基于池火灾伤害数学模型的油库安全间距

表 1 池火灾热辐射伤害破坏判定准则
目标接受到的热强度（ KW / m2 ）
对设备设施损坏状况
对人员伤害状况
37． 5
破坏半径内所有设施设备
1% 死亡 /10s，100% 死亡 /1min
25
无火焰长时间燃烧辐射下，木材燃烧的最小能量
重伤 /10s，100% 死亡 /1min
12． 5
有火焰燃烧下，塑料熔化的最小能量
产业与科技论坛 2012 年第 11 卷第 9 期
基于池火灾伤害数学模型的油库安全间距分析
□杜素艳 邹碧海
【摘 要】本文介绍了池火灾伤害后果评价的基本步骤与方法，分析了热辐射伤害破坏判定准则，对比我国油库安全间距标准 油库，分析了基于池火灾伤害数学模型的油库安全间距分析，建议对一级油库进一步细分，通过数值计算和试验研究 等方法，分别确定 10 × 104 m3 以上的各级容量的油库的安全间距，特别是对容量在 100 × 104 m3 及其以上的油库单独 定级，将其 /dt 0． 6
H = 84r ρ0 槡2gr
（ 3）
式中： H—火 焰 高 度，m； ρ0 —周 围 空 气 密 度，ρ0 = 1．
239kg / m3 （ 标准状态下） 。
4． 计算火焰总热辐射通量。火焰总热辐射通量可按公
式（ 4） 计算：
[ ] Q =
2． 确定液池半径。对油库罐区而言，根据现有标准规范 要求，罐区周围都设有防火堤，一旦油品泄漏发生火灾，一般 情况下泄漏油品会在整个防火堤内形成油品液池，计算公式 见公式（ 1） ，可见在日常管理中，保证防火堤的可靠、有效的 重要性； 另一方面如果在油罐内发生火灾，液池半径就是油 罐的半径。
r = 槡A / π
1 度烧伤 /10s，1% 死亡 /1min
4
20s 以上感觉疼痛，未必起泡
1． 6
长期辐射无不舒服感
三、油库安全间距分析 （ 一） 我国油库安全间距标准。现行国家标准《石油库设 计规范》（ GB50074 － 2002） 中规定“一级、二级、三级、四级、 五级油库，其与周 围 居 住 区 及 公 共 建 筑 物 的 安 全 距 离，分 别 不得小于 100m、90 m、80 m、70 m、50m”。其中： （ 1） 安全距 离，从石油库的油罐区或油品装卸区算起； 有防火堤的油罐 区，从防火堤的中心线算起； 无防火堤的覆土油罐，从罐室内 壁算起。（ 2） 对于有装油作业的油品装卸区，安全距离可减 少 25% ，但不得小于 15m； 但对于仅有卸油作业的油品装卸 区以及单罐容量小于或等于 100m3 的埋地卧式油罐，安全距 离可减少 50% ，但不得小于 15m。（ 3） 四、五级石油库仅储存 丙 A 类 油 品 或 丙 A 类、丙 B 类 油 品 时，安 全 距 离 可 减 少 25% ，四、五 级 石 油 库 仅 储 存 丙 B 类 油 品 时，可 不 受 限 制。 （ 4） 少于 1000 人或 300 户的居住区与二、三、四、五级石油库 的距离可减少 25% ，少于 100 人或 30 户的居住区与一级石 油库 的 安 全 距 离，与 二、三、四、五 级 石 油 库 的 距 离 可 减 少 50% ，但不得小于 35m，居住区包括石油库的生活区。 （ 二） 油库池火灾伤害数学模型安全间距分析。通过利 用池火灾伤害数学模型计算了不同等级油库的安全间距，通 过结果可以看出： 1． 火灾辐射热强度问题。距离着火罐越远的地方，火灾 辐射热强度 越 小。 还 有 数 据 表 明，在 距 离 着 火 罐 相 同 距 离 处，着火罐直径越大，火灾辐射强度也越大，这符合火灾辐射 强度规律。但火灾辐射热强度并未随着油罐直径的增加而 成比例地增加。通过对比表 1 数据，可以看到，在远离储罐 120m 之外，热辐射强度很小，危害性大大下降。 2． 国库安全间距标准。我国油库安全间距标准中，一级 油库的安全间距为 100m，对于 10 × 104 m3 量级的油库，这安 全间距标准是适用的。但这也导致了 10 × 104 m3 量级与 100 × 104 m3 量级乃至 1 000 × 104 m3 量级的石油库的安全标准 相同，但对于较高 量 级 的 油 库 则 不 适 用，增 大 了 大 型 油 库 的 安全风险。随着经济建设的不断发展，目前我国在建和拟建 的某些油库，尤其是国家储备库，库容大都在 100 × 104 m3 的 量级以上，有的甚至规划了 2000 × 104 m3 ，油罐结构基本采用 浮顶油罐，单罐容积小则 5 × 104 m3 、大则 15 × 104 m3 。根据调 研，美国、日本等国 外 标 准 规 定 防 火 堤 的 有 效 容 积 为 最 大 罐 罐容积的 100 % ～ 110 % ，我国规定为 50 % 。由此可见，我 国大型油罐区防火堤的安全防护能力偏低。
【关键词】池火灾； 油库建设； 安全间距； 热辐射 【作者简介】杜素艳（ 1958 ～ ） ，女，中国石油润滑油公司生产技术处工程师； 研究方向： 安全环保管理
邹碧海，重庆科技学院
一、引言 随着我国经济的发展，成品油的需求量日益增加。油库 作为油品储存和销售的企业，在油品的市场供应中起着至关 重要的作用。由于油品具有易燃、易爆、易挥发等特点，在储 存过程中如若管理操作不当极易造成火灾爆炸等灾害，给人 民生产、生活、财产等带来巨大的损失。 设置油库与周围建筑物之间安全间距的目的，在于保证 油库的安全生产，保 证 周 围 设 施 和 人 员 在 油 库 发 生 火 灾、爆 炸时不受或少受伤害。油库是储存易燃易爆危险品的场所， 存在着较高的危险性，对周围设施和人员的危害远远大于周 围环境对油库的危害。因此，在确定油库与周围设施的安全 间距时，应从考虑油库的危害性出发，根据油库火灾、爆炸的 特点确定科学的 安 全 间 距，保 证 油 库 和 周 围 设 施、人 员 两 方 面的安全。 对于油库火灾，可 以 采 用 池 火 灾 基 本 理 论 进 行 分 析、计 算。油库油品发生 火 灾 时，一 般 火 势 凶 猛，并 伴 有 可 燃 性 混 合气体的爆炸，使储存容器遭到破坏，形成池火燃烧，池火灾 使周围物体和人员受到热辐射的危害。池火灾是一类以可 燃、易燃液体为燃料的火灾，常用于石油、化工等行业。预测 池火灾的破坏半径对于油罐区的合理设计和布局、预防和减 轻可能的事故损失具有重要意义，同时池火灾事故对周围设 施集人员的热辐 射 危 害 程 度 与 物 料 的 储 存 量 、燃 烧 时 间、距 事故原点的距离等诸多因素有关。其中，现行标准中采用的 主要措施是保持油库与周围建构筑物的安全间距。 本文采用池火灾伤害数学模型分析方法确定热辐射危 害影响程度，从而进一步分析油库与周围建构筑物的安全间 距要求的适应性。 二、池火灾伤害后果评价 （ 一） 基本步骤与方法。油品罐区内发生池火灾伤害后 果评价步骤如下： 1． 确定有关参数。调查油库的工艺过程及发生池火灾 的介质、压力、温度、数量等物态工艺参数。这是进行池火灾 伤害后果评价中非常关键的一步，只有准确的工艺参数调查 才能保证池火灾伤害后果评价结果的可靠性。
πr2 + 2πrH 72ν0． 6 + 1 νηζ
（ 4）
式中： Q—总热辐射通量，W； v—单位表面积燃烧速度， 也就是 dm / dt，kg / （ m2 ·S） ； η—效率因子，可取 0． 13 ～ 0． 35；
ξ—液体的燃烧热，J / kg。
5． 确定辐射热强度。距离液池中心为 x 的目标所受到的
热辐射强度 f 按以下公式进行计算：
f
=
Qτ 4πx2
（ 4）
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式中： f—热辐射强度，W / m2 ； τ—热传导系数，取值为 1。 能烧毁设备甚至造成人员伤亡等。热辐射伤害破坏判定准 （ 二） 热辐射伤害破坏判定准则。当火灾产生的热辐射 则，反映的是目标受到的热辐射对设备、设施破坏状况以及 强度足够大时，可使周围物体燃烧或变形，强烈的热辐射可 对人员伤害状况，如表 1 所示。
0． Tb
001Hc － T0 ） +
Hv
（ 2）
式中： dm / dt—单位表面积燃烧速度，kg / （ m2 ·S） ； Hc —
液体的最大发热量，J / kg； Cp —液体的定压比热，J / （ kg·K） ；
Tb —液体的沸点，K； T0—环境温度，K； Hv —液体的汽化热，J /
kg。
（ 1）
式中： r—油池半径，m； A—油池面积，m2 。
3． 确定介质燃烧速度，计算火焰高度。不同油品介质，
其燃烧速度是不相同的，同时燃烧速度还与温度、压力、氧含
量、容器大小、风 向 等 因 素 有 关。 液 体 表 面 上 单 位 面 积 的 燃
烧速度可用以下公式进行计算：
dm / dt
=
Cp （