一种原油火灾沸溢灾害模拟实验系统及后果评估方法

本技术涉及罐区安全，特别涉及一种原油火灾沸溢灾害模拟实验系统及后果评估方法。

背景技术：

1、火灾发生时，长伴随着浮盘倾斜、变形、断裂、沉没等情况，并容易在“热波”效应的作用下发生沸溢喷溅现象。

2、沸溢发生时，燃烧剧烈，火猛烟浓，高温油品猛烈喷向油罐周边，给消防救援带来巨大困难。由于沸溢机理复杂，包含燃烧、传热、传质、湍流、相变等问题，沸溢火灾的机理尚未完全理解，阻止沸溢发生的对策措施不成熟，因此，需要对原油储罐的沸溢喷溅特征进行实验模拟，研究沸溢机理，掌握储罐油品沸溢发生时间和强度，提前采取预防措施，为消防救援提供技术支持。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供一种原油火灾沸溢灾害模拟实验系统及后果评估方法，以解决或缓解上述现有技术中存在的问题。

2、为了实现上述目的，本技术提供如下技术方案：

3、本技术提供一种原油火灾沸溢灾害模拟实验系统，包括：防火防渗安装平台、原油储罐和数据采集单元；所述原油储罐通过支撑底座安装于所述防火防渗安装平台，用于对不同油层厚度、不同水垫层厚度的沸溢火灾进行模拟，且所述防火防渗安装平台在沸溢火灾模拟时进行溢油收集及喷溅油品防渗，并所述数据采集单元对所述沸溢火灾模拟时的数据进行采集；

4、所述数据采集单元包括：热流计、视频采集设备、连通器、液位计、热电偶树、称重传感器、变送器和ni数据采集装置；所述热流计有多个，多个所述热流计分布于所述原油储罐外侧的不同方向、不同距离处，且分别与所述ni数据采集装置相连，以对所述原油储罐不同方向不同距离处的辐射热流进行实时采集；所述视频采集设备有多个，多个所述视频采集设备分布于所述原油储罐外侧的不同位置处，以对所述沸溢火灾模拟过程中不同角度的燃烧过程进行实时采集；所述连通器位于所述原油储罐的外围，通过连通水管与所述原油储罐的罐底三通阀门相连，所述连通器内布置所述液位计，以对所述原油储罐的油面液位进行实时采集；所述热电偶树有多个，多个所述热电偶树沿所述原油储罐的径向并列均布于所述原油储罐内，且其中一个所述热电偶树位于所述原油储罐的中心轴线，多个所述热电偶树分别与所述ni数据采集装置相连，以对所述原油储罐内不同位置不同高度处的温度变化进行实时采集；所述称重传感器有多个，多个所述称重传感器均布于所述原油储罐的下底面，并位于所述支撑底座上，以对所述原油储罐的质量损失进行实时采集。

5、优选的，所述防火防渗安装平台包括：防火堤、内防渗平台和外防渗平台；所述防火堤为圆盘状，且中部设有安装开口；所述防火堤的外周为防溅围墙，以对沸溢火灾模拟过程中的喷溅油品进行围挡；所述内防渗平台布置于所述安装开口，且与所述防火堤相接，所述内防渗平台上布置所述支撑底座；所述外防渗平台位于所述防溅围墙的外围，且沿周向包覆所述防火堤；其中，所述内防渗平台、所述外防渗平台的表面均为硬化面，所述防火堤为钢盘制成。

6、优选的，所述连通器位于所述防溅围墙的外侧，座落于所述外防渗平台上。

7、优选的，还包括：辅助摄像机，所述辅助摄像机正对所述连通器，以对所述连通器内的液位下降过程进行实时采集。

8、本技术实施例还提供一种原油火灾沸溢灾害后果评估方法，采用上述任一所述的原油火灾沸溢灾害模拟实验系统进行沸溢火灾模拟，所述原油火灾沸溢灾害后果评估方法包括：步骤s101、基于预先构建的点源模型，根据所述沸溢火灾模拟过程中多个热流计的辐射热流密度，分别计算所述沸溢火灾模拟时每个所述热流计对应的火源的热辐射通量；步骤s102、根据每个所述热流计对应的火源的热辐射通量，对所述沸溢火灾模拟时的火源的热辐射通量进行修正，并根据修正后的火源的热辐射通量，构建所述沸溢火灾模拟时的辐射场分布；步骤s103、根据所述沸溢火灾模拟时的辐射场分布和沸溢喷溅范围将所述沸溢火灾模拟时火源周围区域，沿径向由内向外划分为多个不同危害区域，以所述沸溢火灾模拟时的沸溢灾害进行评估。

9、优选的，在步骤s101中，所述点源模型为：

10、

11、其中，为所述沸溢火灾模拟时的每个所述热流计对应的火源的热辐射通量；qi为第i个所述热流计测得的被辐射目标物的辐射热流密度；i为正整数；θ为所述被辐射目标物的法线、火源到所述被辐射目标物连线之间的夹角；l为火源与所述被辐射目标物之间的距离。

12、优选的，步骤s102包括：将根据多个所述热流计分别确定的所述沸溢火灾模拟时的火源的热辐射通量进行拟合，得到修正后的火源的所述热辐射通量；根据修正后的火源的所述热辐射通量，反演所述沸溢火灾模拟时火源的辐射热流密度，以构建所述沸溢火灾模拟时的辐射场分布。

13、优选的，按照公式：

14、

15、反演计算火源任意位置处的最大辐射热流密度q，以构建沸溢火灾模拟时的辐射场分布；其中，为修正后的火源的所述热辐射通量；d为任意待确定所述最大辐射热流密度的位置到火源的距离。

16、优选的，步骤s103包括：将所述沸溢火灾模拟时油品沸溢喷溅到的区域划分为危险区，将大于等于预设临界辐射热流密度且所述沸溢火灾模拟时油品未沸溢喷溅到的区域划分为过渡区，将小于预设临界辐射热流密度的区域划分为安全区；基于所述沸溢火灾模拟时的热辐射强度对所述沸溢火灾模拟时油品未沸溢喷溅到的区域进行沸溢灾害评估。

17、优选的，在步骤s103中，按照公式：

18、

19、确定所述过渡区任意位置处的危险概率；

20、其中，t为所述被辐射目标暴露于所述过渡区的热辐射时间；p1、p2、p3分别为所述被辐射目标在所述过渡区的死亡概率、重伤概率、轻伤概率；q为所述被辐射目标所处位置在所述过渡区的辐射热流密度。

21、有益效果：

22、本技术实施例提供的原油火灾沸溢灾害模拟实验系统中，原油储罐通过支撑底座安装于防火防渗安装平台上，用于对不同油层厚度、不同水垫层厚度的沸溢火灾进行模拟，且防火防渗安装平台在沸溢火灾模拟时进行溢油收集及喷溅油品防渗，数据采集单元用于对沸溢火灾模拟时的数据进行采集。

23、其中，该原油火灾沸溢灾害模拟实验系统的数据采集单元包括：热流计、视频采集设备、连通器、液位计、热电偶树、称重传感器、变送器和ni数据采集装置。热流计有多个，多个热流计分布于原油储罐外侧的不同方向、不同距离处，且分别与ni数据采集装置相连，以对原油储罐不同方向不同距离处的辐射热流进行实时采集；视频采集设备有多个，多个视频采集设备分别于原油储罐外侧的不同位置处，对沸溢火灾模拟过程中不同角度的燃烧过程进行实时采集；连通器位于原油储罐的外围，通过连通水管与原油储罐的罐底三通阀门相连，连通器内布置液位计，以对原油储罐的油面液位进行实时采集；热电偶树有多个，多个热电偶树沿原油储罐的径向并列均布于原油储罐内，且其中一个热电偶树位于原油储罐的中心轴线，多个热电偶树分别与ni数据采集装置相连，以对原油储罐内不同位置不同高度处的温度变化进行实时采集；称重传感器有多个，多个称重传感器均布于原油储罐的下底面，并位于支撑底座上，以对原油储罐的质量损失进行实时采集。

24、根据沸溢火灾模拟过程中多个热流计的辐射热流密度，基于预先构建的点源模型，分别计算沸溢火灾模拟时每个热流计对应的火源的热辐射通量；然后，根据每个热流计对应的火源的热辐射通量，对沸溢火灾模拟时的火源的热辐射通量进行修正，并根据修正后的沸溢火灾模拟时的火源的热辐射通量，构建沸溢火灾模拟时的辐射场分布；最后，根据沸溢火灾模拟时的辐射场分布和沸溢喷溅范围将沸溢火灾模拟时火源周围区域沿径向由内向外划分为多个不同危害区域，以对沸溢火灾模拟时的沸溢灾害进行评估。

25、籍以，在原油储罐沸溢火灾模拟时，对燃烧过程中不同位置、不同高度处的温度变化进行记录，分析热波传播速率、热区温度等参数；获取质量变化情况、监测液位下降速率、记录不同方向和不同距离处的辐射热流变化；从多个角度拍摄火灾发展变化规律，分析火焰高度变化情况，并基于上述数据，分析沸溢火灾特征，对沸溢灾害进行后果评估；实现精细化的大尺度沸溢火灾实验，将油品内部温度变化、火焰行为、质量损失、辐射强度、液位变化集成于一体，进行大尺度沸溢火灾模拟并评估，定性确定沸溢沸溢火灾发生时的可供进行安全救援的区域，为消防救援提供技术支持，减少不必要的损失和伤害。