一种立式着火储罐移动水喷淋参数的优选方法与流程

本发明涉及立式储罐安全防护，具体涉及一种立式着火储罐移动水喷淋参数的优选方法。

背景技术：

1、现阶段，国内外鲜有针对立式着火储罐的移动水喷淋相关技术的研究。目前，国内根据石油库设计规范，采用一次实验对立式着火储罐的移动水喷淋参数进行技术研究，利用喷枪对400立方米汽油储罐表面进行移动喷淋，通过观察400立方米汽油储罐表面是否存在没有冷却的空白点，当观察发现400立方米汽油储罐表面没有冷却不到的空白点时，获取使得400立方米汽油储罐表面没有冷却不到空白点时的流量，将使得400立方米汽油储罐表面没有冷却不到空白点时的流量设置为400立方米汽油储罐的移动喷淋流量。

2、但是，利用喷枪对400立方米汽油储罐表面进行移动喷淋确定移动喷淋流量的方法，并没有考虑立式储罐的储罐尺寸以及燃烧介质对移动喷淋的影响，仅仅单纯地通过对400立方米汽油储罐进行移动喷淋实验，确定出适用于400立方米汽油储罐的移动喷淋流量，进而在所有尺寸的立式储罐上进行推广，并没有充分考虑立式储罐尺寸的变化以及燃烧介质类型的改变，存在一定的片面性。

3、因此，亟需提出一种立式着火储罐移动水喷淋参数的优选方法，实现对不同工况条件下立式着火储罐移动水喷淋流量的准确确定，为储罐发生火灾时移动水喷淋参数的优选提供技术支持。

技术实现思路

1、针对现有技术没有充分考虑立式储罐尺寸和储罐内储存燃烧介质类型对储罐着火移动水喷淋参数选取的影响，本发明提出了一种立式着火储罐移动水喷淋参数的优选方法，通过将立式储罐的现场移动喷淋实验与火灾动力学模拟分析相结合，实现了对不同工况条件下立式着火储罐移动喷淋流量的准确确定，有利于指导现场消防员对着火立式储罐的喷淋操作。

2、本发明具体采用如下技术方案：

3、一种立式着火储罐移动水喷淋参数的优选方法，具体包括以下步骤：

4、步骤1，获取立式储罐的设计参数，立式储罐内储存有汽油，立式储罐内设置有多个测量点，立式储罐外设置有喷枪，点燃立式储罐内的汽油形成全液面火灾后，利用喷枪对着火立式储罐进行移动喷淋实验，根据移动喷淋实验过程中喷枪的喷淋流量以及立式储罐罐壁的最高温度，获取移动喷淋损耗率，构建移动喷淋损耗率与单支喷枪喷淋弧面所对应圆心角之间的关系；

5、步骤2，根据立式储罐的设计参数，采用火灾动力学模拟软件fds构建储罐火灾动力学模拟模型，对立式储罐进行火灾动力学分析，利用储罐火灾动力学模拟模型模拟着火立式储罐的燃烧过程，确定稳定燃烧状态下模拟储罐的热辐射分布公式和温度分布公式；

6、步骤3，利用流体力学分析软件构建储罐流体力学模型，用于对储罐流体力学模型进行固定喷淋流量分析，利用储罐流体力学模型进行多次移动喷淋模拟实验，根据移动喷淋模拟实验的模拟结果，获取储罐固定水喷淋流量与储罐罐体壁面最高温度之间的关系；

7、步骤4，多次改变立式储罐的容积和立式储罐内储存燃料的类型，并根据调整后立式储罐的容积和燃料类型重新设置模拟储罐的设计参数和模拟储罐内储存的燃料，重复步骤2和步骤3，模拟得到不同工况条件下立式储罐固定水喷淋流量与储罐罐体壁面最高温度之间的关系；

8、步骤5，根据不同工况条件下立式储罐固定水喷淋流量与储罐罐体壁面最高温度之间的关系，结合待计算立式储罐的容积和内部储存燃料的类型，计算待计算立式储罐的移动喷淋流量。

9、优选地，所述步骤1中，立式储罐的设计参数包括储罐的尺寸和材质。

10、优选地，所述立式储罐为400立方米储罐，400立方米立式储罐的直径设置为8.2m、高度设置为8.2m、壁厚设置为0.01m，采用钢材料制成；所述喷枪的移动喷淋流量设置为0.6l/(s·m)、固定喷淋流量设置为0.48l/(s·m)。

11、优选地，所述汽油的燃烧热为4.1×104kj/kg，燃烧速率为0.7kg/(m2·s)，燃烧所形成的尾气中一氧化碳的含量为1％、烟雾含量为3.4％。

12、优选地，所述步骤1中，根据移动喷淋实验中喷枪的移动喷淋流量和固定喷淋流量，计算移动喷淋实验中喷枪的移动喷淋损耗率，结合移动喷淋实验中喷枪喷淋弧面所对应圆心角，构建移动喷淋损耗率与喷枪喷淋弧面所对应圆心角之间的关系，如公式(1)所示：

13、ls＝0.1θ   (1)

14、式中，ls为移动喷淋损耗率，θ为喷枪喷淋弧面所对应圆心角。

15、优选地，所述步骤2中，具体包括以下子步骤：

16、步骤2.1，根据立式储罐的设计参数和储罐内燃料的类型，采用火灾动力学模拟软件fds构建储罐火灾动力学模拟模型，所述储罐火灾动力学模拟模型内设置有模拟储罐，模拟储罐内设置有多个测量点，各测量点处配套设置有一个热辐射传感器和一个温度传感器；

17、步骤2.2，设置储罐火灾动力学模拟模型的计算域和模拟参数，并对储罐火灾动力学模拟模型的计算域进行网格划分，将储罐火灾动力学模拟模型的计算域分割为多个尺寸相同的计算网格；

18、步骤2.3，利用储罐火灾动力学模拟模型模拟着火储罐的燃烧过程，当模拟储罐的燃烧稳定后，利用各测量点的热辐射传感器多次测量热辐射值，同时利用各测量点的温度传感器多次测量温度值，根据各测量点的所有热辐射值和所有温度值，计算模拟储罐内各测量点的平均热辐射值和平均温度值；

19、步骤2.4，通过对模拟储罐内各测量点的平均热辐射值和平均温度值进行拟合，确定稳定燃烧状态下模拟储罐的热辐射分布公式和温度分布公式。

20、优选地，所述模拟储罐内设置有多个热辐射传感器和多个温度传感器；所述热辐射传感器均匀分布在模拟储罐的罐体内壁上，与模拟储罐的罐体内壁相紧贴；所述温度传感器等间隔均匀分布在模拟储罐的罐体内部，温度传感器靠近模拟储罐的罐体内壁，与模拟储罐罐体内壁之间的距离设置为0.001m～0.1m。

21、优选地，所述热辐射传感器在模拟储罐的垂向和周向上等间隔均匀设置，模拟储罐垂向上相邻热辐射传感器之间的间隔设置为1m，将模拟储罐在周向上等分为360条等长的弧线，各弧线的两端均设置有热辐射传感器，相邻热辐射传感器之间弧线所对应的圆心角为1°。

22、优选地，所述模拟储罐中燃料的液位高度为模拟储罐高度的一半。

23、优选地，所述步骤2.2中，模拟参数包括燃料的燃烧速率、燃烧热、燃烧热释放速率、燃烧面积和模拟时间。

24、优选地，所述模拟时间设置为360s，模拟储罐燃烧100s后热辐射和温度达到稳定。

25、优选地，所述步骤2.4中，稳定燃烧状态下模拟储罐的热辐射分布公式，如公式(2)所示：

26、h＝az+b   (2)

27、式中，h为稳定燃烧状态下模拟储罐的热辐射值，单位为kw/m2；z为模拟储罐罐体壁面的高度，单位为m；a、b均为模拟储罐的热辐射计算系数；

28、稳定燃烧状态下模拟储罐的温度分布公式，如公式(3)所示：

29、t＝cz+d   (3)

30、式中，t为稳定燃烧状态下模拟储罐的温度值，单位为℃；c、d均为模拟储罐的温度分布计算系数。

31、优选地，所述步骤3中，具体包括以下子步骤：

32、步骤3.1，根据储罐火灾动力学模拟模型的结构，利用流体力学分析软件构建储罐流体力学模型，所述储罐流体力学模型内设置有模拟储罐和模拟喷头；

33、步骤3.2，设置储罐流体力学模型的边界条件和模拟喷枪的喷淋参数，先利用储罐流体力学模型模拟储罐的燃烧过程，同时利用储罐流体力学模型的模拟喷枪对模拟储罐进行喷淋，模拟储罐的移动喷淋实验，通过对储罐流体力学模型中的模拟储罐进行储罐罐体壁面传热分析，获取储罐流体力学模型中模拟储罐稳定燃烧状态下模拟储罐罐体壁面的最高温度；

34、步骤3.3，设置多个固定水喷淋流量，分别根据各固定水喷淋流量设置模拟喷枪的喷淋参数，重复步骤3.2，利用储罐流体力学模型进行多次移动喷淋模拟实验，获取各固定水喷淋流量条件下储罐流体力学模型中模拟储罐罐体壁面的最高温度，根据各固定水喷流流量所对应的模拟储罐罐体壁面最高温度，建立储罐罐体壁面最高温度与固定水喷淋流量之间的关系。

35、优选地，所述步骤3.3中，至少设置3个不同的固定水喷淋流量。

36、优选地，所述步骤3.3中，储罐罐体壁面最高温度与固定水喷淋流量之间的关系，如公式(3)所示：

37、q＝etmax+f   (3)

38、式中，q为固定水喷淋流量，单位为l/(s·m)；tmax为储罐罐体壁面最高温度，单位为℃；e、f均为固定水喷淋流量计算系数。

39、优选地，所述步骤4中，依次将立式储罐设置为3000立方米立式储罐、5000立方米立式储罐、10000立方米立式储罐、50000立方米立式储罐和100000立方米立式储罐，分别在各容积条件下，依次将立式储罐内部储存燃料的类型设置为汽油、柴油和原油，形成多种工况条件。

40、优选地，所述3000立方米立式储罐的直径设置为17.0m、高度设置为16.0m，采用钢材料制成；所述5000立方米立式储罐的直径设置为21.0m、高度设置为16.5m，采用钢材料制成；所述10000立方米立式储罐的直径设置为31.0m、高度设置为16.5m，采用钢材料制成；所述50000立方米立式储罐的直径设置为60.0m、高度设置为16.5m，采用钢材料制成；所述100000立方米立式储罐的直径设置为80.0m、高度设置为16.5m，采用钢材料制成。

41、优选地，所述原油的燃烧热为3.9×104kj/kg，燃烧速率为0.039kg/(m2·s)；所述柴油的燃烧热为4.41×104kj/kg，燃烧速率为0.051kg/(m2·s)。

42、本发明具有的有益效果是：

43、本发明通过将立式储罐的现场移动喷淋实验与火灾动力学模拟分析相结合，由于利用立式储罐的现场移动喷淋实验既能获取移动喷淋损耗率与单支喷枪喷淋弧面所对应圆心角之间的关系，无法准确获取着火立式储罐的移动水喷淋流量，本发明通过构建储罐火灾动力学模拟模型，对立式储罐进行火灾动力学分析，确定稳定燃烧状态下模拟储罐的热辐射分布和温度分布后，再通过构建储罐流体力学模型，分析储罐的固定喷淋流量，确定储罐固定水喷淋流量与储罐罐体壁面最高温度之间的关系，并通过模拟不同工况条件下立式储罐固定水喷淋流量与储罐罐体壁面最高温度之间的关系，准确计算待计算立式储罐的移动喷淋流量。

44、本发明实现了对着火立式储罐移动水喷淋流量的准确确定，为储罐发生火灾时移动水喷淋的优选提供技术支持，有利于指导现场消防员对着火立式储罐的喷淋操作。