测试储罐池火灾特性的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，具体涉及一种测试储罐池火灾特性的实验系统。

背景技术：

随着石油化工行业的蓬勃发展，石油储罐的数量和体积急剧增加，随之带来的储罐安全问题也越来越多。由于储罐内存储的物质大多数有易挥发和易燃易爆的特性，因此，储罐安全问题主要集中在储罐火灾方面。

储罐火灾的形式有多种，包括流淌火，喷射火，池火等等，其中池火是大多数储罐火灾必经的阶段，池火特性的研究对于明晰储罐火灾特性，为下一步采取消防措施提供强有力的理论依据。

目前国内对于储罐池火特性研究装置方面申请的专利很少，仅有一个相关专利。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，但该方法测试的燃料只有LNG一种，缺乏热流传感器等测量热辐射通量的仪器，缺乏红外摄像仪等测量火焰表面温度的仪器。总结可知，该专利偏重于设计LNG泄露和扩散实验模拟，而对于池火燃烧时热辐射特性研究应该采用的实验装置和应该布置的测量装置缺乏详细描述，不能用于储罐池火热辐射特性研究。此外，再没有相关的储罐池火特性测试的相关装置的研究。

技术实现要素：

针对现有技术中并没有针对储罐池火特性测试的研究装置，本发明提供一种储罐池火特性研究采用的测试实验系统，可以快速进行多尺寸多种类型燃料的储罐池火燃烧实验，可以连续实时采集各种特定参数，为深入全面研究储罐池火特性提供依据。

为克服上述技术问题，本发明提供一种储罐池火特性测试实验系统，其包括实验装置和测试装置，实验装置用于进行储罐池火燃烧实验，测试装置用于测试池火燃烧特性参数。

其中，实验装置包括废液收集罐、水罐、油罐、水泵、管道、多个同心液池以及点火装置。

其中，水罐和油罐分别通过管路连接到水泵上，在水罐、油罐与水泵连接的管路上各自设有阀门。

其中，多个同心液池的底面为同一底面，随着直径的增大，液池池壁的高度逐渐增大。

其中，紧贴同心液池的底面安装有一根管道，该管道由外向内穿过所有液池。

其中，管道穿出同心液池的外端部通过转换接头分别与废液罐和水泵通过两条管路连接，废液罐、水泵与管道连接的管路上分别设有阀门。

其中，所述测试装置包括热流传感器及安放该传感器的支架，热电偶传感器及安放该传感器的热电偶支架，用于监测火焰外部温度的红外摄像仪及安放该摄像仪的支架，用于监测火焰外形的摄像机及安放该摄像机的支架，油量高度监测仪、数据采集器和计算机。

其中，所述热电偶传感器安装在热电偶支架上，热电偶支架放置在液池内，底部为十字型钢架结构，十字交叉点位于液池中心，在钢管上每隔一段距离钻孔安装热电偶传感器。

其中，热流传感器也安装在竖直支架上，热流传感器支架底部带有轮子，可以移动，热流传感器布置在储罐的东南西北四个方向。

本发明还提供了采用上述实验系统进行池火燃烧的的实验方法，其包括：

第一步，注水；

第二步，注油；

第三步，打开各监测仪器用于实验过程的监测；

第四步，点火燃烧；

第五步，废液处理。

有益的技术效果

本发明提供的测试储罐池火灾特性实验系统可以对多种燃料类型以及不同尺寸的储罐池火进行快速实验，同时对池火特性参数能够进行全面采集，比如常见的池火实验供水和供油都是通过现场架设管道进行供给操作，排废液也需要现场架设管道进行排液，增加了操作程序和时间；现有实验装置的液池高度都很低，这样就不能监测液池水平面以下的热流情况；现有的热流传感器都固定在某一位置，不能针对多尺寸池火确定合适的位置，这些都可以通过本专利得到解决。

附图说明

图1储罐池火特性实验系统整体示意图；

图2液池剖面图。

具体实施方式

本发明提供一种储罐池火特性测试实验系统，其包括实验装置和测试装置，实验装置用于进行储罐池火燃烧实验，测试装置用于测试池火燃烧特性参数。

实验装置由废液收集罐、水罐、油罐、水泵、管道、多个同心液池及点火装置组成。

水罐和油罐分别通过管路连接到水泵上，在水罐、油罐与水泵连接的管路上各自设有阀门。

多个同心液池的底面为同一底面，随着直径的增加，液池池壁高度逐渐增加。

所述同心液池的数量优选为三个。

紧贴同心液池的底面安装有一个管道，直径优选为30cm，该管道由外向内穿过所有液池。

管道穿出同心液池的外端部通过转换接头分别与废液罐和水泵通过两条管路连接，废液罐、水泵与管道连接的管路上分别设有阀门。

管道通过水泵和管路连接的是水罐和油罐的底部，废液罐的顶部与管道通过管路连接。

管道的内端部穿过小液池池壁，保持开口状态，管道可以起到供水、供油的作用，也可以起到排废液的作用。

点火装置与汽油包连接，放置在同心液池中心的热电偶支架上。

在进行燃烧实验时，可以根据要模拟油罐的尺寸选择不同尺寸的液池。

所述测试装置包括热流传感器及安放该传感器的支架，热电偶传感器及安放该传感器的热电偶支架，用于监测火焰外部温度的红外摄像仪及安放该摄像仪的支架，用于监测火焰形状的摄像机及安放该摄像机的支架，油量高度监测仪、数据采集器和计算机。

所述热电偶传感器安装在热电偶支架上，热电偶支架放置在液池内，底部为十字型钢架结构，十字交叉点位于液池中心，十字交叉点上部为长度为8m的钢管，在钢管上每隔一段距离钻孔安装热电偶传感器。

热流传感器也安装在竖直支架上，热流传感器的支架最小高度4m，从上到下每隔一段距离安装一个，热流传感器支架底部带有轮子，可以移动；热流传感器布置在储罐的东南西北四个方向，每个方向距液池中心的距离优选分别为0.5D，1D，1.5D和2D(D为实验的液池直径)的位置都放置一个热流传感器支架。

红外摄像仪和摄像机可以安装在同一个支架上，根据液池的高度，红外摄像仪距地面的最小高度为4m，摄像机则距地面高度需要超过10m；为全面观察，共设两组红外摄像仪和摄像机，两组仪器关于液池中心对称，距液池中心距离为2.5D。

因为实验装置的尺寸和重量较大，没有合适的承重仪器，所以使用油量高度监测仪来实时监测燃烧时剩余油量的多少，油量高度监测仪利用连通器原理，通过一根管道紧贴液池底面，内端深入到小液池中，从大液池外端穿出，然后在竖直方向上连接带有刻度的透明的管道，在管道一侧布置一台摄像机，可以实时记录液池中油量的高度。

各个测量监测仪器通过抗烧和耐水数据线连接到数据采集器上，数据采集器通过与电脑相连来控制来采集数据。

本发明还提供了采用上述实验系统进行池火燃烧的的实验方法，其包括：

第一步，注水，打开水泵与水罐以及与管道之间的阀门，启动水泵，水罐内的水在水泵的抽吸作用下通过管道进入到液池中，根据实验需要的水量合理设定液池中水的高度，待水量加之设定高度时，停止水泵，关闭水泵与水罐之间的阀门；

第二步，注油，打开水泵和油罐之间的阀门，将实验需要的燃料油加入到液池中，根据实验要持续的时间计算需要的油量，当加入的油量达到需要的数量时，关停水泵，关闭所有阀门；

第三步，打开各监测仪器用于实验过程的监测；

第四步，点火燃烧，利用点火装置的遥控部件，远程控制点火，点火装置引燃汽油包，汽油包进一步引燃液池液面上的油品；

第五步，废液处理，实验结束后，如果需要放掉液池中的废液，打开废液罐与转换接头之间的阀门。

所述第三步进一步具体为打开红外摄像仪和高清摄像机；打开油量高度监测仪的摄像机；调整热流传感器支架的位置，使其位于液池东南西北的0.5D，1D，1.5D和2D的位置，其中D为实验选取的液池直径，摘掉热流传感器的防护罩，调整热流传感器的方向，使其对准液池中心方向；开启热流传感器和热电偶传感的数据采集仪器，对各个通道和传感器进行有效性检测，确定无误后，清除零漂，点击“开始采集”。

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。

本发明提供的石油储罐池火特性研究的实验系统，该系统由实验装置和测量装置两部分组成，总体结构图如图1所示，其中实验装置包括水罐1，油罐2，废液收集罐3，水泵4，水罐1与水泵4之间的阀门5-1，油罐1和水泵4之间的阀门5-2，液池与废液罐之间的阀门5-3，液池与水泵之间的阀门5-4，供水、供油以及排污管道6，管道分为两条需要的转换接头7-1和7-2，小液池8，中液池9，大液池10，点火装置及汽油包11。

测量装置如图2所示包括热流传感器及支架12-1到12-16，热电偶传感器及支架13，红外摄像仪和高清摄像机及支架14-1和14-2，油量高度监测仪15以及数据采集器16和电脑终端设备17等。

假定用最大液池进行柴油池火特性实验研究，则实验时，将油罐中加入足够量的柴油，将水罐2中加满水，启动水泵2，开启阀门5-2和5-4，通过管道6将水加入到液池中，随着小液池中水高度的增加，水会逐渐漫过小液池壁面，继续供水，直至在最大液池中达到需要的高度，然后停止供水，关闭阀门5-2和水泵4；打开阀门5-1和水泵4，开始供油，直至油品达到预定的厚度(可以通过油量高度监测仪观察)，关闭阀门5-1和水泵。

打开红外摄像仪和高清摄像机；打开油量高度监测仪的摄像机；调整热流传感器支架的位置，使其位于液池东南西北的0.5D，1D，1.5D和2D的位置，其中D为最大液池直径，摘掉热流传感器的防护罩，调整热流传感器的方向，使其对准液池中心方向；开启热流传感器和热电偶传感的数据采集仪器，对各个通道和传感器进行有效性检测，确定无误后，清除零漂，点击“开始采集”，然后通过远程点火遥控装置启动点火装置，进行点火，由于很多油品沸点较高，直接点火不容易点着，因此，采用点火装置与汽油包绑在一起的方式，这样点火装置先引燃汽油，然后燃烧的汽油再引燃柴油。

至此，实验启动操作已经全部完成。

随着柴油的燃烧，柴油周围的热辐射通量随时间的变化将被周围的16个热流传感器记录下来；柴油火焰内部和未燃柴油以及液池水的温度随时间的变化将由热电偶传感器记录下来；火焰高度、倾斜以及拖曳等外观特性将由两个高清摄像仪记录下来；火焰外部温度将由两个红外摄像仪记录下来，由于高清摄像仪、红外摄像仪以及热流传感器的对称分布，可以保证记录下来的资料是全面而无死角的。

油量高度随时间的变化也可以在油量高度仪中显示，并且由摄像机记录下来，进一步分析可以得出柴油的燃烧速率。

所有的监测仪器将会一直记录，直至柴油燃烧完毕，关闭红外摄像仪、高清摄像仪、油量高度监测仪、以及对热电偶和热流传感器的数据进行“停止采集”，并进行保存。

实验结束，可以将液池中的废液排掉，此时，打开阀门5-3，则废液在重力的作用下，将自动进入到废液收集罐3中。

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。