模拟储罐火侧壁与油品热流传递的智能测量装置与方法

本发明属于储罐火灾实验测试，具体是一种模拟储罐火侧壁与油品热流传递的智能测量装置与方法。

背景技术：

1、为了便于我国成品油的加工、使用和中转，我国的化工园区储罐数量不断增多，罐区规模不断扩大，截止2020年12月，全国已建、在建和规划中的原油和成品油油库已超过3000座。在储罐油品的储存过程中，液位高度不断变化，在油品液位较低的情况下，罐体内部易积聚油品蒸汽，在意外引爆后易形成低液位条件下的储罐火灾。一旦发生低液位储罐火灾事故，燃烧火焰会进入储罐内部，显著改变“火焰-侧壁-液面”之间的传热过程。一方面，在“火焰-侧壁”之间，储罐内部火焰直接加热储罐上部侧壁，使得上部侧壁温度较高；另一方面，在“侧壁-液面”之间，下部分侧壁直接与油品液面接触，使得下部侧壁温度较低。这两方面因素互相作用，使得在油品液面附近位置的侧壁存在“大温度梯度”现象，即侧壁温度会从高温迅速降低至低温，这会导致大量的热流通过侧壁传导至油层，会明显加速燃烧，导致事故的进一步扩展。

2、目前，针对储罐火的热反馈测量装置，已有部分学者进行了相关的开发。授权公告号cn105606485b公布了一种基于液面稳定条件下环形油池火热反馈测量系统，该系统可通过测量环形油池的壁面温度和燃油温度，并采用傅里叶导热定律计算环形油池火的导热反馈大小。授权公告号cn106872638b公布了一种基于尺寸连续可变油池装置的池火尺寸效应传热模式测量系统，该系统可通过油池尺寸调节机构实现燃烧过程中油池尺寸的调节，并通过热反馈测量机构实时测量燃烧过程中的热流大小。授权公告号cn216525630u公布了一种研究空缺高度对油池火热反馈机制影响的实验装置，该装置可通过更换不同的套筒模拟不同侧壁高度下油池火的燃烧情况，并通过热反馈测量系统获取油池壁面的温度分布、燃料表面径向辐射热反馈分布。授权公告号cn115290645b公布了一种模拟侧壁对储罐油池火燃烧行为影响的装置及模拟方法，该装置可通过侧壁模拟装置改变侧壁高度，并通过供气装置调节气体流量，模拟不同燃烧强度下的高侧壁油池火燃烧，在模拟过程中，通过在侧壁外部布置贴片热电偶测量侧壁温度，进一步计算导热反馈大小。

3、通过对已有技术的调研分析可以得出，目前针对油池火的导热反馈测量，多是采用直接测量法，通过在油池侧壁表面处和油品内部布置若干测温热电偶，并通过傅里叶导热定律计算油池火的导热反馈大小。但在这种方法中，油池侧壁处布置的测温热电偶无法表征侧壁内部的真实温度，而要准确测量侧壁内部的真实温度则必须对油池侧壁进行结构破坏，并在侧壁内部布置测温热电偶，但侧壁结构的破坏会显著影响侧壁的热流传递规律。因此，通过该方法计算得到的导热反馈误差较大，亟需研发一款可精确测量高侧壁条件下储罐火导热反馈大小的装置。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出了一种模拟储罐火侧壁与油品热流传递的智能测量装置，所述智能测量装置采用气体火模拟不同侧壁高度下储罐火的燃烧，在燃烧过程中通入液态导热介质吸收导热侧壁的热流，通过测量所述液态导热介质的前后温度定量计算不同工况下储罐火的侧壁热流反馈，为提升储罐火灾的应对能力和风险评估能力提供技术支撑。

2、本发明还旨在提出一种模拟储罐火侧壁与油品热流传递的测量方法。

3、根据本发明实施例的一种模拟储罐火侧壁与油品热流传递的智能测量装置，包括：燃烧系统，所述燃烧系统可通过所述导热侧壁与燃烧器的互相连接，经供气装置将可燃气体通入所述燃烧器后点燃可模拟不同侧壁高度下的储罐火燃烧，燃烧过程中热流可通过所述导热侧壁传递至热流传递模拟系统；所述热流传递模拟系统，所述热流传递模拟系统可容纳所述液态导热介质流动，所述液态导热介质可吸收来自所述侧壁套筒传递的热流反馈，并通过所述液态导热介质前后温度变化计算所述智能测量装置的导热反馈大小；供给系统，所述供给系统可将所述液态导热介质输送至所述热流传递模拟系统中，并将吸热过后的所述液态导热介质从所述热流传递模拟系统内排出；测量系统，所述测量系统用于监测所述液态导热介质进入所述环形池前的温度和所述导热介质离开所述环形池后的温度，为计算热流大小提供数据支撑；智能控制系统，所述智能控制系统用于接收所述燃烧系统、所述热流传递模拟系统、所述液态导热介质供给系统和所述测量系统的实时数据，并对整个所述智能测量装置的点火，通气速率，所述液态导热介质的液位高度和流速等进行智能精确控制。

4、根据本发明实施例的一种模拟储罐火侧壁与油品热流传递的智能测量装置，所述燃烧系统主要由所述导热侧壁、所述燃烧器和所述供气装置组成，所述导热侧壁为上部开口的圆柱形侧壁，燃烧过程中可将热流传导至所述热流传递模拟系统中，主要用于模拟燃烧过程中储罐侧壁的导热；所述燃烧器与所述导热侧壁底部连接，可向所述导热侧壁内部通入可燃气体，点燃后模拟储罐火燃烧；所述供气装置可为所述燃烧器持续提供所述可燃气体，并可调节所述可燃气体的供气速率，模拟不同规模下的储罐火灾，用于研究不同燃烧规模下的侧壁与油层的传热规律。

5、根据本发明实施例的一种模拟储罐火侧壁与油品热流传递的智能测量装置，所述供气装置包括燃料气瓶、供气管路、减压阀、燃料质量流量计；所述燃料气瓶与所述供气管路连接，用于储存所述可燃气体；所述供气管路一端与所述燃料气瓶连接，一端与所述燃烧器连接，用于输送所述可燃气体；所述减压阀和所述燃料质量流量计位于所述供气管路上，所述减压阀用于控制所述燃料气瓶的开启和关闭，所述燃料质量流量计用于控制所述可燃气体的流量。

6、有利地，所述燃料质量流量计可通过调节所述可燃气体的流量，实现对燃烧强度的控制，从而调节所述侧壁套筒内部的下探火焰高度，模拟不同下探火焰高度对侧壁热流反馈的影响。

7、可选地，所述导热侧壁可进行替换，可首先选用透明材质的石英玻璃桶，可通过所述供气装置调节所述可燃气体的供气速率，观察石英玻璃桶内部的火焰下探情况；确定合适的火焰下探高度后，可更换导热性能更好的铜制套筒进行进一步实验。

8、有利地，所述燃烧系统还应包括多孔填充材料、隔热材料和点火装置；所述多孔填充材料均匀覆盖于所述燃烧器上部，使所述可燃气体能够均匀从所述多孔填充材料表面溢出，模拟储罐火液体表面可燃蒸汽的均匀蒸发；所述隔热材料位于所述多孔填充材料与所述导热侧壁之间，阻隔所述导热侧壁和所述多孔填充材料之间的热量传递，以保证燃烧过程中侧壁传导的热量全部被所述液态导热介质吸收，提高热流传递计算的准确性；所述点火装置用于点燃通入的所述可燃气体。

9、根据本发明实施例的一种模拟储罐火侧壁与油品热流传递的智能测量装置，所述热流传递模拟系统由环形池、分隔挡板和支撑装置组成；所述环形池中心有一圆孔，通过圆孔与所述导热侧壁连接，液态导热介质可在所述环形池内流动，吸收来自所述导热侧壁的热流；所述分隔挡板竖直放置在所述环形池内，用于保证所述液态导热介质沿特定的方向流动；所述支撑装置用于支撑所述环形水池。

10、有利地，所述环形池的侧壁和所述分隔挡板应采用导热系数较小的材料，防止较多的热量通过所述环形池的侧壁散失。

11、根据本发明实施例的一种模拟储罐火侧壁与油品热流传递的智能测量装置，所述供给系统由供给装置和排放装置组成，所述供给装置包括储存池、供给管路、供给阀门、供给质量流量计和注惰装置；所述储存池用于储存所述液态导热介质；所述供给管路一端与所述储存池连接，另一端与所述环形池连接，用于将所述液态导热介质输送至所述环形池中；所述供给阀门和所述供给质量流量计位于所述供给管路上，所述供给阀门控制所述供给管路的开启和关闭，所述供给质量流量计可精确控制所述液态导热介质的质量流量，用于控制所述液态导热介质在所述环形池中的流速，所述注惰装置用于向所述储存池中注入惰性气体，为所述液态导热介质的流动提供动力，同时起到保护所述液态导热介质的作用，保护所述供给装置的输送安全；所述排放装置包括排放管路、排放阀门、排放泵、排放质量流量计和排放池；所述排放管路一端与所述环形池连接，另一端与所述排放池连接，用于将加热过后的所述液态导热介质输送至所述排放池中；所述排放阀门、所述排放泵和所述排放质量流量计均位于所述排放管路上，所述排放阀门控制所述排放管路的开启和关闭，所述排放泵用于提供排放动力，所述排放质量流量计可精确控制所述液态导热介质的质量流量，将所述环形池中的所述液态导热介质排放至所述排放池中。

12、有利地，所述供给管路和所述排放管路与所述环形池的连接应分别位于分隔挡板的两侧，以保证所述液态导热介质能从所述供给管路出发，沿所述环形池的环状方向单向匀速流动至所述排放管路。

13、有利地，所述供给管路应与所述环形池的底部连接，所述排放管路应与所述环形池的顶部连接，使所述液态导热介质从所述环形池底部进入，从所述环形池顶部流出，使得所述液态导热介质在流动过程中与所述导热侧壁充分换热。

14、有利地，所述注惰装置用于朝所述储存池中供给惰性气体，在所述储存池气相空间产生压力，将所述液态导热介质沿所述供给管路输送至所述环形池中，同时能够保护所述液态导热介质，防止所述液态导热介质在所述环形池中被所述导热侧壁的热流引燃。

15、有利地，所述液态导热介质可以为正庚烷等油品，在实验时应保证所述燃烧器通入的所述可燃蒸汽供气速率与所述液态导热介质在燃烧状态下的蒸发速率相同，以便更好的模拟真实条件下的侧壁导热情况。

16、根据本发明实施例的一种模拟储罐火侧壁与油品热流传递的智能测量装置，所述测量系统包括测温装置和摄像装置；所述测温装置包括入口测温热电偶、出口测温热电偶和环形池热电偶；所述入口测温热电偶位于所述供给管路内，用于测量所述液态导热介质进入所述环形池前的初始温度；所述出口测温热电偶位于所述排放管路内，用于测量所述液态导热介质离开所述环形池后的温度；所述环形池热电偶用于测量所述环形池内部不同位置处所述液态导热介质的温度；所述摄像装置用于拍摄所述智能测量装置的实验过程。

17、有利地，所述环形池热电偶的布置数量按照实验要求均匀布置于所述环形池内部，这里不做具体限制。

18、根据本发明实施例的一种模拟储罐火侧壁与油品热流传递的智能测量装置，所述智能控制系统包括控制装置和数据记录装置；所述控制装置可控制点火装置的点火；所述控制装置还可智能控制燃料质量流量计调节供气速率，用于模拟不同燃烧规模的储罐火；所述控制装置还可控制供给质量流量计和排放质量流量计，从而实现所述环形池中所述液态导热介质液位及流速的调节；所述数据记录装置可实时记录所述测量系统的数据。

19、根据本发明实施例的一种模拟高温导热构件对灭火影响的方法，包括如下步骤：

20、s001确定智能测量装置的各项参数，包括导热侧壁的半径r，环形水池的半径r，导热侧壁的高度h、实验所需侧壁高度h、可燃气体的质量流量液态导热介质在所述环形池的流速v和液态导热介质的密度ρ；

21、s002调节多孔填充材料厚度，使所述多孔填充材料表面至所述导热侧壁顶部的距离等于所述侧壁高度h；

22、s003采用下式计算供给管道内所述液态导热介质的单位质量流量

23、s004开启减压阀，控制燃料质量流量计调节所述燃料气体的质量流量至点燃所述燃料气体，朝向所述导热侧壁敞口一侧形成火焰；

24、s005开启注惰系统的阀门、供给阀门、供给质量流量计，调节供给质量流量计的单位质量流量至持续向所述环形池内供给所述液态导热介质；

25、s006在所述环形池内液位达到预设液位高度h-h后，开启排放阀门、排放质量流量计和排放泵，调节所述排放质量流量计的单位质量流量至开启测温系统，记录入口测温热电偶的温度t1和出口测温热电偶的温度t2；

26、s007采用下式计算所述智能测量装置的侧壁的导热反馈：

27、