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1、油氣儲運系統安全,第一節 油庫消防技術,一、油庫火災和爆炸的原因 主觀上：麻痹大意；不遵守規章；等等。客觀上：明火、金屬撞擊火花、靜電、雷電、電器設備過熱故障、可燃物燃燒、庫 外火源二、石油產品的易燃、易爆性的衡量判據 易燃性的衡量：閃點、燃點、自燃點 易爆危險性衡量：爆炸極限,1、燃燒,三、燃燒與滅火,(一)燃燒及燃燒過程,定義：同時伴有發光、發熱的激烈的氧化反應。,2、燃燒的三要素（燃燒的必要條件）可燃物 三要素 助燃物 導致燃燒的能源（點火源）,3、燃燒過程,大多數可燃物質的燃燒是在蒸氣或氣體狀態下進行的。,燃燒的過程可用下面的框圖給出。,氣體最容易燃燒，只要達到其本身氧化 分解所 需要2、的熱量便能迅速燃燒，在極短的時間內全部燒光。,液體在火源作用下，首先蒸發，然后蒸氣氧化分解，進行燃燒。,固體燃燒，如果是簡單物質，如S、P等，受熱時首先熔化，然后蒸發、燃燒，沒有分解過程；如果是復雜物質，在受熱時，首先分解生成氣態或液態產物，然后氣態或液態產物的蒸氣著火燃燒。,幾種燃燒形式：,按照燃燒反應相的不同分為：均相燃燒、非均相燃燒。可燃氣體的燃燒形式：a）混合燃燒 b）擴散燃燒可燃液體、固體的燃燒形式：a）蒸發燃燒 b）分解燃燒 c）表面燃燒,4、燃燒機理簡介,連鎖反應認為：在空氣中存在著游離態的原子、離子的具有一定能量的活性基因，或稱活化基、活化中心。主要是原子氧、氫、氫氧化合物：O3、*、H*、OH*（*表示是活化基）,氫的燃燒，連鎖反應可以寫成下面幾個步驟：,H*+O2O*+OH*O*+H2H*+OH*2(OH*+H2)2(H*+H2O),上面三個反應的總和相當于下面一個化學方程式,H*+3H2O22H2O+3H*,以上的反應過程稱為連鎖反應中的一個鏈。一個活化基參加一個鏈的反應可產生三個活化基，這三個活化基則可分別在下一個鏈中產生更多的活化基（分別產生三個），從而形成一種活化基增殖的反應鏈，整個燃燒 過程就得以加劇，持續下去。,氫在氧中的燃燒是最簡單的燃燒之一，但是這個簡單的燃燒例子明白地說明了活化基在燃燒過程中的重要作用。對于其他具有復雜分子結構的易燃物、可燃物，其燃4、燒過程可能不同，可能更復雜，但活化基仍起著與氫在氧中燃燒時類似的、相當重要的作用。,H*+3H2O22H2O+3H*,（二）爆炸及爆炸極限,1、爆炸的基本概念,定義：物質自一種狀態迅速轉變成另一種狀態，并在瞬間放出大量能量，同時產生巨大聲響的現象稱為爆炸。,根據爆炸壓力波傳播速度，可將爆炸分為：,輕爆：傳播速度：每秒幾十厘米數米（數 十厘米數米/秒）,爆炸：傳播速度每秒10米幾百米（10米數百 米/秒）,爆轟：傳播速度每秒1000m7000m（1000 7000m/s）,2、爆炸分類,由物理變化而引起的爆炸。物質因壓力等狀態發生突變而形成的爆炸現象稱為物理性爆炸。物理性爆炸前后物質的性質及化學5、成分均不改變。,（1）物理性爆炸,（2）化學性爆炸,由于物質發生極迅速的化學反應，產生高溫高壓而引起的爆炸成為化學性爆炸。化學性爆炸前后物質的性質、成分均發生了根本的變化。,化學爆炸按爆炸時所產生的化學變換，可分為三類：,a、簡單分解爆炸,這類爆炸在爆炸發生時，并不一定發生燃燒反應，爆炸所需的熱量是由爆炸物質本身分解所產生的，如：疊氮鉛、乙炔銀等等，這類物質非常危險，有輕微振動即可引起爆炸。,PbN6 Pb+3N2 Ag2C2 2Ag+2C,b、復雜分解爆炸,這類爆炸發生時，伴有燃燒現象，燃燒所需的氧氣由本身的分解反應供給。所有的炸藥屬此類爆炸。,c、爆炸性混合物爆炸,由可燃氣體、蒸氣及粉塵與6、空氣混合形成的混合物的爆炸均屬此類爆炸。這類爆炸需要一定的條件，例如：爆炸性物質的含量、含氧量、激發能源等等。同此，其危險性較前二類要低，但極普遍，造成的危害性也較大。,3、爆炸極限,可燃性氣體與空氣混合形成一種混合物，可燃氣體、空氣在混合物中各自占有一定的比例。該混合物是否能燃燒或爆炸的內因就在于可燃氣體占據什么樣的比例。,從機理上講，爆炸性混合物爆炸屬于混合燃燒的劇烈形式。,爆炸下限：可燃氣體或蒸氣與空氣組成的 混合物能使火焰蔓延的最低濃 度，稱為該氣體或蒸氣的爆炸 下限。,爆炸上限：可燃氣體或蒸氣與空氣組成的 混合物能使火焰蔓延的最高濃 度，稱為該氣體或蒸氣的爆炸 上限。,影響爆炸極限的7、因素：,a、原始溫度；,b、原始壓力；,c、含惰性介質量。,（三）滅火方法,（1）冷卻法：降低燃燒物質的溫度在燃點以下；減緩可燃氣體產生的速度。,（2）窒息法；,（3）隔離法；,（4）化學中斷法,四、滅火劑,目前主要的滅火劑有：水、砂、二氧化碳、四氯化碳、化學泡沫、空氣泡沫、干粉和鹵化物（鹵代烷）。,油庫中常用的有：水蒸氣、化學泡沫、干粉、鹵化物和空氣泡沫。,鹵代烷的命名：以C、F、Cl、Br溴、為順序，分子式中原子個數取代號。,如：CF2ClBr，命名為“1211”滅火劑。CF2Br，命名為“1201”滅火劑。,五、油罐火災的類型及特點,1、油罐火災的類型,（1）穩定燃燒,輕質油品油罐在溫度8、較高時，蒸發出大量的油蒸氣，從呼吸閥、量油孔等處向外冒，遇火源時燃燒，形成所謂的火炬燃燒。,（2）爆炸燃燒,罐內蒸氣濃度處于爆炸極限范圍內，遇到火源會在罐內發生爆炸，造成罐體損壞，然后繼續燃燒。這種情況可造成油品外溢，擴大火勢。,（3）爆燃,常常發生在重質油品儲罐。重質油品儲存一定時間后，罐內油蒸氣與空氣的混合物濃度大于爆炸下限，遇火源會爆炸，爆炸后，由于油品蒸氣的揮發速度跟不上燃燒需要的蒸氣量，因此爆炸后不能繼續燃燒。,（4）沸溢燃燒,通常發生在原油、重質油品。一定條件下，燃燒發生后，油品會溢出罐外，造成更大的火災。,2、油罐火災特點,（1）油品燃燒表面溫度,油品在油罐內燃燒，放出大量的熱，9、其中有一部分熱量通過輻射傳給油品表面，使油品表面溫度逐漸升高。同時，油品的蒸發需要吸收大量汽化熱，又有使油面溫度下降的趨勢，這種升溫、降溫的趨勢達到平衡時，油面溫度就基本穩定了。,輕油與重油相比，輕油燃燒表面溫度低，重油燃燒表面溫度高，這是輕油揮發性強，吸收的熱量多。,如：燃燒表面溫度 汽油 80；煤油 321326；原油 300；重油 300,（2）油品燃燒速度,燃燒速度表示單位時間內從油品表面燒掉的油品數量。,燃燒速度可用兩種形式表示：,直線燃燒速度：單位時間內由于燃燒使油品表面下降的速度（cm/h，mm/min）；,重量燃燒速度：單位時間內從單位油品表面上所燒掉的油品重量（kg/m2 h10、）；,影響油品燃燒速度的因素有很多，主要有油品種類、油位高低、油品含水率、油罐開口面積、油罐直徑等等。,（3）油罐內油品燃燒火焰的特征,火焰的高度,通常：,D6m，焰高H=1.5D,D6m，焰高H=23D,火焰的傾斜度,有關材料提供了這樣的幾個實驗數據：無風條件下：傾角0 15 風速4m/s：傾角60 70,火焰傾角與風速的關系可以用下式表示：a=35.6w0.34式中：a 火焰傾角，；w 風速，m/s。,火焰溫度,燃燒火焰溫度主要取決于燃燒物的種類，一般石油產品的火焰溫度在900 1200之間。火焰溫度高，熱輻射強度大，對鄰近物的威脅也就越大。,油罐火災的熱輻射,油罐火災的輻射熱可按下式計算11、：,的確定：由受輻射點到油罐的邊緣的 距離確定,試驗總結：L/D3如：汽油 E=25000(L/D)-2 苯 E=27000(L/D)-2 乙烷 E=37000(L/D)-2,（4）油罐的破壞情況,油罐發生火災，在一開始可能有爆炸，直接將罐破壞，也有的僅有燃燒，而無爆炸。燃燒使鋼板、鋼結構強度下降，發生變形，坍塌等破壞。,鋼板的強度與其溫度有關，（強度受溫度的影響）鋼材的溫度到250左右時，強度最大，當溫度超過300時，強度很快下降，溫度達到500時，鋼材的強度降低一半，750時強度減小90%以上。,一般情況下，鋼材溫度達到600時，就 失去了承載能力。,從火場實踐得知，一般建筑起火5分鐘內燃12、燒區可達500，起火10分鐘內，燃燒去建筑構件的溫度可達750。,對油品儲罐，低液位著火，而無冷卻水的情況下，著火后58分鐘，油罐就會發生變形、破壞，油品可能流散出來，使火災蔓延、擴大。,因此，油罐著火后，消防力量必須在5分鐘之內做出反應，對著火罐實施撲救和冷卻，同時，對鄰近罐也要冷卻。,油罐破壞情況：罐頂破壞，75%；罐壁、底破壞，4%；無破壞，21%。,（5）熱波與沸騰溢流,熱波,石油及石油產品是多組分的烴類化合物，各組分的沸點是不一樣的，油品燃燒時，油層表面的輕質餾分將首先蒸發燃燒掉，而重質餾分蒸發較慢，溫度上升。由于重組分的濃度較大，所以到一定時候，這些重組分就會因自重而下沉，從而使油13、層逐層地往深部加熱的現象，稱為熱波現象。熱油與冷油的分界面稱為熱波面。,簡言之，寬餾分油品儲罐火災中，高溫 熱油層隨重組分向下傳播的現象稱為熱波現象。,沸溢及噴濺,當下移的熱波面溫度達到或超過了水的沸點，而該熱波與油品中的浮化水或懸浮水相遇，或者是熱波面到達罐底的水墊層時，水就被汽化，由于水汽化時體積迅速擴大為原來的千倍以上，大量的蒸汽上浮，并強烈的攪拌，形成油包汽的氣泡。,汽化繼續進行，體積不斷擴大，這樣外面的包有油品薄膜的氣泡溢出罐外，從而將油品攜帶出罐外，造成油品的擴散，使火災擴大，稱此現象為沸溢。,如果產生氣泡的速度和氣泡量很大，比如，懸浮水的顆粒較大，或熱波達到水墊層，水的大量、迅速14、的汽化，使得油品被蒸汽抬起，沖入大氣，發生噴發現象，使油滴、油氣泡被拋出罐外，這種現象我們稱之為噴濺。,原油罐火災沸溢,黃島油庫平面圖,一般情況下，所說的沸騰溢流包括沸溢和噴濺現象。,產生沸騰溢流的條件,a、油品的熱波必須具有足夠高的溫度；,b、油品具有移動熱波特性；,c、油品具有足夠的粘度。,沸溢的預測,a、示溫法（熱敏漆）；,b、觀測法（觀測現象）；,c、計算法。,計算熱波發生的時間：H 水墊層以上油層厚度，m；V1 油品燃燒速度，m/h；V2 油品的熱波速度，m/h；VR熱波速度，m/h。VR=30 110cm/h t 從發生火災到開始噴濺的時間，h；,六、低倍數空氣泡沫滅火系統設計（一15、）泡沫的制備泡沫液 泡沫混合液 空氣泡沫空氣機械泡沫，泡沫液：水=6:94（3:97）,加水,在比例混合器及泵中,加空氣,（二）泡沫的滅火機理,1、隔離與窒息作用；,2、降低油溫、減少油品的蒸發；,3、沖淡可燃氣體，減輕火勢。,關于泡沫的性能指標：,a、有良好的穩定性和抗燒性；,b、具有良好的流動性；,c、具有適當的發泡倍數。,發泡倍數是泡沫體積與產生該泡沫的泡沫混合液體體積的比值,n=泡沫體積/泡沫混合液體積,低倍數泡沫：發泡倍數68倍為好；,中倍數泡沫：發泡倍數6070倍為好；,高倍數泡沫：發泡倍數5001000倍為好；,液下噴射滅火，采用的泡沫液24倍。,（三）液上噴射空氣泡沫滅火系統,16、根據滅火用泡沫導入方式，分為液上噴射和液下噴射兩大類。,按照滅火設備布置情況，分為固定式、半固定式和移動式三種滅火系統。,1、滅火系統的組成,固定式，所有的設備均固定。主要設備：泡沫液泵、比例混合器、泡沫產生器、泡沫液儲罐、混合液管道和蓄水池。,半固定式，主要設備：泡沫產生器（固定）比例混合器、泡沫液儲罐、水罐，等（移動、消防車）,移動式，主要設備：消火栓、泡沫車、水龍帶、移動式泡沫管架（鉤管架）。,2、泡沫滅火設備,（1）泡沫比例混合器,有兩種類型：負壓比例混合器和壓力比例混合器。,A、負壓比例混合器,我國目前生產的負壓比例混合器有兩種型號PH32、PH64。,符號意義：,PH泡沫(P)，混17、合器(H)第一個漢字的聲母；,32、64 最大混合液輸出量L/s,混合器所要求的進口壓力：610512105Pa。,適用流程：負壓空氣泡沫比例混合器，必須使用環泵式流程。,B、壓力比例混合器型號目前有：PHY16、PHY32。,Y表示壓力（拼音）；,16、32最大混合液輸出量L/s。,這兩種比例混合器進口壓力要求：6105 12105Pa。,（2）泡沫產生器,用于固定式、半固定式泡沫滅火系統中,型號：立式：PS型 橫式：PC型,泡沫產生器入口壓力不得低于5105 Pa，PS型、PC型為了保證正常的發泡倍數，在 泡沫產生器入口處壓力必須滿足其設計要求。,（3）消火栓、水槍、水龍帶、泡沫鉤管、泡沫18、管架。,第二節 油庫防雷,一、雷電的一般知識簡介,雷電是自然界中極為壯觀的聲、光、電現象，它給人類的生產、生活帶來很大的影響。雷電引起的森林火災可能啟發了遠古人類對火的發現和利用，雷電造成有機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，雷電對人類的威脅也是不容忽視的。,在現代生活中，雷電仍然對人畜的生命安全有所威脅，對航空、通訊、電力、建筑、石油、化工等國防和國民經濟許多部門都有重大的影響。因此，雷電現象的物理機制極其防護問題一直為人們所關注。,（一）雷電的形成,1、重力分離起電機制；,2、對流起電機制。,（二）雷的種類,1、線狀雷；（發生在云、地之間）,2、片狀雷；（發生在云、云之19、間）,3、球雷。,二、雷電的危害,主要表現：,1、直接危害,2、間接危害,（1）電效應；,（2）熱效應；,（3）機械效應。,（1）雷電反擊；,（2）靜電效應；,（3）電磁感應。,三、避雷針的設計,避雷針分為獨立避雷針和附設避雷針；獨立避雷針是離開建筑物單獨裝設的，附設避雷針不是單獨存在的。,（一）避雷針的結構,1、接閃器：是直接接受雷擊的金屬構件。,2、引下線：是避雷針的中間一段，上接接閃器，下接接地體；作用是將雷電流自接閃器引入接地裝置。,3、接地體：是埋設在地下用來向大地放雷電流的金屬構件。通常避雷針必須裝設接地體，以使整個避雷針對地電壓不至過高。,（1）垂直接地體,（2）水平接地體,（320、）復合接地體,（二）避雷針的保護原理,雷云放電，前進的方向是向著空氣越容易被擊穿的方向，即電場強度最大的方向發展。因為場強越大，空氣越容易被擊穿。避雷針正是利用了這一特性進行保護的。,作為避雷針的設計者，我們所需要做的，我們所能做的就是根據被保護范圍的大小，確定適當的避雷針的高度和避雷針的布置。因而我們首先要知道避雷針的保護范圍該如何計算。,（二）避雷針的保護范圍,1、單支避雷針的保護范圍,單支避雷針的保護范圍是一個以避雷針為旋轉軸，邊界線為雙曲線的旋轉體。其保護范圍為：,在地面上的保護半徑：,任意高度水平面上的保護半徑：,式中：h 避雷針高度，m；hx 被保護物的高度，m；rx高度在hx 處21、保護半徑，m；p高度影響系數，h30m，p=1，30mh120m，；ha避雷針的有效高度，m。,hx,ha,h,rx,r0,簡單算法：當 時，,2、雙支等高避雷針的保護范圍 由兩支高度一樣的避雷針聯合保護構成的保護范圍，我們稱為雙支等高避雷針的保護范圍。,b,b,rx,rx,hx,a,h,ha,高度hx水平截面,h0,3、雙支不等高避雷針的保護范圍,A,B,A,a,a,4、三支或多支避雷針的保護范圍 三支或多支避雷針保護全部面積所需要的條件為：D8 hap式中：D 三支避雷針所組成的三角形外接圓 的直徑或多邊形最長的對角線。,（四）接地電阻的計算 1、垂直接地體接地電阻 R土壤的電阻率，；L 22、接地體的長度，m；d 接地體的直徑或當量直徑，m；,t地面到接地體中部的深度，m。適合條件：Ld和4tL。2、水平接地體接地電阻 式中：d水平接地體直徑或等效直徑，m；K水平接地體形狀系數。,3、復合接地體接地電阻式中：Rf 復合接地體的接地電阻，；R 單根垂直（水平）接地體的接 地電阻，；n 單根垂直（水平）接地體的根數，根；復合接地體的屏蔽系數，一般=0.8。,通常設計計算中，當單根接地體的接地電阻R10 時，應考慮用適當數量的單根接地體組成復合接地體，使 Rf 10。可反算出（向上圓整）,四、油罐防雷措施,（一）地面金屬固定頂油罐,我國的石油庫設計規范規定：,頂板厚度4mm，不設避雷針；23、,頂板厚度4mm，設避雷針。,（二）浮頂罐,按石油庫設計規范規定，浮頂罐可以不設避雷針，罐體做良好的接地，并且浮頂與罐體之間用兩根截面積不小于25mm2的軟銅線作電氣連接。,（三）非金屬罐,應裝設獨立避雷針。油罐的金屬附件和外露金屬件做電氣連接并接地，為了防止電磁感應、靜電感應的破壞，在罐頂鋪設金屬網并接地，金屬網采用直徑不小于8mm的圓鋼做不大于6m6m的網格。,（四）覆土罐,凡覆土厚度在0.5m以上者，可不設避雷裝置。,第三節 石油靜電與防護,一、靜電簡史,二、液體介質靜電的產生與積累,（一）液體帶電的雙電層理論,+,-,25,1、雙電層的一般模型,緊密層（吸附層）,+,+,+,+,+,+24、,a、液體與固體（氣體、不相容的液體）接觸，形成雙電層；,2、液體帶靜電的成因,b、接觸兩相的相對運動，兩者帶有極 性相反的電荷。,接觸、分離,（二）油品帶電的幾種情況,1、油品管路流動起電；,2、水滴、雜質在油品中沉降起電；,3、油品飛濺起電；,4、噴射起電。,三、影響靜電產生和積累的因素,（一）介質電阻率的影響,（1）當電阻率k處于10101012 范圍時，油品放電次數最多，即k處于處于10101012 范圍時，最易積累靜電；,（2）k109 或k1013 時，靜電放電次數很少，即k109 或k1013 時，不易積累靜電。,注：電阻率k的單位為：,影響電阻率k的因素：,1、油品所含雜質的影25、響；,2、介電常數對電阻率的影響；,3、液體粘滯性對電阻率的影響；,4、混合溶質對電阻率的影響。,（二）管線材質及管壁粗糙度的影響,管壁粗糙度對靜電產生也有影響，相粗糙度大，接觸面積大，沖刷、分離電荷的機會多，沖流電流較大。,液體帶電主要是雙電層的電荷分離，不同材質使液體中產生的雙電層是不一樣的，因此產生的電流也不同。,（三）管路中的設備、附件的影響,油品在管線中流動時，若通過泵、過濾器、閥、彎頭等等設施時，油品帶電量會急劇增大。,（四）流態的影響,通常是紊流狀態下流動電流比層流大。,四、靜電放電和引爆,（一）靜電放電類型,1、電暈放電；,2、火花放電；,3、刷形放電。,危險程度由大到小是火花26、放電刷形放電電暈放電。,（二）放電能量,兩金屬帶電體間放電能量為：,W=CU 2/2=QU/2,C 兩金屬組成的電容器的電容，F；,U 兩帶電體間的電位差，V；,Q 帶電體的帶電量，C。,非金屬的帶電體間的放電由于不能一次泄放全部電荷，放電能量比上式計算的小。,（三）影響靜電放電的因素,3、氣體狀態；,2、電極形狀和極性的影響；,1、電場均勻程度的影響；,4、電壓作用時間。,（四）靜電引爆,2、靜電能積累到放電程度；,4、放電空間里有處于爆炸范圍之內 的可燃氣體。,1、靜電產生的來源；,靜電放電引起爆炸和火災事故的四個必要條件：,3、靜電放電能量達到爆炸性混合物 最小引燃能量；,五、防止靜電事27、故的措施,（一）減少靜電產生,1、控制流速,我們知道管線中流動電流（沖擊電流）,經驗公式有：,2、控制加油方式,加油時宜從底部注入，采用上裝時，鶴管要插入罐底。,3、防止油品相混或油品中含有空氣和水分,注意不要用壓縮空氣調和油品 和掃線。,4、油品經過過濾器后，要有足夠的漏電 時間,（二）增強電荷的流散,1、接地與跨接；,2、加抗靜電劑；,3、設置靜電消除器；,4、設置靜電緩和器。,（三）消除危險放電,最危險的是火花放電。對于油罐來說，接地只能消除罐外壁的電荷，內壁仍然有與油品荷性相反的電荷，仍有可能與油面放電。為此，,1、裝油前清理油罐中的雜質、可漂浮導體、罐體上的突起物；,2、取樣要在量油管內進行，罐中盡量減少金屬附加物；,3、測量、量油在進行30分鐘后進行。,（四）消除爆炸性混合氣體,1、泵房等加強通風；,2、控制油品操作溫度；,3、惰性氣體覆蓋油面。,