肯尼亚项目大型池火辐射热模型选择及安全间距确定

[摘 要]在进行国外石油天然气站场设计时，对于建构筑物的防火间距没有相应的规范进行明确规定，为此需根据热辐射计算来确定建构筑物间的防火间距。在肯尼亚项目中，决定新建泵站内建构筑防火间距的主要因素是工艺装置区内的大型池火。本文将通过对目前使用的辐射热量化模型进行比较分析，最终确定计算大型池火的辐射热量化模型，并通过此模型对泵站内建构筑物的防火间距进行量化计算。

[关键词]大型池火；辐射热；安全间距；肯尼亚

中图分类号：TE787 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）34-0323-01

1 引言

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池火[1]。肯尼亚项目中新建泵站的工艺装置区，周边设置有围堰，如果发生泄漏，泄漏厚度达到25.4mm，将会形成液池[2]，从而存在发生池火的隐患。为此，泵站内的建构筑物的安全间距（ASD）将按照发生池火时的情况进行计算。

目前，进行池火热辐射量化计算的模型主要有有点源模型、Shokri-Beyler模型和Mudan模型等。现阶段，所做的池火燃烧热辐射试验主要是直径≤20m的池火。对于直径>20m的池火目前没有实际的试验及相应的试验数据[3]。肯尼亚项目中，新建泵站内工艺装置区的围堰直径均大于20m。为此，需采用热辐射量化模型对池火热辐射量进行计算。本文通过对以上三个模型在池火直径为5m，15m，30m，60m时进行模拟计算，通过图表对比在以上三个热辐射量化模型中选出合适的模型，用于安全间距（ASD）的计算。

2 热辐射模型及特性参数

2.1 热辐射模型

（1）点源模型[5]

点源模型主要是假设池火火灾的火焰总辐射能量由液池中心的点火源发出，在距离液池中心某一距离L处目标接收到的热辐射通量为：

式中：q———热辐射强度，kW/m2

Q———总热辐射通量，kW

tc———热传导系数，在无相对理想的数据时，可取值为1

L———目标点到液池中心距离，m

（2）Shokri-Beyler模型[6]

该模型将池火焰假设为具有均匀辐射能力的圆柱形黑体辐射源，圆柱形辐射源的直径即为液池直径，高度为池火焰长度。目标接收的辐射热通量为：

q=EF

F=（Fh+FV）1/2

式中：q为目标接受的热通量，kW/m2；

E池火火焰表面平均热辐射通量，kW/m2；

F为视角系数，为水平和竖直两个方向的视角系数的矢量和，其中Fh为水平视角系数，FV为竖直视角系数

（3）Mudan计算模型[6]

该模型是将池火焰看作一个垂直（无风条件下）和倾斜的（有风条件下）的

圆柱形辐射源，该模型与Shokri-Beyler模型相比还考虑了大气透射系数的影响。目标接收的辐射热通量为：

q=EFζ

式中：q为距离池火中心距离为L的目标处接收的辐射热通量，kW/m2；

F为视角系数，此数值介于0～1之间；

ζ为大气投射系数，可取ζ=1-0.058lnx，其中x为目标到液池中心的水平距离。

3.模型对比分析及选择

以肯尼亚项目中输送的汽油介质为研究对象，分别研究池火直径为5m，15m，30m，60m时，在无风条件下，以上三种模型在目标距离池火中心不同距离时所接收的辐射热通量值。其中对于Mudan计算模型。

对于辐射热伤害及破坏准则的规定，并结合美国住房和城市发展部提供的数据[8]，确定肯尼亚项目中建筑物能够承受的辐射热值为31.5Kw/m2，人员能够承受的辐射热值为1.4Kw/m2[8]。因本工程设计时只考虑了建构筑物间的安全距离，因此在此只讨论不同池火直径下建构筑物的安全距离。根据以上数值来分析池火直径在5m，15m，30m，60m时对应的安全距离。

当池火直径小于20m时，三个辐射热模型计算出的建筑物的安全间距差别不是很大，但当池火直径大于20m时，特别是池火直径在60m时，三个辐射热模型计算出的安全间距已经有很大差距。特别是Shokri-Beyler模型，其在池火直径为60m时，计算出的安全距离为35m，即建筑物可以设置在离池火边缘5m的地方，这明显是错误的。

出现这种情况的原因主要是三种模型的表面平均辐射热通量计算公式不同，根据相关研究表明，Shokri-Beyler模型的表面平均辐射热通量计算公式在池火直径到达70m时，其表面平均热辐射通量为10kW/m2，即建筑物可以放到池火里面去[3]。

4.结论

（1）通过以上分析可以看出，在池火直径>20m时，三种热辐射计算模型的计算结果出现了较大的差异，其中Mudan计算模型的计算结果最为贴近实际，因此在肯尼亚项目中采用了此模型进行安全间距的计算。通过以上计算可以看出，在肯尼亚项目中，泵站工艺装置区发生池火后，建构筑物距离池火中心的距离为75m，即距离池火边缘的距离为45m。

（2）三种模型在池火直径≤20m时计算结果相差不大，即三种模型在池火直径≤20m时都可使用。

参考文献

[1] 赵铁锤.安全评价[M].北京：煤炭工业出版社，2002：559-560.

[2] NFPA 11 Standard forLow-，Medium-，and High-Expansion Foam 2010 Edition

[3] NISTIR 6546 Thermal Radiation from Large Pool Fires

[4] Methods for the calculation o f physical effects？？Due to releases of hazar dous materials （ 3rd edition 1997） ， Committee for thePrevention of Disasters， Net herlands， 1997

[5] 劉志勇.池火灾模型及伤害特征研究[J].消防理论研究，2009，28（11）：803-805

[6] K S Mudan .Thermal radiation hazards from hydrocarbon pool fires[J].Progress Energy Com bust ion Science， 1984（ 10） ： 59- 80.

[7] 王玉元.安全工程师手册[M].成都：四川人民出版社，1995：765-767.

[8] Department of Housing and Urban Development. Safety Considerations in Siting Housing Projects， 1975. HUD Report 0050137.

作者简介

王伟（1983-）、男、汉、山东日照，2009年毕业于山东建筑大学市政工程专业，硕士学位，工程师，主要从事油田采出水处理方面的设计研究工作。endprint