储罐的安全性和易燃液体安全距离的研究中文翻译.docx
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储罐的安全性和易燃液体安全距离的研究中文翻译
基于火灾及消防工程性能的第五会议
储罐的安全性和易燃液体安全距离的研究
陈琳王慧芳
中国吴凤大学火灾科学系助理教授,明雄62153
中国吴凤大学火灾科学系研究生,桃园33071
摘要
易燃液体储罐通常处在潜在危险区。
危害性越来越严重。
为了避免罐起火,并扩散到附近的储罐设施和建筑物。
在安全的条件下,易燃液体储罐的安全距离是必要的。
通过FDS(火灾动力学模拟器)进行火灾计算机模拟,及时发现有火灾发生可能性的燃液体储罐。
为了建立优化模型,必须确定可燃液体储罐的温度分布以及易燃液体储罐的安全距离,通过现行的法律法规,以期待会从经济和安全方面的考虑。
2011年由Elsvier公司出版
关键词:
易燃液体储罐的安全性和安全距离,火灾动力学模拟器(FDS)
1、介绍
工业的快速发展,工厂中的储罐越来越趋于大型化,除了过程配置外;还应该考虑安全因素,工厂未来的发展等。
易燃的储液罐很容易暴露成为潜在的危险,发生火灾或爆炸,导致财产损失,所以存储区域的安全距离是一个重要因素,要将损害降到最低。
近年来,有许多例油罐爆炸灾害发生。
例如,2010年1月南宝昌华化工有限公司罐爆炸灾害。
第一个化工储罐火灾引起的三个化学储罐爆炸。
另一个例子,中石油兰州石化316号储罐发生爆炸并引发石油管道破裂。
并造成部分非燃烧材料储罐泄漏和以及25个液态烃储罐受威胁。
通信作者:
E-mailaddress:
E-mail:
chengi@wfu.edu.tw
1877–7058©2011PublishedbyElsevierLtd.
doi;10.1016/j.proeng.2011.04.626
2009十月,一个巨大的爆炸发生在波多黎各的加勒比海湾石油公司,油火蔓延两天,附近的房屋和车辆尽毁,玻璃破碎,并导致两人受伤,万人被疏散。
在40个储罐中有21个被毁坏,这些储罐用来存储汽油,柴油,航空燃料和燃料油(该公司的炼油厂被迫关闭)。
2006四月,COSMO公司发生爆炸事故,在日本的千叶炼油厂引发大火。
所幸这次爆炸没有造成人员伤亡,并没有导致石油产品和有毒化学气体泄漏。
在台湾,储罐火灾或爆炸造成了更多的灾难,其主要原因是贮存场所和其他相邻区域之间没有足够的安全距离。
因此,可以预见的是,安全距离能防止一系列严重的灾难。
2、文献综述
为了避免储罐火灾或爆炸事故蔓延到周边地区和能够及时疏散人群,储罐和其他附近的区域之间保持一定的安全距离是至关重要的。
2.1、台湾的规章制度
根据台湾的《公共危险物质和易燃的加压气体建立标准安全管理条例》,存储区域分为五类易燃液体储存站。
本条例规定的室内储存场所,室外储存场所,室内贮存罐,室外地下储罐,贮罐等。
法规明确规定,对于户外储罐的站点预留空间和安全距离描述如下表1~3。
表1室外的侧壁与罐外厂房附近的安全距离
地方
安全距离
历史博物馆,图书馆,博物馆,美术馆,展览馆,历史文物馆,纪念馆,和类似机构。
不少于50米
电影放映场所(电影院),音乐厅、舞厅、夜总会、俱乐部、美容店(旅游店和音像店等等),按摩院、看录像厅(MTV等),视听歌唱厅(KTV酒吧等)和白酒类商店(俱乐部)等能容纳300人或以上的设备标准。
保龄球,台球厅,会议厅,健身和娱乐中心(包括设施、提供指压按摩服务,桑拿室,和其他的减肥和健身设施室内迷你高尔夫球场,游戏,电子游戏中心,信息娱乐场和一个可容纳300人或以上的标准设备。
旅游饭店,旅馆,招待所,(仅限于出租屋只)有能力容纳300人或以上的标准设备。
商业机构,市场,百货公司,超级市场,零售市场等可容纳300人或以上的标准设备。
餐馆,食品和饮料店,咖啡店和茶馆,有能力容纳300人或以上的标准设备。
桑拿房和一个可容纳300人或以上的公共浴室标准设备。
不少于30米
公交车站,机场建筑,港口等候室可容纳300人或以上的标准设备。
未来商品机构,证券交易中心,并有能力的金融机构容纳300人或更多的标准设备。
庙宇,祠堂,教堂,龛场,并与其他类似的机构能力容纳300人或更多的标准设备。
办公室,射击场,诊所,社区康复中心,心理辅导儿童和青少年或家庭咨询机构,就业服务中心,残疾人事业,娱乐中心为老年人服务的机构,老人和残疾人服务机构或可容纳300人以上的标准设备。
集体住宅,公寓和一个容量一半的房子容纳300人或以上的标准设备。
体育场馆、活动中心和一个可容纳300人或以上设备标准室内溜冰场、室内游泳池和一个可容纳300人或以上的标准设备。
电影制片厂和电视信号继电器和一个可容纳300人的标准设备。
仓库和家具展示和销售中心,一个可容纳300人或以上的标准设备。
不少于30米
医院,疗养院,长期照护机构,护理机构,喘息服务机构为老年人服务机构(限于日托,临时护理,短期保护和防护设施),婴儿托儿所,早期干预制度,结算教育机构(限于机构保护婴儿的年龄在2岁以下),护理院,产后护理中心残疾人福利服务机构(有限公司食宿,日托,临时性,短期护理设施),职业培训残疾人机构(限于食宿场所和设施采用特殊的设备),和为盲人特殊聋哑人学校,和精神一个可容纳20人或更多残疾人的标准设备。
不少于30米
学校教学楼,课后托儿所,补充学习中心,培训设施,研究馆等教育机构,职业培训机构和残疾人机构以及其他机构。
能容纳20人或以上的标准设备。
幼儿园、托儿所和一个可容纳20人或以上标准设备。
不低于30米
制造场所,公共危险品和易燃品的存储站或加气站。
不少于20米
以前条款规定的其他地方
不少于10米
35000V或更高的输电线
不少于5米
7000—3500V之间的输电线
不少于3米
表2留有开放空间的储罐应满足下列要求
储存材料
留有开放空间的储罐应满足下列要求
储存设施包含6种材料且油品闪点不高于21度
1m+,体积小于2000立方,2m+,大于2000立方(小于4000立方)3m+,大于4000立方(但小于10000立方)5m+,大于10000立方(但小于40000立方)10m+,大于40000立方
储存设施包含6种材料且油品闪点在21—70度
1m+,体积小于10000立方,2m+大于10000立方(小于20000立方)3m+大于20000立方(小于50000立方)5m+,大50000立方(小于200000立方)10m+大于200000立方。
储存设施包含6种材料且油品闪点大于70度
1m+,体积小于2000立方,2m+,20000立方(小于40000立方)3m+,大于40000立方(小于100000立方)5m+,大于100000立方。
表3储罐间距(壳到壳)
储存设施包含6种材料且油品闪点不高于60度
浮顶罐的直径小于45m时,两个直径相同的储罐对接应不小于90厘米,而不是45米。
固定罐箱直径小于45m时,间距应为六分之一。
两个直径相同的储罐对接,应不少于90厘米;而不是小于45m。
储存设施包含6种材料且油品闪点高于60度
浮顶罐箱直径小于45m时,间距应为六分之一。
两个直径相同的储罐对接,应不少于90厘米;而不是小于45m。
固定顶罐箱直径小于45m时,间距应为六分之一。
两个直径相同的储罐对接,应不少于90厘米;而不是小于45m。
2.2、美国消防协会
美国国家消防协会(NFPA)NFPA30易燃物和可燃液体规范2000版,对储罐到储罐的安全距离已经明确确定,如下图所示表4[3]
表4储罐间的最小距离(罐到罐)
浮顶罐
固定或水平罐
一或二类液体
三类液体
所有储罐直径不超过150英尺
相邻罐之间距离为罐直径的1/6但不得小于3英尺
相邻罐之间距离为罐直径的1/6但不得小于3英尺
相邻罐之间距离为罐直径的1/6但不得小于3英尺
储罐直径超过150英尺
远程提供水源
储罐的1/6
储罐的1/4
储罐的1/6
筑堤提供水源
储罐的1/4
储罐的1/3
储罐的1/4
2.3、阻隔墙的高度
油罐火灾灾害发生后,其他没有燃烧的储罐往往会传播燃烧情况,由于辐射的
影响会有很大的危害性。
据台湾的中油公司材料安全数据表(MSDS)记载。
92
号无铅汽油的着火温度为280~456度。
低硫燃料油是407度,超级柴油约177度,
柴油燃烧时的辐射热是影响火灾规模和持续时间的主要因素。
更大的火焰面积
或火灾事件发生时,辐射热的传播距离越远。
生产、贮存和处理场所的安全,有效地防止火灾扩散到邻近的地方。
2006年
11月国家消防部门内政部提供下列公式计算阻隔墙的高度。
其中
Y:
阻隔墙地面以上的高度
P:
扩散曲线系数
X:
生产地点和与之相邻地方之间的距离
a:
生产地比如起始点的高度
表5扩散曲线系数
类别
P值
木制建筑紧邻这些站点。
建筑物邻近站点的建设或不可燃材料站点的建设,和制造业等站点,出口处没有防火门。
0.04
不可燃材料制造的房舍毗邻的建筑物为防火门开口处的站点。
为建筑工地附近的建筑物、制造场所等的开口处,超过30分钟防火等级的防火门
0.15
为建筑工地附近的建筑物,制造场所等的开口处,超过1小时防火等级的防火门。
无穷大
3、FDS(火灾动力学模拟器)和Smokeview[6](图形化处理软件)
FDS(火灾动力学模拟器)是由计算机来模拟火灾,由美国国家标准和Technology(NIST)制定的计算流体动力学火灾热软件。
软件系统主要是为消防模拟设计。
FDS主要是模拟(LES)基于CFD的火灾模拟软件,该软件的核心是纳维尔-斯托克斯方程,每个方程组的数值解法。
用于解热驱动低速流场,重点放在烟与热运动现象,分为若干模拟的网格,多维数据采集的范围可以更准确的估计,能处理消防火灾烟气的流量、温度、辐射热和物理数据,使它特别适用于形状复杂的建筑物或大型建筑火灾的模拟。
SmokeviewFDS是图形化后的处理软件的组合,适合处理2D图形或3D动画的渲染效果,该软件将从FDS计算结果。
图1操作流程。
在公式中FDS辐射热基于有限体积法获得,近百点的不连续,使用时占用20%左右的CPU,辐射热是大体计算的。
3.1、管理方程式
质量守恒定律
物品保护
动量守恒
节约能源
其中
:
流体密度
:
流体速度
:
流体焓
:
物品的单位体积的化工生产速率
:
引力向量
:
外部力向量(除了对重力的向量)
:
粘性应力张量
:
辐射热通量矢量
:
热导率的流体流态
:
当前温度级别
:
流体压力
:
时间
3.2、FDS火流模拟软件做体操
图1FDS火流模拟软件做体操[7]
4、结果
第二,储罐在没有任何安全设备、消防、灭火器等的保护下,发生的顶部风速硬气的着,遭受辐射14米的高度热,温度几秒钟内就可以从31.22度达到622.4度,图10是2米以外的储罐在遭受火灾后温度会在几秒内从52.36度上升到378.95度,24米以外的设施在几秒钟内温度会从4.53度上升到162.12度。
辐射热影响到7英尺的高度,图11中存储槽失火31.06秒,温度达到最高的103.58度、油罐火灾12米外最高温度是74.39度,离罐24米外22.50秒后温度从26.85度上升到27.78度。
地面遭受很大程度的辐射,图12中存储槽受热影响5.87秒,最高温度达到74.1度、12米以外的着火罐5.87秒内温度是57.32度,14米外的两个起火油罐在35.11秒时最高温度是23.5度。
当相邻的喷水灭火系统水箱配有冷却装置时,油罐失火时开始启动冷却喷水灭火设备、辐射热能影响到14米的高度,在图14中,防火墙的存储槽32.42秒,温度最高达到168.46度,12米远油罐火灾的最高温度在48.61秒内达到122.23度,24米外最高温度在28.81秒内达到34.6度。
在图15中,防火墙的存储槽在失火34.22秒内能达到7米高,温度最高达到47.82度,离油罐12米远的地方最高温度为27.02秒时的60.72度,离火槽24米外28.81秒时温度为36.9度。
在图16中,防火墙的存储槽在起火36.01秒时,温度达到最高的39.99度,离油罐火灾12米远的最高温度为25.21秒时的44.50度,远离火槽最高温度24米远19.82秒时温度为27.85度。
两个相邻可燃液体储罐、在没有消防安全设备的保护时,发生受风速影响的燃烧,大约4秒时储罐与火焰接触,大约十秒时起火,火焰随外部风速逐渐减小。
(图6,图8)。
相邻储罐受辐射热,在图9中,高14米,4.53秒后温度达到最大值162.12度,大约在60秒内温度下降环境温度。
槽罐防火墙温度达到最高的622.4度,离油罐12米远处的最高温度为367.27度,24米远的最高温度162.12度。
与第二个槽之间的距离越大,温度辐射效应则有明显减少。
图10到12则体现了这种观点。
有效的安全距离相邻储罐的最高温度162.12度,不到点火温度280度
当储罐没有喷淋冷却的防火墙时,存储槽最高温度下降到168.46度,大约70秒后温度开始下降。
储罐顶部附近受辐射热的影响最大,应该建立消防安全设备以加强保护。
储油罐着火的安全距离是0到24米,可以采取两倍的距离,至此,温度可以下降将近一半。
如果开始时。
就开启消防喷淋头,则对相邻的存储槽影响更小。
因此,在设计易燃液体储罐时,应保持一个适当的安全距离,以防止火势蔓延储罐的可能性。
有效的冷却喷头保护是没有必要的,因为有油箱的存在。
5、结论和建议
图2约4秒后的燃烧情况
图3约6秒后的燃烧情况
图4约70秒后的燃烧情况
图5约150秒后的燃烧情况
图6约6秒后起风对这伙情况的影响
图7约70秒后风速对火灾的影响
图8约150秒后风速对火灾的影响
图9相邻储槽高度14公尺的温度
图10高度14英尺不同距离的温度
图11高度7公尺不同距离的温度
图12高度0公尺不同距离的温度
图13启动撒水相邻储槽高度14公尺的温度
图14启动撒水高度14公尺不同距离的温度
图15启动撒水高度7公尺不同距离的温度
图16启动撒水高度0公尺不同距离的温度
参考文献:
[1].tw/big5/content/index.asp?
pno=192
[2]NationalFireAgencyNO:
0970824057,PublicHazardousSubstances&FlammablePressurizedGasesEstablishmentStandards&SafetyControlRegulations,Taipei,2008
[3]NFPA30FlammableandCombustibleLiquidsCode2000Edition
[4]Hung-YiChen,FireScience,Taipei:
TingmaoPublishCompanyAllRightsReserved,2008
[5]NationalFireAgencyNO:
0950826033,”PublicHazardousSubstances&FlammablePressurizedGasesEstablishmentStandards&SafetyControlRegulations”RecordoftherelevantlawenforcementdoubtSeminar,Taipei,2006
[6]Shi-ChengWang,Shing-HingLin,IndustrialSafety&HealthTechnology,NumericalAnalogTechnologyToReproduceTheContextOfBuildingFire,Taipei,2007
[7]GlennP.Forney,SmokeviewAToolforVisualizingFireDynamicsSimulationDataVolumeI:
User'sGuide,Version5,NationalInstituteofStandardsandTechnologyU.S.DepartmentofCommerce,2010
[8]http:
//www.cwb.gov.tw/
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