石油及天然气的危险性资料

第一节 石油几天然气的危险性 石油是多种碳氢化物混合物组成的可燃性液体。化学组成一般碳占83%~87%，氢占10%~14%，其它硫、氧、氮三种元素约占1%~4%。从不同油田生产的原油含轻质成分和重质成分的比例也不相同，其性质差别也很大。一般情况下，原油颜色多是黑色或深棕色，少数为暗绿、赤色或黄色，并有特殊气味。原油含胶质和沥青质越多，颜色越深，气味越浓；含硫化物和氮化物多的则气味发臭。原油的相对密度和凝固点与原油的组分有关，重组分多的原油密度大，轻组分多的原油密度小，含蜡量越多，凝固点越高。 天然气分为气田气和油田伴生气。一般气田气中甲烷含量越占天然气总体积的90%以上，而油田伴生气中甲烷含量一般占天然气总体积的80%~90%。经过油田处理的油井伴生气和气井气，甲烷含量在90%以上。这种经过脱油脱水后的天然气称为干气。而已烷、丙烷以上的烷烃和水分含量在10%以上，没有经过脱油脱水处理的天然气称为湿气。 石油与天然气的性质决定了它们易燃、易爆的危险性。尽管危险程度上有差别，但是在集输过程中，对这些危险性都必须认真加以考虑，以保证安全生产。 一、石油、天然气的易燃易爆性 （一）石油的易燃性 石油在一定的条件下会燃烧。在通常情况下，石油遇热蒸发产生的油蒸气若与空气混合，当这种混合气达到一定浓度时，遇火便可燃烧。 衡量石油易燃性有以下三个条件： 1．闪电 在规定条件下，将油品加热，轻组分开始蒸发并与周围空气形成油蒸气和空气的混合物，当油蒸气达到一定浓度时，以火种接近，油蒸气开始闪火，闪光后又立即熄灭。油品达到这种闪火的最低温度，称为该油品的闪点。 ２．燃点 在规定的条件下，油品加热到一定温度，当火种接近时，即开始着火燃烧，并且着火时间在５秒钟以上。达到这种情况的最低温度称为该油品的燃点或着火点。 ３．自燃点 在规定的条件下，当油品温度升高到一定程度，在外界并无火源的情况下，油品在空气中自动燃烧的最低温度称为该油品的自燃点。 石油的闪点、燃点、自燃点，对于石油集输安全生产是十分重要的。根据这些条件，可以准确地制定运行方案，做到安全输油。 在石油集输工作中，与安全运行密切相关的石油主要性质有：密度、粘度、凝固点、静止蒸发和流动蒸发、燃烧速度和燃烧温度、原油的沸溢性等。 （１）密度 单位体积的质量称为密度。原油密度的大小反映了石油组分上的差别：密度大的原油胶质、沥青含量多，凝固点高；密度小的原油则与其相反。此外，若原油的密度较大，也预示该原油蒸气压较小，粘度较高。对石油产品来讲，密度越大，闪点越高，自燃点越低。 （２）粘度 粘度是表示流体流动性能的指标。原油粘度与胶质、沥青质和轻组分的含量有关。粘度的大小直接影响管道输送所需动力。 （３）凝固点 凝固点也是表示流体流动性能的一个指标。原油完全丧失流动性的温度称为原油的凝固点。凝固点的大小与原油的含蜡量有关，含蜡量多的原油凝固点一般就高。 （４）静止蒸发 是指平静的液体在空气不太流动情况下的蒸发。例如石油储存在油罐中时，因受大气温度影响，在它液面上发生的蒸发。这种蒸发即人们通常说的油罐“小呼吸”。 （５）流动蒸发 是指石油输至油罐时，所产生的蒸发，即“大呼吸”蒸发。石油的蒸发过程与许多因素有关，如液体的温度和空气的温度，蒸发面上的压力等等。 （６）燃烧速度 液体的燃烧速度以每平方米面积上１小时燃烧掉的液体重量或液体层的高度来表示。它取决于油品的蒸发，并和许多因素有关。如原油罐火灾时的燃烧速度，便与罐内原油初始温度，储罐直径，罐内液体及含水量有关。初温越高，蒸发量越大，燃烧速度也越快。含水量较高的原油燃烧速度较慢。 （７）燃烧温度 燃烧温度实质上是火焰温度。热值是决定燃烧温度的重要因素。热值大的放出的热量多，温度便高。原油的燃烧温度一般在１１００℃左右。 （８）原油的沸溢性 原油及其它宽馏分油品燃烧时，液体表面的轻馏分首先被烧掉，重馏分则逐步下沉，并把热量带到下层，从而使油品逐层地往深部加热，其温度可达２００～３００℃。这种现象称为热波。当原油含水率较高和热波到达油罐底水时，便可产生沸溢，给灭火带来困难。 （二）天然气的易燃性 天然气一般比空气轻，在大气中很容易流动扩散。由于闪点低，一般在－６０℃以下极易燃烧。即使在冬季气温很低的环境中，一遇火种也会立即燃烧。而且比任何轻质油品都容易燃烧。 天然气无闪点数据，但天然气中气态烃的自燃点则具有随分子量增加而降低的规律。例如甲烷的自燃点高于乙烷、丙烷的自燃点。天然气的燃烧速度很快，通常以火焰的传播速度来衡量。试验数据表明，甲烷在空气中的浓度为１０％时，在直径为１０mm的管道中，火焰传播速度为１１０cm/s。一般地说，管道尺寸越大，火焰传播速度愈快，但到某一管径时，便不在增加；反之，当管子直径小到一定值时，火焰即不能通过而熄灭。石油罐上的阻火器即是依照这个原理制成。 （三）石油、天然气的易爆性 石油、天然气都属易爆物质。石油蒸气或天然气按一定比例与空气（或氧气）混合，达到爆炸浓度范围时，遇火就会爆炸。石油、天然气有关组分与空气混合时的爆炸极限见表１．１．１。 可燃气体的爆炸是在瞬间（千分之一或万分之一秒）产生高温高压的燃烧过程。爆炸时温度可达2000~3000℃，爆炸波速可达2000~3000m/s ,具有强大的破坏力。破坏力的大小取决于气体与空气混合浓度和起始压力。如不同浓度的油蒸气，在密闭容器中，当起始压力为0Pa（表压）时，爆炸产生的压力为0.06~0.8Mpa; 当起始压力为0.8MPa（表压）时，爆炸产生的压力可达0.5~6Mpa。天然气在大口径输气管线里与空气混合发生爆炸时，火焰传播速度将超过音速，达到1000~4000 m/s，这时局部压力可高达8 Mpa或更高一些，从而破坏力更大。 石油、天然气的爆炸极限，就是石油蒸气和天然气与空气混合与火发生爆炸的浓度范围。这个浓度范围，通常用气体的体积百分数来表示。与火发生爆炸的最低浓度称为爆炸上限，最高浓度称为爆炸下限。上下限之间所有的浓度范围就形成了直接燃烧的条件，就不会发生爆炸。可见石油气体爆炸极限对防爆安全有着重要意义。 原油及其它可燃液体除了爆炸浓度极限外，还有一个爆炸温度极限。因为液体的蒸气浓度是在一定温度下形成的，如果没有这种温度条件就不能形成与爆炸极限相应的蒸气浓度。可燃气体由于蒸发而形成等于爆炸浓度极限的蒸气浓度，这时对应的温度就叫做爆炸温度极限。爆炸温度极限和爆炸浓度极限一样也是有上限和下限。汽油的爆炸温度极限下限为-39℃，上限为-8℃。原油含有大量的汽油组分，即使在寒冷的冬季，挥发性也是很强的，很容易达到爆炸浓度极限。在油气集输过程中，根据这些特性，有效的采取安全措施，就可以预防爆炸事故发生。 表1.1.1 石油、天然气有关组分与空气混合时的爆炸极限

名称 爆炸极限，%（体积） 闪点 ℃ 自燃点 ℃ 上 限 下 限

甲烷 5．0 15 —18 ＜28 645 530 510 490

510~530

乙烷 2．9 13 丙烷 2．1 9．5 正丁烷 1．8 8．4 异丁烷 1．8 8．4 正戊烷 1．4 8．3 异戊烷 1．4 （8．3） 新戊烷 1．4 （8．3） 天然气 5．0 16 氢 4．0 74．2 汽油 1．0 6 乙炔 2．6 80 二、石油、天然气对人体的毒害作用 石油与天然气并非都具有同样的毒性。不同的气田开采出的石油与天然气毒性差异很大。我国先开采的油气田大部分属低毒油气。一般来讲，含硫化物的毒性就大；含不饱和碳氢化合物和芳香族的碳氢化合物较之一般饱和碳氢化合物的毒性要大。在石油与天然气集输过程中掌握石油与天然气的毒性，对保证人身安全健康是非常重要的。 （一）原油含有大量的轻烃成分。在集输过程中，如果遇到泄漏，原油中的轻烃就会迅速挥发扩散，这些轻组分属于麻醉性毒物，现场工作人员大量吸入石油气体就会立即失去知觉。石油气体的中毒临界值规定为350mg/m3。从实际经验中知道，当空气中的石油气体含量尚微时（0.1%），人们即可感觉到油气味。如果呼吸空气中含量达到0.7 %的石油气体，从开始吸入的一刹那起，经过12~14分钟，便会引起头晕；当石油气体在空气中浓度达1.0 %时，吸入几分钟后，人就会头晕得难以站住。如果浓度更高，石油气体含量达到2.0 %时，那就会使人迅速丧失知觉，甚至会立即丧失生命。例如1983年某输油首站半地下计量间一低压阀门被憋破泄压跑油，在抢救处理中造成两人中毒死亡，一人重度中毒、四人轻度中毒的伤亡事故。 原油和石油成品对人体皮肤也能起毒害作用。原油和汽油粘在皮肤上，会使皮肤外皮脱脂。假如皮肤经常受到这样的毒害，那就可能发生皮肤病（如皮肤干燥、裂口或刺激疼痛等）。而最危险的是原油和成品油落入人的口腔、眼睛的粘液膜上。因为这样会使粘液膜枯萎，易生刺激，有时还会造成出血症。 （二）天然气的危害 石油蒸气和天然气泄漏后，往往集聚在厂房内，根据它们的密度大小，分布于一定的高度。这种分布情况与厂房内空气温度有关，也与空气层的变动有关。即便在一个很大的厂房内也会集中在厂房的下部，距地面1.5~2米的高度。 特别应注意的是含有硫化氢（H2S）的天然气，在接触中要十分小心。因为硫化氢的中毒临界值为10mg/m3，超过此临界值浓度时，人体接触会产生如表1.1.2所示的反应。 表1.1.2硫化氢对人体的毒害 浓度mg/m3 接触时间min 人体反应 50~100 60 眼睛和呼吸系统发炎

200~300 60 眼睛处有明显印记，呼吸系统发炎

500~700 15~60 头晕目眩，头痛恶心，肺水肿等全

身症状，甚至昏迷死亡 700~900 几秒钟或数秒钟 昏厥、死亡

1000~2000 顷刻 即可倒下，停止呼吸

（三）预防油气中毒的措施 原油或石油气体能使人中毒，如果措施得当，在集输过程中就可避免中毒危险。防止中毒的措施有以下几种： （1） 在设计集输油（气）站时，应充分考虑防毒问题。泵房、阀室、工作间要保证通风良好，在易泄漏油（气）的场所要安装可燃气体报警装置。 （2） 加强安全检查，发现危及职工安全健康的隐患要及时整改，保证油（气）输送管道设备严密不漏。 （3） 加强职工安全教育。在工作人员进入油气泄漏区域或存有油气的容器内，要按要求戴好防毒面具和防护用品，工作时要有人监护，严格执行安全措施。 （4） 在操作工艺设备时，要注意防毒工作；油气放空时要点燃，操作人员要站在上风处；对含硫化物的气体场所要设专门仪器监测，不准超过临界限的规定。 （5） 定期对有毒场所所有岗位职工进行体检，加强职工的保健管理，发现情况及时治疗。 三、油气集输中常遇到的特别危险物质 油气集输过程中通常遇到的特别危险物质有硫化氢、二氧化硫、一氧化