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2024-07-15 03:04油田生产防火防爆知识
燃烧是一种复杂的物理化学反应。光和热是燃烧过程中发生的物理现象，游离基的连锁反应则说明了燃烧的化学实质。
按照链式反应理论，燃烧不是两个气态分子之间直接起作用，而是它们的分裂物－游离基这种中间产物进行的链式反应。
1 、燃烧与火灾
（ 1 ）燃烧是一种发光放热的氧化反应。
物质和空气中的氧所起的反应是最普遍的，是火灾和爆炸事故最主要的原因。
（ 2 ）氧化与燃烧
氧化反应可以体现为一般的氧化现象和燃烧现象。
二者都是同一类化学反应，只是反应速度和发生的物理现象（热和光）不同。
2 、燃烧的类型
（ 1 ）自燃
可燃物质受热升温而不需要明火作用就能自行燃烧。分为受热自燃和本身自燃两种类型。
本身自燃的起火特点是从可燃物质的内部向外炭化、延烧。
受热自燃往往是从外部向内延烧。
植物油的自燃能力最大，其次是动物油，矿物油如果不是废油或掺入植物油是不能自燃的。
有些浸入矿物质润滑油的纱布或油棉纱堆积起来亦能自燃。
凡是盛装氧气的容器、设备、气瓶和管道等，均不得沾附油脂。
（ 2 ）闪燃
一闪即灭的燃烧。
在闪点的温度时，燃烧的仅仅是可燃液体所蒸发的那些蒸汽。而不是液体自身能燃烧。
（ 3 ）着火
可燃物质燃烧分气相和固相两种燃烧。
可燃液体的燃烧，先是液体表面受热蒸发为蒸汽，然后与空气混合而燃烧。
可燃性固体，受热熔融再气化为蒸汽，或受热解析出可燃蒸汽。
有的可燃固体不能成为气态物质，在燃烧时则呈炽热状态。
（ 4 ）火灾
我国工伤事故分为 20 类，火灾属于第 8 类。
在生产过程中，超出有效范围的燃烧称为火灾。
消防部门有火灾和火警之分，火灾是造成了一定的人身和财产损失。
3 、 燃烧的条件
可燃物质、助燃物质和火源的同时存在，并相互作用是燃烧条件。
4 、防火技术基本理论
防止可燃物、助燃物和火源的同时存在或者避免它们的相互作用。
5 、防火基本技术措施
火灾的发展过程先是酝酿期，可燃物在热的作用下蒸发析出气体、冒烟和阴燃；
其次是发展期，火苗窜起，火势迅速扩大；
再是全盛期，火焰包围整个可燃材料，可燃物全面着火，燃烧面积达到最大限度，放出大量的辐射热，温度升高，气体对流加剧；
最后是衰灭期，可燃物质减少，火势逐渐衰落，终至熄灭。
防火的要点是根据对火灾发展过程特点的分析，采取以下基本措施：
（ 1 ） 严格控制火源；
（ 2 ） 监视酝酿期特征；
（ 3 ） 控制可燃物：
以难燃或不燃材料代替可燃材料。
降低可燃物质在空气中的浓度。
防止可燃物质跑冒滴漏。
隔离和分开存放。
（ 4 ）阻止火焰的蔓延，限制火灾可能发展的规模：
将火附近的易燃物和可燃物，从燃烧区转移走；
将可燃物和助燃物与燃烧区隔离开；
防止正在燃烧物品飞散，以阻止燃烧蔓延。防止形成新的燃烧条件，阻止火灾范围的扩大。
设置阻火器、水封井、防火墙、留足防火间距。
（ 5 ）组织训练消防队伍；
（ 6 ）配备相应的消防器材。
6 、灭火的基本措施
一旦发生火灾，只要消除燃烧条件中的任何一条，火灾就会熄灭。
常用的灭火方法有：隔离、冷却和窒息（隔绝空气）、化学抑制法。
一、爆炸及其种类
爆炸是物质在瞬间以机械功的形式释放出大量气体和能量的现象。
爆炸发生时压力猛烈增高并产生巨大声响。
爆炸分为物理性爆炸和化学性爆炸两类。
A 、物理性爆炸是由温度、体积和压力等因素引起，爆炸前后物质的性质及化学成分均不变。
B 、化学性爆炸是物质在短时间内完成化学变化，形成其他物质同时产生大量气体和能量的现象。化学反应的高速度、大量气体和大量热量是这类爆炸的三个基本要素。
二、化学性爆炸物质
1 、简单分解的爆炸物
这类物质在爆炸是分解为元素，并在分解过程中产生热量。
Ag 2C 2=2Ag+ 2C +Q （热量）
2 、复杂分解爆炸物，如含氮炸药。
3 、可燃性混合物
由可燃物质与助燃物质组成的爆炸物质。
实际上是火源作用下的一种瞬间燃烧反应。
三、爆炸极限
1 、概念
可燃气体、可燃蒸汽或可燃粉尘与空气构成的混合物，并不是在任何混合比例之下都有着火和爆炸的危险，而是必须在一定的浓度比例范围内混合才能发生燃爆。混合的比例不同，其爆炸的危险亦不同。
混合物中可燃气体浓度减小到最小（或增加到最大），恰好不能发生爆炸时的可燃气体体积浓度分别叫爆炸下限和爆炸上限。爆炸上限和爆炸下限统称为爆炸极限。
爆炸下限和爆炸上限之间的可燃气体浓度范围叫爆炸范围。
如天然气爆炸极限在常压下为 5 % ～ 15 % 。
在 1 MPa 时爆炸极限为 5.7 % ～ 17 % ；
5 MPa 时爆炸极限为 5. 7 % ～ 29. 5 % 。
极限氧浓度
当氧浓度降低到低于某一个值时，无论可燃气体的浓度为多大，混合气体也不会发生爆炸，这一浓度称为极限氧浓度。
极限氧浓度可以通过可燃气体的爆炸上限计算。如甲烷在 1 个大气压下的爆炸上限为 15% ，当甲烷含量达到 15% ，空气的含量占 85 % ，这时氧的含量为 17. 85% ，即甲烷与空气混合，当氧的含量低于 17. 85 % 时，便不会形成达到爆炸极限的混合气。
在实际应用中，对极限氧浓度取安全系数，得到最大允许氧含量。天然气的最大允许氧含量可取 2% 。
2 、爆炸极限的影响因素
（ 1 ）温度
混合物的原始温度越高，则爆炸下限降低，上限增高，爆炸极限范围扩大。
（ 2 ）氧含量
混合物中含氧量增加，爆炸极限范围扩大，尤其爆炸上限提高得更多。
（ 3 ）惰性介质
在爆炸混合物中掺入不燃烧得惰性气体，随着比例
增大，爆炸极限范围缩小，惰性气体的浓度提高到某一数值，可使混合物变成不能爆炸。
（ 4 ）压力
原始压力增大，爆炸极限范围扩大，尤其是上限显著提高。
原始压力减小，爆炸极限范围缩小。
在密闭的设备内进行减压操作，可以免除爆炸的危险。
（ 5 ）容器
容器直径越小，混合物的爆炸极限范围越小。
3 、爆炸极限的应用
（ 1 ）划分可燃物质的爆炸危险度
爆炸上限－爆炸下限
爆炸下限
（ 2 ）评定和划分可燃物质标准
（ 3 ）根据爆炸极限选择防爆电器
（ 4 ）确定建筑物耐火等级、层数
（ 5 ）确定防爆措施和操作规程
四、防爆技术基本理论
1 、爆炸反应的历程
热反应的爆炸和支链反应爆炸历程有分别。
热反应的爆炸：当燃烧在某一空间内进行时，如果散热不良会使反应温度不断提高，温度的提高又促使反应速度加快，如此循环进展而导致发生爆炸。
支链反应爆炸：爆炸性混合物与火源接触，就会有活性分子生成，构成连锁反应的活性中心，当链增长速度大于链销毁速度时，游离基的数目就会增加，反应速度也随之加快，如此循环发展，使反应速度加快到爆炸的等级。
爆炸是以一层层同心圆球面的形式向各方面蔓延的。
2 、可燃物质化学性爆炸的条件
（ 1 ）存在着可燃物质，包括可燃性气体、蒸汽或粉尘。
（ 2 ）可燃物质与空气混合并且达到爆炸极限，形成爆炸性混合物。
（ 3 ）爆炸性混合物在点火能作用下。
3 、燃烧和化学性爆炸的关系
本质是相同的，都是可燃物质的氧化反应。
区别在于氧化反应速度不同。
火灾和爆炸发展过程有显著的不同。二者可随条件而转化。
火灾有初期阶段、发展阶段和衰弱阶段。
扩散燃烧和动力燃烧
① 扩散燃烧
如果可燃气体和空气没有混合并点燃，燃烧在可燃气体和空气的界面（反应区），并形成稳定的火焰，称为扩散燃烧。
② 动力燃烧
如果可燃气体和空气充分混合并点燃，氧分子和可燃气体分子不需扩散就可以迅速结合，这种燃烧称为动力燃烧。由于化学反应速度非常快，反应区火焰会迅 速从引燃位置向周围传播，发生爆炸。
化学性爆炸过程瞬间完成。
4 、防爆技术的基本理论
防止产生化学性爆炸的三个基本条件的同时存在，是预防可燃物质化学性爆炸的基本理论。
5 、防爆技术措施
可燃混合物的爆炸虽然发生于顷刻之间，但它还是有个发展过程。
首先是可燃物与氧化剂的相互扩散，均匀混合而形成爆炸性混合物，并且由于混合物遇着火源，使爆炸开始；
其次是由于连锁反应过程的发展，爆炸范围的扩大和爆炸威力的升级；
最后是完成化学反应，爆炸力造成灾害性破坏。
防爆的基本原则是根据对爆炸过程特点的分析，采取相应的措施。阻止第一过程的出现，限制第二过程的发展，防护第三过程的危害。
其基本原则有以下几点：
（ 1 ）防止爆炸混合物的形成；
（ 2 ） 严格控制着火源；
（ 3 ） 爆炸开始就及时泄出压力；
（ 4 ） 切断爆炸传播途径；
（ 5 ）减弱爆炸压力和冲击波对人员、设备和建筑的损坏；
（ 6 ）检测报警。
油气田开发是一项复杂的系统工程，由地震勘探、钻井、试油、采油（气）、井下作业、油气集输与初步加工处理、储运和工程建设等环节组成。每一生产环节，因其使用物品、所采取工艺条件和所生产产品的不同，其火灾爆炸危险性亦有所区别。
一、石油生产过程中的爆炸危险
从地震勘探、测井、射孔、完井到压裂增产改造，使用了种类繁多的爆破器材。
爆破器材再使用、保管及运输过程中，随时都存在因热能、机械能、光能、化学能、电能引起意外火灾爆炸的危险；
钻井、试油等作业中可能发生井喷失控引发爆炸着火；
采油、油气集输、初步加工处理、储运等过程是在密闭状态下连续进行，采油高温、高压、低温、负压、高流速等工艺条件，易发生油气泄漏导致油气火灾爆炸；
数以万计的锅炉、加热炉、压力容器及油田专用容器与各种机泵、罐配套构成了油气采集处理和储运的生产性，不可避免地存在火灾爆炸危险；
油田工程建设大量使用乙炔气，也存在乙炔火灾爆炸的危险；
天然气脱硫及硫磺回收，存在着硫磺粉尘的火灾爆炸危险。
上述作业条件下火灾爆炸发生的几率较高，损失较严重的火灾爆炸主要有以下 3 类：
（ 1 ） 井喷失控后引发的爆炸着火；
（ 2 ） 储油罐及液化石油气储罐的着火爆炸；
油气（包括天然气、液化石油气及石油蒸汽等）泄漏后引发的爆炸着火。
二、原油天然气燃爆特性
油气田产品主要是原油和天然气。
原油闪点为 28 － 45℃ ，自然点 380 － 530℃ ，凝固点因含蜡量不同差异较大。
天然气无闪点数据，自燃点则具有随分子量增加而降低的规律，如甲烷的自燃点（ 645 ℃ ）高于乙烷（ 510 ℃ ）。
原油、天然气都具有潜在的燃烧爆炸危险，其主要特点是：
1 、易燃烧
原油具有比较低的闪点、燃点和自燃点，所以它比煤炭、木材等物质更容易着火。天然气在空气中燃烧为均相燃烧，遇火即着。一旦燃烧发生，都呈现出燃烧速度快、燃烧温度高、辐射热强的特点。
2 、易爆炸
原油蒸汽与空气混合到 1.1 － 6.4 ％、天然气与空气混合到 5—15 ％比例范围时，遇较小的点火能就能引起爆炸。
3 、易蒸发
原油容器内压力每降低 0.1Mpa ，一般有0.8 － 1.0m3 油蒸汽析出。蒸发出的油蒸汽极易在储存处所或作业场地的低洼处积聚，从而增加了燃烧爆炸的危险因素。
4 、易产生静电
原油及其产品的电阻率一般在 1012 Ω ·cm 左右，在泵送、灌装、装卸、运输等作业过程中，流动摩擦、喷射、冲击、过滤等都会产生静电。当静电放电产生的电火花能量达到或超过油品蒸汽的最小点火能量时，就会引起燃烧或爆炸。
5 、易发生沸溢、爆喷
原油和重质油在储罐中着火燃烧时，辐射热在向四周扩散的同时也加热了油田。若继续燃烧，温度不断升高，轻馏分不断蒸发，重馏分中沥青质、树脂和焦炭产物比油重而逐渐下沉。当热波面接触原油和重质油中的水分时便使之气化，使原油和重质油体积增大（水汽化后体积增大 1700 倍，油品本身体积也在膨胀），加之水蒸汽不断地向油面上涌，即会呈现出沸溢现象，使原油和重质油不断溢出罐外。当热波面抵达水垫层时，大量水分急剧汽化或造成很大的水蒸汽压力。急剧冲击油面并将油抛向高空，形成 “ 火雨 ” 现象（爆喷），进而造成大面积或火场型火灾。
6 、易受热膨胀
当原油、天然气受热膨胀所产生的压力大于容器或处理设备的抗压强度时，还会发生设备爆炸。
除原油、天然气外，我国油气田产品还有少量的油田液化气及天然气凝液。
油田液化石油气是从压缩天然气和不稳定原油中提取的，以丙烷和丁烷为主要成分的液态烃类混合物，它与炼油厂生产的以丙烷、丙稀、丁烷和丁烯为主要成分的液化石油气不完全相同。天然气凝液是从天然气中提取、经稳定处理后得到的液体石油产品，其组分主要是戊烷和更重的烃类，也允许有一定数量的丁烷。二者都具有易燃易爆的危险特性。
三、主要危险场所的防火防爆分析
1 、火灾危险性分类
它是确定建（构）筑物的耐火等级、布置工艺装置、选择电器设备型式等，以及采取防火防爆措施的重要依据，而且依此确定防爆泄压面积、安全疏散距离、消防用水、采暖通风方式及灭火器设置数量等。
3 、爆炸危险环境分区
石油行业标准《油气田爆炸危险场所分区》（ SYJ25-87 ），根据油气田生产设施及装置在油气集输、处理、储存过程中产生的爆炸性气体混合物出现的频繁程度和持续时间，将危险环境划分为 0 区、 1 区、 2 区。
（ 1 ） 0 区属于最危险的区域，是指爆炸性气体混合物连续出现或长期存在的场所。密闭容器或储油罐液面以上的空间，虽然烃气体浓度一般都高于爆炸上限，形不成爆炸条件，但考虑到空气进入而使其成为爆炸危险区域，因此仍划为 0 区。
（ 2 ） 1 区属于危险程度次之的区域，是指在正常运行中可能产生爆炸泵性气体混合物的场所。如通风不良的油气工艺泵房、压缩机房、地下或半地下泵房、沟、坑、油气生产井井口房、容器、储罐、槽车装油口或放气口附近的区域均属 1 区，是由设备运转，容器盖开、闭，安全阀、排放阀的工作而泄漏出来的可燃气体和易燃、可燃液体而形成的区域。
（ 3 ） 2 区属于危险程度较小的区域，是指在正常运行中不可能产生爆炸性气体混合物，及时产生也只能在短时间存在的环境。如通风良好的工艺泵房、压缩机房、露天设备、开敞式油气管沟、紧靠 1 区的户内及户外区域。
在油气生产环境很少存在 0 区，多为 1 区和 2 区（大多数情况属于 2 区）。设计时应采取措施减小 1 区的危险性，降低 2 区的爆炸性气体出现概率。如 1 区加强通风， 2 区设置可燃气体检测报警系统等。
油气厂、站、库应按照 SYJ25 － 87 的规定执行。其他爆炸危险环境分区应按照国标（ GB50058 － 92 ）《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》中的规定和参照有关专业防爆标准执行。
四、主要危险作业的防火防爆措施
1 、防范空气进入油气系统
（ 1 ） 负压脱气工艺的原油稳定防止脱真空
案例：空气进入系统，原油稳定性分离器爆炸
1990 年 12 月 11 日 ，某原油稳定车间一台卧式油气水三相分离压力容器，因液位浮筒接管渗漏进行补焊后投用。启动 3 号 1 号丙烷压缩机均发现一级出口温度偏高（分别为 120 度和 112 度），压缩机出口压力由 1.8Mpa 上升至 1.95Mpa ，同时听到机内有异常声响，操作人员立即停机，紧接着（约几秒）就发生爆炸。容器呈粉碎性破裂，共破裂成 31 块，其中一块碎片重 272kg ，水平向北飞出 181m 远，飞越高度 21m 。事故致 5 人轻伤，直接经济损失 9.4 万元。
事故原因：
A. 开工时，原油稳定车间个别闸门关闭不严，使空气进入系统，与天然气混合达到爆炸极限。
B. 附近采油队吹扫干气管线时，阀门未关严，使空气经集中处理站进入该系统。
开厂措施不严密，对原料气没有进行分段化验。
C 、丙烷压缩机进口微负压运行，当温度升高出现异常时，未采取立即停机的果断措施。
（ 1 ） 油气管线吹扫置换
（ 2 ）清罐和容器检维修
（ 3 ）防止天然气放空时的抽空
抽空机理
抽空是当管线设备压力泄放完后，由于天然气密度较空气小（天然气相对密度为 0.57 左右），天然气自上通道上浮流出，下通道抽吸进空气的现象。
集输管线铺设起伏大天然气抽空比较严重。若低端放空阀开启，高端放空阀也开启时，则形成抽空。抽空一直会持续到管内天然气自然全部流出，置换为空气为止。
天然气抽空产生后果是极其危险的，若空气抽吸进管线设备，如同时存在摩擦产生的静电火花、机械火花或因铁的硫化物自燃等点火源，就会发生管道内燃和爆炸事故。
l 天然气抽空的控制
抽空是可以控制和避免的，关闭放空阀不形成抽空通道就不会发生抽空。控制抽空的方法如下：
1 ） 管线放空压力接近零时应只开一端放空阀放空，不能两端都开着放空口形成抽空通道。
2 ） 若点火放空时，待火苗高约 1 m 时应及时关闭高端放空阀，让低端放空阀放空。
3 ） 管线裂口抢修放空时，应在放至接近零时关闭所有放空阀，让裂口放空。
4 ） 施工完后若置换空气应采用通球置换，以避免空气滞留使天然气— 空气混合，特别是大管线应严格做到这一点。
案例：管道内天然气抽空，自燃发生爆炸
1998 年 7 月，某大型输气站绝缘法兰漏气整改，施工 36 小时后，该段￠ 508 × 9 的管道在 6.6Km 管线两端放空阀均开启发生了抽空。恢复生产时，采取开天然气直接置换空气， 20 分钟约进天然气 9000 方后，关闭放空阀开始升压，升压过程中发现管线发热。分析判断是管线内燃，对管线采取浇水降温， 1 小时后，管线压力升至 2.6Mpa 时，采取开启 DN300 进站生产球阀和站场分离器 DN100 排污阀试图泄压时，站场发生了强烈爆炸导致全站设备损毁，人员伤亡的特大安全事故。
事故原因：
① 管线施工中开着干线放空阀产生了抽空和设备天然气内燃。
② 泄压时使天然气、空气、燃烧产物的混合气体进入到站场再混合发生了二次爆炸。
2 、 防范油气泄露
（ 1 ）设备密闭
案例：动火之前不检测，水罐施焊爆炸
1986 年 7 月 1 日 ，某联合站 3 名工人在给一立式 700m3 水罐焊液位装置，该水罐供应注水和天然气处理装置的冷凝器冷却用水，由于 4 号冷凝器管程腐蚀穿孔，天然气进入壳程循环冷却水中，并经循环水窜至水罐内（联通冷凝器的水管线压力为 0.2-0.4Mpa ，冷凝器壳程压力为 0.8-1.0Mpa ）。长期积累，达到爆炸极限。埋下隐患，当焊工吴某与两名注水工动焊时，焊接火星引起罐内气体爆炸， 2 名工人当场死亡，另 1 名工人抢救无效死亡。
事故原因：
① 未办动火手续。
②施焊前未进行必要的可燃气体浓度检测。
（ 1 ） 厂房通风
（ 2 ） 以不燃溶 （ 1 ）感温报警器
（ 2 ）感烟报警器
（ 3 ）测爆仪
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