?? 1 引言
液化石油氣是工業和民用中應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、運輸和使用中極易發生火災和爆炸事故。液化石油氣儲罐周圍一旦發生火災, 在火災環境的影響下, 儲罐內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生破裂和爆炸, 并進而引起沸液蒸氣爆炸(BL EV 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、建筑和設備造成更大的破壞。國內外曾多次發生液化石油氣火災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, 使兩個球形儲罐破裂, 液化氣大量泄漏引發大火, 高溫火焰包圍了附近的容器, 相繼造成多臺容器破裂爆炸, 導致500 多人死亡, 7000 多人受傷, 大量工業和生活設施毀壞, 成為人類工業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, 引發火災, 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生爆炸, 并引起BL EV E, 造成十多人死亡, 數十人受傷, 直接經濟損失400 多萬元。液化石油氣儲罐事故及其引起的連鎖反應的過程可用圖1 表示。
因此了解和掌握液化石油氣儲罐對火災的熱響應規律, 從而采取適當的措施防止儲罐發生爆炸, 是預防和控制重大事故發生的關鍵。本文重點介紹液化石油氣儲罐對火災的響應規律, 并提出了消防設計的要求和原則。
??? 2 液化石油氣儲罐對火災的熱響應
液化石油氣儲罐在周圍發生火災時, 由于火災對容器表面的熱輻射和對流傳熱的影響, 會使儲罐發生一系列的熱響應。由于工業界對安全的迫切需要及其學術上的綜合性和復雜性, 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環境中, 對響應過程和有關參數如溫度、壓力、熱通量等進行動態的觀測和測量, 從而揭示容器失效過程、失效處理及危害性預測。理論和計算機模擬研究是根據二維或三維的質量、動量和能量平衡方程進行較為復雜的場模擬或基于試驗研究的結果進行簡化的區域模擬, 以及將場模擬和區域模擬結合起來的混合模擬, 由于建立的復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值求解。典型事故分析是收集以往發生的事故的有關數據資料, 并進行進一步的統計和理論分析, 從而揭示其規律性。
??? 液化石油氣儲罐的熱響應主要表現在以下幾個方面:
??? 2.1 儲罐壁溫響應
??? 理論和實驗研究都表明, 儲罐在火災環境下, 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, 其數值取決于容器大小及壁厚、充裝水平等, 其變化規律如圖2 和圖3 所示。圖2 為儲罐直徑1.7 m , 壁厚11.85 mm , 容積10.25 m3, 容器上安裝兩個安全閥, 安全閥開啟壓力為1.42M Pa, 關閉壓力為1.13M Pa, 充裝量為36% 時在全包圍火災作用下的儲罐干壁溫度變化規律。圖3 為不同充裝水平下的變化規律。
