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第一章 原油物性基础知识及原油安全防护知识【要点】1、 原油化学组成与理化性质。（0.5学时）2、 原油物性基本概念。（0.5学时）3、 原油分类方法。（0.5学时）4、 输油工作中常见原油物性分析标准、一般操作与注意事项。（1学时）5、 原油火灾危险性。（0.5学时）6、 原油火灾消防技术。（1学时）7、原油防火防爆、防静电与防毒。（1学时）第一节 概述 教材：储运油料学、原油管道输送技术P14及相关标准【案例】1. 严格意义上的原油与石油有区别吗？2. 原油含水对输油生产有那些具体影响？3. 为什么要了解原油性质？4. 石蜡和地蜡哪个熔点高？5. 原油的元素组成和化学组成。6. 火灾的分哪几类？7. 石油产品火灾危险性分类。1、 石油的一般特性 石油是地下开采出来的油状可燃液体，未经加工的石油通常又称为原油，它是多种烃类（烷烃、环烷烃、芳香烃）和非烃类化合物（含S、O、N的化合物）的复杂混合物。其平均含碳量为8487%，含氢量1114%，密度一般小于1.0g/cm3，热值一般为43542.746054.8kJ/kg。2、 石油的稳定石油从矿井采出后，需经矿场脱水、脱盐、稳定处理，也就是说商品原油与石油还是存在一定差异的。原油稳定是降低原油蒸发损耗的重要措施。原油稳定的原理是改变温度和压力分离轻组分，即从原油中脱出C1C4组分，（常温常压下的气态组分），降低原油的饱和蒸汽压，使其在常温常压下能较稳定地储存于油罐中，减少油气蒸发损耗，同时，稳定时脱出的轻组分还可加以利用。稳定原油的饱和蒸汽压一般应低于0.1MPa，（小于当地大气压），C4的挥出率小于5%。从原油中脱出轻组分的多少即原油稳定深度。稳定深度越大，设备越复杂，投资越大，原油收率降低，质量下降。故常用原油蒸汽压来衡量。在常温和最高储存温度下，原油蒸汽压一般 0.07MPa，C5的脱出率应小于原油中C5的5%（重量比）。不同国家的原油稳定深度要求不同，例如60时稳定原油的蒸汽压：中国0.1MPa，美国0.07 MPa，前苏联0.065 MPa。3、石油中的杂质石油中通常还夹杂着开采及储运过程中混入的砂石、铁屑、结晶盐等机械杂质和水分。原油中的水主要有以下四种形态：游离水、悬浮水、乳化水、溶解水。原油中含水对于储运过程中的计量准确性和石油加工的正常生产（如“冲塔”）都有很大影响，另外输送过程中如原油含水过高，一方面加剧管道、设备腐蚀，另一方面，浪费了管道的生产能力，加大了脱水负荷。商品原油中含水率不高于0.5%。对于燃料原油，有资料说适量的含水率，在一定范围可以节约燃油消耗。但是含水燃料油在罐中预热到100时会造成冒罐事故(突沸)。燃料油含水(水呈非乳化状态)会使火焰脉动、间断甚至熄火。一般燃料油含水3%。就会使燃烧不稳定，含水5%。就会造成燃烧中断，因此燃料油在供给燃烧器之前应进行充分脱水，水分应控制在2以下（在加热炉计算题中，应注意燃油扣水）4、了解原油性质的必要性石油及油品的物理、化学性质是评定其质量、衡量油库管理水平、控制油品输送过程的重要指标，也是输油管道、油库和石油加工装置的重要设计与生产依据。对于我们长输管道，原油性质决定了输油泵站建筑耐火等级、泵站消防要求、设备防腐、罐区消防设施等的设计、选型，也影响输油生产工艺的选择。5、原油的化学组成 按原油管道输送技术P24页。5.1原油中的烃类化合物原油中的烃类化合物分为烷烃、环烷烃、芳香烃。分清原油主要元素组成碳、氢；主要化合物组分烷烃、环烷烃、芳香烃。石蜡：一般石蜡相对分子量300500，分子中碳原子数2035，熔点3070，主要由正构烷烃组成，此外还有少量相对分子量很大的异构烷烃、单环烷烃、双环烷烃及单环、双环芳香烃。地蜡：地蜡相对分子量500700，分子中碳原子数3555，熔点6090，成分复杂，主要由正构烷基和异构烷基的环烷烃组成。5.2原油中的非烃类化合物胶质：一般是指能溶于石油醚（低沸点烷烃）、苯、三氯甲烷、二硫化碳而不溶于乙醇的物质。胶质是红褐色到暗褐色并具有延展性的粘稠液体或半固态物质,对油品有极强的着色能力,油品中的胶质燃烧易形成炭渣,引起机械磨损或堵塞，常温或受热氧化可转化成为沥青质，高温下甚至可生成不溶于油的焦炭状物质油焦质。沥青质：是指能溶于苯、三氯甲烷、二硫化碳而不溶于石油醚（低沸点烷烃）和乙醇的物质。沥青质是暗褐色或深黑色脆性的非晶形固体粉末，是石油中分子量最大、结构最复杂的组分，受热并不会熔融，温度高于300时全部转化为焦炭状物质和气体，与胶质在在石油中形成真溶液不同，它吸收溶剂膨胀，形成均匀的胶体溶液，部分呈悬浮状态。6、原油的火灾危险性 原油管道输送技术P210页6.1燃烧的三要素 经典的燃烧理论认为：物质燃烧必须同时具备三个条件，即：可燃物质、助燃物质和着火源。这三条也是人们常说的燃烧的三要素，三者结合是燃烧发生的基本条件，防止火灾就是避免三者的结合，而灭火的原理则是破坏三者的结合。 1可燃物质 无论是固体、液体、气体，凡是可以与氧或其它氧化剂起剧烈反应的物质，都属于可燃物质。可燃物是燃烧的主体，无可燃物，燃烧就无法进行。固体可燃物有：木材、木炭、油毡等。液体可燃物有：原油、汽油、煤油、酒精等。液体可燃物易流失，须谨防容器破裂，造成火灾的扩大和扑救的困难。气体可燃物有：油蒸气、乙炔气、煤气等。气体可燃物常常来无踪、去无影，不易被人发现。因此气体的燃烧或爆炸事故往往具有突然性，一旦事故发生后又难以阻止可燃物的继续蔓延燃烧。可燃物可以使燃烧发生，也是燃烧持续进行的必要条件，灭火应该首先撤除可燃物。 2助燃物质 助燃物质就是支持燃烧的物质，一般是指氧或氧化剂，这里主要指空气中的氧，简称空气氧。可燃物质燃烧及维持燃烧必须供给足够的空气氧。空气中正常含氧量约为21。当空气中的含氧量低于17，可使木材火熄灭；减少到1415时，可使汽油火熄灭，1418就可使一般物质火熄灭。目前大量的灭火剂以及灭火方法不少都是利用隔绝空气或降低空气中氧气的含量的办法实现窒熄灭火。 3着火源 把可燃物质的一部分或全部加热到发生燃烧所需的温度和热量的热源，叫着火源。各种可燃物质不同，着火时所需的热量和温度也各不相同。 常见着火源主要有如下几种：(1)明火如火柴、打火机火焰、油灯火、气焊火等（2）电气火花（3）撞击、摩擦产生的火花（4)静电火花。 (5)雷电火花。 (6)火星 烟囱冒出的火星、机械车辆排气管放出的火星等。 (7)炽热表面 工作着的电器、炽热排气管和发动机壳等的热源(不一定闪火)。 (8)化学反应热 如脏的油布、棉丝团堆积而形成的自燃等。 可燃物质燃烧时大都首先受热分解出可燃气体。石油及其产品特别是轻质石油产品，具有易蒸发的特点。lkg汽油大约可以蒸发为04m3的汽油蒸气，煤油和柴油在常温常压下蒸发慢一些，润滑油蒸发更慢。由于蒸发出来的油气相对密度比空气密度大，故常常在作业场所、储油场地及低洼处弥漫聚集，具有更大的火灾危险性。6.2爆炸极限和点火能 原油管道输送技术P211 （根据时间掌握讲课深度）1爆炸极限 可燃物、助燃物、点火源三者的同时存在是燃烧发生的基本条件，然而并非上述条件同时发生，燃烧就能形成。并非任何浓度的石油气和空气的混合物都能发生爆炸，只有油气在空气中的浓度在一定范围内，油气才能发生爆炸。能发生爆炸的这一浓度范围叫爆炸极限，对应于能发生爆炸的最低油气浓度叫爆炸下限，列应于能发生爆炸的最高油气浓度叫爆炸上限。油气浓度低于爆炸下限，油气不足，不能爆炸，油气浓度高于爆炸上限，氧气不足，也不能爆炸。2.最小点火能能够触发初始燃烧化学反应所需释放的最小引燃能量。6.3 石油火灾特点原油管道输送技术P213页1、 爆炸危险性大2、 火焰温度高、辐射热强3、 易形成大面积火灾4、 具有复燃、复爆性5、 会产生沸溢、喷溅现象（突沸） （重点讲解）6、 燃烧和爆炸交替进行7、 燃烧火焰起伏6.4油库分级油库主要储存可燃的原油和石油产品。大多数储存汽油、柴油等轻油料，有些库还储存润滑油、燃料油等重质油料。油库的储油容量越大、轻质油料越多、业务范围越广，其危险性就越大；一旦发生火灾或爆炸等事故，影响范围大，对企业和人民的生命财产造成的损失也大。因此从安全防火观点出发，根据油库总储油容量大小，分成若干等级并制订出与之相应的安全防火标准，以保证油库的建设者更加合理和长期安全运营。 国家标准石油库设计规范（GBJ24）根据油库储存油料总容量多少将油库分为四个等级，见表8-8。不同等级的油库安全防火要求有所不同。容量愈大，等级愈高，防火安全要求愈严格；油品的轻组分愈多，挥发性愈强，防火安全要求也愈严格。总库容5万立方米以上的油库为大型建设项目。 石油库的等级划分等级总容量/米3等级总容量/米3 一级50000至50000以上三级2500至10000以下 二级10000至50000以下四级500至2500以下 表中总容量系指石油库的公称容量和桶装油品设计存放量之总和，不包括不但任长期任务的辅助罐以及石油库自用油品储罐的容量。如石油库有加油站时，其油罐也不包括在总容量内。7消防技术7.1 火灾分类原油管道输送技术P216页A类火灾 固体物质火灾B类火灾 液体火灾和可熔化的固体物质火灾C类火灾 气体火灾D类火灾 金属火灾7.2 常用消防器材及消防原理1.常用消防器材（消防器材自己看书）2.消防原理1)水蒸气：冲淡着火区内氧含量。当空气中水蒸气达35时就能使火焰熄灭。不宜扑救露天处火灾。2)CO2:干冰能吸收热量，使火焰冷却，CO2能降低氧气含量，CO21215可使火焰熄灭3)CCL4:液体受热汽化，密度较空气重，约为空气的5倍。隔绝火焰与空气，窒息灭火。不导电，可灭电器火灾；不能与水蒸气同时使用，温度高于250时会与水蒸气发生分解反应，产生强烈窒息性毒气，灭火时应站在上风向，及时通风。4)化学泡沫：密度小（0.150.25），能浮于油面，使油火隔绝，阻止油气进入燃烧区。5)干粉：a.雾状干粉扑向火焰可降低氧含量，同时干粉颗粒减少了火焰对可燃物的热辐射，减少了可燃物的分解。b.干粉颗粒遇高温分解，生成二氧化碳和水蒸气等不可燃气体，有助于窒息灭火，其分解反应还吸收部分热量，对可燃物起到一定冷却作用。C.根据燃烧理论，燃烧的连锁反应主要是由于活性基H*与OH* 的存在，干粉可吸收大量活性基，抑制了燃烧连锁反应。6)卤代烷：由（F,Cl,Br,T,Ar）的化合物制成，卤化物接触高温火焰即分解成游离性卤化物，干扰活性基与氧反应，另一方面又与可燃物的活性基结合，切断了连锁反应，同时还具有冷却、窒息灭火的作用。7) INERGEN气体的特点INERGEN气体是目前世界上卤代烷最佳的替代产品。该气体有以下几个特点：1、INERGEN气体的成分是惰性气体，分别是：氮气52%、氩气40%、二氧化碳8%（体积比）。对大气环境没有任何污染。2、INERGEN气体对人体没有任何损坏。当保护区内发生火灾时该系统自动喷出INERGEN气体，使空气中足够支持燃烧的氧气迅速减少，CO2含量迅速增加，以达到扑灭火灾的目的。但保护区内的氧气可以维持人体最小的需要量，不会对人员造成伤害。3、INERGEN气体喷放时不产生腐蚀性分解物，不会导致电器设备表面产生静电积累，不会对敏感的电器设备造成任何影响。INERGEN气体自动灭火系统设置INERGEN气体自动灭火系统设置分二部分。1、自动探测、报警装置：保护区内装有离子感烟探测器和感温探测器；在控制室的活动地板下和吊顶内设缆式线型定温探测器。在气瓶间和控制室内设有控制箱、自动和手动报警装置。2、INERGEN气体灭火装置：该装置主要有装药剂的高压钢瓶及瓶头阀、区域分配阀、安全阀、单向阀、喷头和输送气体的无缝钢管。该系统工作原理：当保护区内二种探测器同时发出报警信号后，关闭保护区内门窗，延迟30sINERGEN气体自动喷出。备注：燃烧和爆炸连锁反应理论认为：燃烧和爆炸 现象，不是分子间直接作用的结果，而是先经外来能源（如热能、辐射能、电能、化学反应能等）的激发，使极少数气体分子键受到破坏产生了具备反应能力的活性分子才有可能发生反应，这些活性分子发生化学反应时，首先分裂为十分活泼而寿命很短的自由基，化学反应是靠这些自由基进行的。自由基与另一分子作用，作用的结果除了生成物之外还产生新的自由基，新的自由基又与其它气体分子碰撞而形成一系列连锁反应。但是自由基与杂质分子、容器壁碰撞可能化合成为非活性分子，就降低了连锁反应速度。7.3石油静电的产生与防护原油管道输送技术P228页（根据时间自行安排）1.静电产生的内因2.静电产生的外因3.静电放电爆炸事故产生的条件：1)要有产生静电的条件2)要有积聚静电的条件3)积聚的静电要有能产生火花放电的条件4)要存在爆炸性气体4.预防静电事故措施1）减少静电的产生：a.控制流速b.控制加油方式，防止喷溅装油c防止不同油品混合或油中含水或空气d.经过过滤器时，油品要有足够的漏电时间（缓驰时间，通常30s）2）加速静电泄放，防止或减少静电积聚a.接地b.添加抗静电剂c.设置静电消防器3)消除火花放电4)消除爆炸性气体（惰性气体覆盖或采用浮顶油罐等）7.4易燃、可燃液体防静电安全规定(摘要) 第一条 为减少静电危害，保证石油石化企业安全生产，特制订本规定。 第二条 本规定适用于石油石化企业对易燃、可燃液体的装卸、输送、调合、采样、检尺、测温及设备清洗等；易燃、可燃液体贮罐、铁路罐(槽)车、鹤管以及设备、管线等；防止人体带静电作业等。 本规定不适用于雷电及杂散电流的防护，固体、气体、粉尘的防静电。 第三条 要防止易燃、可燃液体的静电危害，必须消除静电引燃的条件。 1有静电电荷的产生； 2有足以产生引燃性放电的静电电荷的积聚； 3有合适的火花间隙，使积聚的电荷以引燃的火花形式放电； 4在火花间隙中必须有可燃性液体的蒸气一空气的混合物。 第四条 根据石油化工企业设计防火规范，对液化烃、可燃液体的火灾危险性分类列于表l中。表格 1 液态烃及易燃、可燃液体的火灾危险性分析类别名称特征甲A液化烃15时的蒸汽压力0.1MPa的烃类液体及其它类似液体B易燃液体甲A以外，闪点28乙A28 闪点 45B可燃液体45 闪点 120进入贮罐和槽车时甲、乙类易燃、可燃液体其电阻率不大于108欧姆米者不受本规定约束。第五条 甲、乙类液体进入贮罐和槽车时，初流速不得大于1m/s。当入口管浸没200mm后可提高流速，最高不得超过6m/s。甲、乙类液体含游离水、有机杂质以及两种以上油品混送时的初流速亦不得超过1m/s。甲、乙类液体经过添加抗静电剂，或有专门静电消除器与静电报警仪同时具备的，初流速可为6m/s。当液体输送管线上有过滤器时，甲、乙类液体输送自过滤器至装料之间应有30s的缓和时间。如满足不了，可配置缓和器或采取其它防静电措施。第八条 甲、乙类液体的检尺、测温、采样规定：1、液体进入贮罐，经过一定的静置时间（见下表），方可进行检尺、测温、采样等作业，但浮顶罐浮船（浮盘）已接触油面或装有检尺井的贮罐，不受其约束。电导率储油设备容积 m310-6111210-1210-623103010-1410-12456012010平均值的5%油样密度、含水差值超过以上指标，应从罐出口液面开始向上以1m间隔采取试样，分别测定。对于以上规定中的密度指标，可能是从油品质量角度出发而制定的，在我们实际生产原油交接计量中仍显得偏大，会造成较大得计量误差。具体得密度差值应控制在多大范围，应根据具体情况确定。二、原油析蜡点、凝固点析蜡点：原油在静止状态下，开始析出固体蜡的温度，称为该原油的析蜡点。不同的原油析蜡点也不相同，一般情况下，含蜡量高、蜡熔点高的原油，析蜡点也高。当原油温度低于析蜡点以后，原油中析出固体石蜡颗粒，温度继续降低时，蜡结晶数量增多，微小的晶粒互相联结，形成海绵状的空间网状结构，将液态原油包在其中，形成一团团凝胶，降低了原油的流动性。如果温度继续降低，网状结构相互联结，逐渐扩大，直至遍布全部原油。从而使原油完全丧失流动性，出现凝固现象，原油完全丧失了流动性时的温度，叫做原油的凝固点。凝固点：对于由复杂混合物组成的原油及油品，它们是没有固定的凝固点的，所谓原油凝固点，就是在规定的实验条件下冷却到液面不移动时的最高温度。对于油品凝固点的测定标准是GB510-83石油产品凝点测定法；原油凝点测定GB2536-88原油试验法法对GB510-83石油产品凝点测定法进行了补充；改性原油凝固点测定标准为SY/T0541原油凝点测定法。其中GB510-83石油产品凝点测定法与GB2536-88原油试验法的主要差别在于冷却时冷浴温度与预期凝点的差值，分别为8、10；SY/T0541-94原油凝点测定法则明确规定了油样冷却速率为0.51，且取样的试管应与油样的温度保持一致。现场取样测试时温度若低于装样温度，可直接装入试管以0.51的降温速率冷却至凝点，尽量维持原油的热历史，避免温度回升。通常,冷却速度过快会导致凝固点偏低,原因是析出蜡晶的速度赶不上温降速度,在蜡晶尚未形成足够强度前温度已降低很多。改性油凝点测定目前基本上执行SY/T0541，有论文管输改性原油凝点的测定（刘吉良）针对GB2536-88、SY/T0541、熔化法SY7516及直接冷却测定法的研究表明，测定方法的凝点测试结果与油品有关，但国标法明显不适合测定改性原油，现场在线测试可采用直接法，一般改性原油的室内实验测定可采用直接法和SY/T0541。凝固点的高低主要取决于原油的化学组成和含蜡量。一般含蜡量多的原油，其凝固点也高，即易凝。两种含蜡量相近的原油，则其它组分的含量，如胶质、沥青质的多少，也会影响凝固点。一般含沥青质多的原油其凝固点也高。原油中胶质、沥青质含量在一定浓度范围内，能明显地降低原油的凝点，但胶质浓度超过一定范围后，原油凝点又有所升高。其原因是在油-蜡-胶质沥青质的体系中，蜡分子之间具有范德华力，相互吸引，导致在较低温度下蜡分子定向排列，形成分子团，成为结晶中心，使原油开始成为两相体系，此时温度称为析蜡温度。当温度继续下降时，继续析出的蜡吸附在晶核上一层层长大，并与其它蜡结晶连接成大片蜡结晶，形成蜡的结晶骨架，使原油失去流动性。当原油中含有胶质、沥青质时，胶质的分子与蜡分子之间也具有相互吸引的范德华力，蜡分子与胶质分子中烷基链之间的作用力与蜡分子间引力相似，胶质分子中的烷基链也参加蜡分子的定向排列，而胶质分子的极性端却成为其它蜡分子接近该分子团参加定向排列的空间障碍，因而使蜡结晶的形状发生很大变化。由纯蜡的大片状结晶变为极细密的含有胶质的细结晶，后者不易形成结晶骨架，只有在进一步降低温度时，才能使原油失去流动性，这就是胶质能起降凝作用的原因。沥青质的作用与胶质相似。当胶质含量超过一定浓度后，在蜡分子团外层吸引了一层胶质分子，由于胶质分子极性部分对蜡结晶长大有抑制作用，使蜡分子无法继续吸引上去，但胶质分子的极性端却会吸引其它胶质的极性端，使结晶继续长大。此时胶质极性端朝向蜡结晶，非极性端朝外，这样有利于非极性蜡分子的继续结晶，使蜡结晶量增加。但这种结晶的蜡分子排列是不规则的，呈松散状，含油较多。温度进一步降低后，许多分子团可能长大连成空间网状结构骨架，当此结构延续布满整个容器后，原油就失去了流动性。这时的凝点略高于含胶质较少原油的凝点。3、凝固点分析的误差主要来源：采样方法有误，油样无代表性。做样标准选择的差异。油样预处理，尤其脱水、热处理过程未达到要求。国标考虑到加热对原油凝固点的影响，规定原油加热脱水后需经48小时才能测定凝点。做样操作不规范。主要有油样过多或过少；冷浴温度控制达不到要求；温度计深度不合适；等。与操作者有关的偶然误差。系统误差。仪器精度、操作方法自身不可避免的误差。以上各标准都规定了一定的误差范围：重复性误差：GB510-832；原油4 再现性误差：44、倾点：油品的倾点是在标准规定的条件下冷却时能够继续流动的最低温度。它比凝固点更能反映油品的低温性能，被规定作为国际标准方法。我国国标GB3535-83有详细的规定。5、在油温低于凝固点的情况下,管道内的油品为什么还会流动?油品是由多种碳、氢化合物的混合物，因此它的凝固点与纯净物的凝固点不同；纯净物的凝固点通常是指其转变为固态时的临界温度，同一种纯净物，其凝固点不存在差异；而油品这种混合物在凝固过程中，按自身凝固点及在油品中溶解度的高低，各种组分依次析出，是在一个较宽的温度范围内逐步由液体转变为界于液体与固体之间的凝胶体。（同种油品，也会因组分的细微差异导致凝固点的差异）。从测定方法上看，油品的凝固点是在静止状态下，油品在规定的时间内，在测定仪器中失去流动性的最低温度；而在流动状态下，由于管流剪切作用，率先析出的高凝点组分要形成网状结构且使流体失去流动性相对困难一些，故其凝固温度相对较低，因此，油品在管道中流动状态下，有可能在低于其凝固点的温度下保持流动。这也告诉我们，在处理管道初凝时，及时提高流速，也能延缓甚至防止凝管事故发生,另外,提高流速后输量提高,加温输送工艺下,油品输送温度升高,也有利于管道初凝的处理。三、原油粘度粘度是表示液体流动性的指标。流体分子作相对运动时，存在摩擦阻力，这种摩擦阻力一般用粘度表示。原油粘度直接影响管道