油氣田事故的主要類型

1、第五節(jié)一、石油天然氣的危險性(一)石油石油是一種黃色乃至黑色、有綠色熒光的稠厚性油狀液體。石油閃點(diǎn)范圍較寬，凝固點(diǎn)較高，其蒸氣與空氣形成爆炸混合物，遇明 火、高熱能引起燃燒爆炸，與氧化劑能發(fā)生強(qiáng)烈反應(yīng)，遇高熱可分解出有毒的 煙霧。表72列出了石油燃燒爆炸特性考數(shù)。石油的危險性主要表現(xiàn)在以下幾個方面：1xx性石油閃點(diǎn)較低，介于-6.67C 32.22C之間，根據(jù)石油天然氣工程設(shè)計防 火規(guī)范(GB 501832004)的規(guī)定，石油火災(zāi)危險性分類為甲B類。2易爆性當(dāng)石油蒸氣與空氣混合，達(dá)到爆炸極限時，遇到點(diǎn)火源即可發(fā)生爆炸。物 質(zhì)的爆炸極限濃度范嗣越寬，爆炸極限濃度下限越低，該物質(zhì)爆炸危險性越 大。

2、石油的爆炸下限較低.易發(fā)生爆炸。3xx蒸發(fā)性石油易蒸發(fā)。石油蒸發(fā)主要有靜止蒸發(fā)和流動蒸發(fā)兩種。蒸發(fā)的油蒸氣密 度比較大，不易擴(kuò)散，往往在儲存處或作業(yè)場地空間地面彌漫飄蕩，在低洼處 積聚不散，大大增加了火災(zāi)危險程度。4靜電荷積聚性石油的電阻率一般在10Qcm10Qcm左右，在管道輸送時.打油與管壁摩 擦?xí)a(chǎn)生靜電.且不易消除。當(dāng)靜電放電時會產(chǎn)生電火花，其能量達(dá)到或大于 石油的最小電火能并且石油的蒸氣濃度處在爆炸極限范圍內(nèi)時，可立即引起爆 炸、燃燒。5擴(kuò)散、流淌性石油有一定黏度，受熱后其黏度會變小，泄漏后可流淌擴(kuò)散。其蒸氣密度 比空氣大，泄漏后的石油及揮發(fā)的蒸氣易在地表、地溝、下水道及凹坑等低洼

3、處滯留，并貼地面流動，往往在預(yù)想不到的地方遇火源而引起火災(zāi)。國內(nèi)外均 發(fā)生過泄漏液體沿排水溝擴(kuò)散遇明火燃燒爆炸的惡性事故。6.熱膨脹性石油體積由溫度改變引起的變化相對不大。但如著火現(xiàn)場附近的石油受到 火焰輻射的高熱時，其體積會有較大的增長（由于石油中低沸點(diǎn)組分會膨脹氣 化）.會因膨脹而頂爆固定容積的容器或溢出容器，從而參與燃燒甚至爆炸。釀 成更大事故。7易沸溢性石油容易受熱膨脹、沸溢。石油受熱膨脹.蒸氣壓升高，會造成儲存容器 受壓1112增加。相反.高溫油品在儲存中冷卻，又會造成油品收縮而使儲油容器產(chǎn)生負(fù) 壓。當(dāng)石油含水0.3%4%時.遇高熱或發(fā)生火災(zāi)時，容易產(chǎn)生沸溢或噴濺燃 燒的油品大量外溢

4、，甚至從罐中噴出，從而造成重大火災(zāi)事故。（二）天然氣天然氣是從油氣藏中開采出的可燃?xì)怏w，其主要成分為氣體烷烴（CnH2n+2）；非烷烴氣體有氮?dú)?、硫化氫、一氧化碳、二氧化碳、水、氧、氫?微量的惰性氣體，這些氣體與烷烴組成互相不起化學(xué)反應(yīng)的混合物。天然氣中含量最多的成份是甲烷，它是比空氣稍輕的無色可燃?xì)怏w，在 20C標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下甲烷的凈熱值是32926kJ / m。天然氣屬易燃、易爆物質(zhì)，極易引起燃燒和爆炸。逸散的天然氣和空氣混 合，當(dāng)濃度達(dá)到爆炸下限時，如遇明火就會發(fā)生爆炸；如果未達(dá)到爆炸下限， 遇明火則會發(fā)生燃燒。天然氣主要組分性質(zhì)見表7-3。lxx性根據(jù)石油天然氣工程設(shè)計防火規(guī)范(GB

5、50183-2004)中可燃物質(zhì)火災(zāi)危 險性分類，天然氣火災(zāi)危險等級為甲B類。2易爆性天然氣的爆炸極限較寬，爆炸下限較低，泄漏到空氣中能形成爆炸性混合 物，遇明火、高熱極易燃燒爆炸，燃燒分解產(chǎn)物為CO、CO2。在儲運(yùn)過程中， 若遇高熱，容器內(nèi)壓增大，有開裂和爆炸的危險。天然氣在大口徑輸氣管線里和空氣混合發(fā)生爆炸時，出現(xiàn)迅速著火爆燃現(xiàn) 象，火焰?zhèn)鞑ニ俣葘⒊^音速而達(dá)到1000m / s4000m/s，局部壓力可達(dá)到 8MPa，甚至更高。該爆炸現(xiàn)象的產(chǎn)生是由于著火介質(zhì)中有沖擊波產(chǎn)生，并迅速 運(yùn)動，致使介質(zhì)溫度、壓力和密度急劇增大，加速了化學(xué)反應(yīng)，使破壞力增強(qiáng)o易擴(kuò)散性天然氣的密度比空氣小，泄漏后不

6、易留在低凹處，有較好的擴(kuò)散性。xx 一 xx 效應(yīng)當(dāng)天然氣在管道中流動時，遇到狹窄的通道，如閥門、孔板等。由于存在 摩擦損耗-使壓力顯著下降。體積膨脹，溫度降低，這種現(xiàn)象稱為節(jié)流效應(yīng)，也 稱為焦?fàn)栆粶愤d效應(yīng)。天然氣溫度降低可能產(chǎn)生的危害有天然氣產(chǎn)生水合 物、低溫對管材的破壞作用等。水合物天然氣水合物是在高壓低溫狀態(tài)下由水和氣體組成的冰態(tài)物，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 是結(jié)晶水晶格的籠形結(jié)構(gòu)氣體分子，外形如冰雪狀，通常呈白色，結(jié)晶體斟緊 湊的格子3構(gòu)架排列，與冰的結(jié)構(gòu)非常相似。天然氣水合物能堵塞管道，影響生產(chǎn)，引發(fā)事故。天然氣水合物的生成主要需要以下3個條件：天然氣與液態(tài)水接觸。天然氣一液態(tài)水體系的溫度低于其

7、所在壓力下的水合物形成溫度o氣體流速、壓力的波動以及水合物晶種的存在將加速水合物形成。高壓縮性天然氣屬于壓縮性很強(qiáng)的可壓縮流體，在管道發(fā)生破裂漏氣后泄壓速度 慢，在管材韌性低的情況下可能導(dǎo)致大范圍裂紋擴(kuò)展。二、火災(zāi)火災(zāi)（燃燒）是可燃物與氧化劑結(jié)合，并釋放出能量的化學(xué)反應(yīng)，釋放出能量 中的一部分用來維持其反應(yīng)。（一）燃燒的形式燃燒是可燃物質(zhì)與氧或氧化劑化臺時發(fā)生的一種伴有放熱和發(fā)光的激烈氧 化反應(yīng)。由于可燃物質(zhì)可以是氣體、液體或固體，所以它們的燃燒形式是多種 多樣的。按照產(chǎn)生燃燒反應(yīng)相的不同，可分為均相燃燒和非均相燃燒。均相燃燒是 指燃燒反應(yīng)在同一相中進(jìn)行，如天然氣在審氣中燃燒是在同一的氣相中進(jìn)

8、行 的，就屬于均相燃燒。與此相反的情況則為非均相燃燒，如石油、木材等液體 和固體的燃燒就屬于非均相燃燒。非均相燃燒較為復(fù)雜，必須考慮到可燃液體 及固體物質(zhì)的加熱，以及由此而產(chǎn)生的相變化。1.可燃性氣體的燃燒有混合燃燒和擴(kuò)散燃燒2種形式：混合燃燒。將可燃性氣體預(yù)先與空氣混合，在這種情況下發(fā)生的燃燒成 為混合燃燒。混合燃燒反應(yīng)速度快、溫度高，通常的混合氣體爆炸就屬于這一 類。擴(kuò)散燃燒?？扇?xì)怏w從管中噴出，與周圍空氣接觸，邊混合邊燃燒，這 種形式的燃燒稱為擴(kuò)散燃燒。在擴(kuò)散燃燒中，由于反應(yīng)不完全，所以經(jīng)常產(chǎn)生 沒有完全燃燒的炭黑。2可燃性液體和固體的燃燒分別屬手蒸發(fā)燃燒、分解燃燒或表面燃燒等3種 形式

9、：蒸發(fā)燃燒?？扇家后w燃燒時，通常液體本身并不燃燒，而只是由液體蒸 發(fā)產(chǎn)生的蒸氣進(jìn)行燃燒，這種形式的燃燒叫做蒸發(fā)燃燒。蒸氣被點(diǎn)燃起火后。 形成的火焰溫度進(jìn)一步加熱了可燃物體表面，從而加速易燃液體的蒸發(fā)。使燃 燒繼續(xù)蔓延和擴(kuò)大。汽油、酒精等易燃液體的燃燒就屬于蒸發(fā)燃燒。分解燃燒。很多固體或不揮發(fā)性液體，由于受熱分解而產(chǎn)生可燃性氣 體，這種氣體的燃燒稱為分解燃燒。例如木材和油脂，大多是先分解產(chǎn)生可燃 氣體再行燃燒，所以是分解燃燒的一種。表面燃燒?？扇脊腆w燃燒到后期，分解不出可燃?xì)怏w，就剩下無定形炭 和灰，此時沒有可見火焰。燃燒是在高溫可燃固體與空氣相接觸的表面上進(jìn)行 的，這種燃燒稱為表面燃燒。金屬的

10、燃燒也是男一種表面燃燒，沒有汽化過 程，燃燒溫度較高。(二)燃燒條件燃燒必須同時具備3個條件，即：有可燃物質(zhì)存在；有助燃物質(zhì)存在，常見者為空氣、氧氣等；(3)有能導(dǎo)致燃燒的能源即點(diǎn)火源，如撞擊、摩擦、明火、靜電火花、雷電可燃物、助燃物和點(diǎn)火源是構(gòu)成燃燒的三要素，缺少其中任何一個燃燒都 不能發(fā)生。但是燃燒在可燃物濃度、溫度、點(diǎn)火能等方面都存在著極限值。在 某些情況下，如可燃性混合物未達(dá)到燃燒極限濃度范圍之內(nèi)或不具備足夠的點(diǎn) 火能量，那么即使具備了上述3個條件，燃燒也不會發(fā)生。例如當(dāng)空氣中的含 氧量低于14%時，一般可燃物質(zhì)便不會發(fā)生燃燒：又如一根火柴的熱量不能點(diǎn)燃一根木柴。對于已經(jīng)進(jìn)行著的燃燒，

11、若消除3 個條件中的任何一個，燃燒就會終止，這就是滅火的基本原理。（三）閃點(diǎn)可燃液體的表面都有一定量的蒸氣存在，蒸氣的濃度取決于液體的溫度。 可燃液體的蒸氣與空氣所組成的混合物遇明火時產(chǎn)生閃燃，引起閃燃的最低溫 度稱為閃點(diǎn)。閃燃不能使液體燃燒，原因是在閃點(diǎn)溫度下，液體蒸發(fā)緩慢，可 燃液體蒸氣與空氣的混合物瞬間燃盡，新的可燃蒸氣來不及補(bǔ)充，故閃燃瞬間 就熄滅。雖然僅是閃燃，但閃點(diǎn)卻是衡量石油及油品火災(zāi)危險性的主要標(biāo)志。 閃點(diǎn)數(shù)據(jù)通過標(biāo)準(zhǔn)儀器測定，有開杯式和閉杯式2種。常溫下能閃燃的液體常 用閉杯閃點(diǎn)儀測定，閃點(diǎn)較高的液體則用開杯容器測定。同系列的可燃液體， 其閃點(diǎn)變化規(guī)律是：隨分子量的增加而增高

12、；隨密度的增加而增高；隨沸點(diǎn)的增高而增高：隨蒸氣壓的降低而增高?？扇家后w混合物的閃點(diǎn)不具有加和性，高閃點(diǎn)液體中即使加入少量低閃點(diǎn) 液體也會大大降低閃點(diǎn)，增加火災(zāi)危險性。石油的密度比煤油高，但石油的閃 點(diǎn)卻比煤油低就是一個例子。（日）引燃溫度引燃溫度是指物質(zhì)（不論是固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)）在沒有外部火花或火焰的條件 下，能自動引燃和繼續(xù)燃燒的最低溫度。對石油產(chǎn)品來講，密度愈大，閃點(diǎn)愈高，而引燃溫度卻愈低。因此，從引 燃溫度來說，重質(zhì)油料比輕質(zhì)油料的火災(zāi)危險性大。對天然氣來講無閃點(diǎn)數(shù)據(jù)，但是天然氣中氣態(tài)烴的引燃溫度則具有隨分子 量增加而降低的規(guī)律，例如甲烷時引燃溫度高于乙烷、丙烷的引燃溫度。（五）石油的

13、燃燒速度液體燃料的燃燒速度有2種表示方法：以每平方米面積上l小時燒掉液體的質(zhì)量表示，稱為液體燃燒的質(zhì)量速 度；以l小時（或1分鐘）燒掉液體屢的高度來表示，稱為液體燃燒的直線速 度。液體燃料燃燒前須先蒸發(fā)而后燃燒，故液體燃燒速度取決于液體鈞蒸發(fā)， 并且與很多因素有關(guān)。例如液體的初溫越高，燃燒速度越快；儲罐中低液位燃 燒比高液位燃燒的速度要快（因?yàn)槭芑鹧婕訜岬墓薇诳梢赃M(jìn)一步加速油品的蒸 發(fā)）；不含水的比含水的石油產(chǎn)品燃燒速度要快；蒸氣壓高的比蒸氣壓低的石油 產(chǎn)品燃燒速度要快。油品燃燒時。火焰靠輻射向油品表面?zhèn)鳠?，使油品液面溫度逐漸升高，同 時油品蒸發(fā)加劇。油品蒸發(fā)要吸收大量蒸發(fā)熱，最后在液面上保持

14、熱平衡，液 面溫度不再升高而維持定值。輕質(zhì)油品揮發(fā)強(qiáng)度大，吸收的蒸發(fā)熱量多，故液 面溫度較低。重質(zhì)油品揮發(fā)強(qiáng)度小，液面溫度較高。油品著火后火焰便很快沿油品表面蔓延。火焰沿液面蔓延的速度取決于液 體的初溫、熱容、蒸發(fā)熱和火焰的輻射能力。此外，風(fēng)速對火焰蔓延速度也有 很大影響。（六）天然氣的燃燒速度天然氣的燃燒不需要像固體、液體那樣經(jīng)過熔化蒸發(fā)等過程，所以燃燒速 度很快。氣體燃燒分混合燃燒和擴(kuò)散燃燒，通常情況下混合燃燒速度高于擴(kuò)散燃燒 速度。氣體的燃燒速度常用火焰?zhèn)鞑ニ俣葋砗饬?，火焰?zhèn)鞑ニ俣仍诓煌睆降墓?道中測試時其值不同。一般講火焰?zhèn)鞑ニ俣入S著管道直徑增加而增加，當(dāng)達(dá)到 某個直徑時速度就不再增

15、加。同樣，隨著管道直徑的減少而減少，當(dāng)直徑小到 一定程度時火焰就不再傳播而熄滅，這是因?yàn)楣茏又睆綔p小時熱損失增加所 致，這也就是阻火器的原理。（七）燃燒溫度燃燒溫度實(shí)質(zhì)上就是火焰溫度。因?yàn)榭扇嘉镔|(zhì)燃燒所產(chǎn)生的熱量是在火焰 燃燒區(qū)域內(nèi)析出的，因而火焰溫度也就是燃燒溫度。油品著火燃燒時，火焰的中央部分由于空氣供應(yīng)不足，燃燒不充分，所以 溫度不高。因此火焰的溫度是：在比油面稍高的位置上，火焰溫度相當(dāng)于油品的沸點(diǎn)溫度：隨著高席增加，火焰溫度急劇升高，約距油面1. 5 m高度上，火焰溫度可 達(dá)最高值；當(dāng)高度繼續(xù)增加，火焰溫度有所下降。此外，火焰的高度則取決于 燃燒液面直徑和燃燒速度。一般說，燃燒速度越快

16、，火焰高度與燃燒液面直徑 之比值越大。三、爆炸爆炸是物質(zhì)發(fā)生非常迅速的物理或化學(xué)變化的一種形式。這種變化在瞬間 放出大量能量，使其周圍壓力發(fā)生急劇的突變，同時產(chǎn)生巨大的聲響。（一）爆炸極限可燃?xì)怏w或液體蒸氣與空氣的混合物，在一定的濃度范圍內(nèi)，遇有火源才 能發(fā)生爆炸。這個遇有火源能發(fā)生爆炸的濃度范圍。稱為爆炸濃度極限，通常 用體積百分?jǐn)?shù)來表示。其中遇火源能發(fā)生爆炸的最低濃度稱為爆炸濃度下限， 而能夠發(fā)生爆炸的最高濃度稱為爆炸濃度上限。一切可燃物質(zhì)與空氣所形成的可燃性混合物。從爆炸下限到爆炸上限的所 有中間濃度，在遇有引爆源時都有爆炸危險?；旌衔锏臐舛鹊陀诒ㄏ孪蓿?不爆炸也書燃燒，因?yàn)榭諝饬窟^

17、多，可燃物過稀，使反應(yīng)不能進(jìn)行下去。混合 物濃度高于爆炸上限時。一般也不會爆炸。但能夠燃燒。由于爆炸性混合物的爆炸與可燃性氣體的混合燃燒的不同點(diǎn)僅在于爆炸是 在瞬間完成的，故一般很難將可燃性混合物與爆炸性混合物加以嚴(yán)格的區(qū)別， 因此，這兩個名詞往往也就是指同一事物。同樣的道理，爆炸極限與燃燒極限 也很相似，一般講爆炸極限范圍在燃燒極限范圍之內(nèi)，即爆炸下限與燃燒下限 大體相同。而爆炸上限則比燃燒上限稍低。幾種易燃液體蒸氣在空氣巾的爆炸濃度極限（體積百分?jǐn)?shù)）為；車用汽油 1.58% 6.48%，煤油 7.4% 7.5%，苯 1.5% 9.5%，酒精 3.3%19.0%o因?yàn)橐后w的蒸氣濃度是在一定溫

18、度下形成的，所以可燃液體除了有爆炸濃 度極限外，還有一個爆炸溫度極限?？扇家后w在一定溫度下，由于蒸發(fā)而形成 等于爆炸濃度極限的蒸氣濃度，這時的溫度稱為爆炸溫度極限。對應(yīng)于爆炸 濃度的上、下限，相應(yīng)有爆炸溫度極限的上、下限。幾種可燃液體的爆炸溫度極限為，車用汽油36C 7C，煤油45C一 86C，甲苯0C30C。酒精11C40C。需要指出的是，汽油的爆炸溫度極限為 36C7C，這個爆炸溫度范圍在北方冬天是常出現(xiàn)的，這表明汽油罐的爆炸危 險性冬天要比夏天大，但是煤油夏天則更易爆炸。爆炸極限不是一個固定值，它隨著各種因寒而變化，主要的影響因素有以 下幾點(diǎn)：爆炸性混合物的原始溫度越高，則爆炸極限范圍越

19、大；爆炸性混合物的原始壓力越大，則爆炸極限范圍越大；容器的直徑越小爆炸極限范圍縮小發(fā)生爆炸的危險性降低；混合物中所含惰性氣體（氮、二氧化碳、水蒸氣等）的百分?jǐn)?shù)增加，則爆 炸極限范圍縮?。换鹪葱再|(zhì)，如電源強(qiáng)度、熱表面的面積，火源與混合物的接觸時間等也 有影響。（二）爆炸的類型石油天然氣爆炸可分為物理性爆炸和化學(xué)性爆炸。物理性爆炸物質(zhì)因狀態(tài)或壓力發(fā)生突變等物理變化而引起的爆炸稱為物理性爆炸。物 理性爆炸前后物質(zhì)的性質(zhì)和化學(xué)成分不改變。例如鍋爐的爆炸，壓縮氣體、液 化石油氣超壓引起的爆炸，壓力容器內(nèi)液體過熱汽化引起的爆炸均屬于物理性 爆炸。這種爆炸能夠間接地造成火災(zāi)或促使火勢的擴(kuò)大蔓延?；瘜W(xué)性爆炸由

20、于物質(zhì)發(fā)生極迅速的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生高溫、高壓而引起的爆炸稱為化學(xué) 性爆炸?；瘜W(xué)爆炸前后物質(zhì)的性質(zhì)和成分均發(fā)生了根本的變化?；瘜W(xué)性爆炸按 爆炸時所發(fā)生的化學(xué)變化，可分為：簡單分解爆炸，如乙炔在壓力下的分解爆炸。這種爆炸不一定發(fā)生燃燒 反應(yīng)，所需熱量由爆炸物質(zhì)本身分解時產(chǎn)生，受輕微震動即可引爆。復(fù)雜分解爆炸，如炸藥的爆炸。爆炸性混合物爆炸，即所有可燃?xì)怏w、蒸氣、霧滴和粉塵與空氣混合所 形成的混合物的爆炸，包括石油、天然氣的爆炸，均屬于此類。這類爆炸需要 一定條件，如爆炸物質(zhì)含量、空氣含量及激發(fā)能源等。其危險性雖較前兩類化 學(xué)性爆炸為低，但很普遍，造成的危害也較大。（三）爆炸的過程爆炸雖然發(fā)生于瞬間，

21、但它還是存在一個發(fā)生過程。以化學(xué)性爆炸中爆炸 性混合物爆炸為例，其發(fā)生過程大體分為3個階段：1，爆炸性混合物的形成階段此時可燃物質(zhì)與助燃物質(zhì)相互擴(kuò)散形成爆炸性混合物，遇明火后，燃爆開 始。2,連鎖反應(yīng)階段爆炸性混合物與點(diǎn)火源接觸后便有自由原子或自由基生成而成為連鎖反應(yīng) 的作用中心，熱和連鎖載體向外傳播，促使鄰近一層爆炸混合物起化學(xué)反應(yīng)， 然后這一層又成為熱和連鎖載體的灝泉，而引起另一層爆炸混合物的反應(yīng)，火 焰是以一層層同心圓球面的形式往各方面蔓延?；鹧娴乃俣葟闹瘘c(diǎn)附近0.5 一 l m處的每秒若干米開始，逐漸加速到每秒數(shù)百米：（爆炸）以至數(shù)千米（爆轟）。若在火焰擴(kuò)散的路程上有遮擋物，燃燒、熱的積 聚導(dǎo)致氣體溫度上升，連鎖反應(yīng)速度急劇加速引起壓力的急劇增加，使爆炸威 力升級。3完成爆炸階段此時爆炸力造成破壞，