1、油气储运系统安全,第一节 油库消防技术,一、油库火灾和爆炸的原因 主观上：麻痹大意；不遵守规章；等等。客观上：明火、金属撞击火花、静电、雷电、电器设备过热故障、可燃物燃烧、库 外火源二、石油产品的易燃、易爆性的衡量判据 易燃性的衡量：闪点、燃点、自燃点 易爆危险性衡量：爆炸极限,1、燃烧,三、燃烧与灭火,(一)燃烧及燃烧过程,定义：同时伴有发光、发热的激烈的氧化反应。,2、燃烧的三要素（燃烧的必要条件）可燃物 三要素 助燃物 导致燃烧的能源（点火源）,3、燃烧过程,大多数可燃物质的燃烧是在蒸气或气体状态下进行的。,燃烧的过程可用下面的框图给出。,气体最容易燃烧，只要达到其本身氧化 分解所 需要2、的热量便能迅速燃烧，在极短的时间内全部烧光。,液体在火源作用下，首先蒸发，然后蒸气氧化分解，进行燃烧。,固体燃烧，如果是简单物质，如S、P等，受热时首先熔化，然后蒸发、燃烧，没有分解过程；如果是复杂物质，在受热时，首先分解生成气态或液态产物，然后气态或液态产物的蒸气着火燃烧。,几种燃烧形式：,按照燃烧反应相的不同分为：均相燃烧、非均相燃烧。可燃气体的燃烧形式：a）混合燃烧 b）扩散燃烧可燃液体、固体的燃烧形式：a）蒸发燃烧 b）分解燃烧 c）表面燃烧,4、燃烧机理简介,连锁反应认为：在空气中存在着游离态的原子、离子的具有一定能量的活性基因，或称活化基、活化中心。主要是原子氧、氢、氢氧化合物：O3、*、H*、OH*（*表示是活化基）,氢的燃烧，连锁反应可以写成下面几个步骤：,H*+O2O*+OH*O*+H2H*+OH*2(OH*+H2)2(H*+H2O),上面三个反应的总和相当于下面一个化学方程式,H*+3H2O22H2O+3H*,以上的反应过程称为连锁反应中的一个链。一个活化基参加一个链的反应可产生三个活化基，这三个活化基则可分别在下一个链中产生更多的活化基（分别产生三个），从而形成一种活化基增殖的反应链，整个燃烧 过程就得以加剧，持续下去。,氢在氧中的燃烧是最简单的燃烧之一，但是这个简单的燃烧例子明白地说明了活化基在燃烧过程中的重要作用。对于其他具有复杂分子结构的易燃物、可燃物，其燃4、烧过程可能不同，可能更复杂，但活化基仍起着与氢在氧中燃烧时类似的、相当重要的作用。,H*+3H2O22H2O+3H*,（二）爆炸及爆炸极限,1、爆炸的基本概念,定义：物质自一种状态迅速转变成另一种状态，并在瞬间放出大量能量，同时产生巨大声响的现象称为爆炸。,根据爆炸压力波传播速度，可将爆炸分为：,轻爆：传播速度：每秒几十厘米数米（数 十厘米数米/秒）,爆炸：传播速度每秒10米几百米（10米数百 米/秒）,爆轰：传播速度每秒1000m7000m（1000 7000m/s）,2、爆炸分类,由物理变化而引起的爆炸。物质因压力等状态发生突变而形成的爆炸现象称为物理性爆炸。物理性爆炸前后物质的性质及化学5、成分均不改变。,（1）物理性爆炸,（2）化学性爆炸,由于物质发生极迅速的化学反应，产生高温高压而引起的爆炸成为化学性爆炸。化学性爆炸前后物质的性质、成分均发生了根本的变化。,化学爆炸按爆炸时所产生的化学变换，可分为三类：,a、简单分解爆炸,这类爆炸在爆炸发生时，并不一定发生燃烧反应，爆炸所需的热量是由爆炸物质本身分解所产生的，如：叠氮铅、乙炔银等等，这类物质非常危险，有轻微振动即可引起爆炸。,PbN6 Pb+3N2 Ag2C2 2Ag+2C,b、复杂分解爆炸,这类爆炸发生时，伴有燃烧现象，燃烧所需的氧气由本身的分解反应供给。所有的炸药属此类爆炸。,c、爆炸性混合物爆炸,由可燃气体、蒸气及粉尘与6、空气混合形成的混合物的爆炸均属此类爆炸。这类爆炸需要一定的条件，例如：爆炸性物质的含量、含氧量、激发能源等等。同此，其危险性较前二类要低，但极普遍，造成的危害性也较大。,3、爆炸极限,可燃性气体与空气混合形成一种混合物，可燃气体、空气在混合物中各自占有一定的比例。该混合物是否能燃烧或爆炸的内因就在于可燃气体占据什么样的比例。,从机理上讲，爆炸性混合物爆炸属于混合燃烧的剧烈形式。,爆炸下限：可燃气体或蒸气与空气组成的 混合物能使火焰蔓延的最低浓 度，称为该气体或蒸气的爆炸 下限。,爆炸上限：可燃气体或蒸气与空气组成的 混合物能使火焰蔓延的最高浓 度，称为该气体或蒸气的爆炸 上限。,影响爆炸极限的7、因素：,a、原始温度；,b、原始压力；,c、含惰性介质量。,（三）灭火方法,（1）冷却法：降低燃烧物质的温度在燃点以下；减缓可燃气体产生的速度。,（2）窒息法；,（3）隔离法；,（4）化学中断法,四、灭火剂,目前主要的灭火剂有：水、砂、二氧化碳、四氯化碳、化学泡沫、空气泡沫、干粉和卤化物（卤代烷）。,油库中常用的有：水蒸气、化学泡沫、干粉、卤化物和空气泡沫。,卤代烷的命名：以C、F、Cl、Br溴、为顺序，分子式中原子个数取代号。,如：CF2ClBr，命名为“1211”灭火剂。CF2Br，命名为“1201”灭火剂。,五、油罐火灾的类型及特点,1、油罐火灾的类型,（1）稳定燃烧,轻质油品油罐在温度8、较高时，蒸发出大量的油蒸气，从呼吸阀、量油孔等处向外冒，遇火源时燃烧，形成所谓的火炬燃烧。,（2）爆炸燃烧,罐内蒸气浓度处于爆炸极限范围内，遇到火源会在罐内发生爆炸，造成罐体损坏，然后继续燃烧。这种情况可造成油品外溢，扩大火势。,（3）爆燃,常常发生在重质油品储罐。重质油品储存一定时间后，罐内油蒸气与空气的混合物浓度大于爆炸下限，遇火源会爆炸，爆炸后，由于油品蒸气的挥发速度跟不上燃烧需要的蒸气量，因此爆炸后不能继续燃烧。,（4）沸溢燃烧,通常发生在原油、重质油品。一定条件下，燃烧发生后，油品会溢出罐外，造成更大的火灾。,2、油罐火灾特点,（1）油品燃烧表面温度,油品在油罐内燃烧，放出大量的热，9、其中有一部分热量通过辐射传给油品表面，使油品表面温度逐渐升高。同时，油品的蒸发需要吸收大量汽化热，又有使油面温度下降的趋势，这种升温、降温的趋势达到平衡时，油面温度就基本稳定了。,轻油与重油相比，轻油燃烧表面温度低，重油燃烧表面温度高，这是轻油挥发性强，吸收的热量多。,如：燃烧表面温度 汽油 80；煤油 321326；原油 300；重油 300,（2）油品燃烧速度,燃烧速度表示单位时间内从油品表面烧掉的油品数量。,燃烧速度可用两种形式表示：,直线燃烧速度：单位时间内由于燃烧使油品表面下降的速度（cm/h，mm/min）；,重量燃烧速度：单位时间内从单位油品表面上所烧掉的油品重量（kg/m2 h10、）；,影响油品燃烧速度的因素有很多，主要有油品种类、油位高低、油品含水率、油罐开口面积、油罐直径等等。,（3）油罐内油品燃烧火焰的特征,火焰的高度,通常：,D6m，焰高H=1.5D,D6m，焰高H=23D,火焰的倾斜度,有关材料提供了这样的几个实验数据：无风条件下：倾角0 15 风速4m/s：倾角60 70,火焰倾角与风速的关系可以用下式表示：a=35.6w0.34式中：a 火焰倾角，；w 风速，m/s。,火焰温度,燃烧火焰温度主要取决于燃烧物的种类，一般石油产品的火焰温度在900 1200之间。火焰温度高，热辐射强度大，对邻近物的威胁也就越大。,油罐火灾的热辐射,油罐火灾的辐射热可按下式计算11、：,的确定：由受辐射点到油罐的边缘的 距离确定,试验总结：L/D3如：汽油 E=25000(L/D)-2 苯 E=27000(L/D)-2 乙烷 E=37000(L/D)-2,（4）油罐的破坏情况,油罐发生火灾，在一开始可能有爆炸，直接将罐破坏，也有的仅有燃烧，而无爆炸。燃烧使钢板、钢结构强度下降，发生变形，坍塌等破坏。,钢板的强度与其温度有关，（强度受温度的影响）钢材的温度到250左右时，强度最大，当温度超过300时，强度很快下降，温度达到500时，钢材的强度降低一半，750时强度减小90%以上。,一般情况下，钢材温度达到600时，就 失去了承载能力。,从火场实践得知，一般建筑起火5分钟内燃12、烧区可达500，起火10分钟内，燃烧去建筑构件的温度可达750。,对油品储罐，低液位着火，而无冷却水的情况下，着火后58分钟，油罐就会发生变形、破坏，油品可能流散出来，使火灾蔓延、扩大。,因此，油罐着火后，消防力量必须在5分钟之内做出反应，对着火罐实施扑救和冷却，同时，对邻近罐也要冷却。,油罐破坏情况：罐顶破坏，75%；罐壁、底破坏，4%；无破坏，21%。,（5）热波与沸腾溢流,热波,石油及石油产品是多组分的烃类化合物，各组分的沸点是不一样的，油品燃烧时，油层表面的轻质馏分将首先蒸发燃烧掉，而重质馏分蒸发较慢，温度上升。由于重组分的浓度较大，所以到一定时候，这些重组分就会因自重而下沉，从而使油13、层逐层地往深部加热的现象，称为热波现象。热油与冷油的分界面称为热波面。,简言之，宽馏分油品储罐火灾中，高温 热油层随重组分向下传播的现象称为热波现象。,沸溢及喷溅,当下移的热波面温度达到或超过了水的沸点，而该热波与油品中的浮化水或悬浮水相遇，或者是热波面到达罐底的水垫层时，水就被汽化，由于水汽化时体积迅速扩大为原来的千倍以上，大量的蒸汽上浮，并强烈的搅拌，形成油包汽的气泡。,汽化继续进行，体积不断扩大，这样外面的包有油品薄膜的气泡溢出罐外，从而将油品携带出罐外，造成油品的扩散，使火灾扩大，称此现象为沸溢。,如果产生气泡的速度和气泡量很大，比如，悬浮水的颗粒较大，或热波达到水垫层，水的大量、迅速14、的汽化，使得油品被蒸汽抬起，冲入大气，发生喷发现象，使油滴、油气泡被抛出罐外，这种现象我们称之为喷溅。,原油罐火灾沸溢,黄岛油库平面图,一般情况下，所说的沸腾溢流包括沸溢和喷溅现象。,产生沸腾溢流的条件,a、油品的热波必须具有足够高的温度；,b、油品具有移动热波特性；,c、油品具有足够的粘度。,沸溢的预测,a、示温法（热敏漆）；,b、观测法（观测现象）；,c、计算法。,计算热波发生的时间：H 水垫层以上油层厚度，m；V1 油品燃烧速度，m/h；V2 油品的热波速度，m/h；VR热波速度，m/h。VR=30 110cm/h t 从发生火灾到开始喷溅的时间，h；,六、低倍数空气泡沫灭火系统设计（一15、）泡沫的制备泡沫液 泡沫混合液 空气泡沫空气机械泡沫，泡沫液：水=6:94（3:97）,加水,在比例混合器及泵中,加空气,（二）泡沫的灭火机理,1、隔离与窒息作用；,2、降低油温、减少油品的蒸发；,3、冲淡可燃气体，减轻火势。,关于泡沫的性能指标：,a、有良好的稳定性和抗烧性；,b、具有良好的流动性；,c、具有适当的发泡倍数。,发泡倍数是泡沫体积与产生该泡沫的泡沫混合液体体积的比值,n=泡沫体积/泡沫混合液体积,低倍数泡沫：发泡倍数68倍为好；,中倍数泡沫：发泡倍数6070倍为好；,高倍数泡沫：发泡倍数5001000倍为好；,液下喷射灭火，采用的泡沫液24倍。,（三）液上喷射空气泡沫灭火系统,16、根据灭火用泡沫导入方式，分为液上喷射和液下喷射两大类。,按照灭火设备布置情况，分为固定式、半固定式和移动式三种灭火系统。,1、灭火系统的组成,固定式，所有的设备均固定。主要设备：泡沫液泵、比例混合器、泡沫产生器、泡沫液储罐、混合液管道和蓄水池。,半固定式，主要设备：泡沫产生器（固定）比例混合器、泡沫液储罐、水罐，等（移动、消防车）,移动式，主要设备：消火栓、泡沫车、水龙带、移动式泡沫管架（钩管架）。,2、泡沫灭火设备,（1）泡沫比例混合器,有两种类型：负压比例混合器和压力比例混合器。,A、负压比例混合器,我国目前生产的负压比例混合器有两种型号PH32、PH64。,符号意义：,PH泡沫(P)，混17、合器(H)第一个汉字的声母；,32、64 最大混合液输出量L/s,混合器所要求的进口压力：610512105Pa。,适用流程：负压空气泡沫比例混合器，必须使用环泵式流程。,B、压力比例混合器型号目前有：PHY16、PHY32。,Y表示压力（拼音）；,16、32最大混合液输出量L/s。,这两种比例混合器进口压力要求：6105 12105Pa。,（2）泡沫产生器,用于固定式、半固定式泡沫灭火系统中,型号：立式：PS型 横式：PC型,泡沫产生器入口压力不得低于5105 Pa，PS型、PC型为了保证正常的发泡倍数，在 泡沫产生器入口处压力必须满足其设计要求。,（3）消火栓、水枪、水龙带、泡沫钩管、泡沫18、管架。,第二节 油库防雷,一、雷电的一般知识简介,雷电是自然界中极为壮观的声、光、电现象，它给人类的生产、生活带来很大的影响。雷电引起的森林火灾可能启发了远古人类对火的发现和利用，雷电造成有机化合物的合成可能在地球生命起源中占有一定的地位。然而，雷电对人类的威胁也是不容忽视的。,在现代生活中，雷电仍然对人畜的生命安全有所威胁，对航空、通讯、电力、建筑、石油、化工等国防和国民经济许多部门都有重大的影响。因此，雷电现象的物理机制极其防护问题一直为人们所关注。,（一）雷电的形成,1、重力分离起电机制；,2、对流起电机制。,（二）雷的种类,1、线状雷；（发生在云、地之间）,2、片状雷；（发生在云、云之19、间）,3、球雷。,二、雷电的危害,主要表现：,1、直接危害,2、间接危害,（1）电效应；,（2）热效应；,（3）机械效应。,（1）雷电反击；,（2）静电效应；,（3）电磁感应。,三、避雷针的设计,避雷针分为独立避雷针和附设避雷针；独立避雷针是离开建筑物单独装设的，附设避雷针不是单独存在的。,（一）避雷针的结构,1、接闪器：是直接接受雷击的金属构件。,2、引下线：是避雷针的中间一段，上接接闪器，下接接地体；作用是将雷电流自接闪器引入接地装置。,3、接地体：是埋设在地下用来向大地放雷电流的金属构件。通常避雷针必须装设接地体，以使整个避雷针对地电压不至过高。,（1）垂直接地体,（2）水平接地体,（320、）复合接地体,（二）避雷针的保护原理,雷云放电，前进的方向是向着空气越容易被击穿的方向，即电场强度最大的方向发展。因为场强越大，空气越容易被击穿。避雷针正是利用了这一特性进行保护的。,作为避雷针的设计者，我们所需要做的，我们所能做的就是根据被保护范围的大小，确定适当的避雷针的高度和避雷针的布置。因而我们首先要知道避雷针的保护范围该如何计算。,（二）避雷针的保护范围,1、单支避雷针的保护范围,单支避雷针的保护范围是一个以避雷针为旋转轴，边界线为双曲线的旋转体。其保护范围为：,在地面上的保护半径：,任意高度水平面上的保护半径：,式中：h 避雷针高度，m；hx 被保护物的高度，m；rx高度在hx 处21、保护半径，m；p高度影响系数，h30m，p=1，30mh120m，；ha避雷针的有效高度，m。,hx,ha,h,rx,r0,简单算法：当 时，,2、双支等高避雷针的保护范围 由两支高度一样的避雷针联合保护构成的保护范围，我们称为双支等高避雷针的保护范围。,b,b,rx,rx,hx,a,h,ha,高度hx水平截面,h0,3、双支不等高避雷针的保护范围,A,B,A,a,a,4、三支或多支避雷针的保护范围 三支或多支避雷针保护全部面积所需要的条件为：D8 hap式中：D 三支避雷针所组成的三角形外接圆 的直径或多边形最长的对角线。,（四）接地电阻的计算 1、垂直接地体接地电阻 R土壤的电阻率，；L 22、接地体的长度，m；d 接地体的直径或当量直径，m；,t地面到接地体中部的深度，m。适合条件：Ld和4tL。2、水平接地体接地电阻 式中：d水平接地体直径或等效直径，m；K水平接地体形状系数。,3、复合接地体接地电阻式中：Rf 复合接地体的接地电阻，；R 单根垂直（水平）接地体的接 地电阻，；n 单根垂直（水平）接地体的根数，根；复合接地体的屏蔽系数，一般=0.8。,通常设计计算中，当单根接地体的接地电阻R10 时，应考虑用适当数量的单根接地体组成复合接地体，使 Rf 10。可反算出（向上圆整）,四、油罐防雷措施,（一）地面金属固定顶油罐,我国的石油库设计规范规定：,顶板厚度4mm，不设避雷针；23、,顶板厚度4mm，设避雷针。,（二）浮顶罐,按石油库设计规范规定，浮顶罐可以不设避雷针，罐体做良好的接地，并且浮顶与罐体之间用两根截面积不小于25mm2的软铜线作电气连接。,（三）非金属罐,应装设独立避雷针。油罐的金属附件和外露金属件做电气连接并接地，为了防止电磁感应、静电感应的破坏，在罐顶铺设金属网并接地，金属网采用直径不小于8mm的圆钢做不大于6m6m的网格。,（四）覆土罐,凡覆土厚度在0.5m以上者，可不设避雷装置。,第三节 石油静电与防护,一、静电简史,二、液体介质静电的产生与积累,（一）液体带电的双电层理论,+,-,25,1、双电层的一般模型,紧密层（吸附层）,+,+,+,+,+,+24、,a、液体与固体（气体、不相容的液体）接触，形成双电层；,2、液体带静电的成因,b、接触两相的相对运动，两者带有极 性相反的电荷。,接触、分离,（二）油品带电的几种情况,1、油品管路流动起电；,2、水滴、杂质在油品中沉降起电；,3、油品飞溅起电；,4、喷射起电。,三、影响静电产生和积累的因素,（一）介质电阻率的影响,（1）当电阻率k处于10101012 范围时，油品放电次数最多，即k处于处于10101012 范围时，最易积累静电；,（2）k109 或k1013 时，静电放电次数很少，即k109 或k1013 时，不易积累静电。,注：电阻率k的单位为：,影响电阻率k的因素：,1、油品所含杂质的影25、响；,2、介电常数对电阻率的影响；,3、液体粘滞性对电阻率的影响；,4、混合溶质对电阻率的影响。,（二）管线材质及管壁粗糙度的影响,管壁粗糙度对静电产生也有影响，相粗糙度大，接触面积大，冲刷、分离电荷的机会多，冲流电流较大。,液体带电主要是双电层的电荷分离，不同材质使液体中产生的双电层是不一样的，因此产生的电流也不同。,（三）管路中的设备、附件的影响,油品在管线中流动时，若通过泵、过滤器、阀、弯头等等设施时，油品带电量会急剧增大。,（四）流态的影响,通常是紊流状态下流动电流比层流大。,四、静电放电和引爆,（一）静电放电类型,1、电晕放电；,2、火花放电；,3、刷形放电。,危险程度由大到小是火花26、放电刷形放电电晕放电。,（二）放电能量,两金属带电体间放电能量为：,W=CU 2/2=QU/2,C 两金属组成的电容器的电容，F；,U 两带电体间的电位差，V；,Q 带电体的带电量，C。,非金属的带电体间的放电由于不能一次泄放全部电荷，放电能量比上式计算的小。,（三）影响静电放电的因素,3、气体状态；,2、电极形状和极性的影响；,1、电场均匀程度的影响；,4、电压作用时间。,（四）静电引爆,2、静电能积累到放电程度；,4、放电空间里有处于爆炸范围之内 的可燃气体。,1、静电产生的来源；,静电放电引起爆炸和火灾事故的四个必要条件：,3、静电放电能量达到爆炸性混合物 最小引燃能量；,五、防止静电事27、故的措施,（一）减少静电产生,1、控制流速,我们知道管线中流动电流（冲击电流）,经验公式有：,2、控制加油方式,加油时宜从底部注入，采用上装时，鹤管要插入罐底。,3、防止油品相混或油品中含有空气和水分,注意不要用压缩空气调和油品 和扫线。,4、油品经过过滤器后，要有足够的漏电 时间,（二）增强电荷的流散,1、接地与跨接；,2、加抗静电剂；,3、设置静电消除器；,4、设置静电缓和器。,（三）消除危险放电,最危险的是火花放电。对于油罐来说，接地只能消除罐外壁的电荷，内壁仍然有与油品荷性相反的电荷，仍有可能与油面放电。为此，,1、装油前清理油罐中的杂质、可漂浮导体、罐体上的突起物；,2、取样要在量油管内进行，罐中尽量减少金属附加物；,3、测量、量油在进行30分钟后进行。,（四）消除爆炸性混合气体,1、泵房等加强通风；,2、控制油品操作温度；,3、惰性气体覆盖油面。,