原油罐区池火火灾模型计算

原油罐区池火火灾模型计算
在油田联合站、长输管线的首末站及石化炼厂中，原油储罐区是原油最集中的场所，储存的原油量较大，由于生产操作、储罐及其相连的设备、管理等原因，原油罐区极易发生油气跑、冒、滴、漏，存在很大的火灾隐患。

原油储罐区一旦发生油气泄漏，极有可能发生火灾、爆炸事故，造成严重的人员伤亡和巨大的财产损失。

1.池火火灾
原油泄漏的原因从人-机系统来考虑主要有设计失误、设备原因、管理原因及人为失误等原因。

原油泄漏后聚集在防火堤内形成液池，原油液池表面油气由于对流而蒸发，遇到引火源会发生池火灾。

美国学者R. Merrifield和T.A.Roberts提出，可燃液体引起的池火灾，热辐射是其主要危害。

热辐射对人体的伤害主要通过不同热辐射通量对人体产生的不同伤害程度来表示。

池火灾通过辐射热的形式对周围的人、财物产生危害，其危害程度可依据其辐射强度作为指标来参考，而辐射强度与池火燃烧速度、火焰高度、热辐射通量密切相关，因此池火火灾模型主要通过池火燃烧速度、火焰高度、热辐射通量、辐射强度四个参数来表述。

2.池火火灾模型简述
可燃液体泄漏后流到地面形成液池，或流到水面并覆盖水面，遇到火源燃烧而形成火池。

池火燃烧速度、火焰高度、热辐射通量、辐射强度可用下面几个关系式来表述。

2.1燃烧速度
当液池中的可燃液体的沸点高于周围环境温度时，液体表面上单元面积的燃烧速度
dt
dm
： H T -T C H 001.0dt dm 0b p c +=）
（式中：dt dm 表示单位表面积燃烧速度，kg/（m 2·s ）；H c 表示液体燃烧热，J/（kg ·k ）；C p 表示液体的比定压热容，J/（kg ·K ）；T b 表示液体的沸点，K ；T 0表示环境温度，K ；H 表示液体的汽化热，J/kg 。

2.2火焰高度
设液池为一半径为r 的圆池子，火焰高度按下式计算：
6
.05.00)2(dt /dm r 84h ⎥⎦
⎤⎢⎣⎡=gr p 式中；h 火焰高度，m ；r 液池半径，m ；
dt
dm
燃烧速率，kg/（m 2· s ）；p 0空气密度，kg/m 3；g 重力加速度；数值为9.8m/s 2。

2.3热辐射通量
半径为r 的液池燃烧时的总热辐射通量为
⎥⎦
⎤⎢⎣⎡
++=1dt dm 72/H dt dm rh 2r Q 60.0c 2）（）π（πη式中；Q 总热辐射通量，w ；
η效率因子，可取0.13-0.35；其他符号同上式。

2.4目标辐射热辐射强度的计算
假设全部辐射热从液池中心的小球辐射出来，则在距离液池中心某一距离X 处的入射辐射强度为：
2
c X 4Qt I π=
式中；I 热辐射强度。

W/m 2
；Q 总热辐射通量，w ；t c
热传导系数，在无相对理想的数据时，可取1，X 目标点到液池中心距离m 2。

3火灾损失
火灾通过辐射热的方式影响周围环境。

当火灾产生的热辐射强度足够大时，可使周围的物体燃烧或变形，强烈的辐射强度与损失等级对应的基础上，不同的辐射强度造成不同的伤害或损失的情况见下表。

表 不同热辐射强度所造成的损失
热辐射强度（kW/m 2）
对设备的损失 对人伤害 37.5 操作设备全部损坏 1%死亡/10s 100%死亡/1min 25 在无火焰、长时间辐射
下，木材燃烧的最小能量 重大烧伤/10s 100%死亡/1min 12.5 有火焰时，木材燃烧，塑料熔化的最小能量
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
4计算
本项目油罐为1具10000m 3原油浮顶罐，防火堤拟设（62m ×62m ）的有效容积为3844m 2。

防火堤拟设高度为2m ，根据有关资料可查得；原油的最大质量燃烧速率为0.0781kg/（m 2·s ），原油的燃烧热为41030kJ/kg ，燃烧热效率取0.35，空气密度1.293kg/m3，则防火堤的有效容积半径，即 池半径：m 7.242
14.33844r 5
.0=⨯=）（
火焰高度：=
热辐射通量：=（3.14×24.7×24.7+2×3.14×24.7×60.3）×0.0781×0.35×41.03×106/（72×0.07810.6+1）=761844kw。

目标热辐射强度：计算不同距离目标热辐射强度，其计算结果见表
表不同距离处目标热辐射强度
距离（m）
热辐射强度
（kW/m2）
距离（m）
热辐射强度
（kW/m2）
10 606.6 100 6.1
30 67.4 120 4.2
40 37.9 140 3.1
50 24.3 160 2.4
60 16.8 180 1.9
70 12.4 195 1.6
5.结论
根据计算结果可以看出：在原油罐区发生池火灾时，距离原油罐区40m范围内，操作设备等相关的建筑物将全部损坏，人员也来不及逃生；在40m~70m范围内，设施将受到严重损失，人员会有伤亡；在70m~120m范围内，设施将受到较大损失，人员也会受到伤害；120m~195m范围内，设施将受到较小损失，人员只会受到轻微伤害；在195m外，可以说是较为安全的。

在池火灾模型计算中，液池面积按整个罐区防火堤的面积取值，取值偏大，因为在实际生产管理中，原油泄漏一般会在较短的时间内发现，不太可能发生原油泄漏直至充满防火堤的情况，如果仅按池火灾计算的数据来考虑建筑购物的安全距离，会偏于保守，加大场站的面积，造成人力与财力的浪费，因此，在实际生产中，要在池火灾模型的基础上，结合其他相关的安全评价模型和相关的行业标准选择合
适的安全距离，以减少投资和对人财物的浪费。