在可接受范围内,所以其安全距离为23.6m。3 池火灾数值模拟分析3.1 参数设定
采用PHAST软件对油罐区内可能发生的池火灾事
消防科学与技术2015年3月第34卷第3期
/图2 1.5D池火灾辐射影响范围
分析图3可知,开始时热辐射强度随着距离的扩大这是因为距离池火灾中心越近,受到的热辐不发生变化,
301
内,风速越大热辐射强度越大;随着距离扩大到一定程风速的大小对热辐射强度的影响逐渐降级,直至影响度,可以忽略。
大气稳定度分别为A和D时,模拟得出的热辐射强由此可初步判定大气稳定度对度的变化曲线只有一条,
池火灾热辐射强度的影响可以忽略。
4 结论及展望
()油罐火灾的热辐射强度并不因与火源间距增大1
/图3 1.5D池火灾辐射变化曲线
射强度就会越大,在某一段距离内热辐射强度由于过大导致不随距离的扩大而减小,图中这段距离约为0~4.1在约m。在约4.1~6.5m的距离热辐射强度急剧下降,6.5~50.0m的距离下降速度略有变小,50.0m距离之外的区域内热辐射强度稳定。热辐射强度与距离的关系如表4所示。
/表4 1.5D热辐射强度与距离的关系
热辐射强度相应的距离
2///mkWm37.5
4.1
对人的伤害min内的死亡率
00%;10s内死亡率0%
对设备的伤害
在距火源中心4.而呈现指数单调减小;1m内热辐射强在4.但减小度基本不变,1m以后热辐射强度持续减小,趋势逐渐放缓,50.0m外热辐射强度逐渐趋于稳定。
()比较数学计算与软件模拟所得到的结果,发现其2
结果大致相同,说明模拟具有一定的有效性。但在某些方面也存在着一定的差异,如理论计算的池火灾安全距离为2而软件模拟的安全距离为3相差较3.6m,6.2m,大。分析认为是由于数学模型的许多数据为经验值,与实际情况存在着一定的偏差。
()总体上风速越大热辐射强度越大;距离池火灾中3
风速的大小对热辐射强度的影响心较近和较远的区域,可以忽略。
()大气稳定度对池火灾热辐射强度的影响可忽略。4
)(数值计算和模拟研究得出了在一定程度上与事5
实相符的结果,但是模型简化了很多,考虑的因素不够全依然和现实情况有着不小的差异,例如:许多数据取面,
得都是经验值,与现实条件下的数据有一定的区别,得到的结果与现实情况存在偏差;没有考虑二次爆炸;没有考虑油罐爆炸的先后顺序等。
()研究了风速、大气稳定度等因素对池火灾的影6
响,而孔径形状、地面粗糙度、视角因素等的影响还未研究,希望在以后的研究中能够有针对性地对以上因素进行探讨,掌握各种因素的影响规律。
参考文献:
[]王三明,]蒋军成,姜慧.评价技术及其事故预防[1J.南京化工大学
():学报,2001,23632-36.
[]刘志勇.池火灾模型及伤害特征研究[]2J.消防科学与技术,2009,
():2811803-805.
[]柏广文.罐区安全评价方法的实证分析及研究[]3J.石油化工管理
():干部学院学报,2005,247-52.
[]梁柏华,]袁艺朗.池火灾评价法应用于储罐区安全评价[4J.广州化
():工,2013,417228-230.
[]夏建军,]傅学成,张宪忠,等.油罐火灾模型试验的安全性分析[5J.
():消防科学与技术,2012,312122-125.
[]任常兴,]李晋,王婕,等.大型油罐区火灾风险严重度指数评价[6J.
():消防科学与技术,2012,319984-986+990.
[]闫家伟,]王青.大型储油罐区液池火灾热辐射数值模拟[7J.消防科
设备受严重损坏
25.0 5.7
无明火时木材长时间min内的死亡率
暴露而被引燃所需要
00
%;10s内严重烧
的最小能量;设备钢
伤
结构开始变形有明火时木材被点燃内死亡率in1%所需要的最小能量塑料管及合成材料熔0s内一度烧伤
化超过20s引起疼痛玻璃暴露30min后但不会起水泡破裂长时间暴露不会有不适感
—
12.5 10.2
4.0 1.6
24.136.2
/当热辐射强度小于1.6kW 结合图3和表4可知,
2
时,在3m6.2m以外的人员和建筑物受到的伤害和破
坏在可接受范围内,其安全距离为36.2m。大气稳定度为D时,风速对热辐射强度的影响,如图4所示。
图4 风速对热辐射强度的影响
比较不同风速条件下热辐射强度随距离的变化可在靠近池火灾中心区域内,风速的大小对热辐射强度知:
的变化几乎不产生影响;随着距离的扩大,在相同的距离
下转第3():学与技术,06页)2012,31101036-1037+1040.(
,,FireScienceandTechnoloMarch2015Vol34No.3 gy,
302
3外浮顶罐低液位时罐内油气爆炸研究[]吕东,王婕,李晋.710万m
(上接第302页)
[]李贵合,史君,沈国光.池火灾模型对汽油罐区火灾事故危险性的8
]():分析[J.石油化工安全环保技术,2013,29151-54.
[]赵承建,]于孝红.原油罐区池火灾及其危险性分析[9J.石油和化工
():设备,2010,13648-51.
[]徐志胜,]吴振营,何佳.池火灾模型在安全评价中应用的研究[10J.
():灾害学,2007,22425-28.
[]周德红,]赵宁.加油站储罐火灾与爆炸危险区域分析[11J.武汉工
():程大学学报,2013,3517-11.
[]():J.工业安全与环保,2013,39250-52.
[]张文海,陈国华,]潘游.危险化学品安全管理及定量评价方法[8J.
():化工学报,2004,554682-685.
[]赵衡阳.气体和粉尘爆炸原理[北京理工大学出版社,9M].北京:
1996.
[]吕东,王绍军,王婕.压缩气体小孔射流截面大气环境中扩张系10
]():数研究[J.消防科学与技术,2013,329942-944.
[]吕东,张欣,吴伟,等.单面遮挡下受限甲烷气云爆炸超压模型研11
]():究[J.振动与冲击,2014,33542-45.
[]刘俊吉,周亚平,李松林,等.物理化学[高等教育出版12M].北京:
社,2010.
Researchontheinfluencescoeand pdistanceofoolfirebPHASTsafet pyy
123
,WEIShananQine -y-g,HU gg
44
SUN YinfenJinui- -g gg,WANG
,
Researchontheareaofreleaseressure p
ofoilimmersedtransformer -
ofsubstationsrooms
111,,,GUOZheneiLIU XianliGUOXinu -w - -ggj211
,,LVDonLU XiaoJINGChuanun - g,j
1
LIUCunkai -
,N1.SchoolofSafet&EnineerinorthChinaInstitute ( ygg ,H;ofScience&TechnoloebeiSanhe065201,China2.Ke gyy,HMineDisasterPreventionandcontrolebeiSanheLab.of ;,C065201,China3.QinshanMachinerFactorhinaNuclear yy ,ZTwoThreeConstructionCo.Ltd.heianJiaxinIndustr yjgg ;,314300,China4.SchoolofResourceandSafetEnineerin ygg ,BChinaUniversitofMininandTechnoloBeiineiin yggy(jg)jg )100083,China
:AbstractInordertotheoreticalsuortforchoosinrovidin ppgpg thelocationoftankconstructionandreducintheinfluenceof g ,firedisasterwhichresultfromoiltankleakaeandforeool -gp
,tmerencrescueanddisasterreliefactivitiesheinfluence gy ofoolfirewhichresultedfromoiltankleakaewasrescoe -pgpsearchedbPHASTsoftwareandtheoreticalcalculation.The y ,influencelawsamonthermalradiationintensitdistancewind gy seedandtmosherictabilitereesearched.Results a s rppy wthatthethermalradiationintensiteneralldecreasedshowed ygy ,withtheincreaseofdistancebutthethermalradiationintensit yhadlittleinfluenceontheareaswherewasfarfromoolfire p,centerortooclosetothecenter.Inthewindeneralreater gg;seedcausedthebierthermalradiationintensitbutonthe ggyp
areawherewasfarfromthecenteroffireortooclosetoool p,ittheeffectofwindseedonthestrenthofthethermalradia -pg;tioncanbeinoredtheinfluenceofatmoshericstabiliton gpy oolfirethermalradiationintensitcanbeinoredtoo. pyg
:;;oolKewordsoiltankleakaefirethermalradiationintensi -pgy ;;tatmoshericstabilitsafetdistance ypyy
,S1.StateGridHenanEconomicResearchInstitutetate ( ,HenanlectricoweromanenanhenzhouGrid H E P C Zpyg;2.450000,ChinaTianinFireResearchInstituteofMPS, j)Tianin300381,China j
:AbstractSimulationsandanalsiswerecomletedaccordinto ypg exlosionscenariosofrealmodelof110kVsubstationsman py withCFDsoftwareFLACS.Severalscenariosweresettore -ressuresearchtheeffectofexlosionlocationandareaofre -ppressure.Theasleaseontheexlosioncombustiblewasde -pgpcomosedbinsulatinoilinthetransformertankunderthe pyg effectofelectricarc.Theressuredistributionofcombustible p,asatdifferenttimeandositionwasanalzedandtheeffect gpyofareaofreleaseontheexlosionoverressurewasressure pppanalzedtoo.Theformulasoncalculatintheareaofressure ygp wereaftertheresearchwork.ivenrelease g
:;;;Kewordscombustibleassubstationsoilimmersedareaof - gy ;ressurereleaseFLACS p
,作者简介:郭正位(男,河南郑州人,国网1980-)河南省电力公司经济技术研究院高级工程师,主要从事输变电工程土建专业设计评审工作,河南省郑州市嵩山南路87号,450000。
收稿日期:2014-11-08
,作者简介:韦善阳(男,广西河池人,华北1983-)科技学院安全工程学院博士,主要从煤矿事灾害监测河北省三河市燕郊经预警技术及煤岩动力灾害研究,济开发区,065201。
收稿日期:2014-11-06
306
,,FireScienceandTechnoloMarch2015Vol34No.3 gy,