喷射火环境下石化管廊管道失效特征试验研究

doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2022.01.018

中国安全科学学报 ›› 2022, Vol. 32 ›› Issue (1): 135-141.doi: 10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2022.01.018

喷射火环境下石化管廊管道失效特征试验研究

周宁¹(), 吴露露¹, 李雪¹, 李徐伟¹, 时静洁², 曹林林¹

¹常州大学石油工程学院,江苏常州 213164
²常州大学环境与安全工程学院,江苏常州 213164

收稿日期:2021-10-24 修回日期:2021-12-08 出版日期:2022-01-28
作者简介:
周宁(1977—),男,四川眉山人,博士,教授,主要从事储运安全、爆炸力学等方面的研究。E-mail: zhouning@cczu.edu.cn。
周宁教授,李雪副教授,时静洁讲师
基金资助:
江苏省“六大人才高峰”创新人才团队项目(TD-JNHB-013); 江苏省研究生培养创新工程研究生科研与实践创新计划(KYCX20_2576); 江苏省研究生培养创新工程研究生科研与实践创新计划(SJCX20_0986); 江苏省高等学校自然科学研究面上项目(19KJB620002)

Experimental study on failure features of petrochemical pipelines under jet fire

ZHOU Ning¹(), WU Lulu¹, LI Xue¹, LI Xuwei¹, SHI Jingjie², CAO Linlin¹

¹School of Petroleum Engineering, Changzhou University, Changzhou Jiangsu 213164, China
²School of Environmental and Safety Engineering, Changzhou University, Changzhou Jiangsu 213164, China

Received:2021-10-24 Revised:2021-12-08 Published:2022-01-28

摘要/Abstract

摘要：

为探究喷射火灾下石化管廊管道热力学响应特征,依据流体力学相似理论搭建缩比试验平台,开展石化管廊管道热力学响应试验研究。通过分析火灾中管道热力学响应特征及事故多米诺演化特征,探讨各因素对管道升温和失效的影响程度,并结合强度理论建立管道失效时间定量计算模型。研究结果表明:火灾功率是管道失效的主导因素,随着火灾功率的增大,管道失效时间缩短;水平方向喷射火影响程度最大,相较于垂直方向喷射火管道峰值温度提升近一倍;多喷射火源下火焰强度、覆盖范围急剧增加,受火管道峰值温度达到800 ℃,钢结构管道强度基本丧失;液相介质会加速管道失效,且管道压力、管道尺寸、距火源远近程度对管道失效影响显著。

关键词: 喷射火, 石化管廊, 热响应, 管道失效, 火灾功率

Abstract:

In order to explore thermodynamic response law of petrochemical pipelines under jet fire, a scale-up test platform was built according to similarity theory to carry out experimental study on this topic. Based on analysis on pipelines' thermodynamic response and domino evolution in fire, influence of various factors on their temperature rise and failure was discussed, and a quantitative calculation model of pipeline failure time was established by adopting strength theory. The results show that fire power is a dominant factor of pipeline failure, along with its increase, failure time will be shortened. Horizontal jet fire has the greatest impact, and the peak temperature of pipeline is nearly doubled compared with the case of vertical jet fire. Under the situation of multiple jet fire sources, flame intensity and coverage area increase sharply, while peak temperature reaches as far as 800 ℃, resulting in failure of steel structure pipelines' strength. Liquid medium will accelerate pipeline failure, and pipeline pressure, size, distance from fire source all have significant influence on its failure.

Key words: jet fire, petrochemical pipeline, thermal response, pipe failure, fire power

周宁, 吴露露, 李雪, 李徐伟, 时静洁, 曹林林. 喷射火环境下石化管廊管道失效特征试验研究[J]. 中国安全科学学报, 2022, 32(1): 135-141.

ZHOU Ning, WU Lulu, LI Xue, LI Xuwei, SHI Jingjie, CAO Linlin. Experimental study on failure features of petrochemical pipelines under jet fire[J]. China Safety Science Journal, 2022, 32(1): 135-141.

图/表 9

图1

图2

图3

图4

图5

图6

表1

不同喷射火源下44、265号管道热响应特征

喷射火源	44号管道		265号管道
喷射火源	峰值温度/℃	温升速率/(℃· $s - 1$ )	峰值温度/℃	温升速率/(℃· $s - 1$ )
65型单源喷射	680	8	350	2.5
35&65型双源喷射	705	12.5	800	15
50&65型双源喷射	710	13	850	17

表1

表2

表3

参考文献 10

[1]	周宁, 张路, 刘晅亚, 等. 改进的肯特评分法在化工园区公共管廊中的应用[J]. 工业安全与环保, 2016, 42(12) : 28-31.
	ZHOU Ning, ZHANG Lu, LIU Xuanya, et al. Application of the improved kent scoring method in public pipe gallery of chemical industry park[J]. Industrial Safety and Environmental Protection, 2016, 42(12): 28-31.
[2]	蒋代, 华敏, 潘旭海, 等. 化工园区储罐多米诺效应的脆弱性评估[J]. 中国安全科学学报, 2019, 29(4): 177-182. doi: 10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2019.04.028
	JIANG Dai, HUA Min, PAN Xuhai, et al. Vulnerability assessment of tanks in chemical industry park under domino effect[J]. China Safety Science Journal, 2019, 29(4): 177-182. doi: 10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2019.04.028
[3]	DWAIKAT M M S, KODUR V K R. A performance based methodology for fire design of restrained steel beams[J]. Journal of Constructional Steel Research, 2011, 67(3): 510-524. doi: 10.1016/j.jcsr.2010.09.004
[4]	张旭. 火灾下多层多跨石化管廊倒塌全过程仿真模拟分析[D]. 北京: 北方工业大学, 2009.
	ZHANG Xu. Simulation and analysis of the complete process of multi-layer and multi-span petrochemical piperack under fire[D]. Beijing: North China University of Technology, 2009.
[5]	LIEN K H, CHIOU Y J, WANG Renzuo, et al. Nonlinear behavior of steel structures considering the cooling phase of a fire[J]. Journal of Constructional Steel Research, 2009, 65(8): 1776-1786. doi: 10.1016/j.jcsr.2009.03.015
[6]	赵洪海. 油罐火灾特性的小尺寸实验研究[J]. 消防科学与技术, 2010, 29(1): 26-29.
	ZHAO Honghai. Small-scale experimental study on tank fire characteristics[J]. Fire Science and Technology, 2010, 29(1): 26-29.
[7]	邢志祥, 赵晓芳, 蒋军成. 液化石油气储罐火灾模拟试验(一) :池火灾环境下[J]. 天然气工业, 2006, 26(1): 129-131.
	XING Zhixiang, ZHAO Xiaofang, JIANG Juncheng. Simulation test of fire hazard for LPG tanks (1):under pool fire[J]. Natural Gas Industry, 2006, 26(1): 129-131.
[8]	邢志祥, 赵晓芳, 蒋军成. 液化石油气储罐火灾模拟试验(二) :喷射火焰环境下[J]. 天然气工业, 2006, 26(1): 132-133.
	XING Zhixiang, ZHAO Xiaofang, JIANG Juncheng. Simulation test of fire hazard for LPG tanks (2):under jet fire[J]. Natural Gas Industry, 2006, 26(1): 132-133.
[9]	KIRBY B R, PRESTON P R. High temperature properties of hot rolled structural steels for use in fire engineering design studies[J]. Fire Safety Journal, 1988, 13(1): 27-37. doi: 10.1016/0379-7112(88)90030-6
[10]	王宇飞. 化工管廊事故多米诺效应及事故应急救援系统研究[D]. 常州: 常州大学, 2018.
	WANG Yufei. Study on the domino effect and emergency response system of chemical pipeline accidents[D]. Changzhou: Changzhou University, 2018.

管道编号	工作压力 p/MPa	实际压力 σ_M/MPa	失效温度 t_s/℃
44	4	38	400
管道编号	工作压力 p/MPa	实际压力 σ_M/MPa	失效温度 t_s/℃
265	3.5	35.18	400
55	1.8	14.56	550
54	1.8	37.39	310
167	1.6	30.48	450
17	1.5	20.53	400
18	1.9	22.84	500

[1]	游波, 罗骁, 施式亮, 鲁义, 李敏, 刘勇. LNG储罐泄漏扩散模拟分析[J]. 中国安全科学学报, 2023, 33(2): 125-131.
[2]	杨宇轩, 程辉航, 龙增, 陈俊沣, 刘畅, 钟茂华. 阻塞效应对隧道火灾烟气温度影响试验研究[J]. 中国安全科学学报, 2022, 32(10): 135-141.
[3]	谢伟康, 陈国明, 师吉浩, 杨冬冬. 联合站油气设备泄漏燃爆事故及危险区域识别^*[J]. 中国安全科学学报, 2021, 31(12): 85-94.
[4]	邓康, 张英, 徐伯乐, 马出原, 牛奕. 磷酸铁锂电池组燃烧特性研究^*[J]. 中国安全科学学报, 2019, 29(11): 83-88.
[5]	田宇忠, 范洪军, 涂环, 李俊荣. 考虑多米诺效应的LNG事故后果定量风险分析[J]. 中国安全科学学报, 2019, 29(1): 68-73.
[6]	王明, 石剑云, 尹盼盼, 唐波, 梁羽威. 火灾条件下液化气体罐车的热响应研究^*[J]. 中国安全科学学报, 2018, 28(S2): 54-59.
[7]	张媛媛, 黄有波, 吕淑然. 矩形泄漏孔水平喷射火热辐射研究[J]. 中国安全科学学报, 2017, 27(6): 73-78.
[8]	黄勇，解立峰，鲁长波，安高军. 聚能射流引爆柴油的试验研究[J]. 中国安全科学学报, 2013, 23(6): 63-.
[9]	蒋晓刚，迟卫，刘晓光，苑志江. 喷射火双向人工扰流脱火的可控参数试验研究[J]. 中国安全科学学报, 2013, 23(3): 51-.
[10]	康青春，孙沛，王淮斌，李玉. 液化石油气喷射火灾热辐射估算方法研究[J]. 中国安全科学学报, 2013, 23(11): 16-.
[11]	陈文江，陈国华. 基于虚拟现实技术的喷射火事故三维动态仿真及应用[J]. 中国安全科学学报, 2009, 19(3): 32-.
[12]	傅智敏，黄金印，付敏. 烃类流体火灾伤害破坏作用定量分析[J]. 中国安全科学学报, 2008, 18(9): 29-.
[13]	吴起，蒋军成. 基于BP神经网络技术的实验数据分析处理[J]. 中国安全科学学报, 2006, 16(1): 39-.

喷射火环境下石化管廊管道失效特征试验研究

Experimental study on failure features of petrochemical pipelines under jet fire

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管道编号	44(液)			265(液)			55(气)			54(液)
喷嘴孔径/mm	35	50	65	35	50	65	35	50	65	35	50	65
是否失效	否	是	是	是	是	是	否	否	否	否	否	否
失效时间/s	—	75	55	285	34	20	—	—	—	—	—	—
管道编号	167(气)			17(液)			18(气)
喷嘴孔径/mm	35	50	65	35	50	65	35	50	60
是否失效	否	否	否	否	是	是	否	否	否
失效时间/s	—	—	—	—	125	99	—	—	—