储油罐火灾及泡沫-细水雾联用灭火效能研究.pdf
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1、灭火系统设计Fire Science and Technology,December 2023,Vol.42,No.12储油罐火灾及泡沫-细水雾联用灭火效能研究景 伟,罗剑飞,张国良,吴刘锁(北京南瑞怡和环保科技有限公司,北京 100085)摘要:为研究大型储油罐火灾燃烧特性,采用 200 m3罐体建立储油罐火灾模拟燃烧试验平台,模拟罐体顶部油池火、围堤油池火、罐体侧壁流淌火,总燃烧面积为 361.8 m2,评估泡沫-细水雾联用涡扇炮灭火技术对储油罐火灾的适用性。罐体外围温度场和热辐射场时空分布特性结果表明:泡沫-细水雾联用涡扇炮灭火技术可快速扑灭该储油罐火灾燃烧明火,降温效果明显。关键词:储
2、油罐火灾;燃烧特性;泡沫-细水雾联用涡扇炮;油池火;流淌火中图分类号:X932;TQ569 文献标志码:A 文章编号:1009-0029(2023)12-1694-04大型油罐易发生火灾危险事故,发生沸溢、喷溅和爆炸,在着火罐高温火焰的热辐射冲击下,相邻储罐结构也可能受到破坏,会造成重大的财产损失和人员伤亡1-2。因此,大型储油库的火灾防控成为重点工作之一,应遵循“预防为主,防消结合”的原则,加强消防组织与人防、安防和技防并举的措施,确保安全生产的平稳运行,在出现突发性事故时,依托消防救援力量进行处置和抢险救援3。近年来,为提高油库消防水平,增强消防队伍的灭火作战能力,多种高效灭火剂及相关应用
3、技术被用于储油罐灭火系统4。涡扇炮灭火技术是一种集泡沫和细水雾灭火优点于一体的新型灭火技术,利用轴流诱导技术产生定向风流,将泡沫和细水雾粒子运移至火场,泡沫能够在油面形成稳定泡沫覆盖层,兼具细水雾隔氧、稀释、冷却效果,对油类火灾的灭火效果尤其突出5。笔者模拟储油罐火灾中的燃烧现象,开展涡扇炮对此类火灾场景的灭火效能评估,为灭火实战提供支撑。1试验平台设计试验平台,从灭火时间、温度和热辐射降低等方面研究涡扇炮灭火技术的抑、灭火效能。1.1场景建设试验平台由罐体、围堤油池、注油管路、排油管路组成。罐体壁内加钢结构支撑,设有水喷淋冷却保护装置,储油罐模型如图 1所示。储油罐模型为圆柱形,直径为 6.
4、7 m,高 6.3 m。罐体结构分上下两节,试验过程中上节油箱蓄油,高 0.6 m,上部边缘布置缺口,长度为 1/8 圆周(2.63 m),深 0.2 m,采用油泵向储油罐上节油箱供油。下节油箱内部不蓄油,高度为 5.7 m。1.2数据采集测量试验过程中温度及分布、热辐射等关键热工参数。数据采集系统布置如图 2图 3所示。为研究灭火过程中底部池火羽流温度场变化,在底部油池与罐体壁面间布置 3 排 3 列 K 型热电偶,3 排热电偶距地面高度分别为 2、4、6 m,东侧距罐壁 1.5、2.7、3.9 m,西侧距罐壁 0.15、1.85、2.85 m。21 m6.7 m5.7 m0.6 m图 1储
5、油罐火灾模型Fig.1Fire model for oil storage tanks东2 m1 m1 m2 m1.2 m1.2 m1.5 m1 m1 m1 m0.7 m0.7 m0.1 m0.15 m1.7 m 1 m2 m2 m图 2热电偶布置Fig.2Thermocouple layout南11 m 8 m16 m16 m7 m9 m11 m7 m图 3热流计布置Fig.3Heat flow meter layout为研究灭火过程中顶部池火羽流温度场变化,在顶部油池与罐体壁面间布置 1行热电偶,距油池液面高度为0.1 m,距油池中心为 0、1、2、3 m,油池中心上方布置一列热电偶,距油
6、池液面高度为 0.1、0.8、1.5 m。为测量储油罐火灾发生发展过程中火场热辐射及对流特性,试验场地内布置 12台热流计,在罐体东侧布置 2排 4 列热流计,距地面高度分别为 2、3 m,距油池中心为16、23、31、42 m,罐体西北侧布置 1排 4列热流计,距地面高度为 3 m,距油池中心为 16、23、31、42 m。1.3灭火系统试验采用泡沫-细水雾涡扇炮灭火系统,喷射灭火介质为 3%AFFF泡沫混合液,系统包含 3台泡沫-细水雾涡扇炮灭火装置,1号、2号、3号泡沫-细水雾涡扇炮灭火装置,流量分别为 24、21、28 L/s。3 台泡沫-细水雾涡扇炮装置布置如图 4所示。其中,1 号
7、灭火装置炮头中心距地面 10.8 m,布置在储油罐模型东南侧,距罐体中心 24 m;2 号灭火装置炮头中心距地面 2.5 m,布置在储油罐模型西侧,距罐体中心22 m;3 号灭火装置炮头中心距地面 11.3 m,布置在储油罐模型东偏北 30方向,炮头出口距罐体中心 22 m。1.4试验工况试验火灾场景包括罐体顶部油池火、围堤油池火、罐体侧壁流淌火,储油罐模型置于围堤油池中心,试验时点燃上节油箱,模拟顶部油池火,过火面积 35 m2,点燃围堤油池模拟底部油池火,过火面积 311 m2,试验时向顶部油池注水使油溢出,模拟流淌,实现侧壁流淌火,流淌边缘长 2.63 m,流淌火面积 15.8 m2,总
8、过火面积 361.8 m2。试验时风向为东北风,平均风速为 2.5 m/s,试验燃油采用 0#柴油,采用汽油引燃。用油量如表 1所示。2试验过程及分析2.1试验步骤及过程试验在 t=0 s时点火,引燃顶部油池,点火 30 s后,启动注油泵,t=80 s 时,顶部油池形成全液面燃烧,如图 5(a)所示;t=101 s 时,顶部油池开始溢油,东侧底部油池引燃,形成流淌火,如图 5(b)所示,同时引燃西侧油池,如图 5(c)所示;火焰逐渐扩散,t=192 s时,底部油池全液面燃烧,如图 5(d)所示;此时启动灭火系统,3 台涡扇炮从不同方向共同喷射底部油池灭火,经过 40 s扑灭底部油池,2#和 3
9、#涡扇炮喷射顶部油池,9 s扑灭顶部火焰,见图5(e)、(f)。之后持续喷射冷却 5 min,无复燃现象发生。2.2温度分析图 6为顶部油池液面上方 10 cm 处,沿着油池半径布置点测得的温度6。研究发现:顶部池火最高温度约为 1 050,结合图 5(a)、(c)可知,油池中心为火源中心,中心的火羽流温度高于油池边缘。图 7为顶部油池中心上方的温度。可见在燃烧初期,1号2号3号图 4泡沫-细水雾涡扇炮灭火系统总体布置图Fig.4General layout of foam-water mist turbofan fire extinguishing system表 1试验工况Table 1E
10、xperiment conditions(a)t=80 s(b)t=101 s(c)t=101 s(d)t=192 s(e)t=232 s(f)t=241 s图 5试验过程Fig.5Experiment process1694消防科学与技术2023年 12 月第 42 卷第 12 期为研究灭火过程中顶部池火羽流温度场变化,在顶部油池与罐体壁面间布置 1行热电偶,距油池液面高度为0.1 m,距油池中心为 0、1、2、3 m,油池中心上方布置一列热电偶,距油池液面高度为 0.1、0.8、1.5 m。为测量储油罐火灾发生发展过程中火场热辐射及对流特性,试验场地内布置 12台热流计,在罐体东侧布置 2
11、排 4 列热流计,距地面高度分别为 2、3 m,距油池中心为16、23、31、42 m,罐体西北侧布置 1排 4列热流计,距地面高度为 3 m,距油池中心为 16、23、31、42 m。1.3灭火系统试验采用泡沫-细水雾涡扇炮灭火系统,喷射灭火介质为 3%AFFF泡沫混合液,系统包含 3台泡沫-细水雾涡扇炮灭火装置,1号、2号、3号泡沫-细水雾涡扇炮灭火装置,流量分别为 24、21、28 L/s。3 台泡沫-细水雾涡扇炮装置布置如图 4所示。其中,1 号灭火装置炮头中心距地面 10.8 m,布置在储油罐模型东南侧,距罐体中心 24 m;2 号灭火装置炮头中心距地面 2.5 m,布置在储油罐模型
12、西侧,距罐体中心22 m;3 号灭火装置炮头中心距地面 11.3 m,布置在储油罐模型东偏北 30方向,炮头出口距罐体中心 22 m。1.4试验工况试验火灾场景包括罐体顶部油池火、围堤油池火、罐体侧壁流淌火,储油罐模型置于围堤油池中心,试验时点燃上节油箱,模拟顶部油池火,过火面积 35 m2,点燃围堤油池模拟底部油池火,过火面积 311 m2,试验时向顶部油池注水使油溢出,模拟流淌,实现侧壁流淌火,流淌边缘长 2.63 m,流淌火面积 15.8 m2,总过火面积 361.8 m2。试验时风向为东北风,平均风速为 2.5 m/s,试验燃油采用 0#柴油,采用汽油引燃。用油量如表 1所示。2试验过
13、程及分析2.1试验步骤及过程试验在 t=0 s时点火,引燃顶部油池,点火 30 s后,启动注油泵,t=80 s 时,顶部油池形成全液面燃烧,如图 5(a)所示;t=101 s 时,顶部油池开始溢油,东侧底部油池引燃,形成流淌火,如图 5(b)所示,同时引燃西侧油池,如图 5(c)所示;火焰逐渐扩散,t=192 s时,底部油池全液面燃烧,如图 5(d)所示;此时启动灭火系统,3 台涡扇炮从不同方向共同喷射底部油池灭火,经过 40 s扑灭底部油池,2#和 3#涡扇炮喷射顶部油池,9 s扑灭顶部火焰,见图5(e)、(f)。之后持续喷射冷却 5 min,无复燃现象发生。2.2温度分析图 6为顶部油池液
14、面上方 10 cm 处,沿着油池半径布置点测得的温度6。研究发现:顶部池火最高温度约为 1 050,结合图 5(a)、(c)可知,油池中心为火源中心,中心的火羽流温度高于油池边缘。图 7为顶部油池中心上方的温度。可见在燃烧初期,1号2号3号图 4泡沫-细水雾涡扇炮灭火系统总体布置图Fig.4General layout of foam-water mist turbofan fire extinguishing system表 1试验工况Table 1Experiment conditions火源123位置顶部油池底部油池溢油油池布置注水 10.5 m3,注柴油 3.5 m3,汽油 0.1 m
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