喷射火环境下油气储罐冷却防护的科学基础

The safety in the process of oil & gas storage and transportation is the key to ensure the safety in the construction of large energy sources tactic reserve base.The goal of this project is to protect the oil and gas tanks against fire and explosion, to study the rule of heat transfer and thermal response of oil and gas tanks under jet fire environment,to explore the critical condition of explosion and break in the tanks under local high heat flow rate, to study the fundamental scientific problems in the use of cooling system to protect the safety of the tanks.By using the research methods of simulation experiment,theoretical analysis,numerical simulation and field test,the coupling heat transfer models among the heat environment,cooling water film,tank shell and internal medium,and burst failure criterion of the tanks will be studied. The forecast models of thickness and flow speed of cooling water film,and heat transfer coefficient will be explored.The minimum of water supplied intensity of cooling system in surface of the tanks to protect the safety of the tanks against jet fire will be studied,which will be the basis of design of cooling system of the tanks, and the revision of concerned fire protection codes.

油气储运安全是我国能源战略储备基地化与大型化发展中需要解决的关键安全问题之一。本课题以油气储罐防火防爆安全为目标，研究喷射火作用下储罐传热机理与动力学响应规律，探索储罐在局部高热流作用下的失效破坏临界条件，研究在喷射火环境下储罐采用冷却防护的安全有效性及冷却系统优化设计的基础科学问题，通过模拟试验、理论分析、数值模拟、现场测试四位一体的研究方法，研究建立热环境、冷却水膜、罐体与储罐内介质间的耦合传热理论模型及储罐失效破坏准则，探索储罐冷却防护水膜厚度和水膜流动速度、传热系数等冷却系统关键参数的预测模型，确定在喷射火环境下储罐采用冷却防护方式需要的最小供水强度，为储罐安全防护技术改进与冷却系统优化设计打下基础，为相关防火规范的修订完善提供科学依据。

油气储运安全是我国能源战略储备基地化与大型化发展中需要解决的关键安全问题之一，对储罐在喷射火作用下的水冷却防护技术进行研究对保证储罐安全具有重要意义。. 本项目对储罐在喷射火作用下的热响应规律进行了研究，建立了液化气储罐热响应的物理和数学模型，揭示了储罐在喷射火作用下内储罐内分层现象。提出了液化气体储罐热响应的物理模型，建立了液化气体储罐液相和气相热响应的数学模型，储罐的热响应受到火灾类型、储罐型式、充装水平等多因素的综合影响，储罐压力随时间的响应关系可以用三次多项式拟合。. 本项目对储罐水喷淋冷却分布规律进行了研究。储罐表明的水膜分布和水膜厚度受到水喷淋流量的影响，随着喷射水质量流率的增加，水膜的厚度不断的增加，储罐外壁面下部的水膜厚度要明显高于球罐上部水膜的厚度；壁面外部温度越高对应的表面水膜厚度越小。水膜稳定性受到储罐周边环境的影响，水膜的破断行为分为三个阶段，在喷射火条件下储罐水冷却防护应尽量避免进入A阶段。. 本项目对储罐在喷射火和水喷淋作用下的热响应规律进行了研究，得到了储罐水喷淋冷却最佳参数。随着喷射水质量流率的增加，储罐壁及其介质达到相同温度和压力的时间越长，同时温度和压力的上升速率及其变化率不断降低；增加喷射水的质量流率能够有效降低储罐内壁面的温度，并且气相壁面温度始终高于液相壁面温度；喷射水质量流率的增加，能够降低储罐外表面的温度，并且无论是在单一喷射火还是喷射火与冷却系统联合作用下，内部的的热响应趋势基本相同；随着喷水质量流率的增加，安全阀开启所需时间不断的增加，安全阀开启时间可用多项式模型计算；储罐在喷射火环境下水喷淋冷却最佳参数如喷射火环境下最佳喷水流量为7.5～10.5 L/min•m2。