罐区流淌火模拟与救援防护测试系统及测试方法

技术领域

本发明涉及安全科学与工程应急处置技术领域，特别涉及一种罐区流淌火模拟与救援防护测试系统及测试方法。

背景技术

随着石化行业的蓬勃发展，储罐区的数量越来越多，体积越来越大。储罐区储存的油品多易燃易爆，因此，储罐区火灾事故频繁发生，主要火灾形式包括池火、喷射火和流淌火等。其中，流淌火因为包括油品的流淌和油品的燃烧两个过程，相对较复杂，目前国内外研究相对较少。

罐区流淌火具有以下特点：(1)因为罐区采用水进行冷却，采用泡沫液进行灭火，流淌火底部可能有冷却水或消防泡沫液；(2)因为储罐或管道具有一定的压力，流淌火可能具有一定冲击压力；

罐区流淌火的主要救援技术包括沙子封堵、防火堤封堵以及泡沫液灭火；

针对沙子封堵，需要研究沙子对未燃流淌油的封堵效果，沙子对燃烧流淌油的封堵效果，具体参数包括，针对单位厚度的沙子油品的穿透时间，沙子高度与可承载油品高度的关系等；针对防火堤方面，由于钢筋混凝土防火堤的密封性好，强度高，抗震性能好，占地面积小，所以钢筋混凝土防火堤应用最广；由于油罐区火灾温度高，因此防火堤表面必须喷涂隔热防火涂料，目前，GB50351《储罐区防火堤设计规范》对防火堤隔热防火涂料做出如下规定：防火涂层的耐火极限不应小于2h。耐火极限采用规定尺寸的混凝土板，放入耐火试验炉中，按照石油化工升温耐火试验测得。该测试方法没有充分考虑隔热防火涂料与防火堤为一个整体，没有采用真实的流淌火来测试其耐火极限，没有考虑流淌火的冲击性能等。

针对流淌火的泡沫液灭火，文献流淌火燃烧和灭火技术的研究[吴京峰，消防科学与技术，2015年8期，1047-1050]对泄漏速率与灭火的关系，正压式泡沫灭火的灭火效果进行了研究，但没有研究喷射方向、角度、喷射部位对灭火效果的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种罐区流淌火模拟与救援防护测试系统及测试方法，其主要从喷射方向、角度、喷射部位对灭火效果进行研究，并且对罐区流淌火救援防护进行测试，为罐区流淌火的应急救援提供技术支持。

本发明的任务之一在于提供一种罐区流淌火模拟与救援防护测试系统，其采用了以下技术方案：

一种罐区流淌火模拟与救援防护测试系统，其主要用于模拟喷射方向、角度、喷射部位对灭火效果的影响，所述的测试系统包括罐区流淌火模拟单元、沙子封堵测试单元、隔热防火材料测试单元、泡沫灭火性能与参数测试单元及数据测量单元。

作为本发明的一个优选方案，上述的罐区流淌火模拟单元主要包括油箱、环管分流器、第一喷枪、俯仰机构、油槽、移动点火枪、工艺管道及工艺管件，上述的油箱在工艺管道及工艺管件的配合下向上述的环管分流器内提供压力恒定的油品，上述的环管分流器的上下两端为半圆形，二者相对扣合即为圆形，上述环管分流器中部的两根管相互平行。

作为本发明的另一个优选方案，上述的俯仰机构设置有两组，分别位于上述环管分流器一侧的中上部和中下部，上述的俯仰机构用于保证环管分流器及上述的第一喷枪能够自由调整俯仰角，进而调整第一喷枪喷出油品的角度；上述环管分流器的另一侧设置上述第一喷枪，上述第一喷枪设置有若干组，自下而上依次排布，上述第一喷枪的相对侧为上述油槽，上述的移动点火枪位于上述油槽上，每组第一喷枪的型号相同。

进一步的，上述的油槽整体为上部开口的长方体，除距离上述第一喷枪最远端的竖直墙外，其余竖直墙和底部均自内向外依次铺设有耐高温玻璃、耐火砖、玻璃纤维毡和钢板。

进一步的，上述的耐火砖由内向外分别采用莫来石耐火砖、轻质耐火砖和轻质保温砖。

进一步的，距离上述的第一喷枪最远端的竖直墙，采用与罐区防火堤相同的组成，上述的隔热防火材料测试单元包括喷涂在距离上述的第一喷枪最远端竖直墙上的隔热防火涂料。

进一步的，上述的沙子封堵测试单元包括沙子远程喷射装置，上述的沙子远程喷射装置包括空压机、进料筒、第二阀门、第一管道和第二喷枪，上述的进料筒、空压机分别通过上述的第一管道与第二喷枪相连，上述的第二阀门用于控制进料筒中沙子的下落，当进料筒中装入沙子，开启空压机时，打开上述的第二阀门，沙子下落，由上述的空压机提供的气体带出沙子，并将其喷射到上述的油槽中。

进一步的，上述的工艺管道包括输油管道及回流管道，上述的工艺管件包括第一阀门、多级泵、稳压阀、压力表及流量计，上述的输油管道的一端连接在上述的油箱上，另一端连接在上述的环管分流器上，在上述的输油管道上从前往后分别设置上述第一阀门、多级泵、稳压阀、压力表及流量计，在上述的多级泵与稳压阀之间的输油管道上连接上述回流管道。

进一步的，上述的泡沫灭火性能与参数测试单元用于测试不同方位、角度布置的喷枪对流淌火灭火效果的影响，其包括正压式泡沫灭火装置，上述的正压式泡沫灭火装置的底部通过第二管道连接有多通阀，上述的多通阀将上述的正压式泡沫灭火装置中产生的泡沫一分为多，与上述多通阀连接的每条管路的另一端均连接有第三喷枪。

进一步的，上述的多通阀至少连接有三条管路，与每条管路连接的第三喷枪分别布置在上述油槽的前面、后面和一侧。

进一步的，上述的数据测量单元包括热流计、温度传感器、数据采集器、电脑及高清摄像机，上述的热流计设置有多个，且均匀分布在上述油槽的周边，上述的温度传感器布置在上述油槽的上方，上述的高清摄像机至少设置有两台，并位于上述油槽的两侧，上述的热流计和温度传感器通过数据线与上述的数据采集器连接，上述的数据采集器通过网线与上述的电脑连接。

本发明的另一任务在于提供一种罐区流淌火模拟与救援防护测试方法，其采用上述的罐区流淌火模拟与救援防护测试系统，该测试方法依次包括以下步骤：

S1、准备，在所述的油箱中装满所需油品，确保数据测量单元中的测量仪器和信号正常；

S2、测量，通过油箱向环管分流器内提供压力恒定的油品，环管分流器的对称连通结构可以保证环管分流器内部的压力处处相同，从而每个第一喷枪的压力也相同，第一喷枪的型号相同可以保证喷射出的流淌油均匀分布；

S3、调整俯仰机构的抬升角度以及第一喷枪的喷出压力，可以控制喷射油品的落点位置以及喷射油品的动能，通过控制第二喷枪的位置和角度，可以在油槽的任意位置喷射出不同厚度和高度的沙子墙，进而测试油品的高度，流速对沙子墙高度和厚度的要求，得出沙子墙高度厚度与油品高度、油品流速的函数关系式；通过调节第三喷枪的出口压力和俯仰机构的角度，可测试防火堤上的隔热防火涂料在面临不同的压力和流速的流淌火时的性能，优选最佳的隔热防火涂料；

S4、通过高清摄像机拍摄，研究油品的流淌速率；控制移动点火枪的位置和点火时间，研究未燃油品的流淌速率与火灾蔓延速率之间的关系；通过热流计采集到的热流数据，研究流淌火周边的热辐射情况，通过温度传感器采集到的数据，研究流淌火上部火焰与空气的温度分布。

与现有技术相比，本发明带来了以下有益技术效果：

本发明在测量罐区流淌火火灾特性的基础上，可以对相关的救援和防护技术进行测试，优选最佳的参数、材料，为罐区流淌火的应急救援提供技术支持。

本发明可以测试防火堤上的隔热防火涂料在面临不同的压力和流速的流淌火时的性能，优选最佳的隔热防火涂料。

本发明可以测试油品的高度，流速等参数对沙子墙高度和厚度的要求，得出沙子墙高度厚度与油品高度、油品流速的函数关系式，从而可以指导应急救援。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1为本发明罐区流淌火模拟与救援防护测试系统的结构示意图；

图中，1、油箱，2、输油管道，3、第一阀门，4、多级泵，5、回流管道，6、稳压阀，7、压力表，8、流量计，9、环管分流器，10、第一喷枪，11、俯仰机构，12、油槽，13、空压机，14、进料筒，15、第二阀门，16、第一管道，17、第二喷枪，18、正压式泡沫灭火装置，19、第二管道，20、多通阀，21、第三喷枪，22、热流计，23、温度传感器，24、数据采集器，25、电脑，26、高清摄像机，27、移动点火枪。

具体实施方式

本发明提出了一种罐区流淌火模拟与救援防护测试系统及测试方法，为了使本发明的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明做详细说明。

本发明中述及的轻质耐火砖是指密度小于1.3x10

本发明中述及的耐高温玻璃是在一定的温度、介质(耐酸、耐碱)和压力等级条件下玻璃能达到或者承受相应的温度并耐相应压力等级和适用介质的特种玻璃，采用高纯硅质矿物质材料，经高温提炼而成，其在高温环境下依旧可以保持着玻璃原有的通透性及透明度。

如图1所示，本发明一种罐区流淌火模拟与救援防护测试系统，其包括油箱1、输油管道2、第一阀门3、多级泵4、回流管道5、稳压阀6、压力表7、流量计8、环管分流器9、第一喷枪10、俯仰机构11、油槽12、空压机13、进料筒14、第二阀门15、第一管道16、第二喷枪17、正压式泡沫灭火装置18、第二管道19、多通阀20、第三喷枪21、热流计22、温度传感器23、数据采集器24、电脑25、高清摄像机26、移动点火枪27.

上述测试系统与现有技术的主要区别在不，可用来模拟喷射方向、角度、喷射部位对灭火效果的影响。

上述的测试系统主要包括罐区流淌火模拟单元、沙子封堵测试单元、隔热防火材料测试单元、泡沫灭火性能与参数测试单元及数据测量单元。

上述的罐区流淌火模拟单元主要包括油箱1、环管分流器9、第一喷枪10、俯仰机构11、油槽12、移动点火枪27、工艺管道及工艺管件，上述的油箱在工艺管道及工艺管件的配合下向上述的环管分流器内提供压力恒定的油品，上述的环管分流器的上下两端为半圆形，二者相对扣合即为圆形，上述环管分流器中部的两根管相互平行，环管分流器如此设计，可以保证环管分流器内部的压力处处相同。

上述的俯仰机构设置有两组，分别位于上述环管分流器一侧的中上部和中下部，上述的俯仰机构用于保证环管分流器及上述的第一喷枪能够自由调整俯仰角，进而调整第一喷枪喷出油品的角度；调整俯仰机构11的抬升角度以及第一喷枪的喷出压力，可以控制喷射油品的落点位置以及喷射油品的动能，该功能对于测试冲击油品以及冲击油品流淌火对沙子封堵、防火堤上的隔热防火涂料的影响具有重要意义。

上述环管分流器的另一侧设置上述第一喷枪，上述第一喷枪设置有若干组，自下而上依次排布，上述第一喷枪的相对侧为上述油槽，上述的移动点火枪位于上述油槽上，每组第一喷枪的型号相同。第一喷枪10的型号相同，这样设置的目的在于型号相同，可以使各处喷枪10的压力也相同，故各个喷枪喷射出的流量也相同，从而可以保证喷射出的流淌油均匀分布。

上述的油槽整体为上部开口的长方体，除距离上述第一喷枪最远端的竖直墙外，其余竖直墙和底部均自内向外依次铺设有耐高温玻璃、耐火砖、玻璃纤维毡和钢板。其中，耐火砖由内向外分别采用莫来石耐火砖、轻质耐火砖和轻质保温砖，该组成既可以保证直接接触油面的壁面足够光滑，可以模拟储罐区的水泥地面，又能够保证热量不会传递到外层的钢板上，导致钢板变形，还可以维持整体结构的可靠性。

距离上述的第一喷枪最远端的竖直墙，采用与罐区防火堤相同的组成，上述的隔热防火材料测试单元包括喷涂在距离上述的第一喷枪最远端竖直墙上的隔热防火涂料。距离第一喷枪10最远端的竖直墙，采用与罐区防火堤相同的组成，其内壁可以喷涂罐区防火堤采用的隔热防火涂料，从而可以测试涂料抵抗流淌火的能力，这样就避免了将涂料与防火堤分离，同时调节环管分流器的角度，也可以测试不同压力和流量的冲击流淌火对防火堤上的隔热防火涂料的影响以及涂料的防护效果。

上述的沙子封堵测试单元包括沙子远程喷射装置，上述的沙子远程喷射装置包括空压机、进料筒、第二阀门、第一管道和第二喷枪，实验时，进料筒14装入沙子，开启空压机13，打开进料筒下部的第二阀门15，沙子下落，由空压机13提供的高压气体带出，喷射到油槽12中。

进一步的，上述的工艺管道包括输油管道及回流管道，上述的工艺管件包括第一阀门、多级泵、稳压阀、压力表及流量计，上述的输油管道的一端连接在上述的油箱上，另一端连接在上述的环管分流器上，在上述的输油管道上从前往后分别设置上述第一阀门、多级泵、稳压阀、压力表及流量计，在上述的多级泵与稳压阀之间的输油管道上连接上述回流管道。

进一步的，上述的泡沫灭火性能与参数测试单元用于测试不同方位、角度布置的喷枪对流淌火灭火效果的影响，其包括正压式泡沫灭火装置，上述的正压式泡沫灭火装置的底部通过第二管道连接有多通阀，上述的多通阀将上述的正压式泡沫灭火装置中产生的泡沫一分为多，与上述多通阀连接的每条管路的另一端均连接有第三喷枪。

进一步的，上述的多通阀至少连接有三条管路，与每条管路连接的第三喷枪分别布置在上述油槽的前面、后面和一侧。实验时，可以测试不同方位、角度布置喷枪对流淌火灭火效果的影响。

进一步的，上述的数据测量单元包括热流计、温度传感器、数据采集器、电脑及高清摄像机，热流计在油槽周边均匀布置，温度传感器主要布置在油槽上方；高清摄像机布置在油槽两侧，一侧一台；热流计和温度传感器通过数据线与数据采集器相连接，数据采集器通过网线与电脑相连接；数据测量部分主要测量流淌火上方的温度分布和周边的热辐射，通过测量油品和火灾的蔓延速率。

下面通过具体实施例对本发明做进一步说明。

实施例1：

测试系统主要包括罐区流淌火模拟单元、沙子封堵测试单元、隔热防火材料测试单元、泡沫灭火性能与参数测试单元及数据测量单元。

罐区流淌火模拟单元，主要包括油箱1、输油管道2、第一阀门3、多级泵4、回流管道5、稳压阀6、压力表7、流量计8、环管分流器9、第一喷枪10、俯仰机构11、油槽12、移动点火枪27；

其中油箱1内预先充满油品，包括但不限于柴油、汽油等；打开第一阀门3，利用多级泵4将油品抽吸出来，通过稳压阀6和回流管路5，保持输出的压力恒定，不断调整稳压阀的开口度，使输出压力值(压力表7显示)和流量值(流量计8显示)为实验需要的数值；

环管分流器9的上下两端为半圆形，中间两根管道平行，该分流器一侧的中间位置与输油管道2相连接，另一侧均匀安装有8个同型号第一喷枪10，该装置可以保证所有喷枪的压力相同，进而喷射流量也相同。

环管分流器两端安装有两个俯仰机构11，俯仰机构可以保证环管分流器以及喷枪能够自由调整俯仰角，进而调整喷枪喷出油品的角度。

油槽12为长方体，上部开口，除距离喷枪最远端的竖直墙外，其余竖直墙和底部均由四部分组成，由内向外分别为耐高温玻璃、耐火砖、玻璃纤维毡和钢板，其中耐火砖由内向外分别采用莫来石耐火砖、轻质耐火砖和轻质保温砖，该组成既可以保证直接接触油面的壁面足够光滑，可以模拟储罐区的水泥地面，又能够保证热量不会传递到外层的钢板上，导致钢板变形，还可以维持整体结构的可靠性；

距离喷枪最远端的竖直墙，采用与罐区防火堤相同的组成，其内壁可以喷涂罐区防火堤采用的隔热防火涂料，从而可以测试涂料抵抗流淌火的能力，这样就避免了将涂料与防火堤分离，同时调节环管分流器的角度，也可以测试不同压力和流量的冲击流淌火对防火堤上的隔热防火涂料的影响以及涂料的防护效果。

实施例2：

测试系统主要包括罐区流淌火模拟单元、沙子封堵测试单元、隔热防火材料测试单元、泡沫灭火性能与参数测试单元及数据测量单元。

沙子封堵测试单元，主要包括沙子远程喷射装置，该装置由空压机13、进料筒14、第二阀门15、第一管道16和第二喷枪17组成，实验时，进料筒14装入沙子，开启空压机13，打开进料筒下部的第二阀门15，沙子下落，由空压机提供的高压气体带出，喷射到油槽12中。

实施例3：

测试系统主要包括罐区流淌火模拟单元、沙子封堵测试单元、隔热防火材料测试单元、泡沫灭火性能与参数测试单元及数据测量单元。

泡沫灭火性能与参数测试单元，主要包括正压式泡沫灭火装置18、第二管道19、多通阀20和第三喷枪21组成；多通阀将正压式泡沫灭火装置产生的泡沫一分为三，三条管道与喷枪分别布置在油槽的前面、后面和一侧，实验时，可以测试不同方位、角度布置喷枪对流淌火灭火效果的影响。

实施例4：

测试系统主要包括罐区流淌火模拟单元、沙子封堵测试单元、隔热防火材料测试单元、泡沫灭火性能与参数测试单元及数据测量单元。

数据测量单元主要包括热流计22、温度传感器23、数据采集器24、电脑25和高清摄像机26，其中，热流计在油槽周边均匀布置，温度传感器主要布置在油槽上方；高清摄像机布置在油槽两侧，一侧一台；热流计和温度传感器通过数据线与数据采集器相连接，数据采集器通过网线与电脑相连接；数据测量单元主要测量流淌火上方的温度分布和周边的热辐射，通过测量油品和火灾的蔓延速率。

下面结合上述罐区流淌火模拟与救援防护测试系统对其测试方法做详细说明。

实验之前，首先将油箱1中装满实验需要的油品，包括但不限于汽油、柴油等；打开热流计22和温度传感器23的保护盖，开启数据采集器24和电脑25，确保仪器和信号传输正常；开启高清摄像机26，高清摄像机26放置在油槽12的两侧；

实验开始时，打开输油管道2上的第一阀门3，开启多级泵4，调节稳压阀6，使输出油品的压力(压力表7显示)和流量(流量计8显示)满足实验要求，油品由多级泵4给予压力，通过输油管道2输送到环管分流器9中，环管分流器9的对称连通结构可以保证分流器内部的压力处处相同，从而各处第一喷枪10的压力也相同，由于第一喷枪10的型号相同，故各个喷枪喷射出的流量也相同，从而可以保证喷射出的流淌油均匀分布。

通过高清摄像机拍摄，可以研究油品的流淌速率；控制移动点火枪27的位置和点火时间，可以研究未燃油品的流淌速率与火灾蔓延速率之间的关系；通过热流计22采集到的热流数据，可以研究流淌火周边的热辐射情况，通过温度传感器23采集到的数据，可以研究流淌火上部火焰与空气的温度分布；

调整俯仰机构11的抬升角度以及喷枪的喷出压力，可以控制喷射油品的落点位置以及喷射油品的动能，该功能对于测试冲击油品以及冲击油品流淌火对沙子封堵、防火堤上的隔热防火涂料的影响具有重要意义；

目前，针对油品流淌及流淌火灾，对于未燃油品，一般采用沙子封堵，对于燃烧的油品，一般考虑采用泡沫进行灭火；但对沙子封堵流淌油品尚没有详细的研究，存在沙子厚度与高度不够，一段时间后沙子坍塌或油品渗透出来继续流淌的问题，为此，需要研究沙子的厚度、高度与油品的冲击力，油品高度之间的关系；进料筒14中装入沙子，开启空压机13，打开第二阀门15，沙子下落，由空压机提供的高压气体带出，通过第一管道16和第二喷枪17喷出，通过控制第二喷枪位置和角度，可以在油槽12的任意位置喷射出不同厚度和高度的沙子墙；进而可以测试油品的高度，流速等参数对沙子墙高度和厚度的要求，得出沙子墙高度厚度与油品高度、油品流速的函数关系式，从而可以指导应急救援。

由于现有技术中的防火堤隔热防火涂料多采用耐火试验机测试涂料在混凝土板上的性能，这样没有考虑流淌火的冲击性，同时将涂料与防火堤分开，没有作为一个整体，因此，本发明利用油槽12最远端的竖直墙，使其采用与罐区防火堤相同的组成，内壁喷涂防火堤采用的涂料，这样将涂料与防火堤作为一个整体，可以调节第一喷枪10的出口压力和俯仰机构11的角度，可以测试防火堤上的隔热防火涂料在面临不同的压力和流速的流淌火时的性能，优选最佳的隔热防火涂料。

泡沫灭火性能与参数测试部分，可以进行泡沫灭火流量、角度和方位等的测试，流淌火蔓延过程中，开启泡沫灭火装置18，泡沫通过多通阀20分为三部分，通过第三喷枪21在油槽12的前面、后面和侧向喷射，从而确定最佳的喷射方位和角度以及喷射流量。

本发明中未述及的部分借鉴现有技术即可实现。

需要说明的是：在本说明书的教导下本领域技术人员所做出的任何等同方式或明显变型方式均应在本发明的保护范围内。