大型储油罐区液池火灾热辐射数值模拟解析

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０．６１Ｄ

（１

）式中：Ｈ为火焰高度，ｍ；Ｄ为液池当量直径，ｍ；ｄｍ／ｄｔ为

单位表面积燃烧速度，ｋｇ／（ｍ２

·ｓ）；ρａ为周围的空气密度，ｋｇ／ｍ３；ｇ为重力加速度，

９．８ｍ／ｓ２

。．２火焰表面热辐射

假设池火火焰为圆柱体形状，燃烧产生的热量从圆柱体形火焰的侧面和上底面均匀地向外辐射，则池火火焰表面热辐射通量Ｅ如式（２

）所示。Ｅ＝ＤＨｆｃｄｔ

（Ｄ＋４Ｈ）（２）式中：Ｅ为火焰表面热辐射通量，Ｗ／ｍ２；Ｈｃ为液体燃烧热，Ｊ／ｋｇ；ｆ为热辐射系数，可取ｆ＝０．１。．３目标入射热辐射通量

有烟情况下，目标入射热辐射通量Ｅｆ见式（３

）所示。Ｅ－Ｄ／Ｌ－／ｆ＝Ｅｍ（ｅξ

）＋Ｅξ

ξ（１

－ｅＤＬ

）（３

）式中：Ｅｍ为火焰表面最大热辐射通量，Ｗ／ｍ２

；Ｌξ为热辐射功率特征长度；Ｅξ

为烟表面热辐射能，取２０ｋＷ／ｍ２

。油罐区概况

以１０万ｍ３

储油罐区为例。假设罐区长３３２ｍ，宽２０ｍ，防火堤高２ｍ。罐区内有６个１０万ｍ

３

储罐。罐直径为８０ｍ，高２１．８ｍ，被长、宽均为１１０ｍ的隔堤隔开。罐区结构及储罐分布如图１所示。

假设气象条件为：风速１．５ｍ／ｓ，考虑最恶劣状况，风向吹向监测位置；大气稳定度为Ｄ级；气温为２０℃；

日照辐射为０．５ｋＷ／ｍ

２

。假设１号储罐发生泄漏，汽油流入隔堤，

并在隔堤内发生燃烧，而并未引燃罐中储油。液池当量直径Ｄ的算法如式（４

）所示。Ｄ＝（４Ｓ／３．１４）０．５

（４

）式中：Ｓ为液池表面面积，ｍ

２

。计算模拟

．１对周边储罐的影响

将池火周围的储罐按照距离远近划分为３类，分别命名为：

第一邻近储罐，如图１中距离池火最近的２号和号罐；

第二邻近储罐，如图１中５号罐；第三邻近储罐，不考虑被其他储罐所遮挡住的罐体，如图１中６号罐。．１．１第一邻近储罐

以２号罐为例，其距池火中心７２ｍ。假设风吹向２号罐，罐体各部分受到的热辐射值如表１所示。因为罐

ＦｉｒｅＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，

Ｏｃｔｏｂｅｒ２０１２，Ｖｏｌ３１，Ｎｏ．１０１１２２３３４３

图１储罐区简图

周环形平台上可能有其他构建物，故将高度算至２６ｍ。

表１第一邻近储罐不同高位热辐射强度

高度／ｍ热辐射／ｋＷ／ｍ

２高度／ｍ热辐射／ｋＷ／ｍ

２０６．７６１４９．７９２７．２６１６１０．１０４７．７５１８１０．３９６８．２２２０１０．６６８８．６６２２１０．９０１０９．０７２４１１．１３１２

９．４４

２６

１１．３４

根据文献［

６］，当辐射热到达１２．５ｋＷ／ｍ２

时，将会对工艺设备具有破坏作用，塑料管将会熔化。从表１来

看，在１．５ｍ／ｓ的风速下，与事故储罐最邻近的２号罐并未达到这个标准。但是可以看出，在２２ｍ处热辐射值达

到１０．９０ｋＷ／ｍ

２

，已经接近这个辐射阈值。如果风力增大，该罐将不能保证安全。．１．２第二邻近储罐

第二邻近罐５号罐距离池火为１１８ｍ。在相同的模拟条件下，其热辐射值计算如表２所示。

表２第二邻近储罐不同高位热辐射强度

高度／ｍ热辐射／ｋＷ／ｍ

２高度／ｍ热辐射／ｋＷ／ｍ

２０３．５５１４４．２２２３．６５１６４．３１４３．７５１８４．４０６３．８５２０４．４８８３．９６２２４．５６１０４．０５２４４．６３１２

４．１３

２６

４．７０

第二邻近储罐热辐射值相对较小，

在罐顶处热辐射约为４．５６ｋＷ／ｍ２

。李剑乾等在文献［７］

中指出，当热辐射值达到４．５ｋＷ／ｍ２

时，暴露２０ｓ后皮肤开始起水疱。

而这个热辐射值对设备伤害较小。．１．３第三邻近储罐

６号罐距离池火距离为２１０ｍ，在相同的模拟条件下，其热辐射值如表３所示。

由表３可见，第三邻近储罐接受到的热辐射相对较

小。接近于大气层之上年平均日照辐射值１．３ｋＷ／ｍ

２

。从表１～表３可知，罐身在不同高位处受到的热辐射

消防科学与技术２０１２年１０月第３１卷第１０期

值不同，从罐底到罐顶依次增大。并且，距池火越近的储罐，

热辐射增加值幅度越大，如图２所示。表３第三邻近储罐不同高位热辐射强度

高度／ｍ热辐射／ｋＷ／ｍ

２高度

／ｍ热辐射／ｋＷ／ｍ

２０１．１９１４１．２５２１．２０１６１．２５４

１．２１１８１．２６６１．２２２０１．２６８１．２３２２１．２７１０１．２４２４１．２７１２

１．２４

２６

１．２７

图２不同邻近储罐热辐射随罐身高度变化曲线

．２距离与热辐射

在同样的条件下，对于罐区无遮挡空间，在１．６ｍ水平高度处，不同距离处（０～３００ｍ）的热辐射值如表４所示。１．６ｍ是考虑人体面部距地面高度。由于面部通常裸露在外，容易受到热辐射伤害，故取此值。

表４无遮挡空间热辐射随距离变化表

距离／ｍ热辐射

百秒

距离

热辐射

百秒

／ｋＷ／ｍ２致死率／ｍ／ｋＷ／ｍ２致死率１０２０１００％１６０２．１２０．０３％２０２０１００％１７０１．８８０．０１％３０２０１００％１８０１．６７０．００％４０２０１００％１９０１．４９０．００％５０１５．１０９９．９４％２００１．３４０．００％６０９．２９９４．４７％２１０１．２００．００％７０７．４３７９．７５％２２０１．０８０．００％８０６．２７５９．５９％２３００．９８０．００％９０５．３８３９．３６％２４００．８９０．００％１００４．６５２２．１８％２５００．８１０．００％１１０４．０５１０．７４％２６００．７４０．００％１２０３．５４４．４４％２７００．６８０．００％１３０３．１０１．５９％２８００．６３０．００％１４０２．７２０．４８％２９００．５８０．００％１５０

２．４０

０．１２％

３００

０．５３