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油品特性,燃点,闪电,自燃点等


一、油品的特性 1.1 油品的易燃性 石油产品具有易燃性,其燃烧速度非常快,在 4.5m 直径的油罐的油面上引火,2~3s 火焰 即可覆盖全部油面。 石油产品的易燃性取决于本身的烃类结构, 但如果向烃类中取出某种元素, 其燃烧特性就会 显著地改变,这就是说,石油产品的易燃性受分子结构中原子取代的影响。例如,当甲烷中 两个氢原子被两个氯原子所取代,它仍是一种易燃物质,当三个氢原子被

氯原子取代时,生 成氯仿,侧是不可燃物,所有四个氢原子全部为氯原子所替代生成四氯化碳,则是一种灭火 剂。 由于油料中的烃类含有可燃性的碳较多,蒸气密度较大,这就决定了它的易燃性。衡量油料 的指标有闪点、燃点和自燃点。 1.1.1 油品的闪点 1.1.1.1 闪点的定义 石油产品在规定条件下, 加热到它的蒸气与空气形成混合气体, 接触火焰发生闪火时的最低 温度称为闪点。闪火是一种一闪即灭的燃烧。因为在闪点温度下,油品蒸发速度较慢,油蒸 气很快烧完,新的油蒸气来不及与空气形成混合气体,于是燃烧就熄灭。闪点是有火灾危险 的最低温度。 1.1.1.2 闪点的意义 闪点是判定油品火灾危险性的重要依据。闪点越低,火灾危险性越大。例如:煤油的闪点是 40 ,除南方夏季外,在室温(一般为 15~25 )情况下,与明火接近不能立即燃烧,火焰或火 星的暂时作用不能引燃, 因为这个温度比它的闪点低, 蒸发出来的油蒸气量很少, 不能闪火, 更不能燃烧;只有将煤油加热到 40 ,才能闪燃,继续加热到燃点温度时,才会燃烧。这就 是说,低于闪点温度时,在液面上就不会形成油蒸气与空气的可燃混合气体,因此,遇到火 种的瞬时作用,就不会燃烧。着火的危险只有在闪点的温度以上才会出现。 在消防工作上,闪点是可燃液体分类的原则和依据。按油品闪点不同,油品分类分类分级, 如表 1-1-1 所示。 表 1-1-1 石油库储存油品的火灾危险性分类

类别 甲 乙 A

油品闪点 Ft/ Ft 28 28 丙

类别 A B

油品闪点 Ft/ 60

B

45

在油库的一切作业中,必须按油品的可燃、易燃物分类等级确定在储存、运输、使用和管理 等方面采取不同的防火与灭火措施,以防止火灾的发生或减少火灾的危险程度。 1.1.2 油品的燃点和自燃点 1.1.2.1 燃点的定义 石油产品在规定条件下,加热到它的蒸气能被接触的火焰引燃并燃烧不少于 5s 时的最低温 度称为燃点。油品的燃点高于其闪点,受引火源能量和环境因素影响较大,闪点越低,燃点 和闪点越接近。易燃油品的燃点约高于闪点 1~5 。如汽油的闪点低于 0 ,闪点和燃点相差 仅 1 左右,而闪点高于 100 以上的可燃液体,燃点与闪点相差达 30 或更高。 1.1.2.2 自燃点的定义 油品受热一定程度时, 没有与火源接触能自行发生持续燃烧的最低温度称为该油品的自燃点。 油品可以根据自燃点的分组情况, 决定各种电器设备适用何种爆炸混合物环境, 对于非电类 设备,为了确定允许温升,当器具的壁温不超过所在物质自燃点温度的 80%时,可以认为 此壁温度是安全的。油品的自燃点越低,火灾危险性越大。 油品的自燃点变化规律同闪点相反, 受容器内压力、 油品蒸气浓度和催化剂等因素影响较大, 受压愈大,自燃点愈低。当油品蒸气浓度达到完全燃烧时,自燃点最低,如果再升高和降低 油品蒸气浓度,自燃点反而升高。活性催化剂存在,油品自燃点降低。钝性催化剂的存在, 如四乙基铅,油品的自燃点就升高。油品馏分越轻,芳香烃含量越多,则自燃点越高。油品 馏分越重,烷烃含量越多,则自燃点越低。以油品自燃点来衡量,重质油品比轻质油品的火 灾危险性更大。油品的闪点、燃点及自燃点一般的范围见表 1-1-2 所示 表 1-1-2 常用油品的闪点、和自燃点

油品名称 车用汽油 喷气燃料 灯用煤油 -35#柴油 轻柴油 船舶用燃料油 汽油机油 20#航空润滑油 柴油机油 汽轮机润滑油 齿轮油 变压器油 酒 精

闪点 -50~10 28 40

燃点

80 200~225 200~230 185~1955 170~180 135~140 12

一般比闪点高 1~20

一般比闪点高

自燃点 390~530 278 290~430 300~330 500~600 - - - - - - - 510

石油苯 乙 醚
1.2 油品的易燃性和易爆性

-12 -41

1~20

660~720 193

石油产品是多种碳氢化合物的混全物, 其中的轻组分很容易从液态变为气态逸入大气, 这种 性质称为蒸发性。常温常压下 1Kg 汽油大约可以蒸发为 0.4m3 的汽油蒸气,煤油和柴油在 常温下蒸发得慢一些,润滑油蒸发得更慢。 正是由于油品具有易蒸发性, 油中的轻组分容易挥发到大气中, 据第四届国际石油会仪报导, 在美国, 从井场炼制加工观察到成品销售的全过程中, 油品损耗量约占原油产量的 3%。 1975 年,原苏联石油化学工业部所属企业的调查表明,炼厂中的油品损耗量约占原油加工量的 2.47%,其中纯损耗的 70%是由于原油罐、调合罐和成品油罐的蒸发损耗。1985 年,我国 对 18 个省、 市、 自治区的商业油库的 29 个油罐进行了为期 1 年的静止储存蒸发损耗测试。 同时,还对罐间输转、铁路油罐车、汽车油罐车和油轮的装、卸、途中,以及灌桶等产品流 通的各个环节的蒸发损耗进行了测试和现场模拟测试,其结果是:在北纬 30~42 地区(即 华北、华中、华东的大部分地区)一个年周转系数为 8 的的油库,公在从铁路油罐车卸车 入库到汽车罐车装车出库的过程中,年平均汽油蒸发损耗率为 0.56%。据日本资源能源厅 的一份调查报告称,向汽车油罐车装油时,平均每装 1m3 汽油,损耗 0.89kg;加油站地下 油罐接收汽车油罐来油时,平均每接收 1m3 汽油,损耗 1.08kg,加油站向汽车油罐内灌装 汽油时,平均每灌装 1m3 汽油,损耗 1.44kg. 油品蒸发性的大小,常用饱和蒸气压和馏分来表示,一般来说,饱和蒸气压大和馏分低的油 料容易挥发,且挥发出来的油蒸气能迅速与空混合,形成可燃气体,由于蒸发出来的油气密 度较大,一般是空气的 1.59~4 倍,其油蒸气常常在作业场所或弥漫,任意飘散或在低洼处 积聚,如接触火源就会立即引起燃烧或爆炸。 1.2.2 油品的易燃性 石油产品在着火过程中, 容器内气体空间的油蒸气浓度是随着燃烧状况而不断变化的, 因此, 燃烧和爆炸也往往是相互转变交替进行的。 当空气中油蒸气恰好达到爆炸极限时,一旦接触火源,则混合气就先爆炸后燃烧,即从爆炸 转为燃烧,当空气中石油蒸气超过了爆炸极限时,石油蒸气不能继续补充,与火源接触就先 燃烧,待石油蒸气下降达到爆炸极限时,随即会发生爆炸,即从燃烧转变为爆炸。但是,如 果石油蒸气能够不断地补充,就创造了继续燃烧的条件,这时燃烧不能转变为爆炸。 石油产品的爆炸极限除用油品气体浓度表示外, 也可以用油品的温度来表示, 因为液体的蒸 气浓度是在一定的温度下形成的。因此,液体的爆炸浓度极限就体现着一定的温度极限,我 们把能形成与爆炸极限相应蒸气浓度的温度叫做爆炸温度。 爆炸温度极有上限和下限。 所谓 爆炸温度下限, 是指液体同于蒸发而形成最低的爆炸蒸气浓度时的温度。 所谓爆炸温度上限

是指液体内部蒸发而生成最高的爆炸蒸气浓度时的温度, 对部分石油产品的爆炸温度极限列 表于表 1-2-1 中。 表 1-2-1 几种主要油料蒸气爆炸温度极限

品名 下限 车汽 航汽 灯用煤油 -38 -34 40

爆炸温度极限/ 上限 -8 -4 86

爆炸温度的下限与爆炸温度上限的范围愈大,发生爆炸的机会也就愈多。从表 1-2-1 可 以看出, 汽油罐在冬天比夏天爆炸的危险性大, 因为汽油爆炸温度上限为-8 , 下限为-38 , 这个爆炸温度范围在冬天是时常出现的。在夏天时,因气温高出爆炸上限很多,油蒸气在空 气中的含量超过爆炸浓度。因而,易发生燃烧,而不易发生爆炸。 1.3 油品的带电性 1.3.1 油品的导电性油品及其蒸气都是绝缘体,电阻率一般在 1012 ﹒cm 左右。几种液体电 导率表 1-3-1 所示 表 1-3-1 几种液体电导率

液体名称 电导率(S/m) 轻质馏分 10 原油
-10

液体名称 蒸馏水 高纯度净化烃

电导率(S/m) 10 10
-4

~10

-14

10 7~10



-9

-15

常用油品及其他部分常用物品的电阻率,见表 1-3-2 所示 表 1-3-2 常用油品及部分材料的电阻率

物品名称 电阻率/Ω﹒m 物品名称 电阻率/Ω﹒m 汽油 煤油 柴油 2.5×1011 7.3×1012 1.3×1012 木材 尼龙布 纸 2.5×108 109~1010 103~108

航空煤油

2.1×1012

羊毛

107~109

绝缘矿物油 1011~1017 丙烯纤维 108~1010 石油醚 苯 8.4×1012 天然橡胶 聚乙烯 2×1013 4.5×1013

2.5×1011 1.3.2 导电性差的危害

当收发、装卸和输转油品的过程中,油品与管线、泵、容器等壁面以及油流与空气相互摩擦 或撞击均能使油品带有静电荷,由于油品的导电性很差,产生的静电不易导走,极易形成积 聚。当静电积聚到一定程度时,就有可能引起静电放电。如果静电放电产生的电火花能量达 到或大于油品蒸气的最小点火能量时, 就会立即引起燃烧和爆炸。 汽油的最低点火能量虽为 0.1~0.2mJ,而油料在装卸、灌装、泵送等作业过程中,由于流动、喷射、过滤、冲击等 缘故所产生的静电电场强度和油面电位,往往能高达 20~30KV。 油品集聚静电荷量的多少与下列因素有关。 (1)油品带电与输油管内壁粗糙程度成正比。即油管内壁愈粗糙,油品带电愈多。 (2)空气的相对湿度(大气中所含水蒸气量)愈大,产生静电荷愈少。 (3)油品在管内流动速度愈快,流动时间愈长,产生的静电荷就愈多。 (4) 油品温度愈高, 产生静电荷愈多, 但是柴油的特性相反, 温度愈低, 产生的静电愈多。 (5)油品中含有杂质,或油与水混合泵送,或不同的油品相混合时,静电荷显著增加。 (6)油品所通过的过滤器愈密,产生的静电荷愈多。 (7)油品所流经的阀门、弯头等愈多,产生的静电荷愈多。 (8)用绝缘材料制成的容器和油管(如帆布管、塑料桶等)比用导电的金属制成的容器、 油管产生的静电荷多。 (9)导电率低的油品比导电率高的油品产生静电荷多。 1.4 油品的毒性 1.4.1 油品的毒性 毒物是指某些进入人体内以后, 积累达到一定的量和人体组织发生化学的或物理化学的变化, 破坏人体的正常性功能, 以致某些器官和组织发生暂时性或永久性的病理状态, 甚至危及生 命的物质。毒物的含义是相对的,物质只有在特殊条件下作用于人体才有具有毒性。如食盐 附着在鼻粘膜上,往往引起鼻粘膜溃疡,甚至鼻中膈穿孔;有些治疗药物,用时超过极限量 时,也可使人体中毒。毒物中毒的发生,通常与毒物本身的性质、侵入体内的途径、数量、 接触时间及毒物和人体相互作用的各种因素有关。因此,在分析毒物毒性的影响时,需要考 虑到各种相关的条件。 在生产过程中所使用或产生的毒物称为工业毒物。 工业毒物有溶解度、 挥发度和分散度等理 化特性。这些理化特性与毒物的吸收及其毒性有关。毒物在液体中的溶解度合愈大,则愈易

被吸收,其毒性也就愈大;毒物的挥发性和分散度愈大,其中毒的危险性就愈大。在实际生 产中,毒物常以液体、气体、蒸气、烟雾或粉尘的形式污染环境,从而对人体产生毒害。 1.4.2 毒物的分类 毒物的分类方法较多, 按照毒物的半致死量的大小, 由高到低, 可将毒物分成五级, 即剧毒、 高毒、中等毒、低毒、微毒。详见表 1-4-1 所列 表 1-4-1 工业毒物分类

分类依据

分类 刺激性 窒息性

物例 汽油 油蒸气 汽油、重油蒸气 润滑油 润滑油

分类依据

分类 剧毒 高毒

物例 四乙基铅 含铅汽油 H2S 油气 润滑油 一般油品

致毒作用

麻醉性 腐蚀性 致敏性

毒物毒性 等级

中等毒 低毒 微毒

1.4.3 油品的毒性 石油产品及其蒸气都具有毒性, 一般属于刺激性、 麻醉型或腐蚀型的低毒或中等毒性的物质。 特殊情况下,具有较高毒性,石油产品为改善性能,常在油品中添加一些含有毒性的物质, 虽然含量芦苇小,但毒性较大。如汽油中添加四乙基铅、溴乙烷、二氯乙烷。油库作业中, 人体防护不可能全封闭, 不可避免地接触到油品, 吸入油蒸气, 会引起急慢性中毒及职业病。 四乙基铅能溶解于脂肪及类脂体内, 其毒性作用主要是使人体含类脂体最丰富的中枢神经系 统的机能产生障碍。另外,还能引起溶血,使红血球和白血球减少,引起贫血。四乙基铅中 毒后的症状, 随人体内含铅量、 每次吸铅数量、 排铅能力和人体健康水平的不同而有所差异。 汽油为麻醉性毒物,急性吸入后,有毛发沉在舌头上的感觉,大部分可从上呼吸道排出,小 部分在肝脏被氧化, 与葡萄醛酸结合可经肾脏排出。 其主要作用是使中枢神经系统机能率乱。 低浓度可引起条件反射改变,高浓度可造成呼吸中枢麻庳。汽油对脂肪代谢有特殊影响,可 引起神经细胞内脂质失去平衡,血中脂肪含量出现波动,胆固醇和磷脂发生改变。 含硫油品的毒性主要是硫化氢使人中毒, 其表现往往是全身性的。 硫化氢与人体内部某些酶 发生作用,影响细胞进化过程,造成缺氧,产生内窒息。人的中枢神经对缺氧十分敏感。硫 化氢对人还有局部刺激作用,接触到湿润的粘膜之后,分解成硫化钠。 1.5 油品的易沸性和膨胀性 1.5.1 油品的易沸腾突溢性

储存重油品的油船着火后,有时会引起油品的沸腾突溢,燃烧的油品大理外溢,甚至从罐中 猛烈地喷出,形成巨大的火柱,可高达 70~80m,火柱顺风向喷射距离可达 120m 左右, 这种现象通常称为“突溢”。燃烧油罐一旦发生突溢,不仅造成扑救人员的伤亡,而且由于火 场上辐射热大量增加,容易直接蔓延燃烧邻近的油罐,扩大灾情。 重质油品着火所以会发生沸腾突溢现象,这是因为: (1)辐射热的作用。油罐发生火灾时,辐射热在向周围扩散的同时,也在加热液面,并随 着加热时间的增长,被加热液层也愈来愈厚,当温度不断升高,油品被加热到沸点时,燃烧 着的油品就沸腾突溢喷射出油罐外。 (2)热波作用。石油产品是多种碳氢化合物的混合物,在油品燃烧时,首先是处在表面的 轻馏分被烧掉,而留下的是重质馏分则逐步下沉,并把热量带到下面,从而使油品逐层地往 深加热, 这种现象称为热波。 热油与冷油的分界面称为热波面, 在热波面处油温可达到 149~ 316 ,辐射和热波往往是同时作用的,因而能使油品很快达到它的沸点温度,而发生沸腾和 外溢。 (3)水蒸气的作用。如果油品不纯,油中含水或油层中包裹着游离状态的水分,当热波面 与油中悬浮水滴相遇或达到水垫层高度时,水被加热汽化,形成气泡。水滴蒸发成水蒸气后 体积膨胀 1700 倍,以很大的气压急剧地冲向液面,把着火的油品带上高空,形成巨大的火 柱。 由此可见,决不能因重质油的闪点高,着火燃烧危险性较小,而放松对防火的警惕性。 并非所有的油品都会产生沸腾突溢,只有在下列条件同时存在,才会发生。 1 油品具有热波的性质。通常仅在具有宽沸点范围的油品,如原油、重质油等,存在明显的 热波。而汽油由于它的沸点范围较窄,各组分间的密度相差不大,只能在距液面约 6~9cm 处存在一个固定热波面,即热波界面的推移速度与燃烧速度相等,故不会产生沸腾突溢。 2 油品中含有乳化或悬浮状的水,或在油层下有水垫层。 3 油品有足够的粘度,能在蒸汽气泡周围形成油品薄膜。 油罐着火后,突溢的时间取决于罐中储存油品的数量、含水量以及着火时间的长短。也可以 根据罐中油位的高度、 水垫层高度以及热波传播速度和燃烧直线速度进行估算, 以便采取有 效的防护措施,一般油罐出现剧烈振荡并发生强烈嘶哑声音时,即是突溢的预兆。火场指挥 者掌握特征,就能果断地抢先一步做出正确的决定。 1.5.2 油品的热膨胀性 石油产品的体积是随着温度的增高面呈膨胀的, 如汽油通常每增加 37.8 , 其体积膨胀 6%, 体积膨胀的同时,蒸气压增高。所以储存汽油的密封油桶如果靠近高温或日光曝晒,受热膨 胀,桶内压力增加,会造成容器的膨胀,另一方面,当容器内加入热油冷却时,又会造成漏

油现象。在火灾现场附近和油桶受到火焰辐射的高热,如不及时冷却,可能因膨胀爆裂增大 火势,扩大灾害范围。 1.6 油品的热值和热波速率、密度和蒸气压 1.6.1 油品的热值 热值是指单位质量或单位体积的可燃物质在完全燃烧时所释放出的热量。 可燃物质在燃烧时产生的热值大小、火焰高低、燃烧速度快慢、爆炸时所能达到的最高温度 和最大压力等都与该可燃物的热值有关。 热值越高, 燃烧时产生的热量越大, 燃烧温度越高, 燃烧速度也越快,其所能达到的最高温度和最高压力也就越大。 热值是通过氧弹法测定的。 其方法是将一定量的可燃物放在充有压缩氧气的密闭氧弹中燃烧, 燃烧中产生的热量经弹壁传至量热计中的水,使水温升高,根据水的重量、比热及其温度升 高程度, 计算出单位燃料完全燃烧时所释放出的热量。 油品燃烧的热值见表 1-6-1 所示。 由表中数值可知,轻质油品的热值都比重质油品的大,所以一旦发生燃烧,其产生的热量也 很大,比重质油品更具有危险性。 表 1-6-1 常用油品的热值

油名

最大燃烧值(kJ/kg)

油名

最大燃烧值(kJ/kg) ~46.055×103

原油 41.036×103~46.055×103 煤油

重油 39.356×103~41.036×103 汽油 42.543×103~47.102×103 重柴油 轻柴油 ~41.868×103 ~41.868×103 焦油 29.307×103~37.681×103 沥青 ~37.681×103

1.6.2 热波速率 所谓油品的热波速率是指油品燃烧时在单位时间内油层中高温区形成的深度称为热波速率。 原油和重油燃烧时,因火焰辐射热作用,使液面以下的油品被加热而形成高温区,通过介质 对流,逐渐对下层冷油加热,其热量向油层深度方向传递的特性称为热波特性。 原油和重油燃烧时,由于热辐射作用,加速了燃烧液面的油品轻馏分蒸发,随着轻馏分的不 断汽化,油品的燃烧速度越来越慢,蒸发汽化吸收的热量减少,使燃烧产生的热能大部分消 耗于加热液体,随着热量的积聚,加快液体深度方向的热量传递,同时随着轻馏分的减少, 重馏分含量比例增高,油品粘度增大,促使油品上下对流进一步加速热量的传递,这种热波 特性是造成非均质油品储罐发生沸溢事故的内在原因。

影响热波速率的主要因素是油品的含水量、雷德蒸气压、油罐直径和油品液位高度。当油品 含水量小于 4%时,含水量越大,热波速率越大;当油品含水量大于 4%时,就可能不发生 燃烧或形成不稳定燃烧。重油和原油的热波速率见表 1-6-2。 表 1-6-2 油品和原油的热波速率

油品名称 含水 0.3%以下 轻质原油 含水 0.3%以下 含水 0.3%以下 重质原油和燃料油 含水 0.3%以下 拨顶原油 煤油 汽油 1.6.3 油品的密度

热波速率(cm/h) 37~40 43~127 43~127 7.5~75 25~35 0 0

燃尽速率(cm/h) 10~46 10~46 7.5~13 7.5~13 15~25 12.5~20 15~30

单位体积物质的质量称为该物质的密度。油品的密度小于水,它受油品组分、环境温度的影 响比较大。典型油品的密度范围如表 1-6-3 所示。 表 1-6-3 几种油品的密度范围

油品 车用汽油 航空汽油 灯用煤油

密度 20(g/cm) 0.710~0.730 0.730~0.845 0.820~0.840

油品 轻柴油 内燃机油 汽轮机油

密度 20(g/cm) 0.800~0.830 0.880~0.900 0.870~0.890

蒸气密度一般以相对密度表示, 是指气体或液体的蒸气质量相对于某种其他气体的质量, 可 用等体积的两种气体质量之比, 或一种气体的密度与另一种气体的密度在相同压力和温度下 的比值表示。 一般以空气作为参照气体。 如干燥空气的密度为 1.29kg/m3,油品蒸气的密度一 般是空气的 1.1~5.9 倍,所以,油蒸气同空气混合后,混合所体有集中于接近地面处或较 低地势的趋势,高刻度的易燃蒸气往往会构成严重的火灾危险,影响作业场所的环境卫生。 由于油气密度比空气大, 所以油品发生燃烧时, 用于灭火的气体密度要大于油气密度, 否则, 覆盖在火焰止,遮住或冲释可燃气体的作用就小。

1.6.4 油品的蒸气压 蒸发是液体最常见的气化现象。气化方式有两种,一种是发生在液体表面,可以在任意温度 下产生;这种汽化就是所谓的蒸发,如油罐中汽油转化为罐内气体空间的油气。另一种汽化 是只能在液体达到一定沸点温度时才会产生, 这种汽化称沸腾。 沸腾是比蒸发激烈得多的汽 化现象。 蒸发的实质是液体分子克服表面层中其他分子的引力逸出液面成为气态分子。 而气态分子有 可能受到液体表面层分子的吸引,重新回到液体表面,在气液分界面上,这两种现象是同时 存在的。当液体表面逸出的分子数于回到液面的分子数时,液体表现为蒸发;反之,则表现 为凝结。蒸发和凝结过程是可逆的,最后将因蒸发和凝结速度相等而达到动态平衡的蒸气, 蒸气压力称为在某温度下的饱和蒸气压。 不同性质的液体,在同一温度下的饱和蒸气压大,就易挥发,也就是在其他外界条件相同的 情况下其蒸发速度快。同一液体,液体自由面越大,温度越高,蒸发就越快;液面上蒸气浓 度和压强越高,则蒸发就越慢。 蒸气压的测定是在雷德式饱和蒸气压测定器中进行的。 在密闭容器内, 被测液体的体积与空 气体积的比是 1:4,容器内的温度准确地保持在 37.8 ,这时确定的蒸气最大压力称为雷德 饱和蒸气压。


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