一种火灾情况下相邻罐特性及喷淋效果研究实验系统的制作方法

本发明属于石油化工储罐安全技术领域，具体涉及一种储罐发生火灾的情况下相邻储罐的温度和压力特性及水喷淋效果的研究实验系统。

背景技术：

随着石油化工行业的蓬勃发展，储罐的数量和体积急剧增加，随之带来储罐区安全事故频发。由于储罐储存的液体大都具有易挥发和易燃易爆的特性，因此储罐区安全事故中，火灾事故占很大比重。

储罐火灾发生时，由于烃类液体具有高燃烧热值，释放出强烈的热辐射，相邻储罐接受到强烈的热辐射，如果相邻罐罐内液体沸点较低，则罐内液体容易蒸发，导致罐内压力升高，从而超出罐壁的屈服应力，导致罐壁破裂；如果罐内液体的沸点较高，则相邻罐由于长时间接受热辐射，则罐壁强度下降，最终发生屈服，罐壁产生大变形，进而导致罐内液体泄漏，相邻罐被引燃。如何可见，相邻罐在火灾热辐射的影响下破坏的原因主要是内部压力增加以及罐壁屈服强度降低，而罐壁屈服强度降低主要是因为温度升高，所以实验需要测得罐壁的温度和罐内的压力以减少相邻储罐发生危险的概率。

同时，现有的相邻储罐保护的方法主要是开启水喷淋，因此，研究不同强度水喷淋对罐壁的保护作用也具有重要意义。

因此，火灾情况下，研究相邻罐罐壁温度以及罐壁压力、水喷淋对相邻罐保护效果、相邻罐之间的防护距离具有重要意义。

国内目前针对相邻罐特性研究的实验装置还没有，涉及火灾情况下储罐研究的只有中国专利CN102879305B提出了一种LNG泄露扩散和池火燃烧模拟实验平台及其实验方法，中国专利CN104792661A提出了一种液化天然气泄漏扩散火灾一体化实验平台，这些专利都不涉及相邻储罐在火灾情况下温度和压力特性的相关研究。

本发明提供一种火灾情况下相邻储罐温度和压力特性的研究实验系统，可以研究不同防护距离下相邻罐的温度和压力特性，进而获得相邻储罐的安全时间，同时可以测试水喷淋对相邻储罐的冷却效果，进而确定合适的冷却参数。

技术实现要素：

为克服上述技术问题，本发明提供一种研究火灾情况下相邻罐温度和压力特性的实验系统，为储罐区消防间距设计、火灾情况下相邻罐安全时间、相邻罐水喷淋冷却效果研究提供技术保障。

本发明提供一种火灾情况下相邻罐特性及喷淋效果研究实验系统包括两部分，分别为相邻罐温度和压力测试装置和水喷淋装置。

其中，所述温度和压力测试装置包括铸铜加热板、相邻罐、位于相邻罐上的温度传感器和压力传感器、数据采集系统。

其中，所述铸铜加热板的发热件的底面与相邻罐顶面在同一水平面上，相邻罐顶面圆心与发热件底边中心的连线垂直于发热件底边。

其中，所述相邻罐顶部连接油品输入和输出管道，管道的外端紧接法兰端口，法兰端口可以接盲板，或者通过带有法兰端口的管道与油泵及大储油罐相连。

其中，在相邻罐顶部中心位置通过焊接的方式布置一个压力传感器。

其中，在相邻罐靠近铸铜加热板一侧的外壁和内部各均匀布置三排热电偶传感器。

其中，三排热电偶传感器分别布置在相邻罐该一侧的两端和中间。

其中，所述水喷淋装置包括水池、阀门、水泵、喷水环管、上水立管、水幕(水雾)喷头和短接管。

其中，水池通过管道与阀门、水泵相连接，喷水环管和上水立管均为两组，每组覆盖半个储罐，固定在相邻罐顶部，喷水环管的中间连接上水立管，上水立管的顶端处于加热件底边中心和相邻罐上表面圆心的连线上，水泵的输出管道与两个上水立管相连接。

本发明还提供采用上述研究实验系统进行相邻罐温度和压力特性测试以及喷淋效果试验方法，其包括：

第一步，相邻罐储油；

第二步，测试相邻罐内的温度和压力；

第三步，喷淋效果测试。

有益的技术效果

本发明提供的火灾情况下相邻罐特性及喷淋效果研究实验系统可以模拟不同防护距离下着火罐对相邻罐的影响规律，并且可以实时监测着火罐内的压力以及罐壁内部和外部的温度，得出相邻罐的安全时间，通过调整喷淋系统，可以优选出最优冷却效果时的喷淋参数。

附图说明

图1火灾情况下相邻罐温度和压力特性的实验系统总体示意图；

图2相邻罐侧视图；

图3喷水环管与水幕(水雾)喷头连接示意图。

具体实施方式

本发明采用铸铜加热板代替着火罐，通过调整铸铜加热板的热功率，可以模拟不同距离和尺寸的着火罐；搭建相邻罐模型，在相邻罐内部和壁面均匀布设压力和温度传感器，可以实时测量相邻罐罐壁和内部的温度和压力；在罐壁顶部布置水喷淋系统，水喷淋环管上的喷头可以增减或更换类型，以此来测试不同喷淋强度的效果。

具体的，本发明公开的火灾情况下相邻罐特性及喷淋效果研究实验系统包括两部分，分别为相邻罐温度和压力测试装置和水喷淋装置。

相邻罐温度和压力测试装置包括铸铜加热板、相邻罐、位于相邻罐上的温度传感器和压力传感器、数据采集系统。

所述相邻罐优选为直径为1m，高为1.5m的固定顶储罐。

所述铸铜加热板的发热件的底面与相邻罐顶面在同一水平面上，相邻罐顶面圆心与发热件底边中心的连线垂直于发热件底边，这样可以保证铸铜加热板能够真实的模拟着火罐。

所述相邻罐的顶部和底部都连接有短管道，短管道的外端是法兰端口，平时法兰端口与盲板相连接；当进行注油操作时，将相邻罐顶部的盲板去掉，与连接油泵和油罐的管道通过法兰连接；当注油完毕，取下连接管道，用盲板封堵；相邻罐底部的管道可以用来排空剩余的残油。

法兰端口之间或者法兰端口与盲板之间通过螺栓连接。

在相邻罐顶部中心位置通过焊接的方式布置一个压力传感器，压力传感器带有传感器的一端伸入储罐内。

在相邻罐靠近铸铜加热板一侧的外壁和内部各均匀布置三排热电偶传感器，三排热电偶传感器分别布置在相邻罐该一侧的两端和中间，每排布置6个热电偶，每隔0.3m一个。

相邻罐内侧的热电偶传感器数据线可以通过罐壁下端开口输出，罐壁下端开口处利用密封材料密封好。

压力传感器和热电偶传感器数据线全部连接到数据采集器上，数据采集器与电脑进行连接，可以进行数据收集和处理。

所述水喷淋装置包括水池、阀门、水泵、喷水环管、上水立管、水幕(水雾)喷头和短接管。

水池通过管道与阀门、水泵相连接，喷水环管和上水立管均为两组，每组覆盖半个储罐，喷水环管长约10m，固定在相邻罐顶部，喷水环管的中间连接上水立管，上水立管的顶端处于加热件底边中心和相邻罐上表面圆心的连线上，水泵的输出管道与两个上水立管相连接；短接管均匀焊接在每组喷水环管上，每隔0.3m布置一个，水幕(水雾)喷头通过螺纹与短接管相连接，每组喷水环管上布置11个短接管和水幕(水雾)喷头，实验时，可以通过关闭部分短接管，更换水幕(水雾)喷头的类型以及角度来研究不同水喷淋强度对相邻罐冷却效果。

本发明还提供采用上述研究实验系统进行相邻罐温度和压力特性测试以及喷淋效果试验方法，其包括：

第一步，相邻罐储油；

第二步，测试相邻罐内的温度和压力；

第三步，喷淋效果测试。

所述第一步进一步具体为通过油泵将大储油罐内的油品加入到相邻罐内，直至加到实验需要的量，然后关闭油泵，解开连接螺栓，然后加上盲板。

所述第二步进一步具体为，打开数据采集系统和电脑，打开铸铜加热板，则可以实时测量储罐内外罐壁温度和罐内压力。

所述第三步进一步具体为，随着时间的增长，打开水喷淋系统，通过调整水幕(水雾)喷头的数量和类型以及喷头的角度等，得出冷却效果最好的喷淋参数。

以下采用实施例和附图来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。

如图1所示，本发明提供一种火灾情况下相邻罐特性及喷淋冷却效果研究的实验系统，该系统由相邻罐温度和压力测试装置和水喷淋装置构成，所述相邻罐温度和压力测试装置由铸铜加热板1、相邻罐2、压力传感器3、热电偶温度传感器4、数据采集器5、电脑6、法兰端口短接管道7、盲板8、油泵9、大储油罐10，所述水喷淋装置由水泵11、阀门12、水池13、上水立管14、喷水环管组成。

铸铜加热板1的底面与相邻罐2的顶部水平面相平，相邻罐2顶部水平面的圆心与铸铜加热板1底边中心的连线垂直于铸铜加热板1底边；相邻罐2为直径为1m，高为1.5m的固定顶储罐；相邻罐2顶部上布置1个压力传感器3，压力传感器带有传感器的一端伸入储罐内，刚刚伸出固定顶即可；在相邻罐2靠近铸铜加热板1一侧的外壁和内部各均匀布置三排热电偶传感器4，三排热电偶传感器分别布置在相邻罐该侧的两端和中间，每排布置6个热电偶传感器，即：隔0.3m一个，如相邻罐2的侧视图图2所示；相邻罐内侧的热电偶传感器数据线可以通过罐壁下端开口输出，罐壁下端开口处利用密封材料密封好。压力和热电偶传感器数据线全部连接到数据采集器5上，数据采集器5与电脑6进行连接，可以进行数据收集和处理。

相邻罐顶部和底部设有法兰端口短接管道7，法兰端口可以接盲板8，或通过带有法兰端口的管道与油泵9以及大储油罐10相连；法兰端口之间或法兰端口与盲板之间可以通过螺栓连接。

水喷淋系统主要包括水池11、阀门12、水泵13、上水立管14、喷水环管15、水幕(水雾)喷头和短接管16组成，水池11通过管道与阀门12、水泵13相连接，水泵13通过管道与上水立管14、喷水环管和短接管15和水幕(水雾)喷头16相连接，喷水环管和短接管15和上水立管14均为两组，每组覆盖半个储罐，喷水环管15长约10m，固定在相邻罐顶部，喷水环管和短接管15的中间连接上水立管14，上水立管14的顶端处于铸铜加热板1底边中心和相邻罐2上表面圆心的连线上；短接管均匀布置在每组喷水环管上，每隔0.3m布置一个，每组喷水环管上布置11个短接管和水幕(水雾)喷头16。喷水环管和短接管15与水幕(水雾)喷头16的连接如图3所示。

实验开始之前，卸掉相邻罐2上部法兰端口短接管道7上的盲板8，然后接上油泵9，开启油泵，将大储油罐内的油品输入到相邻罐1中，直至输到实验需要的液量，关闭油泵9，拆开与相邻罐2上部法兰端口短接管道7相连的管道，然后使用盲板8进行封堵，至此，输油工作完成。

利用CFD模拟软件模拟计算得出储罐发生火灾时，在距离储罐不同距离处的热辐射通量；通过调整铸铜加热板1的功率，可以得到不同的热辐射通量，进而可以模拟不同距离的储罐火灾。

打开数据采集器5和电脑6，点击电脑6上的开始采集按钮，开始进行相邻罐内部压力和罐壁温度的采集，打开铸铜电热板1，调整至实验要求的功率，记录下此时的时间，通过采集得到的数据进行建模分析，可以得到相邻罐罐壁的温度和内部压力分布；通过查阅资料，可以得出罐壁钢板的屈服强度随温度的变化关系，比较计算得出的罐壁上压力值和罐壁的屈服强度，当屈服强度大于罐壁压力值20％时(即取安全系数为1.2)，关闭铸铜加热板1，记录下此时的时间，则此时间间隔即为相邻罐在无水喷淋情况下可以承受的最长时间，即安全时间。等罐壁温度降至常温时，关闭数据采集器5，通过分析该过程中罐壁温度和罐内压力，可以得到相邻罐在火灾情况下压力和温度的变化规律。

为了测试不同喷淋强度的效果，也可以在屈服强度大于罐壁压力值20％的时候，不关闭铸铜加热板1，打开阀门12，开启水泵13，启动水喷淋，测试在有水喷淋作用下罐壁温度和罐内压力随时间降低的速率。

改变水幕(水雾)喷头16的数量(不用的可以用塞子堵住)或改变水幕(水雾)喷头16的类型或改变水幕(水雾)喷头16的角度，测试罐壁温度和罐内压力随时间降低的速率，最终可以得出最快降低速率时的参数，即为水喷淋效果最优时的参数。

所有上述的首要实施这一知识产权，并没有设定限制其他形式的实施这种新产品和/或新方法。本领域技术人员将利用这一重要信息，上述内容修改，以实现类似的执行情况。但是，所有修改或改造基于本发明新产品属于保留的权利。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。