第三章 油气管道安全的危害因素——【油气管道安全工程】

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1、油气储运安全工程 第三章 油气管道安全的危害因素 本章主要内容 第一节 油气的物性及危险性 第二节 高黏易凝原油管道安全输送的特殊问题 第三节 油气管道的其他危害因素 一、原油与轻质成品油的组成 原油组成： 1、化学组成： 石油主要是由碳、氢、硫、氮、氧五种元素组成，其中含碳为83%-87%， 氢含量为11%-14%，两者合计为95%-99%。 此外还含有微量的非金属元素及其他的金属元素，如钒，镍，铁，铜， 砷，氯，磷，硅等。所谓微量，一般是百万分之几计。 第一节 油气的物性及危险性 2、石油的烃类组成： 石油在未经炼制以前，原油中主要有烷烃，环烷烃，芳烃三类烃。天然 石油中一般不含稀烃等不饱

2、和烃类。 在石油二次加工产物中和利用页岩油干馏制得油品中却含有烯烃。 因此石油燃料制品中是含有烷烃，环烷烃，芳烃和烯烃的。烃类的特性 与燃料的着火，燃烧及排污等性能有密切的关系。 3、石油的非烃组成 石油中的非烃化合物主要是指含硫，氮，氧的化合物。 这些非烃类化合物对原油的加工和燃料油的性质代理不 利的影响，所以在原油的炼制中尽可能的把它们除去。 虽然石油中含硫，氮，氧等元素只有约1%-4%，但非烃 类化合物的含量却很高，可高达20%以上。在石油各馏 分中，非烃类化合物分布是不均匀的。在轻质馏分中含 量较少，大部分分布在重馏分和渣油中。 含硫化合物对石油加工的影响极大，所以含硫量常作为 评价石

3、油的重要指标。按含硫量的多少把石油分为低硫 石油，含硫石油和高硫石油三类。这是石油分类简单而 又重要的方法。 不同的石油含硫量相差很大，从万分之几到百分之几。硫在石油中少量 以元素硫和硫化氢形式存在。大多数以有机硫的化合物存在，如硫醇， 硫醚，环硫醚，二硫化物，噻吩及其同系物。 含硫化合物的主要危害是： 1.对设备有腐蚀作用。元素硫，硫化氢和低分子硫醇（统称为活性硫化物）都能腐 蚀金属设备。硫醚、二硫化物（统称为非活性硫化物）本身没有腐蚀性，但受热 后会分解为具有腐蚀性的硫醇和硫化氢，特别是燃烧后生成的二氧化硫腐蚀性更 强。 2.可使油品的使用性能变坏。汽油中含硫化氢会使油品的铅感性下降，燃烧

4、性能变 坏，气缸积碳变多，引起发动机腐蚀和麽损加剧。硫化物会使油品存储的安定性 变差，不仅促进胶质产生，还会发生恶臭。 3.污染环境。含硫燃烧生成的二氧化硫和三氧化硫等，污染大气，对人体有害。石 油中的恶臭来自其中的硫醇，当空气中有0.1mg/kg的硫醇时就可嗅到。 4.在二次加工时，使某些催化剂中毒而失去活性。 含氮化合物在石油中很少，一般为万分之几到千分之几，而且大部分含 在渣油中。石油中的氮化物在加工中可以除去，在馏分燃料中含量极少。 虽然石油中氮化物含量极少，但对石油加工和油品储存有一点的影响。 因为氮化物也是二次加工催化剂的毒物，而且不稳定的氮化物与空气接 触氧化后会使油品颜色变深，

5、气体臭味。 石油中含氧量一般都很少。约千分之几。个别石油含氧量2%-3%。石油 中的含氧化合物大部分集中在胶质和沥青中。因此胶质和沥青含量高的 重质石油，其含氧量较高。 石油中除胶质和沥青质含氧外，还有酸性氧化物和中性氧化物。酸性氧 化物中约90%为环烷酸（其它为脂肪酸和酚类），主要集中在柴油中。 而且在低馏分和高馏分中含量都比较少。环烷酸具有腐蚀性，有特殊的 臭味，对油品使用性能有不良的影响。燃料中的氧化物在精制中必须除 去。除去的环烷酸是有用的化工产品，酚类可作为合成纤维，医药，炸 药等的原料。 石油中的胶状，沥青状物质含量相当可观，从百分之几到几十，绝大多 数存在于石油的减压渣油中。它们

6、都是由碳，氢，硫，氮，氧及一些金 属元素组成的复杂化合物。 4、我国原油的类型 一类为轻质低凝原油，一类为含蜡较多的高凝点原油，第三类是胶质含 量大的高黏原油，通常称稠油。目前我国所生产的原油主要属于后两类。 轻质油品的组成 1、汽油Gasoline（美） /Petrol（英） 外观为无色至淡黄色的透 明液体，主要成分为C4 C12脂肪烃和环烃类，并 含少量芳香烃和硫化物。 按研究法辛烷值分为90号、 93号、97号三个牌号。馏 程为30至205，乙醇 汽油含10%乙醇，其余为 汽油。汽油的热值约为 44000kJ/kg。 柴油（diesel oil；diesel fuel；gas oil ）

7、 是为了纪念发明了柴油引擎（Diesel Engine）的德国发明家鲁道夫 狄塞尔的 名字Rudolf Diesel派生而来。 热值为3.3*107J/L，它的主要成分是含10到22个碳原子的链烷、环烷或芳烃。 沸点范围和黏度介于煤油与润滑 油之间的液态石油馏分。易燃易 挥发，不溶于水，易溶于醇和其 他有机溶剂。是组分复杂的混合 物，沸点范围 有 180 370 和 350 410 两类。 柴油按凝点分级，轻柴油有10，5，0，-10，-20，-30，- 50七个牌号，重柴油有10，20，30三个牌号。 喷气燃料（jet fue ） 航空涡轮燃料，是一种轻质石油产品。主要由原油蒸馏 的煤油馏分

8、经精制加工，有时还加入添加剂制得，也可 由原油蒸馏的重质馏分油经加氢裂化生产。分宽馏分型 （沸点 60280）和煤油型(沸点150315)两大类， 广泛用于各种喷气式飞机。 煤油型喷气燃料也称航空煤油。喷气燃料产量，在第二 次世界大战后,随喷气式飞机的发展而急剧增长,目前已远 超过航空汽油。中国于19611962年用国产原油试制成 功航空煤油并投入生产。 二、天然气、液化石油气的组成 天然气的组成 是一种多组分的混合气态化石燃料，主要成分是烷烃， 其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷。 它主要存在于油田、气田、煤层和页岩层。天然气又 可分为伴生气和非伴生气两种。 伴随原油共生，与原油

9、同时被采出的油田气叫伴生气； 非伴生气包括纯气田天然气和凝析气田天然气两种， 在地层中都以气态存在。凝析气田天然气从地层流出 井口后，随着压力的下降和温度的升高，分离为气液 两相，气相是凝析气田天然气，液相是凝析液，叫凝 析油。 天然气分为压缩天然气（CNG）和液化天然气（LNG） 两种。 液化石油气（Liquefied Petroleum Gas ） 液化气主要成份是丙烷和丁烷，行业内简称C3和C4。 丙烯、乙烯、丁二烯是基本没有的了，单价比液化气高太多，都分离出 去了（纯炼厂还可能有丁二烯，但量很小），丙烷一般也都分离出去， 进乙烯裂解装置，提高烯烃收率了。5个碳的成分有，但不能多，多了

10、就影响液化气的热值了 . 燃烧值：45.2250.23MJ/kg 丙烷的沸点是-42摄氏度，因此是特别有用的轻便燃料。这就意 味着即使温度很低，丙烷从高压容器释放后，也能立刻汽化。因 此它是清洁燃料，不需要许多设备使其汽化并与空气混合。一个 简单喷嘴就足够了。 丁烷的沸点约为-0.6摄氏度，温度很低时不会汽化。因此丁烷的 用途有限，需与丙烷混和使用，而非单独使用。 三、石油、天然气的易燃、易爆性三、石油、天然气的易燃、易爆性 油气的易燃性油气的易燃性 1、燃烧与燃烧条件、燃烧与燃烧条件 燃烧是一种同时有热和光发生的强烈氧化反应。燃烧必需具备如下条件： (1)有可燃物质； (2)有助燃物质(氧或

11、氧化剂)； (3)能导致着火的火源，如明火、静电火花、灼热物体等。 2、可燃物质的自燃可燃物质的自燃 1）自燃点自燃点 可燃物质在没有明火火源的情况下可燃物质在没有明火火源的情况下，在有助在有助 燃物质的环境中能自行着火燃烧的最低温度燃物质的环境中能自行着火燃烧的最低温度，称称 为自燃点为自燃点。 影响可燃物质自燃点的因素很多。压力对自燃点有很影响可燃物质自燃点的因素很多。压力对自燃点有很 大的影响，压力愈高，则自燃点愈低。如苯在大的影响，压力愈高，则自燃点愈低。如苯在1atm时自燃点时自燃点 为为680，在，在10atm下为下为590，在，在25atm下为下为490。可燃气。可燃气 体与空气

12、混合物的自燃点随其组成而变化，当混合物的组成体与空气混合物的自燃点随其组成而变化，当混合物的组成 符合燃烧的化学理论计算量时自燃点最低。混合气体中氧浓符合燃烧的化学理论计算量时自燃点最低。混合气体中氧浓 度增高，也将使自燃点降低。催化剂的存在对液体和气体的度增高，也将使自燃点降低。催化剂的存在对液体和气体的 自燃点都会有影响，此外，容器的直径与容积在一定程度上自燃点都会有影响，此外，容器的直径与容积在一定程度上 也影响物质的自燃点。也影响物质的自燃点。 2 2）可燃物质的自燃）可燃物质的自燃 某些可燃物质的自燃点很低某些可燃物质的自燃点很低，在常温下就能发在常温下就能发 生自燃生自燃。与常温空

13、气接触就能着火的物质有黄磷与常温空气接触就能着火的物质有黄磷、 磷化氢磷化氢、铁的硫化物等铁的硫化物等，这类物质最为危险这类物质最为危险。现以现以 硫化铁为例说明如下硫化铁为例说明如下。 含硫气田的集输管道和站场设备中含硫气田的集输管道和站场设备中，存在着存在着 不少因腐蚀而产生的硫化铁不少因腐蚀而产生的硫化铁。如果设备或管道打如果设备或管道打 开而不采取适当措施开而不采取适当措施，干燥的硫化铁与空气接触干燥的硫化铁与空气接触 ，便能发生自燃便能发生自燃，如有天然气存在如有天然气存在，还有可能发还有可能发 生爆炸事故生爆炸事故。 干燥的铁的硫化物干燥的铁的硫化物(FeS(FeS、FeFe2 2

14、S S3 3等等) )极易自燃，极易自燃， 自燃时，其主要反应如下：自燃时，其主要反应如下： 预防硫化铁的自燃预防硫化铁的自燃，采取的措施有：采取的措施有： （1 1）在打开可能积聚有硫化铁的容器前在打开可能积聚有硫化铁的容器前，应喷应喷 水使硫化铁处于润湿状态；水使硫化铁处于润湿状态； （2 2）定期清管和清洗设备定期清管和清洗设备，除去管道除去管道、设备内设备内 的硫化铁；的硫化铁； （3 3) )减缓或防止金属设备的腐蚀减缓或防止金属设备的腐蚀，以减少或防以减少或防 止硫化铁的生成止硫化铁的生成。 3、爆炸性混合物、爆炸性混合物 可燃气体以一定比例与空气均匀混合后若遇可燃气体以一定比例与

15、空气均匀混合后若遇 火源火源，气体混合物的瞬间快速燃烧会引起爆炸气体混合物的瞬间快速燃烧会引起爆炸， 该气体混合物称为爆炸性混合物该气体混合物称为爆炸性混合物。 1）爆炸极限爆炸极限 可燃气体与空气构成的混合物，并不是在可燃气体与空气构成的混合物，并不是在 任何混合比例之下都是可燃或可爆的，而且混任何混合比例之下都是可燃或可爆的，而且混 合的比例不同，火焰蔓延的速度也不同。浓度合的比例不同，火焰蔓延的速度也不同。浓度 低于某一极限或高于某一极限，火焰便不能蔓低于某一极限或高于某一极限，火焰便不能蔓 延。可燃气体在空气中刚足以使火焰蔓延的最延。可燃气体在空气中刚足以使火焰蔓延的最 低浓度，称为该

16、气体的爆炸下限；同样，刚足低浓度，称为该气体的爆炸下限；同样，刚足 以使火焰蔓延的最高浓度，称为爆炸上限。爆以使火焰蔓延的最高浓度，称为爆炸上限。爆 炸极限一般用可燃气体在混合物中的体积百分炸极限一般用可燃气体在混合物中的体积百分 数来表示。数来表示。 爆炸极限在防火、防爆上具有重要意义，为保爆炸极限在防火、防爆上具有重要意义，为保 证生产的安全，必须避免所处理的气体达到爆炸极证生产的安全，必须避免所处理的气体达到爆炸极 限范围之内。表限范围之内。表8 8- -3 3列出了几种气体在一般情况下的列出了几种气体在一般情况下的 爆炸极限。爆炸极限。 2）爆炸极限的主要影响因素爆炸极限的主要影响因素 爆炸极限不是固定的数值爆炸极限不是固定的数值，而是随一些因而是随一些因 素而变化的素而变化的，影响爆炸极限的主要因素有混合影响爆炸极限的主要因素有混合 物的原