油罐火灾中消防员安全施救距离

作者:廖宇凡;陈娟娟;方正; 刊名:消防科学与技术 上传者:滕越

【摘要】结合直径5 m柴油油池的燃烧试验得到的温度场与热辐射场数据,验证柴油油罐火灾FDS模拟模型.对40 m直径油罐火灾进行全尺寸模拟.依据GA 634-2006《消防员隔热防护服》和GA 10-2002《消防员灭火防护服》,取整体热防护性能值(TPP)为35.0和28.0计算两种常见消防服的防辐射安全距离.对于直径40 m、高15 m的柴油油罐,在地面高度灭火时,灭火防护服安全距离为68 m,身着灭火隔热服在此距离上的耐受时间为300 s;如果利用云梯车,消防员身着灭火防护服在10 m高度灭火时,临界距离可以缩小至50 m.

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柴油、汽油等石化产品燃烧时产热大、辐射强,即使身着灭火防护服、隔热防护服,在扑灭油罐火灾时消防员自身安全仍会受到极大威胁。苑静等通过热辐射经验模型计算了原油储罐火灾时无风情况下地面人员安全距离;庄磊等通过经验模型及数值模拟给出了油罐火灾时地面人员安全距离与相邻罐体破坏时间;张芳通过经验模型计算了汽油储罐燃烧时热辐射强度与二级烧伤时间的关系。但实际情况下,利用登高车扑救作业时,由于高度不同,所接收的辐射热量也不同。笔者在前人的研究基础上,基于小尺寸油池火燃烧试验构建FDS仿真模型,并利用油池火试验对FDS模型参数进行验证,结合规范,针对消防员经常穿戴的两类消防服的防辐射条件进行分析,提出油罐火灾在地面附近不同高度的安全临界距离,为灭火作战提供参考。1小尺寸油池火试验1.1试验装置采用小尺寸模型试验研究油池火的燃烧过程以及对周围辐射的影响。试验系统主要由测试系统和火源两部分组成。测试系统主要包括热电偶测温系统、热辐射仪、热成像仪、摄像机等。火源所用油池内径5.00m、池壁厚5mm、油池深1.50m。为防止油盘熔化破坏,试验时下部设置水垫层,深1m,上层试验燃料为100L柴油,15L汽油用于引燃。火源周围布置温度及热辐射测点,测点布置如图1所示,空白试验照片如图2所示。1.2试验观测结果试验环境温度5,无风。将热电偶测温系统、热成像仪及热辐射仪数据记录序列调整至时间相同,点燃引燃汽油后开始记录试验数据。试验燃烧过程历时276s,约4.5min,其中最高温度出现在第81s时,测点802处,为901.9。图3为各测温截面的特征温度,油池内测点反映火焰区温度;图4为试验中热辐射强度。图1试验装置测点布置图图2空白试验照片图3测温截面特征温度变化趋势图4距油盘中心10.5m高度2m处热辐射强度2小尺寸模拟模型的构建2.1模拟参数设定对油池火灾模型,基于CFD的常用模拟软件有FLUENT、FDS等,在无风情况FDS的结果与经验公式吻合较好,故采用FDS5.0对试验进行模拟。为减小环境因素影响,模型的计算场景设为长、宽、高为30、30、15m的长方体,油池位于中央,模拟环境温度5,风速为0m/s。油池尺寸为直径5m的圆形油池,与试验相同。为对比温度和热辐射,模拟模型中在与试验相同的位置设置了数据测点。2.2模拟结果分析图5为模拟与试验各测点在油池火峰值温度时刻附近温度均值的对比图。图5试验与模拟各测点峰值温度对比图可以看出,除测点706以外,剩余92%测点的模拟值与试验值均有较好的拟合程度,且直接反映火焰区温度的测点802、803误差最大仅为16.3%,表明该模拟的温度场基本能反映试验的现场情况。选择各测点峰值温度时刻30s的时间段,对比模拟与油池火实验的温度场变化趋势。选择能代表油池火焰温度的802、803号测点进行试验,与模拟的温度变化趋势对比,如图6所示。模拟数据相对试验实测值的波动较大。其中,测点803处在火焰区中心,罐壁下方,受到空气流动的影响小,对火焰温度反映较好,拟合程度相对更高;而测点802受到现场微风扰动,测点温度与模拟有所差别,但温度场变化趋势基本符合试验中实测趋势。图6测点802、803温度变化对比图热辐射强度是描述火灾发展的另一参数,试验中热辐射仪布置在距油池中心10.5m处。图7为油池火温度峰值时刻附近模拟与试验热辐射数据的对比。对比时间段为试验热辐射读数最大时刻30s内。由于试验热辐射仪读数记录间隔为3s,模拟时记录间隔仅为0.2s,模拟对热辐射值的变化记录更详细,故模拟的数值波动较大。但模拟中热辐射值整体变化趋势与试验数值变化趋势相似

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