不同场景下槽罐车火灾的数值模拟研究

曹雅婷　高月

（安徽理工大学能源与安全学院，安徽 淮南 232001）

【摘要】本文为了研究不同类型的易燃液体槽罐车火灾的影响范围，利用Fire Dynamics Simulator（FDS）软件，以不同场景下的槽罐车火灾为研究对象，分析了易燃液体槽罐车火灾的原因和种类。对装有易燃液体的槽罐车的罐内池火灾和罐外池火灾进行数值模拟，通过对火场特征参数的研究，得出无风和有风情况下，槽罐车火灾对周围人员和物体的热辐射影响，并与经验模型进行比较。以热通量准则作为判断标准，确定火灾事故的影响区域。结果表明，罐外池火灾比罐内池火灾造成的影响范围更大；有风时，下风向目标处所受热辐射显著提高；无风罐内池火灾场景中，罐壁的遮挡效应对近火源处的温度和热辐射有影响。

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关键词 槽罐车；池火；热辐射；数值模拟

Numerical Simulation of Tanker Fire at Different Scenarios

CAO Ya-ting　GAO Yue

(School of Energy and Safety, Anhui University of science & Technology, Huainan Anhui 232001, China)

【Abstract】This paper presents a study of the tanker fire at different scenarios based on the Fire Dynamics Simulator (FDS) software. In order to study the effect range of different types of flammable liquid tank fire, reasons and types of flammable liquid fires of tanker have been analyzed based on different scenarios of tanker fire as object of study. Through taking numerical simulation of pool fires inside or outside of the tanker which containing flammable liquids, thermal radiation effected on persons and objects around the fired tanker under windless and windy conditions has been derived from the fire characteristic parameters and compared with the empirical model. The division of dangerous area has also been discussed based on heat flux guidelines as criteria. The simulation results show that influence area of pool fire outside of the tanker is greater than influence area of pool fire in the tanker; in windy condition, the thermal radiation received by the target located at the downwind direction has significantly increased; in the scene of windless pool fire in tanker, the shielding effect of tank wall has effect on temperature and heat radiation near the fire source. The results can provide reference for prevention and control of tanker fire accident.

【Key words】Tanker; Pool fire; Thermal radiation; Numerical simulation

0　引言

化工产品的运输是企业生产不可缺少的环节，每一天都有大量的车辆在运输危险化学物品，其中就包括槽罐车对易燃液体的运输。在运输过程中，易燃液体的意外泄漏和起火经常会引起一系列的灾难性事件，造成运输路线周围的人员伤亡和财产损失[1]。因此，对槽罐车在运输易燃液体时发生的火灾事故的场景和危害进行研究具有现实意义。

不同的原因和环境条件可以导致不同种类的槽罐车火灾，其表现的火灾特征也有显著的不同。随着计算机模拟技术成熟而发展起来的数值模拟和模型实验相比具有很大的优越性。利用Fire Dynamics Simulator (FDS)软件，以不同场景下的槽罐车火灾为研究对象，通过对火场特征参数进行分析，得出无风和有风情况下，槽罐车火灾对周围人员和物体的热辐射影响，确定火灾事故的影响区域，可以为槽罐车火灾事故的预防、控制提供参考。

1　火灾场景分析

对易燃液体的公路运输，通常采用槽罐车运输的方式。槽罐车的火灾和工厂中储罐的火灾都可以看作是开放空间中的易燃液体火灾[2]。然而，槽罐车火灾有大型储罐火灾不具备的特殊特性。由于易燃液体的固有性质，生产、储存、使用这些物质的企业一般都会在选址过程将工厂建在周围人员较少的偏远地区，并且通过设置防火堤、增加安全距离等方式对储罐火灾的风险进行有效控制。和工厂内固定的储罐相比，在对易燃液体进行运输时，槽罐车的路线受公路路网的限制，有时会非常接近甚至穿过居民的活动区域[3]。槽罐车发生火灾事故时周围的人员和财产分布状况是无法预测的。

导致槽罐车火灾事故的原因是多方面的。首先，易燃液体闪点低，容易被点燃，在运输和装卸过程中，易产生静电积聚，产生电火花。其次，槽罐车本身重心较高，罐内液体在汽车转弯、刹车时会发生晃动，影响车辆稳定性。再加上运输线路较长，车辆较多，多变的天气和路面状况使槽罐车容易发生交通事故，与其它车辆相撞或侧翻，导致易燃液体泄漏、溅洒。车上人员和装卸人员缺乏安全意识、违规操作，在遇到液体泄漏或着火的情况时也无法进行正确及时的应急处置，加大了槽罐车火灾事故的严重程度。

起火原因和环境的不同，可以导致不同种类的池火灾。如果易燃液体被碰撞导致的电火花点燃，产生的巨大热量会使易燃液体上方的空气迅速膨胀，巨大的压力会破坏槽罐车罐体，继而使燃烧暴露于开放环境之内，形成罐内池火灾。当槽罐车发生侧翻时，易燃液体会从罐体破损处泄漏溅洒出去。泄漏后的液体受到地形或障碍物的限制形成液池。当液池遇点火源被引燃时，就形成了罐外池火。这两种场景都是开放空间环境中的池火灾，液池在燃烧时可以得到充足的空气供应，燃烧产生的烟气可以自由扩散，热辐射是造成人员损伤的首要机制。

2　火灾模型的建立

2.1　计算场景

罐体内直接起火和泄漏后形成液池起火是槽罐车火灾的两种基本形式。罐体内直接起火的情况下，液池面积受罐体体积和截面积的限制，且有罐壁的阻挡作用，燃烧的表面距地面有一定高度。泄漏形成的液池是非受限的，液池面积受泄漏量、地面种类以及地形的限制，同时还与起火时间有关。本文假设槽罐车内的易燃液体是庚烷，分别在无风和有风的条件下对罐内火灾和罐外火灾这两种场景进行模拟：

场景一，罐内火灾：槽罐车内部的庚烷由于碰撞、电火花等原因被引燃，着火后罐顶被直接掀翻，庚烷暴露在空气中，形成油罐全面积池火。由于燃烧的主体是罐体内的庚烷，车头以及支撑槽罐的车架对火灾特性相关参数影响较小，模拟中只对罐体建模，液池面积相当于罐内液体的上表面面积。

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