池火灾高温温度监测及热辐射监测

樊海燕 孙建刚 王振 崔利富

1大庆油田设计院 2大连民族学院土木建筑工程学院

池火灾高温温度监测及热辐射监测

樊海燕1孙建刚2王振2崔利富2

1大庆油田设计院 2大连民族学院土木建筑工程学院

油罐火灾的燃烧特性和辐射特性是预测火灾发展趋势和评估火灾对周围环境影响的基础和前提，国内外的学者对其进行了多方面的研究。在进行原油圆盘及储罐池火灾火焰燃烧特性和辐射特性测试的基础上，探讨相邻罐在着火罐燃烧时所受的影响，此方案中包含两次实验，第一次实验是圆盘池火灾高温温度监测测试，第二次实验是油罐模型高温温度监测和热流热辐射监测。通过两次实验确定用耐高温温度传感器、火焰热流计以及火焰热辐射传感器采集池火灾数据能够达到预期的效果，将两种实验结果相结合可以更全面、准确地掌握油罐燃烧的火焰特性及辐射特性。

池火灾；热辐射；耐高温温度传感器；温度；监测

油罐火灾的燃烧特性和辐射特性是预测火灾发展趋势和评估火灾对周围环境影响的基础和前提，国内外的学者对其进行了多方面的研究。本文在进行原油圆盘及储罐池火灾火焰燃烧特性和辐射特性测试的基础上，探讨相邻罐在着火罐燃烧时所受的影响，具有重要的现实意义。

1 系统方案

此方案中包含两次实验，第一次实验是圆盘池火灾高温温度监测测试，第二次实验是油罐模型高温温度监测和热流热辐射监测。

1.1 圆盘池火灾高温温度监测系统

实验采用大庆油田原油，池直径分别为1.5、2.0、3.0和5.0 m，深度为0.15 m，厚度视钢材而定，在罐底加50 mm的水垫层，油层漂浮在水面高度100 mm。为测量油层温度，沿圆盘中心布设具有刻度标志的标杆，并从原油液面起从上至下每2 cm布设一个高温传感器。在底部引出一U型管，在U型管上刻上刻度，并由摄像系统记录U型管的刻度，由此来计算竖向燃烧速度。同时本实验利用红外成像系统记录火焰图像、火焰高度及火焰区温度等，火焰面积燃烧速度由摄像系统来完成。此系统能够一直对油罐连续温度变化状态进行监测，当中央控制室需要对数据进行分析以及越界状态时触发报警。

1.2 火灾高温温度和热流热辐射监测系统

实验储罐系统由3个储罐构成，均为1 000 m3储罐1∶4模型，油罐直径2.95 m，油罐高度2.65 m。以燃烧罐为中心，相邻储罐分别在燃烧罐两侧，三个储罐在一条直线上分布，燃烧罐与另两个邻罐间的距离分别为0.5D和D（D为燃烧罐的直径）。其中燃烧储罐表层储油50 cm，油层下部为水，本实验进行了原油燃烧时罐顶全敞口、1/2敞口和1/4敞口三种情况下的燃烧实验，两相邻储罐内部均为水。沿燃烧罐罐壁左、右两侧竖向每2 cm布设一个高温传感器，沿液面中心及T字梁布设相同的高温传感器，

采用热流传感器及热辐射传感器测试燃烧罐热流分布，水平方向上在斜向空间45°距离燃烧罐中心L=D、1.5D、2D位置分别立3根标杆，在水平方向上270°同样距离燃烧罐中心L=D、1.5D、2D位置分别立3根标杆。标杆高度均与储罐高度相同，每个标杆从上至下均布4组热流传感器及热辐射传感器，用于监测垂直方向上热流分布，各组之间垂直距离0.88 m。在距离燃烧罐为0.5D、D的两相邻罐内侧（靠近燃烧罐侧）从上至下均布4组热流传感器及热辐射传感器，各组之间垂直距离同样为0.88 m。本实验合计布设热流传感器32个，热辐射传感器32个，由数据检测系统实时监测。

2 实验数据及分析

2.1 圆盘池火灾高温温度监测

对于不同池直径下圆盘池火灾中心及池壁温度进行了连续状态监测。图1为直径2 m圆盘池火灾从点火至消防车灭火全过程各测点温度的实时变化，可见在圆盘着火后10 s左右，中心位置温度1至温度5，外壁位置温度6至温度10温度迅速升高，温度随测点距离火面距离的增加而变小，池中心区最高温度大于池壁最高温度。在监测尾段可见，在圆盘原油烧到低位时，消防车灭火，造成温度骤然升高。其他圆盘直径下池火灾温度的实时监测数据也反映了上述规律，可见用耐高温温度传感器记录池火灾是可行的，而且符合实验特征。但同时实验发现用过的耐高温温度传感器不能重复利用。

图12 m直径圆盘池火灾中心及池壁温度实时测试数据

2.2 油罐池火灾高温温度监测

分别对全敞口、1/2敞口及1/4敞口3种情况下油罐池火灾温度进行了实时测试，外面温度-10℃左右，在没有燃烧前罐体内部温度为-7℃。实验当天风力为5级左右，风向为东南方向，左侧相邻罐处于火焰下风向，右侧相邻储罐处于火焰上风向，下面以全敞口为例进行分析。从油罐全敞口情况下燃烧罐中心区及T字梁温度分布情况可见，点火后离着火面最近的中心区位置处温度最高。从油罐全敞口情况下燃烧罐左、右两侧罐壁温度比较图可见，燃烧罐壁左侧温度高于右侧温度，原因在于风的作用，使得火焰向下风向拖曳。由此可见，采用高温传感器实时监测油罐池火灾的温度场是确实可行的。

2.3 油罐池火灾热辐射监测

利用热流传感器实时监测对流热流量的大小，热辐射传感器实时监测辐射热流量的大小，图2为全敞口、1/2敞口和1/4敞口情况下位置A处辐射热流量及对流热流量的变化情况，同一位置处辐射热流量随着测点高度的增加而增加，同位置处辐射热流量远大于对流热流量。图3为全敞口情况下位置A、D、E三处辐射热流量的比较，可见在相同水平距离处，位置处于下风向时辐射热流量大于上风向时的值。因此，利用热流传感器和热辐射传感器实时监测油罐池火焰的辐射热特性是可行的。

3 结论

通过两次实验确定用耐高温温度传感器、火焰热流计以及火焰热辐射传感器采集池火灾数据能够达到预期的效果，所测得的大量实验数据为今后实际应用积累了丰富的素材。

图2 位置A处辐射热流量及对流热流量的变化

图3 全敞口情况下三处辐射热流量的比较

将两次实验结果相结合可以更全面、准确地掌握油罐燃烧的火焰特性及辐射特性，对于库区储罐的合理布置具有重要的指导意义。

大型储油库区在我国能源产业中具有举足轻重的作用，油库库区安全涉及民生安全以及国家财产，完全有必要、也有条件按照“先实验后应用”的原则。以当前应急管理工作为基础，探索成熟油库库区应急管理体系建设经验和模式，为其他化学工业区，其他行业、企业乃至国家政府部门应急管理体系建设提供宝贵经验。目前出现的各种新型技术，在应用时更应按照“先实验后应用”的原则，避免不必要的损失。

13069671209、fhy_tjff@163.com

（栏目主持杨军）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.2.015

樊海燕：哈尔滨工业大学材料学专业硕士研究生，现就职于大庆油田设计院土建与防腐研究室，一直从事油田管道容器的安全评价和防腐保温工作。