本發(fā)明屬于石油化工儲罐安全技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種儲罐發(fā)生火災(zāi)的情況下相鄰儲罐的溫度和壓力特性及水噴淋效果的研究實驗系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著石油化工行業(yè)的蓬勃發(fā)展，儲罐的數(shù)量和體積急劇增加，隨之帶來儲罐區(qū)安全事故頻發(fā)。由于儲罐儲存的液體大都具有易揮發(fā)和易燃易爆的特性，因此儲罐區(qū)安全事故中，火災(zāi)事故占很大比重。

儲罐火災(zāi)發(fā)生時，由于烴類液體具有高燃燒熱值，釋放出強烈的熱輻射，相鄰儲罐接受到強烈的熱輻射，如果相鄰罐罐內(nèi)液體沸點較低，則罐內(nèi)液體容易蒸發(fā)，導致罐內(nèi)壓力升高，從而超出罐壁的屈服應(yīng)力，導致罐壁破裂；如果罐內(nèi)液體的沸點較高，則相鄰罐由于長時間接受熱輻射，則罐壁強度下降，最終發(fā)生屈服，罐壁產(chǎn)生大變形，進而導致罐內(nèi)液體泄漏，相鄰罐被引燃。如何可見，相鄰罐在火災(zāi)熱輻射的影響下破壞的原因主要是內(nèi)部壓力增加以及罐壁屈服強度降低，而罐壁屈服強度降低主要是因為溫度升高，所以實驗需要測得罐壁的溫度和罐內(nèi)的壓力以減少相鄰儲罐發(fā)生危險的概率。

同時，現(xiàn)有的相鄰儲罐保護的方法主要是開啟水噴淋，因此，研究不同強度水噴淋對罐壁的保護作用也具有重要意義。

因此，火災(zāi)情況下，研究相鄰罐罐壁溫度以及罐壁壓力、水噴淋對相鄰罐保護效果、相鄰罐之間的防護距離具有重要意義。

國內(nèi)目前針對相鄰罐特性研究的實驗裝置還沒有，涉及火災(zāi)情況下儲罐研究的只有中國專利CN102879305B提出了一種LNG泄露擴散和池火燃燒模擬實驗平臺及其實驗方法，中國專利CN104792661A提出了一種液化天然氣泄漏擴散火災(zāi)一體化實驗平臺，這些專利都不涉及相鄰儲罐在火災(zāi)情況下溫度和壓力特性的相關(guān)研究。

本發(fā)明提供一種火災(zāi)情況下相鄰儲罐溫度和壓力特性的研究實驗系統(tǒng)，可以研究不同防護距離下相鄰罐的溫度和壓力特性，進而獲得相鄰儲罐的安全時間，同時可以測試水噴淋對相鄰儲罐的冷卻效果，進而確定合適的冷卻參數(shù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為克服上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種研究火災(zāi)情況下相鄰罐溫度和壓力特性的實驗系統(tǒng)，為儲罐區(qū)消防間距設(shè)計、火災(zāi)情況下相鄰罐安全時間、相鄰罐水噴淋冷卻效果研究提供技術(shù)保障。

本發(fā)明提供一種火災(zāi)情況下相鄰罐特性及噴淋效果研究實驗系統(tǒng)包括兩部分，分別為相鄰罐溫度和壓力測試裝置和水噴淋裝置。

其中，所述溫度和壓力測試裝置包括鑄銅加熱板、相鄰罐、位于相鄰罐上的溫度傳感器和壓力傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

其中，所述鑄銅加熱板的發(fā)熱件的底面與相鄰罐頂面在同一水平面上，相鄰罐頂面圓心與發(fā)熱件底邊中心的連線垂直于發(fā)熱件底邊。

其中，所述相鄰罐頂部連接油品輸入和輸出管道，管道的外端緊接法蘭端口，法蘭端口可以接盲板，或者通過帶有法蘭端口的管道與油泵及大儲油罐相連。

其中，在相鄰罐頂部中心位置通過焊接的方式布置一個壓力傳感器。

其中，在相鄰罐靠近鑄銅加熱板一側(cè)的外壁和內(nèi)部各均勻布置三排熱電偶傳感器。

其中，三排熱電偶傳感器分別布置在相鄰罐該一側(cè)的兩端和中間。

其中，所述水噴淋裝置包括水池、閥門、水泵、噴水環(huán)管、上水立管、水幕(水霧)噴頭和短接管。

其中，水池通過管道與閥門、水泵相連接，噴水環(huán)管和上水立管均為兩組，每組覆蓋半個儲罐，固定在相鄰罐頂部，噴水環(huán)管的中間連接上水立管，上水立管的頂端處于加熱件底邊中心和相鄰罐上表面圓心的連線上，水泵的輸出管道與兩個上水立管相連接。

本發(fā)明還提供采用上述研究實驗系統(tǒng)進行相鄰罐溫度和壓力特性測試以及噴淋效果試驗方法，其包括：

第一步，相鄰罐儲油；

第二步，測試相鄰罐內(nèi)的溫度和壓力；

第三步，噴淋效果測試。

有益的技術(shù)效果

本發(fā)明提供的火災(zāi)情況下相鄰罐特性及噴淋效果研究實驗系統(tǒng)可以模擬不同防護距離下著火罐對相鄰罐的影響規(guī)律，并且可以實時監(jiān)測著火罐內(nèi)的壓力以及罐壁內(nèi)部和外部的溫度，得出相鄰罐的安全時間，通過調(diào)整噴淋系統(tǒng)，可以優(yōu)選出最優(yōu)冷卻效果時的噴淋參數(shù)。

附圖說明

圖1火災(zāi)情況下相鄰罐溫度和壓力特性的實驗系統(tǒng)總體示意圖；

圖2相鄰罐側(cè)視圖；

圖3噴水環(huán)管與水幕(水霧)噴頭連接示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明采用鑄銅加熱板代替著火罐，通過調(diào)整鑄銅加熱板的熱功率，可以模擬不同距離和尺寸的著火罐；搭建相鄰罐模型，在相鄰罐內(nèi)部和壁面均勻布設(shè)壓力和溫度傳感器，可以實時測量相鄰罐罐壁和內(nèi)部的溫度和壓力；在罐壁頂部布置水噴淋系統(tǒng)，水噴淋環(huán)管上的噴頭可以增減或更換類型，以此來測試不同噴淋強度的效果。

具體的，本發(fā)明公開的火災(zāi)情況下相鄰罐特性及噴淋效果研究實驗系統(tǒng)包括兩部分，分別為相鄰罐溫度和壓力測試裝置和水噴淋裝置。

相鄰罐溫度和壓力測試裝置包括鑄銅加熱板、相鄰罐、位于相鄰罐上的溫度傳感器和壓力傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

所述相鄰罐優(yōu)選為直徑為1m，高為1.5m的固定頂儲罐。

所述鑄銅加熱板的發(fā)熱件的底面與相鄰罐頂面在同一水平面上，相鄰罐頂面圓心與發(fā)熱件底邊中心的連線垂直于發(fā)熱件底邊，這樣可以保證鑄銅加熱板能夠真實的模擬著火罐。

所述相鄰罐的頂部和底部都連接有短管道，短管道的外端是法蘭端口，平時法蘭端口與盲板相連接；當進行注油操作時，將相鄰罐頂部的盲板去掉，與連接油泵和油罐的管道通過法蘭連接；當注油完畢，取下連接管道，用盲板封堵；相鄰罐底部的管道可以用來排空剩余的殘油。

法蘭端口之間或者法蘭端口與盲板之間通過螺栓連接。

在相鄰罐頂部中心位置通過焊接的方式布置一個壓力傳感器，壓力傳感器帶有傳感器的一端伸入儲罐內(nèi)。

在相鄰罐靠近鑄銅加熱板一側(cè)的外壁和內(nèi)部各均勻布置三排熱電偶傳感器，三排熱電偶傳感器分別布置在相鄰罐該一側(cè)的兩端和中間，每排布置6個熱電偶，每隔0.3m一個。

相鄰罐內(nèi)側(cè)的熱電偶傳感器數(shù)據(jù)線可以通過罐壁下端開口輸出，罐壁下端開口處利用密封材料密封好。

壓力傳感器和熱電偶傳感器數(shù)據(jù)線全部連接到數(shù)據(jù)采集器上，數(shù)據(jù)采集器與電腦進行連接，可以進行數(shù)據(jù)收集和處理。

所述水噴淋裝置包括水池、閥門、水泵、噴水環(huán)管、上水立管、水幕(水霧)噴頭和短接管。

水池通過管道與閥門、水泵相連接，噴水環(huán)管和上水立管均為兩組，每組覆蓋半個儲罐，噴水環(huán)管長約10m，固定在相鄰罐頂部，噴水環(huán)管的中間連接上水立管，上水立管的頂端處于加熱件底邊中心和相鄰罐上表面圓心的連線上，水泵的輸出管道與兩個上水立管相連接；短接管均勻焊接在每組噴水環(huán)管上，每隔0.3m布置一個，水幕(水霧)噴頭通過螺紋與短接管相連接，每組噴水環(huán)管上布置11個短接管和水幕(水霧)噴頭，實驗時，可以通過關(guān)閉部分短接管，更換水幕(水霧)噴頭的類型以及角度來研究不同水噴淋強度對相鄰罐冷卻效果。

本發(fā)明還提供采用上述研究實驗系統(tǒng)進行相鄰罐溫度和壓力特性測試以及噴淋效果試驗方法，其包括：

第一步，相鄰罐儲油；

第二步，測試相鄰罐內(nèi)的溫度和壓力；

第三步，噴淋效果測試。

所述第一步進一步具體為通過油泵將大儲油罐內(nèi)的油品加入到相鄰罐內(nèi)，直至加到實驗需要的量，然后關(guān)閉油泵，解開連接螺栓，然后加上盲板。

所述第二步進一步具體為，打開數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和電腦，打開鑄銅加熱板，則可以實時測量儲罐內(nèi)外罐壁溫度和罐內(nèi)壓力。

所述第三步進一步具體為，隨著時間的增長，打開水噴淋系統(tǒng)，通過調(diào)整水幕(水霧)噴頭的數(shù)量和類型以及噴頭的角度等，得出冷卻效果最好的噴淋參數(shù)。

以下采用實施例和附圖來詳細說明本發(fā)明的實施方式，借此對本發(fā)明如何應(yīng)用技術(shù)手段來解決技術(shù)問題，并達成技術(shù)效果的實現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實施。

如圖1所示，本發(fā)明提供一種火災(zāi)情況下相鄰罐特性及噴淋冷卻效果研究的實驗系統(tǒng)，該系統(tǒng)由相鄰罐溫度和壓力測試裝置和水噴淋裝置構(gòu)成，所述相鄰罐溫度和壓力測試裝置由鑄銅加熱板1、相鄰罐2、壓力傳感器3、熱電偶溫度傳感器4、數(shù)據(jù)采集器5、電腦6、法蘭端口短接管道7、盲板8、油泵9、大儲油罐10，所述水噴淋裝置由水泵11、閥門12、水池13、上水立管14、噴水環(huán)管組成。

鑄銅加熱板1的底面與相鄰罐2的頂部水平面相平，相鄰罐2頂部水平面的圓心與鑄銅加熱板1底邊中心的連線垂直于鑄銅加熱板1底邊；相鄰罐2為直徑為1m，高為1.5m的固定頂儲罐；相鄰罐2頂部上布置1個壓力傳感器3，壓力傳感器帶有傳感器的一端伸入儲罐內(nèi)，剛剛伸出固定頂即可；在相鄰罐2靠近鑄銅加熱板1一側(cè)的外壁和內(nèi)部各均勻布置三排熱電偶傳感器4，三排熱電偶傳感器分別布置在相鄰罐該側(cè)的兩端和中間，每排布置6個熱電偶傳感器，即：隔0.3m一個，如相鄰罐2的側(cè)視圖圖2所示；相鄰罐內(nèi)側(cè)的熱電偶傳感器數(shù)據(jù)線可以通過罐壁下端開口輸出，罐壁下端開口處利用密封材料密封好。壓力和熱電偶傳感器數(shù)據(jù)線全部連接到數(shù)據(jù)采集器5上，數(shù)據(jù)采集器5與電腦6進行連接，可以進行數(shù)據(jù)收集和處理。

相鄰罐頂部和底部設(shè)有法蘭端口短接管道7，法蘭端口可以接盲板8，或通過帶有法蘭端口的管道與油泵9以及大儲油罐10相連；法蘭端口之間或法蘭端口與盲板之間可以通過螺栓連接。

水噴淋系統(tǒng)主要包括水池11、閥門12、水泵13、上水立管14、噴水環(huán)管15、水幕(水霧)噴頭和短接管16組成，水池11通過管道與閥門12、水泵13相連接，水泵13通過管道與上水立管14、噴水環(huán)管和短接管15和水幕(水霧)噴頭16相連接，噴水環(huán)管和短接管15和上水立管14均為兩組，每組覆蓋半個儲罐，噴水環(huán)管15長約10m，固定在相鄰罐頂部，噴水環(huán)管和短接管15的中間連接上水立管14，上水立管14的頂端處于鑄銅加熱板1底邊中心和相鄰罐2上表面圓心的連線上；短接管均勻布置在每組噴水環(huán)管上，每隔0.3m布置一個，每組噴水環(huán)管上布置11個短接管和水幕(水霧)噴頭16。噴水環(huán)管和短接管15與水幕(水霧)噴頭16的連接如圖3所示。

實驗開始之前，卸掉相鄰罐2上部法蘭端口短接管道7上的盲板8，然后接上油泵9，開啟油泵，將大儲油罐內(nèi)的油品輸入到相鄰罐1中，直至輸?shù)綄嶒炐枰囊毫?，關(guān)閉油泵9，拆開與相鄰罐2上部法蘭端口短接管道7相連的管道，然后使用盲板8進行封堵，至此，輸油工作完成。

利用CFD模擬軟件模擬計算得出儲罐發(fā)生火災(zāi)時，在距離儲罐不同距離處的熱輻射通量；通過調(diào)整鑄銅加熱板1的功率，可以得到不同的熱輻射通量，進而可以模擬不同距離的儲罐火災(zāi)。

打開數(shù)據(jù)采集器5和電腦6，點擊電腦6上的開始采集按鈕，開始進行相鄰罐內(nèi)部壓力和罐壁溫度的采集，打開鑄銅電熱板1，調(diào)整至實驗要求的功率，記錄下此時的時間，通過采集得到的數(shù)據(jù)進行建模分析，可以得到相鄰罐罐壁的溫度和內(nèi)部壓力分布；通過查閱資料，可以得出罐壁鋼板的屈服強度隨溫度的變化關(guān)系，比較計算得出的罐壁上壓力值和罐壁的屈服強度，當屈服強度大于罐壁壓力值20％時(即取安全系數(shù)為1.2)，關(guān)閉鑄銅加熱板1，記錄下此時的時間，則此時間間隔即為相鄰罐在無水噴淋情況下可以承受的最長時間，即安全時間。等罐壁溫度降至常溫時，關(guān)閉數(shù)據(jù)采集器5，通過分析該過程中罐壁溫度和罐內(nèi)壓力，可以得到相鄰罐在火災(zāi)情況下壓力和溫度的變化規(guī)律。

為了測試不同噴淋強度的效果，也可以在屈服強度大于罐壁壓力值20％的時候，不關(guān)閉鑄銅加熱板1，打開閥門12，開啟水泵13，啟動水噴淋，測試在有水噴淋作用下罐壁溫度和罐內(nèi)壓力隨時間降低的速率。

改變水幕(水霧)噴頭16的數(shù)量(不用的可以用塞子堵住)或改變水幕(水霧)噴頭16的類型或改變水幕(水霧)噴頭16的角度，測試罐壁溫度和罐內(nèi)壓力隨時間降低的速率，最終可以得出最快降低速率時的參數(shù)，即為水噴淋效果最優(yōu)時的參數(shù)。

所有上述的首要實施這一知識產(chǎn)權(quán)，并沒有設(shè)定限制其他形式的實施這種新產(chǎn)品和/或新方法。本領(lǐng)域技術(shù)人員將利用這一重要信息，上述內(nèi)容修改，以實現(xiàn)類似的執(zhí)行情況。但是，所有修改或改造基于本發(fā)明新產(chǎn)品屬于保留的權(quán)利。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非是對本發(fā)明作其它形式的限制，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員可能利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容加以變更或改型為等同變化的等效實施例。但是凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與改型，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍。