石油化工企业防火与防爆基础知识

主要内容1.引言1中国石油现状1.产品具有易燃易爆、毒害性、腐蚀性等特点；2.生产装置大型化；3.工艺过程连续化且多在高温高压条件下生产；4.中国石油业务范围遍布全国各地和海内外，从石油勘探开发、炼油化工生产，到油气储运、油品销售，还涉及工程施工、建筑安装、电力、海运、铁路、公路运输等众多行业，平安工作难度大、任务重。油气田

油井井下压力最高达到69MPa，气井井下压力最高达到120MPa，井下温度最高达到140℃，气田H2S含量最高达到250g/m3。油气勘探开发风险加大中国石油现状炼化规模不断扩大单套常减压装置最大达到1000万t/a；

单套加氢裂化装置达到360万t/a；

单套连续重整装置达到220万t/a；

单套重油催化装置达到350万t/a；

液化气球罐单罐最大储量达到8000m3。炼化

单套乙烯装置最大规模达到100万t/a；

单套合成氨装置最大规模达到60万t/a；

单套高压聚乙烯装置最大规模达到30万t/a，操作压力达到350MPa；

单套丙烯氰装置最大规模达到8.5万t/a。中国石油现状管道

原油、天然气及成品油长输管道已成为油气输送的“主动脉”，最高压力达到10MPa以上，原油罐单罐最大容量达到10万m3，大量油气长输管线横跨不同地区，治安环境和地理环境复杂。油气管道快速增长中国石油现状

油库单库储量最大达到16万m3，加油站单站年销售量最高达到3.6万吨。销售

成品油库、加油站遍布全国各地中国石油现状平安与经济开展的关系有关科研机构依据世界银行关于经济开展水平的划分标准，选择四类、27个国家为样本，进行了较为全面系统的研究。通过研究发现平安生产状况与经济社会开展水平之间，呈现非对称抛物线函数关系：在农业经济为主时期和工业化初期，生产伤亡事故较少；随着工业化进程的加快，事故也呈快速上升趋势；进入工业化后期阶段，事故开始大幅度下降，平安状况明显好转。美国、德国等工业化国家的平安生产，大致上都经历了这样一个周期。平安与经济开展的关系平安生产周期研究说明，GDP人均1千-3千美元这个区间，是生产平安事故的“易发期〞。一方面，经济持续快速开展，经济增长方式没有根本转变，能源原材料需求大幅度上升，工业产品的产量和交通运输的规模急剧扩大；另一方面，科技和生产力开展水平仍然较低，平安生产根底比较薄弱；农村、农业人口向城市和工业转移，而企业和政府的培训教育又相对滞后；加之平安法治不健全、企业平安生产责任主体不到位，政府平安监管机制不完善等多方面原因，可能导致伤亡事故的发生。中石油已发生的重特大事故2002年，“2.23〞爆炸事故2003年，“12.23〞井喷事故2005年，“11.13〞爆炸事故2.燃烧与爆炸根底1燃烧－燃料与氧化剂〔两种组分〕在空间剧烈地发生放热化学反响的过程；它本质上是一种特殊的氧化复原反响。爆炸－在本质还是可燃物的燃烧，不同的是由于化学反响的速度极快，放出大量的热使燃烧产物和周围空气体积急剧膨胀，对周围建筑物产生很大的破坏作用，同时伴有巨大的声响。爆炸的威力取决于能量的释放速率。

以液化气罐为例！！！爆炸的分类按爆炸产生原因和性质:物理爆炸化学爆炸核爆炸按爆炸物质:凝聚态爆炸气体爆炸液体爆炸粉尘爆炸按爆炸地点:地面爆炸空中爆炸燃料液体汽油,煤油，柴油，丙酮,乙醚,戊烷，石脑油固体聚烯烃,木粉,纤维,金属粉，硫化亚铁气体乙炔,丙烷,CO,氢气，合成气氧化剂液体硝酸,高氯酸,过氧化氢气体O2,Cl2固体金属过氧化物,硝酸铵AIR(OXYGEN)FUELIGNITIONSOURCE2.2

燃烧(爆炸)形成的三要素

燃烧的三个条件同时具备燃烧就一定能发生吗?2.2

燃烧(爆炸)形成的三要素2.3燃烧〔爆炸〕形成的充要条件第二节典型物质的自燃2.5典型物质的自燃2(C2H5)3Al+21O2→12CO2+15H2O+Al2O3+Q2(C2H5)2AlCl+14O2→8CO2+2HCl+9H2O+Al2O3+Q

(C2H5)3Al+3H2O→Al(OH)3+3C2H6↑+Q

(C2H5)2AlCl+3H2O→Al(OH)3+HCl+3C2H6↑+Q第二节典型物质的自燃2.5典型物质的自燃〔1〕烷基铝自燃－防治方法第二节典型物质的自燃2.5典型物质的自燃〔2〕硫化铁自燃铁的硫化物主要包括二硫化铁FeS2，硫化亚铁FeS，三硫化二铁Fe2S3。硫化铁接触空气自燃的原因是氧化发热。Fe2S3+1.5O2=Fe2O3+3S+QFeS2+O2=FeS+SO2+QFeS+1.5O2=FeO+SO2+Q2FeO+0.5O2=Fe2O3+Q2SO2+O2=2SO3+QFeO+SO3=FeSO4+QFe2O3+3SO3=Fe2〔SO4〕3+Q第二节典型物质的自燃2.5典型物质的自燃〔2〕硫化铁自燃－防治方法采用脱硫剂去除油品物料中的硫及硫化物；在金属壁面上涂刷防腐漆；用水蒸汽或机械水冲洗器壁上产生的硫化铁，并将冲洗下来的硫化铁用土掩埋；一、易自燃的化合物与单质〔3〕丁二烯系统过氧化物自燃2.5典型物质的自燃丁二烯与系统中的氧生成黄色的丁二烯过氧化物；丁二烯过氧化自聚物是不稳定的，会缓慢分解放出氧，生成聚丁二烯或丙烯醛和甲醛。当受到撞击或加热时，会急剧分解而爆炸；丁二烯过氧化自聚物在上述的分解过程中产生自由基引发丁二烯聚合。分解放出的氧又能使聚丁二烯链上双键旁边的亚甲基过氧化形成端基聚合物的活性种子，然后按游离基历程增长，最后生成硬的米花状聚合物—端基聚合物。聚合放出大量的热，热量的累计会导致过氧化自聚物急剧分解爆炸。聚合物体积迅速增长会造成阻塞甚至胀坏设备。一、易自燃的化合物与单质〔3〕丁二烯系统过氧化物自燃－防治方法2.5典型物质的自燃尽可能除去体系中的氧使用有效的阻聚剂在泵吸入管上设置过滤器消除已生成的过氧化自聚物不断改进设备，管道等不合理结构，防止死角和静止点020406080100未知其他电静电焊接/切割金属/其他物质侵入过热/自发热摩擦/机械运动35静电荷通常是在不同物质相互运动时产生的〔接触和隔离〕，其机理是由不同物质相互摩擦而产生的电子转移所造成。由于物质的运动是化工过程的主要局部，例如粉体流动、液体流动等，因此静电的产生往往很难防止。3839放电能量的大小取决于积聚电荷的物质。需要引起注意的是设备、人、粉体塑料和液体。+或者溶剂=爆炸!粉体在存在易燃物质的情况下，静电荷积聚到击穿〔放电〕的程度便会产生危害，即：40有几种不同类型的静电放电，它们的来源和能量不同。

放电类型来源能量电晕放电尖端<0.1mJ刷形放电塑料制品<

3.6mJ火花放电导体人体>5000mJ<30mJ锥形放电散状粉体10–100mJ传播型刷形放电金属底座塑料>1000mJ41250-1000mJ10-30mJ1-4mJ0.5-2mJ0.15-6mJ42来自于导体的静电是最容易被控制和/或消除的。对于导电材料〔金属设备或者物料本身〕来说，简单的原那么就是确保直接接地或者与其他接地的导体相连接。只有在未接地的时候，导体才会积聚电荷。当接地电阻小于108

时就不会积聚静电荷。4310kV(10,000V)4445导电型液体〔电解质〕和其他任何导体一样都应该接地。通常与接地插头或容器的接地阀门相连接即可到达接地的目的，或者仅仅与金属管道或容器相连即可。非导电型液体〔非电解质〕在流动状态下很容易积聚静电荷。降低液体流速可以减少静电的积聚。然而，这点不容易做到。因此，通常更适宜的方法是防止含有这些物质的可燃条件的形成。464748一、限制和防止静电的产生采用导电材料减少摩擦阻力限制静电产生的烃类油料等在管道中的最大流速

三、控制环境危险程度取代易燃介质降低爆炸性混合物的浓度减少氧化剂含量四、增湿五、采用抗静电添加剂六、采用静电中和器3.气体燃烧与爆炸153爆炸极限燃烧的极限氧浓度自燃温度最小点火能点火敏感度如何?操作条件对这些性质的影响物质的可燃性如何?3.1气体燃烧相关因素O%100%爆炸威力爆炸下限爆炸上限燃烧可燃范围在该浓度范围内，发生火焰传播可燃物含量太少可燃物太多而氧化剂太少气体在某个特定浓度范围内是可燃〔爆〕的；爆炸极限通常用关于氧化剂的体积百分数来表示〔v/v%〕；不同物质的爆炸极限不同；543.2可燃气体爆炸极限

物质LEL(%v/v)UEL(%v/v)甲烷515乙烷312.4丙烷2.19.5丁烷1.88.4戊烷1.47.8

氨气1528乙烯2.736氢475环氧乙烷3100爆炸极限范围变化比较大该物质的爆炸极限范围很窄该物质的爆炸极限范围很宽，几乎在任一浓度下均可发生爆炸

553.2可燃气体爆炸极限

3.2可燃气体爆炸极限－影响因素1、初始温度对甲烷爆炸极限的影响3.2可燃气体爆炸极限－影响因素通常情况下，初始压力增加可使爆炸范围增大。当压力下降到某一数值时，其上限和下限重合，出现一个临界值；假设压力再下降，系统便成为不爆不燃。因此，在密闭容器内进行负压操作对平安生产是有利的。2、初始压力对甲烷爆炸极限的影响

3.2可燃气体爆炸极限－影响因素爆炸的临界压力：在某温度下，使爆炸上限与爆炸下限重合的压力。甲烷在减压下的爆炸极限3.2可燃气体爆炸极限－影响因素①可燃气存在爆炸下限，是由于可燃物浓度太低、氧过量，所以氧含量增加对爆炸下限的影响不大；②可燃气存在爆炸上限是由于氧含量缺乏，所以增加氧含量可使爆炸上限提高。如，甲烷在空气中爆炸极限为5.3%～14%，在纯氧气中的为5.1%～61%。3.2可燃气体爆炸极限－影响因素3、氧含量对甲烷爆炸极限的影响

可燃气在空气与在氧气中的爆炸极限3.2可燃气体爆炸极限－影响因素4、惰性气体含量对爆炸下限的影响可燃混合气体中参加惰性气体,可以使混合气中的氧含量降低,导致混合气爆炸上限降低。当惰性气含量增加到一定程度时，可以使爆炸范围为零。惰性气体含量增加对甲烷爆炸上限的影响比对下限的影响大。3.2可燃气体爆炸极限－影响因素3.2可燃气体爆炸极限－影响因素3.2可燃气体爆炸极限－影响因素点燃此处压力升高到0.8MPa容器内的压力可达到6.4MPa653.4蒸气云爆炸Flixborough,3.4蒸气云爆炸3.4蒸气云爆炸3.4蒸气云爆炸蒸气云爆炸的条件重大事故回忆爆炸事故案例4.液体燃烧与爆炸1可燃性液体可燃性蒸汽可燃性混合气蒸发或分解混合氧化剂着火热能热能74闪点可燃极限燃烧的极限氧浓度自燃温度最小点火能其他信息操作条件对这些性质的影响点火敏感度如何?爆炸的效应，等等在公开文献中获得的信息物质的可燃性如何?4.2液体燃烧相关因素4.3闪燃与闪点2、闪点：在规定的试验条件下，可燃液体外表上能产生间燃时，可燃液体的最低温度。4.4可燃特性

爆炸上限爆炸下限闪点浓度温度自燃温度流体状态(出离范围)自燃范围可燃范围蒸汽压一、原油燃烧时热量在液层中的传播特点1、热波：沸程较宽的混合液体在燃烧时，热量逐渐向液体深层传播时热的锋面。2、热波特性：原油和重质石油产品在燃烧时热量在油层中不断传播，使油品的被加热层不断增厚的特性。在下降过程中温度逐渐升高〔150oC－315oC〕热波下降速度大于液体的燃烧速度3、热波的破坏作用使油品中水大量蒸发，发生沸溢和喷溅。4.5原油和重质石油产品燃烧时的沸溢和喷溅

热波传播速度与直线燃烧速度的比较油品种类热波传播速度(mm/min)直线燃烧速度(mm/min)轻质油品含水<0.3%7-151.7-7.5含水>0.3%7.5-201.7-7.5重质燃油及燃料油含水<0.3%-81.3-2.2含水>0.3%3-201.3-2.3初馏分（原油轻馏分）4.2-5.82.5-4.24.5原油和重质石油产品燃烧时的沸溢和喷溅

二、影响油品燃烧的影响因素1、油品的组成轻组分越多，蒸发气化越快，燃烧越猛烈；轻组分越多，粘性小，重组分沉降速度越大，热波传播速度越大。第五节原油和重质石油产品燃烧时的沸溢和喷溅

4.5原油和重质石油产品燃烧时的沸溢和喷溅

第五节原油和重质石油产品燃烧时的沸溢和喷溅

4.5原油和重质石油产品燃烧时的沸溢和喷溅

第五节原油和重质石油产品燃烧时的沸溢和喷溅

4.5原油和重质石油产品燃烧时的沸溢和喷溅

D/mH/mH/D22.335.011.565.411.452.120.38-0.441.33.25第五节原油和重质石油产品燃烧时的沸溢和喷溅

4.5原油和重质石油产品燃烧时的沸溢和喷溅

第五节原油和重质石油产品燃烧时的沸溢和喷溅

4.5原油和重质石油产品燃烧时的沸溢和喷溅

三、重质油品的沸溢1、沸溢：热波在油品中传播时，乳化水或自由水蒸发，形成大量油包气气泡，最后发生向外溢出的现象。2、沸溢的发生条件：〔1〕原油具有形成热波的特性；〔2〕原油中含有乳化水或自由水；〔3〕原油的粘度较大。第五节原油和重质石油产品燃烧时的沸溢和喷溅

4.5原油和重质石油产品燃烧时的沸溢和喷溅

第五节原油和重质石油产品燃烧时的沸溢和喷溅

三、重质油品的沸溢4.5原油和重质石油产品燃烧时的沸溢和喷溅

第五节原油和重质石油产品燃烧时的沸溢和喷溅

4.5原油和重质石油产品燃烧时的沸溢和喷溅

四、重质油品的喷溅3、喷溅发生时间喷溅发生的时间与油层厚度、热波移动速度以及油的燃烧线速度有关。可近似用下式表示。第五节原油和重质石油产品燃烧时的沸溢和喷溅

其中：τ－喷溅发生时间；H－储灌液面高度；h－水垫层厚度;V0－燃烧速度；Vt－热波传播速度。4.5原油和重质石油产品燃烧时的沸溢和喷溅

四、重质油品的喷溅第五节原油和重质石油产品燃烧时的沸溢和喷溅

4.5原油和重质石油产品燃烧时的沸溢和喷溅

四、重质油品的沸溢和喷溅1、减少油品中的含水量；2、减小油品的粘度；3、设置冷却系统降温。第五节原油和重质石油产品燃烧时的沸溢和喷溅

4.5原油和重质石油产品燃烧时的沸溢和喷溅

五、沸溢和喷溅的预防措施904.6事故案例地理情况HOSL东部+HOSL西部=9公顷产品数量(l)Motorspirits31,375,502Gasoil5,596,709Diesel16,252,902Kerosene4,993,552Avtur12,474,460Additives343,718Marker55,300TOTAL71,092,143全局图－厂区建于1968年BundATks910-912-915Volume3x5,000m³unleadedpetrolBundBTkVol.(m³)Product9115,213Unl.petrol9133,143Ultralowsulphurdiesel9145,2169161,387BundATks4-5-6-12Volume4x18,000m³kerosineBundDTkVol.(m³)Product9012,183Spirit9022,917Leadedrepla-cementpetrol9032,3629041,3289052,317Unl.Petrol93554Marker90915Spare工厂布局泄漏可能的开始地点事故发生过程事故现场~40m事故后果对邻近厂区的大范围破坏FujibuildingNorthgateBuildingMaylands工业地产有620家厂商，16500名员工:全部工厂停工20家工厂倒闭，500人失业雇用3500人的60家厂商重建至少300间房屋被损坏教训5.固体燃烧与爆炸1固体可燃物分为天然物质和人工合成物质与液、气体相比，固体可燃物个体差异较大可燃性固体可燃性混合气溶融混合氧化剂着火热能热能升华裂解热分解蒸发可燃性液体可燃性气体炭素固体燃烧类型1.蒸发燃烧〔轻金属和易升华固体〕2.外表燃烧〔焦碳、重金属〕3.分解燃烧〔木材、煤〕4.阴燃〔香烟、锯末等〕5.爆炸〔粉尘爆炸、炸药爆炸〕5.2固体燃烧类型与特点熔点、闪点和燃点热分解温度自燃点比外表积氧指数是在规定条件下，试样在氧、氮混合气流中，维持平稳燃烧所需的最低氧气浓度，以氧所占体积百分数表示。氧指数高表示材料不易燃烧，氧指数低表示材料容易燃烧，一般认为氧指数＜22属于易燃材料，氧指数在22～27之间属可燃材料，氧指数＞27属难燃材料。一、粉尘的特性5.4粉尘爆炸二、粉尘爆炸的条件5.4粉尘爆炸塑料粉尘聚丙烯聚乙烯粮食粉尘咖啡粉玉米粉亚麻粉金属粉尘钛粉铝粉镁粉其他粉尘煤粉硫磺很难对可燃极限进行准确定义，因为粉尘飞散后会飘落下来，其浓度会经历一定范围的变化。粉尘通常表现出较低的可燃极限(20-50g/m3),这是一个相当密集的粉尘云。通过均匀浓度的煤粉尘云(40g/m3)几乎很难看到25W的灯泡。25W1m1055.4粉尘爆炸-可燃极限1065.4粉尘爆炸-MIE1075.4粉尘爆炸-MIE三、粉尘爆炸的过程5.4粉尘爆炸四、粉尘爆炸的特点5.4粉尘爆炸与气体爆炸比较，粉尘爆炸特点：〔a〕粉尘爆炸