某航空加油站池火灾热辐射计算与应急措施改进

陈宇

摘  要：油库火灾中池火灾危害最大，为了解某航空加油站储油罐区池火灾事故发生后热辐射的分布，以及火灾对站内设备、消防救援人员的影响，采用池火灾模型分析，通过编程计算，得出伤害和损坏标准对应的范围。从该航空加油站的实际情况出发，讨论了两种形式的池火灾，它们都会不同程度上损坏设备、阻止救援人员接近。把池火灾模型的伤害范围作为参考，完善该航空加油站应急方案不足之处，推进火灾预防工作以及火灾应急救援工作的细化。

关键词：油库  池火灾  应急措施  热辐射

中图分类号：X928                            文献标识码：A                 文章编号：1674-098X（2020）09（a）-0020-04

Abstract：Among the oil depot fires， pool fire is the most dangerous. During the pool fire accident in the storage tank area of an aviation gas station， to get the distribution of thermal radiation and the impact of the fire on the equipment and fireman， the pool fire model is used to analyze.Draw the corresponding range of injury and damage standards by electronic computing. Based on the actual situation of the aviation gas station， two types of pool fire are discussed， which will damage the equipment and prevent fireman from approaching. The damage range of the pool fire model is used as a reference to improve the deficiencies of emergency plan， to promote the refinement of fire prevention and fire emergency rescue.

Key Words：Oil depot; Pool fire; Emergency plan; Thermal radiation

近50年来，出现上百起油库储罐火灾，其引发的恶性事故，造成了严重的社会公共危害和生命财产损失。在典型的火灾模式中，全液面池火灾的危害范围最大[1]。据统计，油库火灾引发的多米诺效应中，80%是池火灾引起的[2]。对于航空加油站火灾问題，应对池火灾这种形式更加关注。罐区池火灾的蔓延主要是由事故罐的热辐射作用引起[3]。事故临近罐易由热辐射差异引发局部损坏[4]。因此，对该航空加油站的池火灾进行分析计算，着重从热辐射角度出发。

目前，该航空加油站内尚无池火灾模型分析，一旦出现相应紧急状况，消防救援过程中，没有参照数据，容易出现二次伤害。储罐区事故演化的内在动力主要来自于罐内储存的油品，外界最大的干预是应急决策，应急决策对事故的演化会产生直接影响[5]。通过该航空加油站的池火灾辐射计算，得到热辐射分布结果，改进预防措施，指导火灾应急救援工作的开展，这具有现实意义。

1  池火灾模型与计算

池火灾模型可以分为两大类，场模型和半经验模型。场模型运用计算流体力学，同时描述火灾过程中的化学及物理过程的分模型，预测火灾。半经验模型用过无因次关系描述池火灾的集合和辐射特点，其中的关系式由大量的实验数据得出。本文将使用经验公式计算池火灾下的热辐射强度，并对其进行讨论。

1.1 液池直径

该航空加油站的储罐区设有4个500m3的内浮顶罐，目前，4#储罐现储存有汽油，另外3个储罐停用。油罐区一般都设置防火堤，因此火灾多在防火堤所限制的范围内发生。现预测池火灾可能出现的两种情况，一是火灾造成4#储罐罐顶被破坏，形成以4#罐罐体为边界的池火灾，简称一类池火灾，二是火灾造成4#储罐罐体、管道破损，油料淌满防火堤内侧，形成以防火堤为边界的池火灾，简称二类池火灾。

该航空加油站中，储罐直径9m，围堰长34m，宽33m。以罐体为边界的池火灾液池直径使用罐的直径进行计算。以防火堤为边界的池火灾使用以下公式，根据防护堤所围池面积S计算液池直径D：

1.2 火焰高度

当地风速对火焰状态有所影响，利用池火灾特征风速uc进行对比，如果池火灾特征风速uc大于全年每月平均风速，那么为简化计算，我们将其视作无风状态。

式中：uc——池火灾特征风速，单位为m/s;g——重力加速度，取9.8m/s2;mf——燃烧速率，汽油的燃烧速率取0.055kg/（m2  s）;ρ0——空气密度，1.18kg/m3。

该航空加油站地处中国东部季风区，属四川盆地亚热带湿润季风气候，表1为该地区全年风速统计数据。

该地全年每月平均风速均小于预测中两种池火灾情况的特征风速，将其视为无风状态，使用Thomas经验公式计算池火灾火焰高度：

式中：L——火焰高度，单位为m;D——池直径，单位为m;mf——燃烧速率，取0.055kg/（m2  s）;ρ0——空气密度，单位为kg/m3，取1.18kg/m3;g——重力加速度，单位为m/s2，取9.8m/s2。

1.3 计算火焰表面热通量

假定能量由圆柱形火焰侧面和顶部向周围均匀辐射，火焰表面热通量之和与油料燃烧产生的热量持平：

式中：q0——火焰表面的热通量，单位为kW/m2;ΔHC——燃烧热，取47300kJ/kg;fn——热辐射系数，取0.15;mf——燃烧速率，取0.055kg/（m2 s）。

1.4 视角系数

视角系数V与目标到火焰垂直轴的距离与火焰半径之比s和火焰高度与直径之比h有关。

式中：S——目标到火焰垂直轴的距离与火焰半径之比;h——火焰高度与直径之比;A、B、J、K、VH、VV为中间变量。

1.5 目标接收到的热通量的计算

目标接收到的热通量q（r）的计算公式为：

式中：qr——目标接收到的热通量，单位为kW/m2;r——目标到泄漏中心的水平距离，单位为m;V——视角系数。

2  结果与应急措施改进

2.1 池火災计算结果

将模型编程，对应热辐射强度造成的伤害和损坏标准进行计算，将结果罗列于表2所示。

为了更直观的显示热辐射的伤害，用红色圆表示对设备的损害范围，用橙色圆表示对人的伤害范围，使用图1示意。

通过池火灾模型计算，发现以4#罐罐体为边界的池火灾对设备的损害范围较小，大部份是空地，少量覆盖相邻罐罐体，以4.7 kW/m2作为对人员的伤害标准，其范围覆盖了大部分防火堤和临近消防道路;以防火堤为边界的池火灾对操作设备的损害范围较大，储罐区所有罐体及附件受到损坏，且火灾易侵入周边树林，装卸棚、桶装库房也有少部分在其范围内，对人员的伤害范围基本覆盖整个航空加油站。

2.2 应急措施改进

航空加油站周边绿化在油库火灾中是一个极大的安全隐患，特别是储罐区外侧树林，距离近、数量多，长时间热辐射下易燃烧，形成山火，引发更大的险情。在火灾预防工作中，应当清理树木，留够安全距离。

发生池火灾时，巨量的热辐射会阻止救援人员接近储罐区。储罐区的消防系统由储罐罐壁的液上泡沫喷射系统和防火堤周围的消防泡沫枪、消防水枪共同组成。应急措施的采取会对事故的演化产生直接影响，及时在办公楼一楼的消防泵房开启泡沫喷射系统是灭火的关键，应提高该措施的优先级。在罐顶被破坏的情况下，罐壁的泡沫混合液管道及泡沫产生器被拉坏，此时只能依靠消防泡沫枪、消防水枪灭火。为保护人员接近并操作消防泡沫枪、消防水枪，站内还应当配置重型隔热服。

参考文献

[1] 张清林.国内外石油储罐典型火灾案例剖析[M].天津：天津大学出版社，2014.

[2] 张龙梅，王艳丽，鲁顺清.池火灾事故后果模拟[J].广州化工，2015，43（10）：217-220.

[3] 李冬阳，周亮.液体池火辐射模型研究进展[J] .消防技术与科学，2016，35（4）：464-468.

[4] 黄坤，李芹，徐洁，等.风速对成品油库储罐池火灾热辐射分布的影响研究[J].热科学与技术，2019，18（5）：386-391.

[5] 吉灵，牛丁.大型油罐火灾爆炸事故演化规律研究[J].消防科学与技术，2018，37（5）：593-596.

[6] 宋波，陈涛，胡成，等.油罐全液面火灾热辐射特性研究[J].常州大学学报：自然科学版，2020，32（1）：1-7.

[7] 王朝星，丁立斌.大型池火灾热辐射模型分析[J].科技展望，2015，25（30）：107，109.