燃料油的基本知识

燃料油的基本知识

燃料油的来源及组成

锅炉所用的燃料，多是重油或轻柴油，这些都是取自石油。石油是一种流动或半流动的粘稠性液体，有味，一般是暗色的，有暗黑、暗绿、暗褐色数种，也叫原油。

组成石油的元素主要是碳、氢、氧、氮、硫五种。其中主要的是碳和氢两种元素，碳的含量占84％～87％。碳氢元素组成的化合物在化学上简称烃。除上述五种元素外，在石油中还发现有极微量的金属元素和其它非金属元素。

通常，从实用角度考虑，将燃料油的元素组成表示为：碳(C)、氢(H)、氧(O)、氮(N)、硫(S)、灰分(A)和水分(W)。

实际应用的油的成分叫应用基成分。如用符号表示油中各成分的重量百分比，则有：

C y+H y+O y+N y+S y+A y+W y=100％

式中各符号分别表示：碳、氢、氧、氮、硫、灰分、水分的应用基重量百分比。

燃料中的水分一般是有害的。水分过高会促使管道或设备腐蚀，增加排烟损失和输送动力消耗等。当水分不均匀地混在油中，出现油水分层时危害更大。它会使炉内火焰脉动，造成锅炉灭火。

石油中的灰分含量很少，通常不到0．05％。它绝大部分是溶解在油中的金属盐类矿物质。原油经过提炼后，绝大部分的金属盐类残留在提炼后的重油中。在运输过程，还会混入一些灰分。油中的灰分虽然很少，但是对锅炉的影响却很大。燃油锅炉的积灰有时会引起高温腐蚀，积灰对低温腐蚀也有影响。

除了灰分外，油中还有一些机械杂质。石油产品中不溶于汽油或苯的全部沉淀状态或悬浮状态的物质，称为机械杂质。机械杂质磨损设备，堵塞喷嘴，影响锅炉的正常运行。因此，必须用过滤器将它清除掉。

燃料油中的主要可燃成分是碳和氢。它们结合成各种碳氢化合物。氢是燃料中一种有利的元素。一公斤氢燃烧放出的热量比一公斤碳多3．5倍，而且燃料中含氢越多，它容易着火，燃烧性能越好。

石油中含的氧和氮一般很少。氧的含量约为0．1％～l％；氮的含量一般在0．2％以下，很少超过0．5％。绝大多数含氧、氮的化合物呈胶状沥青状物质存在，所以，含胶状沥青状物质多的油，例如渣油，含氧、氮就多一些。

石油中的硫一般以化合物形式存在，但大部分都不稳定，受热易分解。因此，硫经过石油炼制后已经不是本来面目了。石油炼制后，80％的硫残留在提炼后的重油中。在燃料油中，硫可以以元素硫、硫化氢、硫醚、噻吩等形式存在。

硫虽然也能燃烧，产生一些热量，但是，硫在燃烧后生成。二氧化硫或三氧化硫，这些气体是有毒的，排至大气中会污染环境。并且，其中一部分可与烟气中的水蒸气反应生成硫酸，对金属有腐蚀作用。

燃料油的特性

一、比重

单位体积物质的重量称为物质的重度，单位为吨／米3(t／m3)。t℃时油重度和4℃时纯水的重度之比称为该油的比重，比重没有单位。因为4℃时水的重度为1t／m3，所以比重在数值上等于其重度值，在习惯上，有时也将重度叫比重，但这是不确切的。

油的比重与温度有关。石油工业中规定，以20℃时的比重作为油的标准比重，油比重可用比重计测定。燃料油的比重一般在0．8～0．98之间。

二、发热量

一千克油完全燃烧所析出的热量叫发热量，单位是千焦／千克(kJ/kg)。可分为高发热量和低发热量。油燃烧后烟气中有一部分水蒸气，它是由于氢燃烧和水分蒸发所产生的。如果烟气中的水蒸气完全凝结，将水蒸气的凝结潜热释放出来，这时发出的热量叫高位发热量。如果水蒸气没有凝结，则叫低位发热量。实际上，烟气离开锅炉时的温度还相当高，水蒸气基本上没有凝结，所以锅炉中实际上可以利用的是低位发热量。

油越重，相对含氢越少，发热量也越低。所以，如果水分相同，一般汽油的发热量要高一些，而重油的发热量则要低一些。

三、比热

一千克油温度升高1度所需要的热量称为油的比热，单位是千焦／千克度(kJ/kg℃)。燃料油的比热一般为2．14千焦／千克度左右。

四、凝固点与沸点

物质存在的状态一般有三种，即固态、液态、气态。随着压力、温度的不同，物质状态会发生改变。物质由液态变为固态的现象叫凝固，发生凝固的温度叫凝固点。物质由液态变为汽态的现象叫汽化。液体的汽化可以分为蒸发和沸腾两种。液体表面发生汽化的现象叫蒸发。如果不仅从液体表面，而且在液体内部产生汽泡的汽化现象叫沸腾。沸腾时液体的温度叫沸点。

1．凝固点

燃料油是各种烃的复杂混合物，它从液态变为固态的过程是逐渐进行的，不象纯净的单一物质那样具有一定的凝固点。当温度逐渐降低时，它并不立即凝固，而是变得越来越粘，直到完全丧失流动性为止。在石油工业中规定，将试样油放在一定的试管中冷却，并将它倾斜45度角，如果试管中的油经过一分钟时间保持不变，这时油的温度即是该油的凝固点。

油的凝固点对油在低温下的流动性能有影响，在低温下输送凝固点高的油时应给予加热或采取必要的防冻措施。

2．沸点

组成石油的各种烃具有不同的沸点，所以石油的沸点与其凝固点一样，没有一个恒定的值，而只有一个温度范围。所以，它的沸腾从某一温度开始，随着温度上升是在连续进行的。

石油炼制的一个基本过程——蒸馏，就是根据沸点范围的馏出物分别收集的过程。在蒸馏时，所收集的不同沸点范围的馏出物称馏份。其中低于200℃的为汽油馏份，200～300℃为煤油馏份，270～350℃为柴油溜份，高于350℃为润滑油及重油馏份。馏份的沸点范围是按照产品使用要求来划定的，相互间没有严格的界限。

分子量低的馏份，沸点低，也就容易挥发，而重油挥发性就差。

五、粘度

粘度表示液体流动性能的好坏。粘度越大，液体的流动性越差。表示粘度的方法一般有以下三种。

1．动力粘度

在液体中，当两个面积为1平方厘米，相距1厘米的两层液面，以1厘米／秒的相对速度运动时，液面间产生的内摩擦力叫动力粘度。当内摩擦力等于105牛顿时，粘度为0．1牛顿·秒／米2(N·s／m2)=0．1帕·秒(Pa·s)。

2．运动粘度

液体的动力粘度与其同样温度时的密度之比，称为液体的运动粘度。运动粘度的单位是米2／秒(m2／s)。

3．恩氏粘度

恩氏粘度是一种条件粘度。所谓条件粘度，就是用某种粘度计，在规定的条件下测得的粘度。恩氏粘度是用恩氏粘度计测得的。恩氏粘度计的主要部件是底部带有一个小孔的容器。200毫米t℃的试样油从恩氏粘度计小孔流出的时间和同体积20℃的蒸馏水流出的时间之比，就叫该油的在t℃的恩氏粘度。恩氏粘度是无量纲单位。油的组成成分的分子量越大，粘度越大。

压力较低时(10～20表压力)，压力对粘度的影响可忽略不计，但压力较高时，粘度随压力升高而升高。

温度升高，油的粘度降低。但是油温对粘度的影响不是均衡的。一般来说，油温在50℃以下变化，对油的粘度影响很大。温度在50～100℃变化时，对油的影响相对就较小，尤其是粘度小的油更是这样。而温度在100℃以上变化时，对油的粘度影响就更小，但对某些高粘度油则除外。

六、闪点和燃点

1．闪点

随着油温的升高，油面蒸发的油气增多。当油气和空气的混合物与明火接触时，发生短暂的闪光(一闪即灭)，这时的油温称为闪点。

油的闪点与其组成有密切关系。油中只要含有少量分子量小的成分，就会使其闪点显著降低，油的沸点越低，其闪点也越低。压力升高，其闪点也升高。

闪点是防止油发生火灾的一项重要指标。敞口容器中油温接近或超过闪点，就会增加着

火的危险性。在敞口容器中加热油，加热温度应低于闪点10℃。而在压力容器中则不受此限制。

2．燃点

测定燃点时所用的设备和测定闪点时相同，当油温达到闪点时，遇到明火即可闪燃，但要使油连续燃烧下去，必须使油温更高一些。当油面上的油气与空气的混合物遇到明火能着火连续燃烧(持续时间不少于5秒钟)，这时油的最低温度称为该油的燃点。显然，燃点高于闪点。例如，试验测得某原油的闪点为39℃，其燃点为54℃；某种重油的闪点为222℃，其燃点为282℃。

七、静电特性

油是不良导体，它与空气、钢铁、布等摩擦，很容易产生静电。电荷在油画上积聚能产生很高的电压。如一旦放电，就会产生火花。因此，静电是使油发生燃烧和爆炸的原因之一。

产生静电的强弱与油的流动速度、管道的材料和粗糙度、空气湿度以及油中杂质含量有关。油遵大、湿度低、管道粗糙度大都会使产生的静电电压高，所以输油、贮油的管线和设备都必须良好接地。一般接地电阻在5Ω以下，此外，应控制油品流速小于4m／s，以减小产生静电。

锅炉常用的燃料油

一、重油

从广义上说，比重比较大的油都可以称为重油。重油又可以分燃料重油和渣油。

根据国家标准，重油按80℃时的运动粘度分为20、60、100、200等四个牌号。牌号的数目约等于该油在50℃时的恩氏粘度，其质量指标见表2—1。

表2—1 重油技术指标

其适用范围：60号重油用在中等喷嘴的船用锅炉或工业炉上，100号重油用在大型喷嘴陆用炉或具有预热设备的炉上；200号重油用在与炼油有直接管线送油的具大型喷嘴的炉上。

二、柴油

1．轻柴油

轻柴油按凝固点分为10、0、—10、—20、—35等五个牌号。它们的主要质量指标见表2—2。

表2—2 轻柴油质量指标

燃料油的贮存

燃油锅炉所用燃料油的贮存应考虑锅炉总的耗油量、运输条件等因素，一般采用大容积贮油罐和小容积的日用油箱。

油罐按安装的位置可分为：地下式油罐、半地下式油罐、地上式油罐。按结构形式可分为可分无力矩油罐、拱顶油罐。以形状可分立式油罐和卧式油罐。如图2—1，图2—2所示为卧式油罐和立式油罐。

图2—1 20m3卧式重油罐

1—出油管 2—蒸汽加热装置 3—电加热装置 4—进油管 5—人孔装置6—排汽管 7—浮子式液面计 8—油罐支承 9—油罐吊环 10—圆钢梯子

图2—2 油罐附件安装位置示意图

1—人孔 2—遗光孔 3—量油检查孔 4—通风管 5—机械式呼吸阀

6—液压式安全阀 7—阻火器 8—进油管 9—楼油槽 10—出油管

11—回油管 12—脱水管 13—浮筒式升降管 14—蒸汽加热器

15—蒸汽进口及凝结水出口 16—泡沫灭火器 17—油位指示计 18—玻璃温度计套管

19—热电偶套管 20—梯子及量油平台 21—拦杆 22—避雷针 23—污油池

为了保证油贮存时的安全及进、出油时操作方便，锅炉燃烧良好，油罐附件必须满足下列要求。

1．保证能进、出合格的油品。

2．保证油罐和油在贮存中不发生事故(燃烧、爆炸等)。

3．万一发生事故时，保证将损失减少到最低限度。

4．便于清理罐底油泥等杂质。

5.便于油罐检修，保证有安全，良好的操作条件。

一、油罐的选择

1．容积的选择

油罐容积由锅炉耗油量、输送条件、输送距离、油罐的数量等确定。油运输不方便时，一般贮存一个月以上的用油量，运输方便时，可少贮些，但最好不低于锅炉10天的耗油量。

2．油罐数目的选择

为了便于计量、倒换、清扫和脱水，油罐最好为两个。一个供油，另一个作为贮存或检修等用。需要单独贮存的油，一定要增设贮罐，单独存放，避免和其他油晶混存时引起反应，影响燃烧。除贮油罐外，锅炉房设一个小容积的日用油箱。

二、贮油罐

贮油罐由罐本体和油罐附件两部分组成。主要用作贮油、加热、脱水及保证连续向锅炉供油。见图2—1。罐体由金属钢板焊接制成，金属钢板的厚度要考虑到罐体的刚性、耐腐蚀性等因素。油罐设有下列油罐附件。

1.人孔：人孔供检修时人员进出，传送工具及清除油罐内部杂物使用。人孔直径为500～600mm。人孔的位置应与透光孔，清扫孔(有的油罐没设清扫孔)相对应，便于采光、通风。

一般每个油罐设有二个人孔，人孔的垫片应用耐油石棉橡胶板。

2．透光孔：透光孔安装在油罐顶部，与下部人孔相对应的位置上，使油罐人孔、供油罐检修，清扫时通风，自然采光用。一般透光孔直径为500mm。

3．量油检查孔：量油检查孔供测量罐内油位，油取样以及观察油罐内部情况用。一般量油检查孔附近设有量油平台及栏杆。

4．通风管：通风管安装在罐顶中央，供“呼吸”用。通风管直径不小于油罐进、出油管的直径。为了防止雨水和火星落入油罐内，通风管上端设有阻火器和防雨帽。

5．进油管：进油管安装在油罐内上部的罐壁上。油在摩擦、降落冲击飞溅、流动速度加快时容易产生静电。为此，有的油罐在油罐内上部的罐壁一周装有锯齿形的接油槽，油从进油管引入接油槽内，均匀地从锯齿处溢出缓慢下流。有的油罐进油管是进入油罐后转变向下直接引至油罐三分之一高度处出油，以减少降落高度。为防止因虹吸作用使罐内的油倒流，可在进油管转弯处开一个10～20mm的小孔。

6.出油管：出油管安装在油罐下部的罐壁上，是供油泵抽油的管道，一般出油管安装在距罐底约250～600mm处。

7．回油管：回油管是将油泵及锅炉的回油送回油罐的管道，回油管安装在油罐上部的罐壁上，回油管尽量离进油管远一些。为了消除静电的影响，回油管的布置可按进油管布置方式考虑。

8．脱水管：脱水管安装在油罐下部低于出油管的位置上，一端在罐内，一端在罐外，供油罐脱水用。脱水管应接到污油池内。脱水时，应观察油罐的脱水情况，及时将污油池的污水排掉，废油经沉淀处理后重新送回油罐。

9．机械式呼吸阀、液压式安全阀、阻火器：对于一般贮存渣油、重油的油罐，采用通风管即可。但对于贮存易挥发的轻质油或原油的油罐，为了减少油气蒸发损耗，不能用通风管，应安装机械式呼吸阀、液压式安全阀、阻火器等。

当油罐进、出口或加热时，油罐内部的压力也随着变化，如果罐内压力急剧下降，罐内形成真空，罐体承受外压被压瘪变形，甚至会造成爆裂，为此油罐必须与大气相通。以上附件要定期检查。

10．蒸汽加热器：蒸汽加热器安装在油罐底部200～500mm高度处，对轻质油可不装。

11．油位指示计：油位指示计由浮箱(或浮球)、滑轮、细的软的钢丝绳、重锤和标尺等组成，指示罐内油位高度，供监视油位和计量用。

12．泡沫灭火管：油罐着火时，可通过泡沫灭火管将灭火泡沫打入罐中灭火。

13．玻璃温度计套管、热电偶套管：每个油罐都装设玻璃温度计和热电偶，以便于运行人员监视调整油罐温度。

14．在油罐上或油罐区内必须安装避雷装置(避雷针)和接地装置，以防雷电及静电。

三、日用油箱

日用油箱是用来存放来自贮油罐的燃料油，如图2—3、图2—4。设置在锅炉附近，但仍要离锅炉有一定的防火距离。日用油箱的燃料油直接送给燃烧器。日用油箱容量以每小时最大用油量的3～5倍为宜。为了防火，不应把日用油箱做得很大。

从加热、水分分离，保证用油量等诸方面出发，日用油箱应设置两套，供相互切换使用。日用油箱的附属件与贮油罐大致相同，根据油箱的大小应备有人孔、检查孔、出气孔、油位计、疏水阀、进油管、出油管、回油管、油加热装置和温度计等等。设置日用油箱时特别要注意，切勿使燃料油流入过多而向外溢油。应设置溢流槽，让多余燃料油通过溢流管流回贮油罐。溢油管应装设在比排气口稍低的部位，且溢流管的截面积应为进油管截面积的两倍以上。

图2—3 轻油日用油箱

1—进油管 2—溢流管 3—出油管

4—排汽管 5—排污管 6—回流管

7—液位计 8—滤网 9—阻火器 10—箱盖

图2—4 重油日用油箱

1—进油管 2—溢流管 3—出油管 4—排汽管

5—排污管 6—回流管 7—浮子式液位计

8—滤网 9—箱盖 10—蒸汽加热管入口

11—蒸汽加热管出口 12—电加热装置

从贮油罐往日用油箱送油时，应设置浮子式开关，以保证油位能自动地调整于一定范围内。此外日用油箱内的燃料油温度也可依靠自动油温调节装置而控制在一定的温度范围内。

日用油箱设置高度可根据所使用的燃烧器类型而定。例如旋转(杯)式燃烧器依靠重力(油高位差)把燃油送到燃烧器附属的油泵至少高出900～1800mm以上，以免油泵进油口处造成负压。一旦出现负压，则可能由于漏入空气而使燃料油流动中断。如果日用油箱安设在地面上，要有防腐措施。

再者，为了燃烧良好，从日用油箱辅送油至燃烧器的管道，要加装油过滤器。

四、油罐区的管理

油罐区是燃油锅炉系统的重要部位，管理不好，容易造成火灾等事故，因此要加强对罐区的管理，建立各项管理制度和安全防护设施。

(一)安全防护措施

1．油罐区周围要建立禁区，并有严禁烟火的标志，油罐周围必须有防火堤，其高度不

低于1m。堤内的净空容积要不小于油罐的总容积，一旦出现事故时，可以容纳全部存油。防火堤要坚固耐用。

2．罐区的附近安设一定高度的防雷设备，将强大的雷电电流沿防雷设备导入大地，避免在油罐上产生电火花。

3．消除静电。一切可能产生静电的设备，都要严格接地。具体如下：

(1)凡与管道相连接，用于油罐、油槽车和油桶装卸油的所有胶管，都须用缠在软管外边或放在软管内的铜导线进行接地。

(2)装卸油区的铁道路轨应联网接通，并可靠地与接地装置接在一起。

(3)铁路罐车和汽车罐车有装卸作业时，车体应严格接地。接地线的一端在卸油管道法兰接头专用的薄片上，另一端接在车上。

(4)第一次向新油罐或清洗过的油罐灌油，当液面达到距人口处0．5m的高度时，应缓慢进油，液面上不应浮有任何杂质污物。

(5)输油设备严禁使用皮带传动，以防止摩擦产生静电火花，引起火灾和爆炸。

4．建立完善的消防设施。消防设备、器材及工具要齐全完整，油罐区内备用泡沫消防设备和消防工具，其数量应根据油罐数量和容量、所用泡沫灭火剂的性能而定。同时应备有充足的消防水源。

5．充足的防火间距。

(二)罐区的管理制度

管理制度主要是油罐的巡回检查制度、运行操作制度、油罐区的消防制度及定期维护保养制度等。

巡回检查制度重点内容应包括：呼吸阀是否灵活完好；阻火器的铜网是否清洁畅通；油指示器是否完整好用；油罐人孔门及各处阀门是否漏油；油温、油位是否符合规定等。

运行操作时应注意以下几个方面：

1．新建和检修后的油罐，经试验和验收后才能灌注油品，并且各种安全设备也必须在投产前安装好。

2．熟悉贮油区的工艺图，掌握各贮油罐内液体的最高液位，加热温度、泵油速度等。管线分布及流向和全部阀门的用途，以便一旦发生事故或火灾时，能迅速正确处理。

3．不能悬空向罐内输油，以免产生静电。向罐内输油的油泵的工作能力不应超过呼吸阀的工作能力，以免损坏贮罐。

4．雷电时应停止输送油品，防止雷电感应而引起火灾事故。

5．在开启蒸汽管线肘，应缓慢进行，防止产生强烈水击而损坏设备。在开启蒸汽管线之前，应放净管内冷凝水。

6．为了保证油品不从贮罐溢出，在装卸油品时，要注意罐内液面，定时测量。量油时应轻放工具，不要撞击，以免产生火花。

7．严格监视油罐内的加热温度。原则上，贮油加热温度要低于闪点10℃，高于凝固点10℃。带回油管道的供油系统，应采取有效的措施，如装回油冷却器等，避免由于大量回油造成油罐油温过高。此外，罐内油的温度不得超过90℃，否则，油中水分可能突然沸腾，形成油沫，造成跑油。

8．燃料油在运输和贮存过程中，会混入一定数量的水分，要经常做好脱水工作。带油的污水不得直接排人下水道，要经过油水分离，符合国家的污水排放标准才可排放。

(三)设备的定期检修和保养

1.测量孔：检查每月不少于一次，检查盖与座间密封垫是否严密、硬化，导尺槽磨损情况，螺帽活动情况。保养重点：密封胶垫的换新每三年一次，对蝶形螺母及压紧螺栓各活动连接处经常加油润滑。

2．机械呼吸阀：检查每月不少于两次，气温低于0℃时每周不少于一次。检查阀盘和阀座接触面是否良好，阀杆上下灵活情况，阀壳网罩是否完好，有无冰冻，压盖衬垫是否严密。保养重点：清除阀盘上灰尘，水珠，螺栓加油，必要时调换阀壳、衬垫。

3．液压安全阀：每季度一次。从外观检查保护网是否完好，有无雀窝，测量液面高度。保养重点：清洁保护网，添加封液，每年秋末应放出封液，清洁阀壳内部一次，必要时更换封液。

4．阻火器：每季度一次，冰冻季节每月一次。检查阻火网或波纹片有无破损，是否清洁畅通，有无水气冰冻，垫片是否严密。保养重点：清洁阻火网和散热片，螺栓加油保护。

5．泡沫室：每月一次。检查玻璃是否破裂，有无油气泄出，吸入空气口是否畅通无阻。保养重点：换装已损玻璃，调换密封垫，螺栓加油防锈.