?? 1 引言
液化石油气是工业和民用中应用十分广泛的一种燃料。由于它具有易燃、易爆等危险性, 在生产、运输和使用中极易发生火灾和爆炸事故。液化石油气储罐周围一旦发生火灾, 在火灾环境的影响下, 储罐内液化石油气的温度和压力会迅速升高, 同时储罐的强度会迅速下降, 在一定条件下储罐即会发生破裂和爆炸, 并进而引起沸液蒸气爆炸(BL EV E) , 引起爆炸冲击波、容器碎片抛出及巨大的火球热辐射, 对周围的人员、建筑和设备造成更大的破坏。国内外曾多次发生液化石油气火灾并引起连锁爆炸的事故, 造成惨重的损失。如1984 年墨西哥一液化气储配站由于液化石油气泄漏引起火灾, 使两个球形储罐破裂, 液化气大量泄漏引发大火, 高温火焰包围了附近的容器, 相继造成多台容器破裂爆炸, 导致500 多人死亡, 7000 多人受伤, 大量工业和生活设施毁坏, 成为人类工业史上最为严重的事故之一。1998 年西安液化石油气站由于液化石油气在一球罐底部泄漏, 引发火灾, 在火焰高温的作用下相继造成2 个400 立方米的球罐相继发生爆炸, 并引起BL EV E, 造成十多人死亡, 数十人受伤, 直接经济损失400 多万元。液化石油气储罐事故及其引起的连锁反应的过程可用图1 表示。
因此了解和掌握液化石油气储罐对火灾的热响应规律, 从而采取适当的措施防止储罐发生爆炸, 是预防和控制重大事故发生的关键。本文重点介绍液化石油气储罐对火灾的响应规律, 并提出了消防设计的要求和原则。
??? 2 液化石油气储罐对火灾的热响应
液化石油气储罐在周围发生火灾时, 由于火灾对容器表面的热辐射和对流传热的影响, 会使储罐发生一系列的热响应。由于工业界对安全的迫切需要及其学术上的综合性和复杂性, 世界各国都投入了大量的人力和财力对此进行了深入广泛的研究。研究的方法主要包括试验研究、理论和计算机模拟研究、典型事故分析研究等。试验研究是将不同比例、不同形状的容器置于不同的火灾环境中, 对响应过程和有关参数如温度、压力、热通量等进行动态的观测和测量, 从而揭示容器失效过程、失效处理及危害性预测。理论和计算机模拟研究是根据二维或三维的质量、动量和能量平衡方程进行较为复杂的场模拟或基于试验研究的结果进行简化的区域模拟, 以及将场模拟和区域模拟结合起来的混合模拟, 由于建立的复杂的偏微分方程组很难求得理论解, 因此一般是借助于计算机进行数值求解。典型事故分析是收集以往发生的事故的有关数据资料, 并进行进一步的统计和理论分析, 从而揭示其规律性。
??? 液化石油气储罐的热响应主要表现在以下几个方面:
??? 2.1 储罐壁温响应
??? 理论和实验研究都表明, 储罐在火灾环境下, 储罐的壁温会迅速升高。储罐的壁温变化明显分为两个部分。即气相部分和液相部分, 我们分别称其为干壁温度和湿壁温度, 干壁温度明显高于湿壁温度。未保护的液化气容器在全包围火灾条件下, 干壁温度最高达到600～ 700℃, 干壁温度受到热输入量、热损失、壁厚等因素影响, 其数值取决于容器大小及壁厚、充装水平等, 其变化规律如图2 和图3 所示。图2 为储罐直径1.7 m , 壁厚11.85 mm , 容积10.25 m3, 容器上安装两个安全阀, 安全阀开启压力为1.42M Pa, 关闭压力为1.13M Pa, 充装量为36% 时在全包围火灾作用下的储罐干壁温度变化规律。图3 为不同充装水平下的变化规律。
