高倍泡沫扑救LNG池火实验研究*

史先召，黄伟金，姜 帅，周 宁

(1 江苏海企化工仓储股份有限公司，江苏 泰州 225327；2 常州大学石油工程学院，江苏 常州 213016)



安全与管理

高倍泡沫扑救LNG池火实验研究*

史先召1，黄伟金1，姜 帅2，周 宁2

(1 江苏海企化工仓储股份有限公司，江苏 泰州 225327；2 常州大学石油工程学院，江苏 常州 213016)

搭建了大尺度LNG池火测试实验平台，应用摄像、热成像、热电偶树、热流计等仪器开展了LNG在池火燃烧机理及高倍泡沫对池火灾抑制作用的实验研究。结果表明高倍泡沫对LNG池火有较好的抑制作用，显著的降低LNG池火对周边构建筑物的热辐射危害，但以高倍泡沫灭火系统设计规范规定的略大于7.2 L/m2·min供给强度下，高倍泡沫无法扑灭LNG池火。

液化天然气；池火灾；高倍泡沫；实验

液化天然气(LNG)是优质清洁能源，国际能源机构(IEA)发布的天然气中长期需求预测报告显示，到2035年全球天然气需求总量达到5.1万亿立方米，占全球能源需求25%。LNG对优化我国能源结构、改善大气环境有着很重要的作用。从2006年中国第一次进口LNG70万吨，到2012年进口1470万吨/年，LNG进口平均年增长率59%。

与此同时，由于LNG具有易燃、易爆、毒害等性质，火灾危险性极大。LNG在储运和使用过程中一旦发生泄漏，就可能在低洼处汇集形成液池，遇点火源可能引起火灾爆炸并造成严重的后果。2013年11月11日，新疆八钢钢结构股份有限责任公司一加工车间发生液化天然气爆炸事故，造成6人死亡、6人受伤。2009年9月16日，中石油江苏液化天然气(LNG)接收站工程1号储罐区发送重大安全事故，造成8人死亡，14人受伤，其中3人重伤。

针对大尺度LNG泄漏、火灾和爆炸事故事故研究，国外在实验和模型研究方面的已经取得了一些研究进展，国内在LNG大尺度泄漏、火灾实验方面还没有开展相关的研究。对LNG池火灾的机理、事故扑救认识还非常欠缺，因此本文开展LNG大尺度池火灾扑救研究，对于提高应对LNG火灾时的应急处置技术尤为重要。

1 LNG池火灾测试实验系统

1.1 液池及实验测试系统

图1 LNG燃烧池示意图与照片

燃烧池是尺寸为5 m×3 m×1.2 m的长方形混凝土液池，示意图和照片如图1所示。

在液池中轴线延长线上设置4个辐射热流计，高度为1.5 m，距离液池边缘分别为2 m、4 m、6 m、10 m处，在这是个位置还同时设置有热电偶，热流计布置示意图如图2所示。

图2 热流计位置

除了在热流计位置设置热电偶外，还在液池中设置热电偶树，热电偶树的位置和尺寸如图3所示。

图3 热电偶支架位置

为更好的记录LNG池火燃烧过程和火灾抑制过程，实验还设置了4台摄像机和一台红外热像仪。

1.2 高倍泡沫灭火系统

高倍泡沫一般由发泡剂、稳定剂、助溶剂等按照一定配比生成，通过机械混合的方法来产生气泡状聚集体。高倍泡沫具有灭火效能高，无毒无害、排减有毒气体、绝热功能好和能够形成防火隔热层的优点，能对现场消防灭火人员起到很好的保护作用[1]。

根据高倍泡沫灭火系统设计规范规定，LNG灭火实验应采用发泡倍数在300～500倍间的高倍泡沫，供给强度大于7.2 L/m2·min，高倍泡沫发生器设置在混凝土储槽一侧，泡沫产生系统管路安装泡沫调节阀用来调节泡沫供给强度。

1.3 实验过程

(1)进行实验前准备工作，将LNG从储罐中泄放到液池中；

(2)点火，同时启动摄像系统、热像仪等数据采集记录装置；

(3)预燃烧45 s后，使用高倍泡沫进行抑制火焰实验。

(4)打开水幕保护系统，待LNG烧尽后液池周围温度恢复至常温时，实验人员进入液池周围进行清理作业。

2 结果与讨论

2.1 LNG池火抑制形态分析

实验先进行LNG池火燃烧实验，待池火稳定燃烧后记录相关数据，然后使用高倍泡沫灭火系统对LNG池火进行灭火作业，记录实验数据，进行LNG池火抑制技术及其抑制效能对比分析。不同时刻高倍泡沫灭火效果如图4所示。

图4 不同时刻高倍泡沫灭火效果图

LNG在燃烧时的形状近似为圆柱形，在外界风速的作用下发生倾斜。实验表明，稳定燃烧后，LNG池火形态为自由燃烧火羽流，LNG被电火花点燃后，首先开始火焰高度不断增大的预燃阶段，经过短暂的时间后，进入稳定的LNG液池燃烧阶段，此时LNG液池的火焰高度处于一定均匀区间不断脉动，称之为稳定燃烧阶段[2-5]。

使用高倍泡沫灭火器对处于稳定燃烧阶段的LNG池火进行火灾抑制作业。根据高倍泡沫灭火系统设计规范规定，LNG灭火实验应采用发泡倍数在300-500倍间的高倍泡沫，供给强度略大于7.2 L/m2·min供给方式来检验灭火效率。由图4可以看出，在高倍泡沫灭火的初始阶段，火焰高度出现明显的上升过程，这是因为高倍泡沫中携带成分占比高于97%的水，由于灭火初期火灾功率大，温度高，高倍泡沫中的水分到达液池后迅速升温，气化，体积急剧膨胀，膨胀的高温水汽夹带LNG上升，夹带的LNG被点燃，使火灾功率反而短时间内增大，温度升高。但随着泡沫量的增加，控火效应逐渐体现。40 s后，高倍泡沫的控火效应逐渐体现，火焰高度逐渐降低，范围逐渐缩小。100 s以后，液池中已经充满高倍泡沫，控火效能达到最大，之后LNG池火火焰保持相对稳定，高度在6 m左右脉动。从100 s泡沫满液到高倍泡沫池火控制结束，火焰一直保持燃烧状态，直至LNG燃料燃烧殆尽。实验结果表明，高倍泡沫虽然能迅速控制住LNG池火火势，但不能将火灾扑灭，分析认为主要是高倍泡沫发泡倍数高300～500倍，能够迅速覆盖液池所以能以较快速度控制住火势，但发泡倍数高，生成的气泡轻，极易被高温破坏，并且LNG池火火焰浮力较大，带走大量气泡，高倍泡沫很难将气化的气体完全控制在泡沫层一下，气化的LNG会将部分覆盖的高倍泡沫撕裂，继续燃烧。

2.2 温度特性分析

LNG高倍泡沫控火实验热成像结果如图5所示。

图5 LNG高倍泡沫灭火实验热成像对比图

由图5可以看出，高倍泡沫启动后，初始阶段池火的火焰不降反升，火焰高度升高，温度场向外扩展，高温区增大，最高温度达1159 ℃。40 s后火焰的高度开始逐渐降低，高温区减少，温度场逐渐向内收缩。80 s后高倍泡沫充满液池，之后池火的温度场保持相对稳定，120 s时最高温度为817 ℃，与温度最高时相比温度降幅达29.5%。由热成像图可以看出高倍泡沫可以有效降低LNG池火的火焰高度，控制火焰的扩展，减少高温区的面积，极大降低对周围环境的热辐射，可以有效控制火势的蔓延，保证现场消防人员的生命安全。

将图4高倍泡沫灭火的现场照片与图5中高倍泡沫灭火的现场热成像图对比分析知，火焰高度的变化呈现先增大后减少直到相对稳定的趋势。随着火焰高度的降低，火焰的高温区域也明显缩减，表明火焰高度和高温区域大小存在正相关的关系。

3 结 论

本文实验研究了高倍泡沫扑救大尺度LNG池火的实验，得到如下结论：

(1)红外热像仪测试结果表明，LNG池火火焰高度和高温区域大小存在正相关的关系。

(2)实验条件下按照消防设计规范规定的高倍泡沫供给强度7.2 L/m2·min时，只能控制LNG池火，不能实现完全扑灭，研究结果可为相关消防规范的修订提供支撑。

[1] 周榕,赵远征,王五成.高倍泡沫灭火系统在船舶机舱中的应用分析[J].船海工程, 2011, 40(2):81-83.

[2] RAJ P P K, MOUSSA A N,ARACAMUDAN K.Experiments Involving Pool and Vapor Fires from Spills of Liquefied Natural Gas on Water[J].Electromagnetic Spectrum, 1979.

[3] SCHNEIDER A L, LIND C D, PARNAROUSKIS M C.US Coast Guard Liquefied Natural Gas Research at China Lake[R].COAST GUARD WASHINGTON DC, 1980.

[4] SCHNEIDER A L.Liquefied Natural Gas Spills on Water: Fire Modeling[J].Journal of fire and flammability, 1980, 11(4): 302-313.

[5] NIZNER G A, EYRE J A.Radiation from liquefied gas fires on water[J].Combustion Science and Technology, 1983, 35(1-4): 33-57.

Study on LNG Pool Fire Fighting with High Power Foam*

SHIXian-zhao1，HUANGWei-jin1,JIANGShuai2，ZHOUNing2

(1 Jiangsu Haiqi Chemical Warehouse Co., Ltd., Jiangsu Taizhou 225327;2 School of Petroleum Engineering, Changzhou University, Jiangsu Changzhou 213016, China)

LNG in the pool fire burning mechanism and high-expansion foam suppression effectiveness for pool fire by using camera, thermal imaging, thermocouple tree, heat flow meter and other instrument through large-scale fire test platform were discussed.The results showed that high-expansion foam had better suppression effectiveness for the LNG pool fire, significantly reduced the heat radiation hazard of LNG pool fire on the surrounding structures.But high-expansion can’t completely put out the LNG pool fire with a little greater 7.2 L/m2·min supply intensity.

liquefied natural gas；poor fire；high-expansion foam；experiments

建筑消防工程技术公安部重点实验室开放课题(KFKT2014MS02)；常州市科技支撑计划项目(CE20155025)；公安部科技强警基础工作专项 (2014GABJC047)；公安部消防局科研计划项目(2015XFR 22)；建筑消防工程技术公安部重点实验室开放课题(KFKT2015ZD03)。

史先召(1967-)，男，本科，高级工程师，主要从事化工储运技术研究。

TE832

A

1001-9677(2016)019-0215-03