肯尼亞項(xiàng)目大型池火輻射熱模型選擇及安全間距確定

王偉

[摘 要]在進(jìn)行國(guó)外石油天然氣站場(chǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于建構(gòu)筑物的防火間距沒有相應(yīng)的規(guī)范進(jìn)行明確規(guī)定，為此需根據(jù)熱輻射計(jì)算來確定建構(gòu)筑物間的防火間距。在肯尼亞項(xiàng)目中，決定新建泵站內(nèi)建構(gòu)筑防火間距的主要因素是工藝裝置區(qū)內(nèi)的大型池火。本文將通過對(duì)目前使用的輻射熱量化模型進(jìn)行比較分析，最終確定計(jì)算大型池火的輻射熱量化模型，并通過此模型對(duì)泵站內(nèi)建構(gòu)筑物的防火間距進(jìn)行量化計(jì)算。

[關(guān)鍵詞]大型池火；輻射熱；安全間距；肯尼亞

中圖分類號(hào)：TM764 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2017）15-0270-01

[Abstract]In overseas oil and natural gas station design，there is no corresponding specification for fire prevention space structures are clearly defined，therefore necessary to determine the building construction safety distance between the thermal radiation calculation. In the Kenya project，？main factors to determine the new pumping station built in building fire spacingis large in the process unit area of Chi Huo. This article will take Kenya as an example，through analyzing the heat radiation model currently usedcomparative analysis，ultimately determine the heat radiation of pool fire model of large，and the safety distance model of the buildings within the pump station construction of quantitative calculation.

[Key words]Large pool fire；thermal radiation；safety distance；Kenya

1 引言

可燃液體泄漏后流到地面形成液池，或流到水面并覆蓋水面，遇到火源燃燒而形成池火[1]?？夏醽嗧?xiàng)目中新建泵站的工藝裝置區(qū)，周邊設(shè)置有圍堰，如果發(fā)生泄漏，泄漏厚度達(dá)到25.4mm，將會(huì)形成液池[2]，從而存在發(fā)生池火的隱患。為此，泵站內(nèi)的建構(gòu)筑物的安全間距（ASD）將按照發(fā)生池火時(shí)的情況進(jìn)行計(jì)算。

目前，進(jìn)行池火熱輻射量化計(jì)算的模型主要有有點(diǎn)源模型、Shokri - Beyler 模型和Mudan 模型等?，F(xiàn)階段，所做的池火燃燒熱輻射試驗(yàn)主要是直徑≤20m的池火。對(duì)于直徑>20m的池火目前沒有實(shí)際的試驗(yàn)及相應(yīng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)[3]?？夏醽嗧?xiàng)目中，新建泵站內(nèi)工藝裝置區(qū)的圍堰直徑均大于20m。為此，需采用熱輻射量化模型對(duì)池火熱輻射量進(jìn)行計(jì)算。本文通過對(duì)以上三個(gè)模型在池火直徑為5m，15m，30m，60m時(shí)進(jìn)行模擬計(jì)算，通過圖表對(duì)比在以上三個(gè)熱輻射量化模型中選出合適的模型，用于安全間距（ASD）的計(jì)算。

2 熱輻射模型及特性參數(shù)

2.1 熱輻射模型

（1）點(diǎn)源模型[5]

點(diǎn)源模型主要是假設(shè)池火火災(zāi)的火焰總輻射能量由液池中心的點(diǎn)火源發(fā)出，在距離液池中心某一距離L處目標(biāo)接收到的熱輻射通量為：

式中： q———熱輻射強(qiáng)度，kW/m2

Q———總熱輻射通量，kW

tc———熱傳導(dǎo)系數(shù)，在無相對(duì)理想的數(shù)據(jù)時(shí)，可取值為1

L———目標(biāo)點(diǎn)到液池中心距離，m

（2）Shokri - Beyler 模型[6]

該模型將池火焰假設(shè)為具有均勻輻射能力的圓柱形黑體輻射源，圓柱形輻射源的直徑即為液池直徑，高度為池火焰長(zhǎng)度。目標(biāo)接收的輻射熱通量為：

q=EF

F=（Fh+FV）1/2

式中：q 為目標(biāo)接受的熱通量，kW/m2；

E池火火焰表面平均熱輻射通量，kW/m2；

F為視角系數(shù)，為水平和豎直兩個(gè)方向的視角系數(shù)的矢量和，其中Fh為水平視角系數(shù)，F(xiàn)V為豎直視角系數(shù)

（3） Mudan 計(jì)算模型[6]

該模型是將池火焰看作一個(gè)垂直（無風(fēng)條件下）和傾斜的（有風(fēng)條件下）的

圓柱形輻射源，該模型與Shokri-Beyler模型相比還考慮了大氣透射系數(shù)的影響。目標(biāo)接收的輻射熱通量為：

式中：q 為距離池火中心距離為L(zhǎng)的目標(biāo)處接收的輻射熱通量，kW/m2；

F 為視角系數(shù)，此數(shù)值介于0～1之間；

ζ為大氣投射系數(shù)，可取ζ=1-0.058lnx，其中x為目標(biāo)到液池中心的水平距離，m；

2.2 特性參數(shù)

（1）燃燒速率

其中燃燒速率的計(jì)算公式相同即[4]

式中：m為可燃液體表面單位面積的質(zhì)量燃燒速率，kg/（m2.s） ；

Hc為液體燃燒熱，kJ/kg；

C為液體的汽化熱容，kJ/kg；

Cp為液體的定壓比熱容，kJ/（kg.K）；

Tb為液體常壓沸點(diǎn)，K；

T0為環(huán)境溫度， K。

（2）火焰高度[7]

火焰高度計(jì)算公式不盡相同，其中點(diǎn)源模型和Shokri - Beyler 模型主要采用的是Heskestad方程來計(jì)算火焰高度，其計(jì)算式如下：

其中：H 為火焰高度，m；

q 為火焰理論熱釋放速率，kW；

D 為液池直徑，m。

Mudan 計(jì)算模型采用計(jì)算火焰高度的方法為

其中 ：H 為火焰高度，m；

R 為液池半徑，m；

ρ 為空氣密度，kg/m3。

因肯尼亞項(xiàng)目中，新建泵站內(nèi)工藝裝置區(qū)發(fā)生池火時(shí)，池火的直徑一般均為30m以上，所以

4 結(jié)論

（1）通過以上分析可以看出，在池火直徑>20m時(shí)，三種熱輻射計(jì)算模型的計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)了較大的差異，其中Mudan 計(jì)算模型的計(jì)算結(jié)果最為貼近實(shí)際，因此在肯尼亞項(xiàng)目中采用了此模型進(jìn)行安全間距的計(jì)算。通過以上計(jì)算可以看出，在肯尼亞項(xiàng)目中，泵站工藝裝置區(qū)發(fā)生池火后，建構(gòu)筑物距離池火中心的距離為75m，即距離池火邊緣的距離為45m。

（2）三種模型在池火直徑≤20m時(shí)計(jì)算結(jié)果相差不大，即三種模型在池火直徑≤20m時(shí)都可使用。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙鐵錘.安全評(píng)價(jià)[M].北京：煤炭工業(yè)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.池火災(zāi)模型及傷害特征研究[J].消防理論研究，2009，28（11） ：803-805

作者簡(jiǎn)介：

王偉（1983-）、男、漢、山東日照，2009年畢業(yè)于山東建筑大學(xué)市政工程專業(yè)，碩士學(xué)位，工程師，主要從事油田采出水處理方面的設(shè)計(jì)研究工作。