储罐池火灾的后果评价软件设计[范文]

摘要：国家石油储备中长期规划还远未完成，各大石油化工企业都在加强设备设施的建设，油气储罐的规模和数量都在大幅度增加。伴随着油气储罐的规模增加，储罐区的消防安全隐患显得尤为突出，对火灾事故后果的定性评价显得尤为重要。

本文对比分析了用于就算池火灾热辐射特性的点源模型以及Mudan模型。并在Mudan模型的基础上，利用微元的方法，将模型中视角系数计算的方法进行简化，使得该模型可以计算出水平地面上任意点处的视角系数。并以简化后的Mudan模型做为软件设计的计算模型，用Visual Studio 2010制作出软件的输入输出界面，一定程度上满足了可视化要求。利用C#语句实现了软件对于池火灾的数值模拟功能，并利用MATLAB实现软件的绘图功能。之后运用所设计的软件分别进行防火堤火灾和原油浮顶火灾的场景模拟，并对软件运行结果进行分析，最终得出火灾的人员伤害死亡半径、人员二度烧伤半径以及财产损失半径；可用于指导消防人员灭火、储库区的平面布局等工作。本软件能够为制定消防应急预案和罐区平面布局提供一定的科学依据，是一款可以用于模拟储罐区各类池火灾后果的通用型软件。

点源模型示意图

第1章 绪论

1.1  背景介绍

随着经济的快速发展，我国对能源的需求越来越大，石油化工企业作为国民经济的支柱产业，需要巨量的原油作为生产原料。近年来，我国的原油需求量稳步提升，我国目前是世界最大的石油消费国和石油进口国，每年的原油消费量达到了5.56亿吨左右，对外的依存度超过65%。对外依存度如此之高，意味着石油储备已成为我国能源战略的重要组成部分[1],而我国的石油储备能力却远未达标。

根据2008-2020年国家石油储备中长期规划，我国将分三期建设国家石油储备基地，分别形成30天、60天、100天的储备能力。至2015年年中，我国储备原油2610万吨，至2016年年中，我国建成舟山、舟山扩建、镇海、大连、黄岛、独山子、兰州、天津8个国家石油储备基地及黄岛国家石油储备洞库。利用上述储备库及部分社会企业库容，储备原油3325万吨。我国原油储备量在一年内增加了715万吨，涨幅达27.4%，但仍未达到国际能源署规定的战略石油储备能力90天的“安全线”。

石油化工企业是国民经济发展的重要支柱，石油也是重要的战略性物资。目前最普遍的储存石油的方法就是油罐储存[2]。国家石油储备中长期规划还远未完成，各大石油化工企业都在加强设备设施的建设，油气储罐的规模和数量都在大幅度增加。然而，油罐中储存的石油液体例如原油、成品柴油、燃料油、汽油等油料以及通过它们得到的产品，具有易蒸发、易沸溢、易燃易爆等特性，这就使得储存石油的油库区充满了危险源，客观上存在不容忽视的消防安全隐患。

从石油储罐火灾事故后果来看，储罐区一旦发生火灾、爆炸事故，将直接造成环境污染、威胁人身安全，当然也必然造成巨大的经济损失。表1.1统计了近几年来国内几起典型的油罐火灾事故及其造成的后果[2]。

从表1.1中可以明显看出，油罐火灾事故往往会造成灾难性的后果。因此，在我国已经将大规模提升石油战略储备的能力提上议程的大背景下，研究如何利用计算机技术对罐区火灾事故的后果进行定量分析的意义愈发重大。

1.2  本文的设计目的和意义

从表1.1可以看出，在绝大多数的储罐事故中，都发生了火灾。并且绝大多数的爆炸也会引发火灾，而火灾造成的人员伤亡和财产损失往往比爆炸更为持久，造成的损失也更为严重。但也正是因为火灾会持续地对周围人员的人身安全造成威胁，对周围物品造成损害，研究它也就显得更有意义。

常见的油罐火灾有密封圈火灾、浮顶火灾、油品外溢在防火堤内积累形成的防火堤火灾等。而由于原油泄漏等原因引起的火灾通常情况下是处于开放环境中的。在这种环境中，燃烧产生的有毒、有害烟气容易消散。但是，燃烧产生的火焰将会向周围发射强烈的热辐射，使火焰附近人员受到伤害，还可以引燃周围的可燃物。因此，池火灾的危害程度可以用火焰的热辐射通量来表征。因此，计算出热辐射通量这一表征热辐射强度的物理参数，就能够得出火焰周围的死亡半径、烧伤半径以及财产损失半径，这对于厂区选址、厂区设计和平面布置，对消防员进行灭火、救援等工作都具有指导作用。

油罐火灾是一种非常典型的油池火灾[3]，前人对此作了大量的研究。经过对大量实验数据的分析，前人得出了3种计算池火灾的经验性模型，分别为：Sokri-Beyler模型、点源模型和Mudan模型。这3种模型也是目前国际上常用的池火灾热辐射量化分析模型。通过前人的使用和研究发现，在这些模型中，点源模型由于其计算较为简单，不广泛地运用到了估算较远距离火焰热辐射值的计算当中。但是由于点源模型只是将火焰辐射源看作一个点，其估算效果只有在距离火焰较远的位置且液池直径较小的情况下才比较可靠。而Mudan模型则被证明是能够在有无风和有风条件下，在液池直径很大或者风速很大的情况下都能得到可靠计算结果的模型[4-6]。

但是，由于Mudan模型的计算过程复杂，计算量大、参数多，且一些参数随时间、风速等改变而变化，如果仅靠人工计算，不仅工作量大，浪费时间，而且容易出现错误。

而利用MATLAB、visual studio等对Mudan模型进行编程实现，从而将该模型软件化，克服了有风条件下圆柱火焰模型视角系数难以计算的困境，从而大大降低了Mudan模型的计算复杂性，提高了其实用性，使得储罐的火灾风险定量评价工作更方便、更快捷、更准确[1]。

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