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同学们

我们今天将学习沸溢和喷溅两种液体燃烧形式

学习的主要内容包括

热波的概念和形成条件

沸溢和喷溅形成的过程条件

以及沸溢和喷溅发生前的征兆等

原油、重油、沥青油等含有水分

粘度较大的重质石油产品

在发生燃烧时

由于燃烧放出的热量能以热波的形式向液体内传播

会引起原油或重质油品的沸溢和喷溅

使火灾变得更加猛烈

为了能更好的学习沸溢和喷溅的产生原因和特点

我们应当首先了解可燃液体在燃烧时

热量是如何在液层当中传播的

可燃液体燃烧时

液体蒸气与空气在液面上方边混合边燃烧

燃烧放出的热量以辐射、对流和导热的方式

向可燃液体内部传播

但由于液体特性不同

热量在液体中的传播具有不同特点

具体的可以分为单组分

可燃液体和原油等重质油品液体两种形式

单组分可燃液体（如甲醇、丙酮、苯等）和

沸程较窄的混合可燃液体如煤油汽油等

在自由表面燃烧时

很短时间内就形成了稳定燃烧状态

且燃烧的速率基本不变

此类液体燃烧时火焰的热量

通过辐射的方式传入液体表面

然后通过热传导向液面以下传递

但热量只能传入很浅的液层内

产生这种现象的原因是

由于单组分可燃液体燃烧的特点所决定的

单组分可燃液体燃烧具有以下几种特点

一是液面温度接近但稍低于液体的沸点

这是由于可燃液体燃烧时

火焰传给液面的热量使液面温度升高

达到沸点时液面的温度则不再升高

但当可燃液体在敞开空间燃烧时

液体的蒸发在非平衡状态下进行

同时液面要不断向液体内部传热

因此液面温度不能达到沸点

而稍低于沸点

是液面加热层很薄

对于单组分可燃液体和沸程较窄的混合可燃液体

其燃烧时为稳定燃烧

燃烧剧烈程度不随时间推移而变的剧烈

此时火焰传递给液面的热量也是一定的

这部分热量一方面用于蒸发液体维持燃烧

另一方面向下加热液体层

但稳定燃烧时

液体蒸发的线速度与热量向下传播的线速度相同

因此热量只能传入较浅的液层

而不会持续向下传播

因此

对于单组分可燃液体和沸程较窄的混合可燃液体

在稳定燃烧的状态下

液面下的温度分布是一定的

而对于原油、沥青等一些沸程较宽的可燃混合液体

燃烧时产生的热量在液层中的传播则有所不同

这类可燃液体

由于没有固定的沸点

在燃烧的过程中

液体表面产生的热量

首先使低沸点组分蒸发并进入燃烧区燃烧

而沸点较高的重质组分分则携带着

在表面接收的热量向液体深层沉降

而形成一个热的峰面向液体深层传播

并逐渐深入和加热冷液层

最后形成一个温度较高的界面

此界面被称为热波

液体能形成热波的特性叫热波特性

这是液体发生沸溢和喷溅的必要条件之一

随着燃烧的持续

热波的温度会由150℃逐渐上升到315℃

这时的热波温度要远远高于水的沸点

而热波的形成只是原油等

重质油品发生沸溢和喷溅的条件之一

另一个重要的条件则是油品中存在的水

我们以原油为例来进行说明

原油中的水一般以乳化水和水垫两种形式存在

所谓乳化水是原油在开采运输过程中

原油中的水由于强力搅拌形成细小的水珠

悬浮于油中而形成的

放置久后油水分离

水因比重大在重力的作用下沉降在储罐底部形成水垫

沸溢的产生是因为热波在向油品液体深层运动的过程中

由于热波的温度远远高于水的沸点

因而使得油品中的乳化水大量气化

而产生的水蒸气要穿过油层向液面逸出

在向上移动的过程中形成油包气的气泡

即油的一部分形成了含有大量蒸气气泡的泡沫

同时由于液体的粘度较大

气泡难以快速的穿过油层向外逸出

从而导致油品体积膨胀向外溢出

同时部分未形成泡沫的油品

也会被下面的蒸气膨胀力抛出罐外

使油品液面猛烈的沸腾起来就像“跑锅”一样

从沸溢形成的过程来看

沸溢式燃烧必须具备下列条件

一是可燃液体具有热波的特性

热波的存在使得燃烧产生的温度可以向液体深层传播

二是可燃液体中必须含有乳化水

水在热波的作用下变为蒸气

蒸气体积增大并向上运动

三是可燃液体粘度较大

使水蒸气不容易从下向上穿过油层

如果原油粘度较低

水蒸气则很容易通过油层

这样就不容易形成沸溢

四是原油离罐口比较近

上涌的原油易从罐口溢出

若液面离罐口距离较远则沸溢不易发生

喷溅式燃烧

则是指储罐中含有水垫层的原油、重油、沥青等

石油产品随着燃烧的进行

在液面下产生热波

热波的温度逐渐升高

并向液体深层传播

热波在向下传播的过程中

若储罐内的原油含有乳化水

则首先发生沸溢

同时热波在燃烧的作用下

继续向下传递

传递的距离也越来越远

当热波到达储罐底部的水垫时

由于热波的温度远远高于水的沸点

使得水垫的水大量蒸发

蒸气体积迅速膨胀

将上层液体顶起

最终在压力的作用下

蒸气层把上面的液体层顶起并抛向空中燃烧

形成喷溅

从喷溅形成的过程来看

喷溅式燃烧的发生必须具备下列条件

一是可燃液体具有热波的特性

热波的生成能使热量向下传递

二是可燃液体储罐底部有水垫层的存在

水垫的存在是形成高压蒸气层的先决条件

三是热波温度高于水的沸点

并与水垫层接触

较高的温度使得水垫层迅速蒸发

大量产生的蒸气导致液体下部压力增大

在巨大压力的作用下

液体被抛向空中从而产生了喷溅

无论是沸溢还是喷溅的发生

都会使得火势猛烈发展

扑救难度增加

同时严重危及扑救人员的生命安全

如果能提前预测沸溢和喷溅的发生

就能及时组织火灾扑救人员撤退

从而减少人员伤亡

在油罐火灾中

沸溢和喷溅发生之前

液体和油罐往往表现出种种征兆

油罐火灾在出现沸溢前

通常会出现液滴在油面上跳动

并发出“啪叽啪叽”的微爆声

同时燃烧状态出现异常

火焰呈现大尺度的脉动、闪烁

油罐开始出现振动等现象

往往在这些异常现象出现之后的

数秒到数十秒出现沸溢

而油罐火灾在出现喷溅前

则通常会出现以下现象

油面发生蠕动、涌涨现象

同时伴有油沫生成

火舌的尺寸增大、形似火箭

火焰的颜色发白、发亮；烟色由浓变淡

金属油罐壁颤抖

并伴有强烈的噪声

当在扑灭原油等重质油品储罐火灾的过程中

若出现以上的一些征兆

扑救人员应当及时撤离至安全距离意外

以免造成不必要的人员伤亡

沸溢和喷溅的发生通常会造成较为严重的后果

因此研究沸溢和喷溅的形成规律

掌握其发生的基本条件和影响因素

探寻监测预报沸溢和喷溅前兆的途径

将为有效地防止和预测沸溢和喷溅的发生

正确制定灭火战术

并为储罐安全工作设计

提供可靠的科学依据