火灾环境下立式油罐喷淋冷却防护的研究进展

具体介绍了立式油罐和其火灾特点。对国内外关于油罐水喷淋的喷淋强度、喷淋水量及对热辐射的作用的实验研究和数值模拟研究进行归纳,总结出其研究中存在的问题和发展趋势,为以后的研究提出方向。     

池火灾下立式油罐喷淋冷却数值模拟研究

从燃烧速率、火焰高度和火焰温度、热辐射通量三个方面详细论述了池火灾模型,并通过实验、计算和模拟进行对比研究。建立小型立式油罐模型,模拟得到罐壁温度的最大值在750 K左右,火焰温度在1 200 K以上,与试验值吻合。对罐壁进行喷淋冷却,根据规范进行合适布置,选取不同的水喷淋流量,得到罐壁温度增速随着喷淋强度的增大而减缓,12 L/(min·m~2)左右已可满足冷却需求的结果。     

LNG火灾事故下相邻储罐水喷淋热辐射防护研究

为研究LNG储罐火灾事故下水喷淋对相邻储罐的热辐射防护影响,以某LNG罐区为研究对象,基于动态火灾仿真软件FDS建立LNG水喷淋冷却防护下火灾仿真模型,研究喷淋流量和风速对热辐射防护的影响,并对火灾热辐射导致罐壁钢材热应力失效进行分析。结果表明,水喷淋可以有效降低相邻储罐接收到的热辐射值,热辐射防护效率随着喷淋流量的增加相应提高,总体保持在30%～40%;同时水喷淋装置能有效延长罐壁因热辐射导致升温发生热应力失效的时间,但随着风速的增加,整体热应力失效的时间明显缩短;最不利点的喷淋流量应基于火灾应急响应时间进行设计。     

日本消防所关于危险物品灾害的研究

(1)油罐火灾的研究从五十年代后期开始进行的油罐火灾方面的研究有 :因火灾造成的液面下降速度 (燃烧速度 )、火灾向周围的辐射热、液面温度、沸溢、罐顶部分敞开时的燃烧特性、火焰内温度、气体组成、流向火焰的空气量、在油罐间的蔓延、防油堤火灾等。最近 ,因环境因素研究所内没有能进行大规模石油火灾试验。在 1991— 1999年间 ,研究所先后七次参加了国内外进行的大规模石油火灾试验 ,取得了辐射特性的资料 ,测定了各种数据 ,并以其资料为基础 ,进行了大型油罐火灾情况下 ,防止火灾的热辐射伤及消防队和周围设施的辐射模拟试验。(2 )可…     

基于CFD的大型储油罐区池火灾数值模拟*

为研究大型储油罐区池火灾温度、热辐射强度、流速、组分等燃烧特性参数在油罐外不同区域的变化规律，以10万m3原油储罐区为研究对象，构建罐区池火灾燃烧数学模型，运用计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）技术进行数值模拟研究。结果表明:整个火场温度大致呈锥形分布，火焰温度最高可达1 500 K，纵向来看，底部温度较高，上部温度逐渐降低，径向来看，中心温度较高，周围温度逐渐降低；随着距罐壁以及距罐顶距离的不断增加，热辐射强度均呈现逐渐降低的趋势，最高热辐射强度为132 kW/m2；罐顶上方区域存在火焰卷吸现象，中心位置流速最大，最高可达56 m/s，罐底区域存在火焰贴壁现象；得到燃烧产物（CO和CO2）的体积分数分布，以CO体积分数为0.001作为判断依据，推断出火焰高度为120 m。研究结果可为今后此类火灾事故的防治提供理论支撑。     

大型油罐火灾的热辐射危害特性

热辐射是油库储油罐燃烧的主要危害特性之一.本文对直径20m的柴油罐燃烧进行数值模拟,得出无风和有风情况下油罐燃烧热辐射的空间分布规律.在地面高度,随着距离L/D的增加,热辐射强度先增加后减少;在油罐火液面高度,热辐射强度随L/D的增加呈指数衰减规律.引入热辐射危害判据分析消防人员灭火的最小安全距离以及燃烧油罐对相邻油罐的热破坏.结果表明,在无风情况下,直径20 m油罐燃烧消防队员灭火不受二度烧伤的安全距离L约为64 m;有风情况下消防队员不受二度烧伤的灭火安全距离L约为80 m,不受死亡的灭火安全距离L约为62 m.数值模拟结果还与现有池火灾经验模型进行比较,表明在近油罐区(L＜3D),两者的热辐射强度分布曲线吻合较好.     

基于点源模型的拱顶罐池火灾热辐射通量分析

针对目前油品储罐区火灾爆炸事故处置缺少必要理论指导的现状,运用点源模型对常见公称尺寸的拱顶汽油、煤油和柴油储罐全面积池火的热辐射通量进行分析,探讨了油罐直径对点源模型计算结果的影响、水平热辐射通量与总热辐射通量的关系以及相同距离处被辐射目标物接受的热辐射通量随其高度位置的变化.提出了采用罐壁点源方法估算拱顶罐池火灾热辐射通量的建议,推荐采用汽油池火的热辐射通量进行油罐火灾热辐射危险性分析及消防安全设计方面的探讨.     

火灾环境中油罐罐壁冷却优化部署研究

对油罐火灾中着火罐罐壁和邻近罐罐壁的温度分布进行了科学分析,并进行了罐壁冷却实验研究,研究不同油罐罐壁材质对冷却效果的的影响,以及有热源作用和无热源作用罐壁在不同流量冷却水作用下的温度变化规律。结果表明,不同罐壁材质对冷却效果的影响不大,在实际火灾中可忽略罐壁材质的影响;流量越大,冷却速度越快,但达到火灾冷却要求时,不同大小流量冷却水的冷却效果差异并是很大,合适的供水强度是油罐高效冷却的前提。对油罐火灾冷却力量的部署提出了优化原则,为防灭火工作提供了一定的科学依据。     

天然气管道泄漏喷射火燃烧特性研究

针对天然气管道泄漏发生喷射火事故,采用动态火灾软件FDS进行天然气管道泄漏喷射火数值仿真,结合固体火焰模型分析了火焰几何特性、温度与热辐射空间分布等关键参数,依据温度与热辐射伤害准则确定了危险区域范围;并对比不同风速和泄漏孔径下火灾事故的危险范围,研究风速和泄漏孔径对火灾事故的影响程度。结果表明:热辐射是火灾后果的主导因素,25.4 mm泄漏孔径喷射火灾充分燃烧时,其火焰最高温度为1 200℃,喷射口25 m以内为危险区域,随风速增大,温度伤害范围略有增大,热辐射伤害范围显著增大;泄漏孔径变化对喷射火事故后果的影响与风速变化的影响相同,但泄漏孔径对事故后果的影响更为显著,泄漏孔径从6.35 mm增大至25.4 mm和101.6 mm,人员温度伤害半径分别增大2.71倍和10.42倍。最后,结合仿真结果,提出了具有针对性的喷射火应急防控措施。     

古商业街木结构建筑防火间距的数值模拟研究

古商业街木结构建筑较多,防火间距先天不足,发生火灾后蔓延迅速,有必要开展木结构建筑引燃特性研究以获得合理的防火间距设置参数。以古商业街为研究对象,以临界温度和热辐射强度作为着火建筑对面木结构建筑被引燃的判定指标,综合考虑环境风速、建筑间距、火源功率、喷淋系统等因素,运用火灾动力学模拟软件FDS分析系列火灾场景下的温度和热辐射强度特性,建立防火间距与火源功率、环境风速的关系式,获得适用于古商业街的防火间距控制参数及其相应的消防强化措施。结果表明:当建筑间距在3 m以下时高温引燃和热辐射引燃共同作用引燃正对面建筑,当建筑间距在3 m以上时以热辐射引燃为主;正对面建筑表面的热辐射强度先随环境风速增大而增大,达到最大值后随环境风速增大而减小;古街木结构建筑之间存在最小防火间距,该数值不受环境风速影响,仅与火源功率有关,在火源功率为3 MW～20 MW条件下,最小防火间距与火源功率满足线性关系。     

强风条件下大型储罐火灾的热辐射灾害影响

风速对火灾的发展过程有很重要的影响,目前国内外对强风条件下储罐区防火间距的规定尚不明确。利用FDS火灾模拟软件对强风条件下容积为10万m~3的大型原油储罐进行了火灾仿真模拟。分析了6级、8级、10级及12级强风作用下火源的热释放速率、火焰中心温度及热辐射强度的变化特征,得到了热辐射对普通人员、消防官兵及邻近下风向储罐的灾害影响程度。结果表明,随风速增大火焰热释放速率有增大的趋势,火焰中心温度不断降低,且高温区域高度不断下降。在强风作用下,火焰向下风向发展,下风向热辐射强度上升,导致下风向邻近储罐在热辐射的不断作用下有破裂泄漏的可能。对于常年有强风发生的地区,现阶段规定的10万m3油罐间的防火间距已不能满足储罐的安全性,应根据当地实际情况进行调整。     

喷淋对宿舍火灾特性影响的数值模拟

高等院校学生宿舍人员密集、火灾荷载大,是消防安全管理的重点单位。利用FDS对典型学生宿舍火灾进行全尺寸模拟,设置有无水喷淋装置两种火灾场景。对比分析模拟结果,得出水喷淋作用前后监测点烟气温度、CO体积分数和能见度等火灾特性参数的变化规律。研究表明,喷淋作用后能有效地抑制烟气温度的升高,并能把烟气控制在顶棚附近,降低其向非火灾区域蔓延的速度,最后针对学生宿舍特点提出了有效的防火设计方案,为学校的消防管理决策提供有力依据。     

喷淋和排烟系统对地铁站台火灾的影响研究

采用火灾动力学软件FDS对沈阳某二层岛式地铁站站台火灾场景进行模拟,分析站台不同位置发生火灾以及由喷淋和排烟系统组合成不同工况时,站台内不同高度处温度、CO浓度和热辐射的变化,为地铁站防火措施和人员疏散方案提供参考。结果表明:不同位置发生火灾时,站台内的火灾烟气运动规律不同,端部火灾的影响范围较中部火灾的小;站台顶棚处的温度比2 m高度处的高,CO浓度比2 m高度处的大;距火源5 m内,顶棚的热通量比2 m高度处的低,但距火源5 m外,顶棚的热通量比2 m高度处的高。开启喷淋或排烟系统都可降低站台温度,喷淋系统主要降低火源周围温度,排烟系统可有效降低CO浓度并改善能见度;喷淋和排烟系统还可以降低火灾发生时站台顶棚处的热通量。     

装置应急响应保护层效果量化研究

利用FDS数值模拟软件,模拟了装置应急响应保护层中设置水喷淋装置对原油储罐火灾事故后果严重度的影响。研究结果表明,水喷淋对原油储罐火灾热流量和温度的降低率达到30%左右,结合实例发现,水喷淋对火灾热量辐射范围的抑制和减小具有明显效果。该模拟弥补了传统装置应急响应保护层分析在事故后果严重度量化方面的不足,为油罐火灾事故防治及装置应急响应保护层制定提供参考依据。     

基于FDS的天然气集气站分离器喷射火特性仿真研究

天然气集气站火灾事故对集气站安全生产构成严重威胁,研究集气站内关键设备泄漏引发的火灾特性具有重要意义.基于大涡模拟(Large Eddy Simulation)数值方法,针对分离器内介质成分、相态等参数特殊性,采用火灾动力学模拟软件FDS建立集气站卧式气液分离器喷射火模型,对分离器典型泄漏孔径下的喷射火进行数值仿真,研究其火焰几何特性、火场温度及热辐射特性.结果表明,随分离器泄漏孔径的增大,喷射火火焰长度及火焰最大宽度也相应增大.大、小两泄漏孔径的喷射火在充分燃烧区域火焰最高温度分别为1 525 ℃和1 065 ℃.大孔径泄漏的喷射火热辐射值明显高于小孔径,并由于湍流浓度脉动的作用导致热辐射值波动较大,喷射火火焰轴向对称面与相距1.5 m的侧平面上测点热辐射峰值之比与泄漏孔径成正比.根据模拟结果,定量分析了两泄漏孔径下喷射火的危险距离,并提出相应的事故控制措施.     

油罐池火灾热辐射临界距离研究

为了研究油罐火灾热辐射对普通人和消防员的临界伤害距离及相邻油罐的临界失效距离,基于双区域池火模型运用PHAST软件模拟油罐发生池火灾事故,分析热辐射距离随风速、油罐容积和大气稳定度3种因素的变化趋势,讨论3种影响因素对临界距离的影响.结果表明,风速和油罐容积均会显著影响3种临界距离,而大气稳定度对3种临界距离的影响可以忽略.《建筑设计防火规范》中规定的防火间距能满足相邻油罐火灾安全要求,但容积大于等于2 000 m3着火油罐灾难性破裂所需时间均小于《石油库设计规范》中联防消防车的响应时间,导致发生防火堤内火灾的可能性增加,因此建议修改《石油库设计规范》中联防消防车的响应时间.     

储罐两环段喷淋圈管对供给强度的影响

国内储罐火灾爆炸事故时有发生,储罐消防冷却系统实施有效的冷却是控制火势和扑救初期火灾的主要因素之一。为了研究油罐消防喷淋系统在灭后冷却中的影响,本文选取4座5×10~3内浮顶罐组,开展消防冷却水系统喷洒实验,通过测试分析发现:实际的冷却水供给强度不满足规范的要求,并探讨了储罐固定冷却水系统供给强度不足的原因,结合分析的原因建议对规范中着火罐和临近罐供水强度要求统一均为2.5 L/(min·m^2),其冷却水喷淋圈管设置应为四段以上。     

纵向风速对隧道中细水雾灭火效果 的影响研究

隧道作为交通的咽喉要道,一旦发生火灾,给人员逃生带来很大的困难。利用隧道火灾模拟平台,分别对车顶和车底两个位置进行了细水雾灭火的模拟实验,研究不同风速对隧道火灾的温度、气体组分浓度和热辐射等参量的影响,据此研究细水雾灭火系统在隧道火灾中抑制、扑灭火灾,降低火场温度、净化火源附近空气以及隔绝热辐射的能力。结果表明:当风速增大时,火场烟气平均温度逐渐减小,CO浓度的峰值显著降低,热辐射强度也有效降低。在实验条件下,隧道纵向通风作用有利于保障火场安全。     

比较FDS和FLUENT在池火灾模拟中的应用

热辐射是池火灾燃烧的主要危害之一,可能导致人员伤亡或设备设施损坏。油罐火灾是典型的池火灾。本文通过对无风情况下油罐火灾火焰形状进行理论模型分析,建立了各自的物理模型和几何模型。应用计算流体动力学软件Fluent和火灾动力学模拟软件FDS,对无风情况下池火灾对周围大气环境的热辐射强度进行模拟,得到了火焰周围入射热流密度分布图,运用软件Statistica拟合得出热辐射强度与距离火焰中心的水平距离的对应关系,分别计算出轻伤半径区域下的最小安全距离。数值模型模拟结果与池火灾经验模型进行比较,发现FDS辐射强度结果与经验模型结果吻合较好。分析了利用这两种模型模拟油罐火灾各自的优点和缺点,最后提出了运用FDS软件模型模拟油罐火灾时的优势。     

飞火和热辐射耦合作用点燃松针的实验研究

飞火颗粒点燃和火焰辐射引燃是森林-城镇交界域火灾两种主要引燃方式。已有很多研究关注单种引燃方式,但缺乏二者耦合作用下的引燃机理研究。实验研究了热颗粒与热辐射耦合作用下松针燃料床的点燃行为,分析了热颗粒尺寸、温度及辐射热通量对点燃特性的影响。实验结果表明:热颗粒和热辐射耦合作用的点燃危险性远远高于热颗粒或者热辐射单独作用下的点燃危险性。耦合作用时,点燃概率随颗粒尺寸、温度和辐射热通量增大而增大,热颗粒临界点燃温度以及临界辐射热通量均随热颗粒尺寸增大而降低;阴燃向明火转变的点燃时间随辐射热通量增大而降低,但与颗粒状态呈现出较为复杂的关系。