低密度固体球体抑制原油沸溢火灾及与泡沫液联合灭火的实验研究

《Proceedings of the Combustion Institute》：Experimental study on the inhibitory effect of low-density solid spheres on crude oil boilover fires and combined fire suppression with foam solution

本文针对大型原油储罐火灾难扑灭、易发生沸溢（boilover）的难题，基于浮材抑制沸溢理论，通过构建小尺度实验平台，系统研究了自研低密度固体球体对沸溢的抑制效果及其与泡沫液（S-6-AB-55B）的联合灭火性能。结果表明，铺设固体球体可有效抑制燃烧，延迟沸溢发生时间并降低其强度（3层铺设使沸溢强度降低9.97%），同时能减弱泡沫喷射引发的油品飞溅及火焰强化现象，为储罐火灾救援提供了新思路。

　　

Highlight

Boilover phenomenon

原油含有一定量的水，在储存过程中，乳化水会沉降到罐底形成水层。原油是一种多组分混合物，发生火灾时，低密度的轻组分首先蒸发燃烧，而高密度的重组分会携带热量向下沉降，形成热前锋，即热波（hot wave）。热波上方的部分是一个相对恒定的高温区域，而下方的部分则是一个温度梯度较大的区域。当热波到达罐底水层时，水会迅速蒸发，体积急剧膨胀（约膨胀1700倍），产生巨大的蒸汽压力，导致原油和燃烧产物猛烈喷溅，形成沸溢现象。

Conclusion

搭建了一个小型储罐火灾模拟实验平台，利用不同层数的固体球体进行了原油沸溢实验和与泡沫液的灭火实验。分析了固体球体对燃烧速率、原油内部温度、沸溢强度等关键参数的影响。研究了固体球体对火焰强化速率、原油温度和泡沫热稳定性的影响机制。结果表明，固体球体可以抑制燃烧，延迟沸溢发生时间，降低沸溢强度。在灭火过程中，固体球体可以减少泡沫液喷射引起的油品飞溅，减弱湍流空气对可燃气体的影响，有效抑制火焰强化现象。此外，固体球体提高了泡沫液的热稳定性，有助于形成致密的泡沫屏障层。然而，它在一定程度上也可能阻碍泡沫液的铺展。这两种作用对泡沫液消耗的竞争性影响值得进一步研究。