導(dǎo)航：安全管理網(wǎng)>> 安全論文>> 消防安全論文>>正文

LNG儲罐火災(zāi)熱輻射的安全距離影響因素研究

文檔作者：謝頂杉廖勇王非王科田東民文檔來源：中國石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司西南分公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年01月07日
下載地址：點(diǎn)擊這里	文件大小： 1.67 MB 共5頁	文檔格式： PDF	下載點(diǎn)數(shù)： 1 點(diǎn)（VIP免費(fèi)）

全屏查看

內(nèi)容預(yù)覽 [文件共5頁]

本文件共5頁，如需編輯使用，請下載。

注：預(yù)覽效果可能會出現(xiàn)部分文字亂碼（如口口口）、內(nèi)容顯示不全等問題，下載是正常的。

	文件大?。?.67 MB 共5頁文件格式：PDF 下載點(diǎn)數(shù)：1 點(diǎn)（VIP會員免費(fèi)）

下一篇：熱輻射分析在油品儲罐防火安全中的應(yīng)用

上一篇：一種消防壓力氣瓶安全監(jiān)控設(shè)備的設(shè)計(jì)

文本預(yù)覽

僅提取頁面文字內(nèi)容，供快速閱讀使用。

24
關(guān)燃號與石油
NA刑FlALGASANDOlL
2016年6月
LNG儲罐火災(zāi)熱輻射的安全距離
影響因素研究
謝頂杉廖勇王非王科田東民
中國石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司西南分公司， 四川成都610041
摘要：對LNG泄漏的危害性和池火熱輻射的理論模型進(jìn)行了研究，通過DNVPHAsT軟件計(jì)
算，分析了池火火災(zāi)熱輻射的安全距離影響因素，得到了風(fēng)速、大氣穩(wěn)定度、泄漏量及圍堰尺寸對池
火熱輻射的影響情況和影響程度。研究發(fā)現(xiàn)，風(fēng)速、泄漏量和圍堰尺寸對熱輻射的影響范圍都有不
同程度的影響，其中泄漏量影響最大，而大氣穩(wěn)定度對熱輻射的范圍影響相對較小。
關(guān)鍵詞：儲罐；池火；熱輻射；評價(jià)模型；安全距離
DOI：10．3969／j．issn．1006—5539．2016．03．006
0前言
液化天然氣(LNG)具有熱值高、體積小、無腐蝕等
特點(diǎn)，是全球公認(rèn)的清潔能源。隨著LNG在工業(yè)和民用
領(lǐng)域的應(yīng)用不斷擴(kuò)大，LNG發(fā)生火災(zāi)、爆炸事故的概率
也隨之增加。因此，研究引起LNG發(fā)生火災(zāi)、爆炸等事
故的影響范圍和影響因素，對指導(dǎo)現(xiàn)場事故的預(yù)防和控
制有重要的意義。
LNG常壓下沸點(diǎn)值為一162℃，氣液體積比約為
625，LNG的燃燒熱值達(dá)50 MJ／l【g，火焰表面輻射力為
220 kW／m2，爆炸范圍為5％一15％¨1。因此，LNG一旦
發(fā)生泄漏，會在低洼地帶形成液池，液池內(nèi)液體初始發(fā)
生閃蒸氣化，會瞬間產(chǎn)生大量蒸氣；當(dāng)蒸氣云體積比在
爆炸極限范圍內(nèi)并遇上火源時(shí)，便發(fā)生蒸氣云爆炸事
故。若蒸氣云正好處于液池上方，便會迅速向液池回火
燃燒，形成池火火災(zāi)口1；池火火焰及熱輻射將對周邊人
員、設(shè)備和設(shè)施產(chǎn)生嚴(yán)重危害。分析研究LNG池火火災(zāi)
熱輻射等危害是LNG安全評價(jià)一個(gè)不可缺少的方面。
1 LNG泄漏的危險(xiǎn)性分析
LNG發(fā)生泄漏不僅會產(chǎn)生蒸氣云爆炸事故和池火
火災(zāi)，還會產(chǎn)生其他危害¨叫1。
甲烷是一種低毒性、窒息性的氣體。大量LNG從
LNG儲罐或者LNG輸送管道的破損口溢出氣化。即使
沒有遇到火源，但是仍然會導(dǎo)致空氣中甲烷的濃度非常
高，進(jìn)而對工廠巡檢人員、應(yīng)急人員或者其他可能暴露
于正急劇擴(kuò)散的天然氣氣團(tuán)中的人員造成窒息傷害；而
且超低溫LNG還會對泄漏區(qū)域附近的人員或設(shè)備產(chǎn)生
低溫灼傷或者低溫破壞。
一般來說，氣體的燃燒和爆炸都能產(chǎn)生熱負(fù)荷和壓
力負(fù)荷。通常用火災(zāi)造成的熱輻射損害的等級來區(qū)分
和建立火災(zāi)危險(xiǎn)區(qū)。對于熱負(fù)荷，美國國家防火協(xié)會推
薦用5 kW／m2的事故熱通量值來確定人員的安全防火
距離∞】。熱輻射在通常情況下的損害等級見表l[6】。
天然氣正常燃燒時(shí)，擴(kuò)展速度較低，正常條件下不
會產(chǎn)生大的超壓情況。當(dāng)被引燃的蒸氣云引起蒸發(fā)的
天然氣回?zé)揭绯鲈磿r(shí)，通常稱作“燃燒火球”，如擴(kuò)散
時(shí)遇到嚴(yán)重的湍流，或者周圍有阻礙物(例如密集的
設(shè)備或者建筑物)，或者遇到高壓火源，就有可能出
現(xiàn)燃燒速度加快的現(xiàn)象，從而產(chǎn)生較高壓力乃至形成
爆炸。
收稿日期：2015—10一13
基金項(xiàng)目：內(nèi)蒙古200×104m 3／d天然氣液化項(xiàng)目資助(z 2014—6)
作者簡介：謝頂杉(1983一)，男，四川成都人，工程師，碩士，主要從事天然氣凈化與天然氣液化設(shè)計(jì)工作。
萬方數(shù)據(jù)
表1 熱輻射在通常情況下的損害等級表
第34卷第3期
OIL AND GAS TREATlNG AND PROCESSING
i氅熱通鼉： 損害類型kW·m。)
“‘?、。
對下藝設(shè)備包括儲罐、化工設(shè)備或者機(jī)
器有損害
無明火時(shí)，點(diǎn)燃木頭所需的最小能量值
塑料電纜的絕緣層暴露在外會退化
有明火時(shí)點(diǎn)燃木頭所需的最小能量值，
塑料管道融化值
。員工在穿著合適工作服的情況下能緊名
。操作持續(xù)幾分鐘
注：事故熱通量值基于平均暴露時(shí)間10 min計(jì)算得到。
2計(jì)算模型選擇
研究LNG發(fā)生池火火災(zāi)熱輻射影響范圍和影響因
素，須結(jié)合相關(guān)理論知識和實(shí)際工程情況，有相關(guān)數(shù)學(xué)
模型作為理論支撐。LNG池火火災(zāi)的數(shù)學(xué)模型主要分
為場模型和半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛢深悺?
場模型，即通過計(jì)算流體力學(xué)(CFD)模型，(如FDS，
FLuENT等模型)，求解N．s方程，并且結(jié)合描述火災(zāi)情
況的物理、化學(xué)過程的子模型，對LNG火災(zāi)情況進(jìn)行預(yù)
測，它比傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ途哂懈叩目尚哦?，也是未來?
災(zāi)數(shù)學(xué)模型的發(fā)展方向一棚]。但是場模型的缺點(diǎn)是需要
專業(yè)技術(shù)人員分析，計(jì)算工作量大，不適宜一般工程技
術(shù)人員使用?，因此不討論此模型。
半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停腔谶^去火災(zāi)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的經(jīng)驗(yàn)
公式，主要采用無因次方程關(guān)系式來描述火災(zāi)特點(diǎn)。這
種模型具有相對簡單、使用方便，預(yù)測結(jié)果比較合理等
優(yōu)點(diǎn)，因此該類模型在工程風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)過程中使用廣泛。
因此，重點(diǎn)對常用的幾種半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行介紹。
2．1 點(diǎn)源模型
點(diǎn)源模型¨剛的原理是根據(jù)牛頓提出的平方反比定
律，即輻射強(qiáng)度與到輻射源距離的平方成反比。假設(shè)池
火作為一個(gè)熱輻射中心點(diǎn)，成半球狀形式向周圍空間輻
射熱量，表達(dá)式如下： 口：x血叢攀(1)
4叮Tf‘
式中：q為熱輻射強(qiáng)度，kw／m 2；x為熱輻射能的比率，無
量綱；D為儲罐圍堰直徑，m；m為質(zhì)量燃燒速度，
kg／(m 2·s)；日為燃燒熱，kJ／kg；￡為空氣透射率；f為下
風(fēng)向距離，m。
2．2固體火焰模型
固體火焰模型的基本原理則是將沒有規(guī)則的火焰
形狀假定為圓柱形，見圖1。圓柱的直徑為發(fā)生池火的
直徑，當(dāng)風(fēng)速不為0 m／s時(shí)，圓柱體將發(fā)生傾斜，與豎直
方向的夾角為口。
油與加工25
風(fēng)向7∥羚：一<瓣 L-="L-" 且一S="且一S" 圖1="圖1" 固體火焰模型圖="固體火焰模型圖" q="q" g="E×r" _x005F_x0033_="3" 對附近人員及設(shè)備的影響則體現(xiàn)在輻射的強(qiáng)度和輻射="對附近人員及設(shè)備的影響則體現(xiàn)在輻射的強(qiáng)度和輻射" _x005F_x0037_2f="72f" _x005F_x0033_模型在使用中存在未="3模型在使用中存在未" 萬方數(shù)據(jù)="萬方數(shù)據(jù)" 天熟與與石油="天熟與與石油" GAS="GAS" AND="AND" OIL="OIL" _x005F_x0032_016年6月="2016年6月" _x005F_x0033_安全距離影響因素研究="3安全距離影響因素研究" PHAST軟件是挪威船級社推出的石化項(xiàng)目危害后="PHAST軟件是挪威船級社推出的石化項(xiàng)目危害后" 應(yīng)用DNV="應(yīng)用DNV" PHAsT軟件進(jìn)行池火火災(zāi)熱輻射的分析="PHAsT軟件進(jìn)行池火火災(zāi)熱輻射的分析" 環(huán)境風(fēng)速="環(huán)境風(fēng)速" 強(qiáng)度的大小影響空氣的熱傳遞系數(shù)n從經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ头治?"強(qiáng)度的大小影響空氣的熱傳遞系數(shù)n從經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ头治?quot; 變口="14]，圖2表示了環(huán)境風(fēng)速對熱輻射安全距離的影響，
圖3表示了當(dāng)環(huán)境風(fēng)速為1 m／s時(shí)，LNG儲罐破裂，發(fā)
生池火時(shí)不同熱輻射強(qiáng)度的影響范圍。
400．00 J ．—————+——-一———’
目350．001
逮300．001
型250．001 +5 kw／m2
辯蚓————一一茹溉
100．00J
50．00 J
O．00J．．．———．————，————．．．．．．．，．．．．．．．．．．—，———————————、——————一1．00 2．00 5．00 7．00 lO．00
風(fēng)速／(m·s“)
圖2 環(huán)境風(fēng)速對熱輻射距離的影響
，，類別l／D 30kw／m
√類別l／D 9 kW／m2
類別l仍5 kw／m2
J
圖3 LNG儲罐破裂發(fā)生池火的熱輻射影響范圍俯視圖(1 m／s)
3．2大氣條件
大氣穩(wěn)定度是表征大氣湍流程度的一種半定量方
法。大氣穩(wěn)定度不同，空氣中物質(zhì)的組成不同，空氣的
密度也會變化，導(dǎo)致燃燒中心的吸收衰減系數(shù)||}不同。
當(dāng)池火發(fā)生在白天或夜間時(shí)，其平均光線長度校正系數(shù)
有所區(qū)別。根據(jù)以上理論，表2給出了不同大氣穩(wěn)定度
對熱輻射距離的影響。
表2 大氣穩(wěn)定度對熱輻射距離的影響
注：熱輻射影響距離為到LNG儲罐中心的距離。大氣穩(wěn)定度等級一
般分為A～F 6類，A代表非常不穩(wěn)定(白天)，B代表中等不穩(wěn)定(白
天)，C代表輕微不穩(wěn)定(白天)，D代表中性(白天或夜間)，E代表穩(wěn)
定(夜間)，F(xiàn)代表非常穩(wěn)定(夜間)[15I。
通過模擬情況可以看出，大氣穩(wěn)定度對池火火災(zāi)熱
輻射的范圍影響較小。
3．3泄漏孔徑
管道發(fā)生泄漏時(shí)孔徑的大小會影響泄漏速率和泄
漏量，泄漏速率是影響穩(wěn)態(tài)情況下重氣擴(kuò)散的安全距離
的最重要因素之一。重氣擴(kuò)散的情況則直接影響產(chǎn)生
火災(zāi)熱輻射的影響范圍n4’1 6|。泄漏量不同，則液池的半
徑r就不同，從而影響池火的燃燒強(qiáng)度、燃燒的持續(xù)時(shí)
間。因此，研究了不同泄漏孔徑對熱輻射距離的影響，
見表3。
表3 泄漏子L徑對熱輻射距離的影響
1i同泄漏孔徑的熱輻射距離／r¨
熱輻?。?
‘㈧．f11一)5nun 25mm 5 0fIlllll00111m 2吣mn鑫菱
注：熱輻射影響距離為到LNG儲罐中心的距離。
從表3可看出，泄漏孔徑的大小對池火火災(zāi)熱輻射
的影響非常明顯。這是因?yàn)榭讖降拇笮?，直接影響泄?
量，孔洞越大，泄漏物資越多，危險(xiǎn)區(qū)域越大。因此，在實(shí)
際工程項(xiàng)目中，要密切監(jiān)視儲罐和管道泄漏情況。
3．4圍堰尺寸
根據(jù)GB 50183—2004《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)
范》10．3．5．3中第三條的規(guī)定：儲罐液位以下配有內(nèi)置
關(guān)閉閥的圍堰區(qū)，設(shè)計(jì)泄漏量應(yīng)按照假設(shè)敞開流動及流
通面積等于液位以下接管管口面積，儲罐充滿時(shí)持續(xù)流
萬方數(shù)據(jù)
第34卷第3期
OIL AND GAS TREATING AND PROCESSING
出時(shí)間1 h的最大量考慮?？梢奓NG儲罐周圍通常要設(shè)
計(jì)圍堰，以防止儲罐發(fā)生泄漏時(shí)，液體四處流淌蔓延造
成二次傷害。如發(fā)生火災(zāi)，還可以防止火焰蔓延到周邊
地區(qū)?‘1?。因此，圍堰的大小直接影響液池的大小，進(jìn)
而影響池火的火焰高度H。因此，研究當(dāng)圍堰形式為正
六邊形，其容積保持不變時(shí)，圍堰尺寸對熱輻射距離的
影響半徑，見表4。
表4 圍堰尺寸對熱輻射距離的影響半徑
注：熱輻射影響距離為到LNG儲罐中心的距離；n為正六邊形邊長
m；^為圍堰高度，m。
由表4可看出，圍堰尺寸對池火火災(zāi)熱輻射的范圍
有一定影響，并且隨著圍堰高度的增加，火災(zāi)熱輻射的
影響范圍逐漸減小。但隨著圍堰高度的增加，其減小的
幅度降低，這是因?yàn)槌鼗鸹馂?zāi)的發(fā)生點(diǎn)在液池內(nèi)，而液
池一般在地面以下，且液池中LNG的量較少，產(chǎn)生的池
火火焰高度不會太高。因此，在工程實(shí)際項(xiàng)目中，需結(jié)
合建設(shè)成本和安全距離的要求，選擇合適的圍堰高度，
不一定以提高圍堰的高度來保障安全距離¨?。
4 結(jié)論
1)風(fēng)速和泄漏孑L徑的大小對池火火災(zāi)熱輻射的影
響較大，其中泄漏孑L徑的大小影響最大。因此，在實(shí)際
工程項(xiàng)目中，要密切關(guān)注發(fā)生LNG泄漏量的大小。
2)大氣穩(wěn)定度對池火火災(zāi)熱輻射的影響范圍較小。
這是因?yàn)榇髿夥€(wěn)定度主要影響的是LNG泄漏擴(kuò)散范圍，
而池火火災(zāi)的發(fā)生在LNG泄漏擴(kuò)散完成后，因此大氣穩(wěn)
定度的影響較小。
3)圍堰尺寸對池火火災(zāi)熱輻射半徑有影響，但過高
的圍堰尺寸會增加建設(shè)成本。因此，在工程中，需結(jié)合
工程安全距離要求和建設(shè)成本共同確定圍堰的高度。
參考文獻(xiàn)：
[1]孫標(biāo)，郭開華．LNG池火熱輻射模型及安全距離影響因
素研究[J]．中國安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2010，20(9)：5l一55．
Sun Biao． Guo Kaihua． Research "></瓣>

網(wǎng)友評論 more

消防安全論文最新內(nèi)容

07-22