一种大型储罐罐顶全液面火灾模拟装置及模拟方法与流程

本发明属于大型储罐火灾模拟装置及方法技术领域，具体涉及一种大型储罐罐顶全液面火灾模拟装置及模拟方法。

背景技术：

近年来，随着我国经济的快速发展，危化品仓库火灾的发生呈上升趋势。这些危化品仓库火灾的发生，不仅给人民生命财产造成重大损失，同时消防官兵也付出了惨重的代价。在扑救危化品仓库火灾中，如何减少国家财产的损失和最大限度地减少消防官兵的伤亡，成为摆在消防官兵面前亟待解决的问题。

在火灾事故中，石油化学工业危险性极大，其原料、中间产品、产品大多数是易燃、易爆、有毒有害的化学品，其生产工艺过程复杂，存在高温、高压、深冷等不安全因素，极易发生事故。在这些事故中，大都暴露出现场应急处置不力、人员培训不足、消防力量不足等问题。此外，现场应急救援人员对原油储罐扬沸火灾的特点不了解，对事故的影响区域估计不足，也造成了救援过程中的重大人员财产损失。

从大量文献以及救援案例分析中可以看出，大型储罐的火灾救援技术目前仍然存在一些不足：

(1)储罐起火后往往由于存储的物料为挥发性介质，极易在罐顶产生全液面火灾，但是全液面火的燃烧规律及燃烧规模等很难准确评价；

(2)为保证燃烧场景的真实性，传统的火灾救援训练设施一般采用柴油作为燃料，燃烧过程中释放大量有害物质。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术中存在的问题提供一种大型储罐罐顶全液面火灾模拟装置及模拟方法。

本发明的技术方案是：

一种大型储罐罐顶全液面火灾模拟装置，大型储罐包括储罐外壁和罐顶，大型储罐罐顶全液面火灾模拟装置包括环形水管道、环形液态丙烷管道、液态丙烷管道、常温水管道、自动点火装置和圆柱形靶材，所述的罐顶的中心外表面处固定有靶材底座，靶材底座上固定有圆柱形靶材，所述的罐顶外表面上设置有自动点火装置，自动点火装置安装固定储罐罐顶部边缘，自动点火装置的点火头位于环形水管道内侧，与环形水管道水平距离为50mm～200mm。

所述的罐顶上方固定设置有若干呈环形排布的环形水管道支座，环形水管道支座沿罐顶边沿设置，所述的环形水管道支座环绕圆柱形靶材设置，环形水管道通过管卡固定在环形水管道支座上；所述的环形水管道一端与常温水管道连接，另一端用环形水管道出口封头密封；所述的环形水管道表面上均匀开有若干个孔，每个孔上均焊接有环形水管道喷嘴，环形水管道喷嘴的出口为扇形，环形水管道喷嘴轴线指向圆柱形靶材的柱面并与水平面的夹角为15°～60°。

所述的罐顶上方固定设置有若干呈环形排布的环形液态丙烷管道支座，所述的环形液态丙烷管道支座环绕圆柱形靶材设置，所述的环形液态丙烷管道支座位于环形水管道支座的内侧，环形液态丙烷管道通过管卡固定在液态丙烷管道支座上，所述的环形液态丙烷管道一端与液态丙烷管道连接，另一端用环形液态丙烷管道封头密封；所述的环形液态丙烷管道的表面均匀开有若干个孔，每个孔上均焊接有环形液态丙烷管道喷嘴，所述的环形液态丙烷管道喷嘴8出口为扇形，环形液态丙烷管道喷嘴的轴线指向圆柱形靶材的柱面，并与水平面的夹角为15°～60°。

具体的，所述环形水管道的中心与罐顶中心重合，环形水管道的环形平面高度低于储罐外壁的高度；所述的环形水管道的环形直径比罐顶直径小100mm～1000mm；所述的形液态丙烷管道的环形直径比罐顶直径小100mm～1000mm，且小于所述环形水管道的直径。

具体的，所述的相邻的环形水管道支座之间间距为100mm～1000mm；所述的相邻的环形液态丙烷管道支座之间间距为100mm～1000mm之间。

具体的，所述的环形水管道上相邻孔之间间隔弧长为50mm～500mm；所述的环形液态丙烷管道表面上的相邻小孔之间的间隔弧长为50mm～500mm。

具体的，所述罐顶为拱顶或者平顶。

具体的，所述的圆柱形靶材由耐高温材料制作，圆柱形靶材的高度为200mm～2000mm。

使用上述所述大型储罐罐顶全液面火灾模拟装置进行火灾模拟的方法，包括如下步骤：

(a)常温水由常温水管道输送至大型储罐的罐顶上的环形水管道中，之后从环形水管道喷嘴射出到圆柱形靶材的柱面并沿着圆柱形靶材柱面流下；

(b)液态丙烷由液态丙烷管道输送至环形液态丙烷管道中，之后从环形液态丙烷管道喷嘴射出到圆柱形靶材的柱面并沿着圆柱形靶材柱面流下；

(c)液态丙烷沿着圆柱形靶材柱面流下在罐顶四周流动的过程中，与沿着圆柱形靶材柱面流下的常温水接触并不断气化；

(d)开启自动点火装置，点燃储罐顶部的气化的丙烷气体并引燃整个储罐顶部表面，模拟形成储罐罐顶全液面明火火灾。

进一步地说，所述液态丙烷管道和常温水管道提供的流体压力应保证从环形水管道喷嘴喷出的水、环形液态丙烷管道喷嘴喷出的液态丙烷能够喷射到圆柱形靶材表面。

本发明的有益效果是：基于提高危险化学品应急救援实训、演练、技术竞赛水平的背景，提出大型储罐罐顶全液面火灾模拟装置和模拟试验方法，采用液态丙烷作为燃料，对研究储罐罐顶全液面火灾规律以及提高救援效率与安全性，具有重要的意义。

附图说明

图1为大型储罐罐顶全液面火灾模拟装置结构示意图；

图2为圆柱形靶材结构示意图；

图3为本发明提供的大型储罐罐顶全液面火灾模拟装置剖面图；

图4为环形水管道喷嘴截面示意图；

图5为环形液态丙烷管道喷嘴截面示意图。

1环形水管道、2环形液态丙烷管道、3液态丙烷管道、4常温水管道、5环形水管道出口封头、6环形液态丙烷管道封头、7环形水管道喷嘴、8环形液态丙烷管道喷嘴、9圆柱形靶材、10自动点火装置、11靶材底座、12大型储罐，13储罐外壁、14环形水管道支座、15环形液态丙烷管道支座、16环形液态丙烷管道喷嘴轴线、17罐顶、18水平线、19环形水管道喷嘴轴线、20水管道喷嘴截面、21环形液态丙烷管道喷嘴截面。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

如图1、图3所示为本发明提供的一种大型储罐罐顶全液面火灾模拟装置的结构示意图及剖面结构示意图。大型储罐12包括储罐外壁13和罐顶17，所述罐顶17为拱顶或者平顶，大型储罐罐顶全液面火灾模拟装置包括环形水管道1、环形液态丙烷管道2、液态丙烷管道3、常温水管道4、自动点火装置10和圆柱形靶材9，所述的罐顶17的中心外表面处固定有靶材底座11，靶材底座11上固定有圆柱形靶材9，所述的圆柱形靶材9由耐高温材料制作，圆柱形靶材9的高度为200mm～2000mm，如图2所示。所述的罐顶17外表面上设置有自动点火装置10，自动点火装置，安装固定储罐罐顶部边缘，自动点火装置的点火头位于环形水管道内侧，与环形水管道水平距离为50mm～200mm。

所述的罐顶17上方固定设置有若干呈环形排布的环形水管道支座14，所述的相邻的环形水管道支座14之间间距为100mm～1000mm；环形水管道支座14沿罐顶17边沿设置，所述的环形水管道支座14环绕圆柱形靶材9设置，环形水管道1通过管卡固定在环形水管道支座14上；所述的环形水管道1一端与常温水管道4连接，另一端用环形水管道出口封头5密封；所述的环形水管道1表面上均匀开有若干个孔，所述的环形水管道1上相邻孔之间间隔弧长为50mm～500mm；每个孔上均焊接有环形水管道喷嘴7，环形水管道喷嘴7的出口为扇形，环形水管道喷嘴轴线19指向圆柱形靶材9的柱面并与水平面的夹角为15°～60°，如图4所示为环形水管道喷嘴7的截面结构示意图(其中18为水平面线，20为环形水管道喷嘴截面)，所述环形水管道1的中心与罐顶17中心重合，环形水管道1的环形平面高度低于储罐外壁13的高度；所述的环形水管道1的环形直径比罐顶17直径小100mm～1000mm。

所述的罐顶17上方固定设置有若干呈环形排布的环形液态丙烷管道支座15，所述的相邻的环形液态丙烷管道支座15之间间距为100mm～1000mm之间，所述的环形液态丙烷管道支座15环绕圆柱形靶材9设置，所述的环形液态丙烷管道支座15位于环形水管道支座14的内侧，环形液态丙烷管道2通过管卡固定在液态丙烷管道支座15上，所述的环形液态丙烷管道2一端与液态丙烷管道3连接，另一端用环形液态丙烷管道封头6密封；所述的环形液态丙烷管道2的表面均匀开有若干个孔，所述的环形液态丙烷管道2表面上的相邻小孔之间的间隔弧长为50mm～500mm，每个孔上均焊接有环形液态丙烷管道喷嘴8，所述的环形液态丙烷管道喷嘴8出口为扇形，环形液态丙烷管道喷嘴的轴线22指向圆柱形靶材9的柱面，并与水平面的夹角为15°～60°如图5(其中21环形液态丙烷管道喷嘴截面)所示为环形液态丙烷管道喷嘴8截面结构示意图，所述的形液态丙烷管道2的环形直径比罐顶17直径小100mm～1000mm，且小于所述环形水管道1的直径。

使用上述所述大型储罐罐顶全液面火灾模拟装置进行火灾模拟的方法，包括如下步骤：

(a)常温水由常温水管道4输送至大型储罐12的罐顶17上的环形水管道1中，环形水管道1上开有若干孔，每个孔上焊接有一个喷嘴，一定压力的常温水进入环形水管道1之后从环形水管道喷嘴7射出到圆柱形靶材9的柱面并沿着圆柱形靶材9柱面流下；

(b)液态丙烷由液态丙烷管道3输送至环形液态丙烷管道2中，环形液态丙烷管道2上开有若干孔，每个孔上焊接有一个喷嘴，一定压力的液态丙烷进入环形液态丙烷管道2之后从环形液态丙烷管道喷嘴8射出到圆柱形靶材9的柱面并沿着圆柱形靶材9柱面流下；

(c)环形水管道1与环形液态丙烷管道3的中心与储罐顶部中心重合，液态丙烷沿着圆柱形靶材9柱面流下在罐顶17四周流动的过程中与沿着圆柱形靶材9柱面流下的常温水接触由液相转化为气相，不断气化；

(d)开启安装在储罐顶部边缘的自动点火装置10，点燃储罐顶部的气化的丙烷气体并引燃整个储罐顶部表面，模拟形成储罐罐顶全液面明火火灾。

所述液态丙烷管道3和常温水管道4提供的流体压力应保证从环形水管道喷嘴7喷出的水、环形液态丙烷管道喷嘴8喷出的液态丙烷能够喷射到圆柱形靶材9表面。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。