摘要: 介紹了液化石油氣儲罐在火災(zāi)作用下的熱響應(yīng)變化規(guī)律， 分析了其發(fā)生失效的原因，并提出了消防設(shè)計的原則和建議。

　　關(guān)鍵詞: 液化石油氣；儲罐；火災(zāi)；熱響應(yīng)；消防

　　1　引言

　　液化石油氣是工業(yè)和民用中應(yīng)用十分廣泛的一種燃料。由于它具有易燃、易爆等危險性，在生產(chǎn)、運輸和使用中極易發(fā)生火災(zāi)和爆炸事故。液化石油氣儲罐周圍一旦發(fā)生火災(zāi)，在火災(zāi)環(huán)境的影響下，儲罐內(nèi)液化石油氣的溫度和壓力會迅速升高， 同時儲罐的強度會迅速下降，在一定條件下儲罐即會發(fā)生破裂和爆炸，并進而引起沸液蒸氣爆炸(BLEV E)，引起爆炸沖擊波、容器碎片拋出及巨大的火球熱輻射，對周圍的人員、建筑和設(shè)備造成更大的破壞。國內(nèi)外曾多次發(fā)生液化石油氣火災(zāi)并引起連鎖爆炸的事故。 造成慘重的損失。如1984年墨西哥一液化氣儲配站由于液化石油氣泄漏引起火災(zāi)，使兩個球形儲罐破裂， 液化氣大量泄漏引發(fā)大火，高溫火焰包圍了附近的容器，相繼造成多臺容器破裂爆炸，導(dǎo)致500 多人死亡，7000 多人受傷，大量工業(yè)和生活設(shè)施毀壞，成為人類工業(yè)史上最為嚴重的事故之一。1998 年西安液化石油氣站由于液化石油氣在一球罐底部泄漏，引發(fā)火災(zāi)，在火焰高溫的作用下相繼造成2個400立方米的球罐相繼發(fā)生爆炸，并引起B(yǎng)L EV E，造成十多人死亡， 數(shù)十人受傷，直接經(jīng)濟損失400多萬元。

　　因此了解和掌握液化石油氣儲罐對火災(zāi)的熱響應(yīng)規(guī)律，從而采取適當?shù)拇胧┓乐箖薨l(fā)生爆炸，是預(yù)防和控制重大事故發(fā)生的關(guān)鍵。本文重點介紹液化石油氣儲罐對火災(zāi)的響應(yīng)規(guī)律，并提出了消防設(shè)計的要求和原則。

　　2　液化石油氣儲罐對火災(zāi)的熱響應(yīng)

　　液化石油氣儲罐在周圍發(fā)生火災(zāi)時，由于火災(zāi)對容器表面的熱輻射和對流傳熱的影響，會使儲罐發(fā)生一系列的熱響應(yīng)。由于工業(yè)界對安全的迫切需要及其學(xué)術(shù)上的綜合性和復(fù)雜性，世界各國都投入了大量的人力和財力對此進行了深入廣泛的研究。研究的方法主要包括試驗研究、理論和計算機模擬研究、典型事故分析研究等。試驗研究是將不同比例、不同形狀的容器置于不同的火災(zāi)環(huán)境中，對響應(yīng)過程和有關(guān)參數(shù)如溫度、壓力、熱通量等進行動態(tài)的觀測和測量，從而揭示容器失效過程、失效處理及危害性預(yù)測。理論和計算機模擬研究是根據(jù)二維或三維的質(zhì)量、動量和能量平衡方程進行較為復(fù)雜的場模擬或基于試驗研究的結(jié)果進行簡化的區(qū)域模擬，以及將場模擬和區(qū)域模擬結(jié)合起來的混合模擬，由于建立的復(fù)雜的偏微分方程組很難求得理論解，因此一般是借助于計算機進行數(shù)值求解。典型事故分析是收集以往發(fā)生的事故的有關(guān)數(shù)據(jù)資料，并進行進一步的統(tǒng)計和理論分析，從而揭示其規(guī)律性。

　　液化石油氣儲罐的熱響應(yīng)主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

　　2.1　儲罐壁溫響應(yīng)

　　理論和實驗研究都表明，儲罐在火災(zāi)環(huán)境下，儲罐的壁溫會迅速升高。儲罐的壁溫變化明顯分為兩個部分。即氣相部分和液相部分，我們分別稱其為干壁溫度和濕壁溫度，干壁溫度明顯高于濕壁溫度。未保護的液化氣容器在全包圍火災(zāi)條件下，干壁溫度最高達到600～ 700℃，干壁溫度受到熱輸入量、熱損失、壁厚等因素影響，其數(shù)值取決于容器大小及壁厚、充裝水平等。

　　2.2　儲罐內(nèi)部液化氣熱響應(yīng)

　　試驗發(fā)現(xiàn)，內(nèi)部介質(zhì)的熱響應(yīng)分為兩個階段：在第一階段，液相溫度未達到飽和溫度，處于過冷狀態(tài)，內(nèi)部介質(zhì)可以分為五個區(qū)域：邊界層區(qū)、底部不穩(wěn)定液體區(qū)、分層區(qū)、過冷液體區(qū)和蒸汽區(qū)。在側(cè)面邊界層區(qū)內(nèi)， 熱量由儲罐內(nèi)壁傳入后液體會沿容器壁面上升，到底液體表面后向中心運動，并且從中心向下部的過冷液體區(qū)運動，與過冷液體混合。然后又進入邊界層區(qū)，重復(fù)上述傳熱過程。由于這種垂直方向的自然對流引起液體和氣體在垂直方向的溫度梯度，這種現(xiàn)象稱為熱分層。在底部的不穩(wěn)定液體區(qū)，液體接受從儲罐內(nèi)壁傳入的熱量后，直接垂直向上運動與過冷液體混合。

　　2.3　儲罐內(nèi)部壓力響應(yīng)

　　儲罐內(nèi)部的壓力變化主要取決于內(nèi)部介質(zhì)的溫度變化規(guī)律，實驗研究發(fā)現(xiàn)，壓力主要決定于內(nèi)部分層區(qū)的溫度。