主讲人：挪威国家火灾研究室常务董事 施密特.佩德生博士
摘要：本文对挪威过去15年来有关海上火灾安全、火灾特性和灭火研究进行了介绍了，得出了一些重要的结论。
1、引言
20世纪70年代，石油生产在挪威是一项新兴的工业活动。由于生产石油的钻井装置是在离岸数英里的海上，这引起人们对安全需求的特别注意。1978年，挪威政府启动了一项名为“海上安全”的特别研究项目。这个项目极大地吸引了众多的石油公司和研究机构。政府所制定的项目及其重点已经为安全的基本原理和安全管理制定了一个标准，这个标准一直沿用至今。
政府团体应该控制石油生产活动，如挪威石油董事会，而当时他们却没有制定出明确的规范和标准，而是认可了石油生产的开始，这种开始是建立在运用风险分析得出的安全标准之上的。这使得有必要对和风险分析为一体的火灾和爆炸威胁建立预测模型。反之，为了建立和评价预测模型中所用到的物理模型，输入数据资料也是需要的。预测模型可以是简单的经验相关式，区域模型，或者是建立在基本方程基础上的三维数值计算，现在称作CFD模型（计算流体动力学模型）。CFD模型很早就被引入海上安全工业，这些模型需要实验结果来计算不同火灾场景的火焰蔓延和热载荷。
针对火灾和爆炸，研究活动开始发展CFD模型。应用最成功和最广泛的CFD模型是有关爆炸发展计算的FLACS模型和有关特定火灾条件下的Kameleon FireEx模型。本文中将集中介绍火灾研究的结果。
挪威的海上火灾研究活动包括：不同场景的碳氢化合物火灾模型（喷射火，油池火，喷雾火，开口体系和闭口体系条件下的火灾，海面火灾等等），灭火，高强度水泥的散裂，外露建筑物的火灾整体分析，海上灭火材料替换和人员疏散实验及模型。
挪威火灾研究实验室的研究主要集中在海上火灾的威胁，而其它机构的研究重点是建筑火灾的威胁，这是他们的不同之处。大量碳氢化合物存在，场地高度拥挤，从距离海面30米的上空进行撤离的巨大挑战，从距离海岸一个小时的直升机的飞行等是海上火灾威胁的特征。在没有火灾威胁的情况下，撤离过程就有其自身的风险。
尽管我们15年的研究工作涵盖了海上火灾的全部，但本文将集中介绍不同火灾情景和灭火方面典型的研究结果。
2、 不同的火灾场景
由于火灾环境特征的不同和推动力的不同以及作为结果的特性的不同，因此从火灾安全工程角度来看，对火灾场景进行如下分类是很方便的。
・敞开体系的火灾（燃料控制）
油池火（扩散火焰浮力驱动）
海面火（受海面情况影响的水池蒸发火）
喷射火（由气体、液体泄漏驱动）
・封闭体系的火灾（通风控制）
油池火
喷射火
组合不同的火灾场景以及爆炸之后的火灾（后者考虑的是被动的保护）。
最新的研究项目[3,4,5,6,7,8,9]所揭露的现象已经解释了为什么一些火灾有相当高的温度而且比预期的要更加严重。
烟灰屏蔽
在油池火中，热载荷之所以能够达到很高的值是因为环境将火源的幅射反射回火源。这种反射可以通过墙壁和天花板，如果火本身足够大的话，火焰也可以反射回火焰中心。正在燃烧的粒子就像一面墙。在一些油池火中，温度可以超过1350℃，这比预期的要高。平均热载荷的正常值为200-300 kW/m2，最大值为400 kW/m2。
烟灰氧化（典型的封闭体系火灾）
当火灾产生大量的烟时，燃烧是不充分的。如果火灾是在封闭体系中，烟层温度将达到900℃，结果烟灰燃烧使热载荷上升。温度将超过大约350℃。封闭体系的油池火实验显示局部的热载荷值大约为300-350 kW/m2。在面对墙的情况下，典型的热载荷值为200 kW/m2。
来自于喷射火的腐蚀和热载荷
高压泄漏引起的喷射火除了产生热载荷外，还会对喷射火所碰到的物体产生腐蚀的影响。自从80年代早期以来，我们已经花了数年时间建立通用的UK/Norway喷射火检测程序，其目的就是检测钢结构在被动火灾防护情况下的抵抗或保护能力。它是一个以丙烷的音速释放速率为0.3kg/s的中等规模的实验室测试。这种方法已经用来和大规模的测试进行比较。测试结果给出了典型的热载荷和腐蚀效应。测试对象的局部热载荷值为350 kW/m2。
海面上油膜的可燃性
挪威火灾研究实验室所做的实验显示，即使在风速很大的情况下，海表面的油膜也可能被点燃[7,8,9]。而早期则认为当风速大于10m/s的时候油膜是不可能被点燃的。挪威火灾研究实验室已经测试了当风速为25 m/s时油膜被点燃的情况。
2.1海面上的火灾
在生产石油的钻井台下面和周围，正在燃烧的油膜产生的热载荷和烟，对基础结构及平台所有部件都是一个严重的威胁。80年代，在北海挪威段的Ekofisk区域就曾经发生过一次事故。液体从突然燃烧起来的分离罐中溢了出来，燃烧产生的烟雾将整个平台吞没了一段时间。幸运的是，溢出的量有限，但这种威胁极大地给人们一个严重警告。90年代，挪威火灾研究实验室在北冰洋的Spitzbergen进行了一些大规模的试验，并在实验室做了一些小规模的实验[7,8,9]，其目的是研究这些火灾的点火条件和热载荷。
海面油膜点火的极限值：
点火条件 油的类型
冷凝物 轻油 原油
油膜的最小厚度[mm] 0,5 - 1 1 1 - 3
最大蒸发损失百分比[%] > 30 < 30 5 - 10
最大水油比[%] Unknown Unknown < 25
最大风速[m/s] 25 20 - 25 15
2.2不同火灾场景的热载荷
被《火灾安全工程》录用的文献[3,4,5,6,7,8,9]中的实验结果介绍了敞开体系条件下的不同类型火灾的热载荷。
敞开体系条件下的火灾
类型 热载荷
油池火 对海面上直径为15米的油池中的油膜进行了热载荷测试：火焰底部三分之一处的平均热载荷是每半分钟260 kW/m2，而平均每分钟是220 kW/m2。热载荷随着油池子直径的变化而变化。
所有给定的值都比用HC曲线得到的值高
自由射流（气体）自由射流（液体） 泄漏速率为8kg/s的天然气产生的喷射火撞击长度为900mm的水平管的热载荷：最大值为300 kW/m2，此值比撞击表面积少于1 m2时的热载荷要大；一般要大于250 kW/m2，此值比撞击小于4 m2的管道的热载荷要小[4]。最大热载荷发生在喷流的下部，在管道后部的回流区。在同一个射流中液体的混合：其热通量密度类似于单独对天然气。只有少量的液体溢出。
喷射火撞击物体的试验方法 一个泄漏速率为0.3kg/s的放有丙烷的1.5m×1.5m盒子，其局部热载荷为300 kW/m2；面对盒子背面的平均热载荷为200 kW/m2[10]。
注：HC曲线是国际标准组织提供的时间温度曲线。自80年代早期，英国和挪威的权威部门就用来对被动的火灾防护和建筑物火灾的抵抗力进行分类。
被《火灾安全工程》录用的文献[3,4,5,6,10]中的实验结果介绍了封闭体系条件下的不同类型火灾的热载荷。
封闭体系条件下的火灾
类 型 热 载 荷
撞击物体的喷射火 局部热载荷要比自由喷流时撞击物体时的热载荷大或者相同。这是由于存在更大的空间会对物体和建筑物产生幅射。在封闭体系条件下，泄漏速率为1kg/s的油燃料的喷射火，其局部热载荷为350-400 kW/m2，对墙壁的典型热载荷为200 kW/m2。
油池火 相比于室内火灾而言，在通风不足的情况下，大空间内封闭体系环境的火灾有一个稳定的趋势，因为蒸发率取决于火焰的幅射量。通风因子为0.8的化学当量的混合物会产生最高的蒸发速率。在房屋体积为415m3，燃料面积为24 m2测得的局部热载荷值为 300 |
