石化行业多罐池火燃烧危险性分析

王鹏飞　李毅

摘要：火灾是储罐区常见的灾害事故类型，多罐池火灾连锁事故一旦发生，往往带来不可估量的损失。本文分析了多罐池火灾连锁事故致灾效应，阐述了初始池火灾诱发多罐池火连锁事故的过程;利用数值模拟方法对不同工况下单一池火和四源池火燃烧场景进行了数值模拟，分析了不同工况下四源池火燃烧时火焰融合情况，同时借助火焰高度特征参数对比分析了单一池火和多罐池火的燃烧危险性。

关键词：多罐池火;连锁事故;数值模拟;危险性分析

中图分类号：X932       文献标识码：A       文章编号：2096-1227（2021）04-0030-02

石油化工行业储罐区通常集中连片建设，这使得储罐存放比较密集，一旦某一储罐发生事故，极易引起整个储罐区的连锁反应，引发严重的次生灾害。火灾是储罐区常见的灾害事故类型，包括池火灾、喷射火、闪火等，其中池火灾是石化储罐区火灾事故中发生频率最高的一种火灾事故类型，包括单一池火灾和多罐池火灾。多罐池火灾连锁事故一旦发生，往往带来不可估量的损失[1]。例如2005年12月英国邦斯菲尔德油库火灾事故造成了22个汽油储油罐同时起火，直接经济损失2.5亿英镑;2010年1月兰州石化公司某罐区一个储罐发生火灾，引燃周围5个储罐，火灾造成6人死亡，15人受伤。因此开展石化行业储罐区多罐池火灾连锁事故危险性分析是非常有必要的。

笔者对多罐池火灾连锁致灾效应进行了分析，给出了池火灾诱发储罐区多罐池火灾连锁事故的过程;同时利用数值模拟方法对单一池火和多罐池火两种燃烧场景进行了数值模拟，并对其进行了危险性对比分析。

一、多罐池火灾连锁效应致灾分析

连锁效应是一个初始单元或设备发生事故导致的物理效应触发邻近的一个或多个设备相继发生二级及二级以上的事故，从而增加了后果严重度的现象[2-3]。多米诺连锁效应主要是由火灾热辐射、爆炸冲击波以及爆炸碎片引发的。在众多研究中，普遍认为热辐射、超压、抛射物（碎片）是导致连锁事故扩大的3个主要因素，相关学者总结了由上述3种物理效应引发的100个多米诺连锁事故，发现在这100起连锁事故中有近一半初始事故的原因是火灾。

火灾是石油化工行业常见的事故类型，其对设备破坏的主要方式是热荷载，主要包括池火灾、闪火、火球以及喷射火[4]。池火灾作为初始事故产生连锁效应的情况最多，约占44%。结合石油化工行业储罐区的特点，笔者对池火灾引起的多罐火灾连锁事故进行了分析，池火灾作为初始事故通过直接接触和热辐射两种途径引发连锁事故，其致灾过程如图1。池火灾通过热荷载作用于周围的二级单元上，例如相邻的储罐或管线等，若热荷载很小，不足以达到相邻二级单元的失效临界值，那么不会产生多罐火灾连锁事故;若热荷载使得周围的储罐或管线等容器失效，那么会造成事故的扩大，产生二级事故;若热荷载没有直接造成周围容器失效，但是容器内液体受热沸腾使其内部压力超过许用压力，也会造成事故的扩大进而产生二级事故。池火灾诱发的诸如火灾、爆炸、泄漏等二级事故在合适的触发条件下会造成更多单元的破坏，进而使得火灾在储罐区不断蔓延，造成多罐池火灾连锁事故，最终带来更大的危害。

二、多源池火数值模拟分析

（一）模拟工况

基于多储罐池火灾连锁事故的特点，笔者对不同油盘直径（d=1.0m、1.4m）不同火源间距（L=1.5D，L=1.75D，L=2.0D，L=2.5D，L=3.0D）下的四火源燃烧和不同油盘直径（d=1.0m、1.4m）下的单火源燃烧工况进行了数值模拟，并将其两种燃烧场景结果进行了对比。模拟采用正庚烷作为燃料，图2展示了单一池火和四火源燃烧的模拟场景方案。

（二）模拟结果对比分析

1.四火源火焰融合情况

图3展示了直径1.0m时不同火源间距下四火源燃烧火焰融合情况。可以看到，直径为1m的4个油盘同时点燃，当油盘间距L=1.5d时，四火源的火焰均向几何中心偏转，在中心处融合成一个更大的火焰;当油盘间距L=1.75d时，四火源不会完全融合成一个火源，只是在燃烧过程中偶尔发生两个或者三个火焰融合;当油盘间距L=2.0d时，四火源也没有发生火焰融合现象，只是燃烧过程中偶尔发生火焰的接触;当油盘间距L=2.5d时，四火源火焰会向中心倾斜，但是四火源仍是独立燃烧的状态，没有发生火焰接触和融合;当油盘间距L=3.0d时，四火源独立燃烧。同样的，直径为1.4m时四火源燃烧在不同间距下的火焰情况呈现出与上述相同的趋势。

表1给出了四火源燃烧时，不同火源直径（d=1m、1.4m）不同火源间距（L=1.5D，L=1.75D，L=2.0D，L=2.5D，L=3.0D）工况的火焰融合情况。可以看到相同直径下，随着火源间距的增大，四个火焰逐渐独立燃烧;在一定火源间距情况下，才会产生火焰融合形成一个新的火焰。上述表明存在一个临界火源间距，当大于这个临界间距时，四火源不会产生火焰融合，当小于等于这个临界间距时，四火源会发生火焰融合现象。

2.火焰高度

通过单一池火和四火源池火燃烧的数值模拟结果，笔者截取了每个工况下火焰稳定燃烧时40幅火焰高度图像，获得了每幅图像火焰顶端的高度数据，以此计算了平均值作为每个工况下的平均火焰高度。

笔者将单火源和四火源数值模拟获得的火焰高度进行了对比分析，图4展示了不同工况下的火焰高度数据。可以发现，火源直径1.0m时，四火源燃烧的火焰高度均高于单火源燃烧的火焰高度;火源直径1.4m時，四火源的火焰高度也高于单火源的火焰高度;上述表明四火源燃烧时，其火焰高度要高于单一池火，即四火源燃烧的危险性要更大，对外界产生的危害也更大。同时还可以发现，四火源燃烧时，随着火源间距的增加，火焰高度随之下降，逐渐趋近于单火源情况下的火焰高度;这是由于火源在一定的火源间距下，多个火源之间的相互作用，会发生火焰倾斜并融合形成一个更高的火焰;而随着火源间距的增大，火源间的相互作用逐渐减弱，慢慢变成独立燃烧的状态，进而与单火源燃烧的状态相似，接近其单一池火的火焰高度;上述表明适当的防火间距是防止储罐区多罐池火灾火焰融合的有效途径之一。

三、结语

火灾是石油化工行业常见的事故类型，池火灾作为初始事故产生连锁效应的情况最多。池火灾通过热荷载作用于周围的设备单元上，诱发的诸如火灾、爆炸、泄漏等二级事故在合适的触发条件下会造成更多单元的破坏，进而使得火灾在储罐区不断蔓延，造成多罐池火灾连锁事故。

多罐池火同时燃烧时，存在一个临界火源间距使得各个火源融合形成一个新火焰;多火源火焰融合时，其火焰高度要高于相同直径下单一池火的火焰高度，这表明多源池火燃烧时其危险性要更大;随着火源间距的增大，多火源燃烧的火焰高度逐渐减小，最终会趋近于单火源燃烧的火焰高度，这表明适当的防火间距是防止储罐区多罐池火灾火焰融合的有效途径之一。

参考文献：

[1]王鹏飞，刘晅亚，陈龙飞.多储罐池火连锁事故风险分析[C].2019中国消防协会科学技术年会论文集.2019：139-142.

[2]李求进，杨玉胜，陶红.基于多米诺效应的定量风险评价研究[J].中国安全生产科学技术.2012，08（1）：71-76.

[3]魏欣，何雨谦，钟月华，肖泽仪.化工储罐群池火灾连锁效应分析[J].四川化工，2013，16（1）：41-44.

[4]高进东.化工储罐区池火灾多米诺效应风险评估[J].中国安全生产科学技术，2013，9（7）：54-59.