基于20L球形爆炸裝置的油品爆炸實(shí)驗(yàn)

張玉潔張思敏（陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 咸陽 7000；武漢理工大學(xué)，湖北 武漢 430070）

基于20L球形爆炸裝置的油品爆炸實(shí)驗(yàn)

張玉潔1張思敏2（1陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 咸陽 712000；2武漢理工大學(xué)，湖北 武漢 430070）

利用20L球形爆炸裝置，對原油、凝析油及混合油三種不同油品的爆炸極限值進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測定。結(jié)果表明：混合油和原油的爆炸下限較低，凝析油的爆炸下限較高；對比各烷烴氣體的爆炸下限發(fā)現(xiàn)油品蒸汽和部分烷烴類氣體的爆炸下限基本一致。實(shí)驗(yàn)結(jié)果對油氣生產(chǎn)場所進(jìn)行可燃性氣體濃度監(jiān)測及控制具有一定的指導(dǎo)意義。

油品;爆炸下限;爆炸實(shí)驗(yàn)

石油經(jīng)過煉制加工等生產(chǎn)出包括原油、石油產(chǎn)品、穩(wěn)定輕烴和穩(wěn)定凝析油等石油產(chǎn)品，稱之為油品。油品的爆炸極限是燃爆特性直觀的反映指標(biāo)，油品蒸汽與空氣（或氧氣）在特定的濃度范圍內(nèi)均勻混合，形成的預(yù)混氣，遇火源能夠發(fā)生爆炸，這個(gè)濃度范圍稱為爆炸極限，或爆炸濃度極限[2]，本文將通過實(shí)驗(yàn)對油品的爆炸下限進(jìn)行測定及分析。

1 實(shí)驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)裝置及對象

實(shí)驗(yàn)采用20L球形爆炸裝置，該裝置由試驗(yàn)本體、點(diǎn)火裝置、壓力傳感器、空壓機(jī)、真空泵及各類氣體管路等組成。試驗(yàn)主體部分是一個(gè)20L的球形鋼罐，該部位是油品蒸汽和空氣混合物的爆炸容器；試驗(yàn)所需的油品蒸汽用氣瓶儲存；真空泵和壓力計(jì)分別用來將球形罐內(nèi)抽取真空和檢測罐的內(nèi)真空程度；實(shí)驗(yàn)完成一次爆炸極限實(shí)驗(yàn)測定后用壓縮機(jī)把罐內(nèi)廢氣通過排氣管排除，并通過進(jìn)氣管來補(bǔ)給罐內(nèi)新鮮空氣。試驗(yàn)油品主要有原油、凝析油及混合油三種，油品來源于長慶油田。

1.2 試驗(yàn)步驟

試驗(yàn)分為五個(gè)步奏進(jìn)行：空氣置換、配氣、點(diǎn)火、判斷是否引爆、排氣。

（1）空氣置換?？諝庵脫Q是為了保證每次從試驗(yàn)用氣瓶中所抽取的蒸汽為純油蒸汽，將一定體積的油品倒入氣瓶中，擰緊壓力閥密封，打開真空泵將爆炸本體（球形罐）抽成真空，關(guān)閉真空泵，打開試驗(yàn)用氣瓶的閥門，直至氣瓶和球形罐內(nèi)壓力一致，關(guān)閉閥門。打開空壓機(jī)吹掃球形罐，將球形罐內(nèi)油蒸汽安全排出。如此重復(fù)該過程6次，基本達(dá)到將氣瓶內(nèi)空氣置換出來的目的，之后從氣瓶中所抽出來的蒸汽則可以認(rèn)為是基本不含空氣的純油蒸汽。

（2）配氣。打開真空泵把球形罐內(nèi)抽為真空，依據(jù)配氣濃度計(jì)算應(yīng)抽取的油蒸汽，打開氣瓶閥門抽取油蒸汽。

（3）點(diǎn)火。本試驗(yàn)通過點(diǎn)火頭接通電源（9V）進(jìn)行點(diǎn)火，點(diǎn)火頭為一次性消防專用“橋絲式”電點(diǎn)火頭，不屬于電火花點(diǎn)火方式，不會對測試儀器造成干擾。

（4）判斷是否引爆。由于試驗(yàn)裝置為密閉系統(tǒng)，有兩種方法來判斷是否引爆：測定氧含量變化和觀察點(diǎn)火頭變化。測定氧含量變化：在對照試驗(yàn)中，不加入油蒸汽單獨(dú)進(jìn)行點(diǎn)火，在點(diǎn)火前后分別檢測球形罐內(nèi)氧氣濃度，發(fā)現(xiàn)前后基本不發(fā)生變化，這說明單獨(dú)的點(diǎn)火過程基本不消耗氧氣。正式試驗(yàn)中抽取油蒸汽點(diǎn)火，如果檢測發(fā)現(xiàn)點(diǎn)火后的氧濃度明顯低于點(diǎn)火前，說明點(diǎn)火后氧氣參與反應(yīng)了，可以判定發(fā)生了爆炸。點(diǎn)火頭變化：經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)證實(shí)，每次發(fā)生爆炸后點(diǎn)火頭線纜表面均被燒黑，而未發(fā)生爆炸則保持原樣不變，因此也可以通過點(diǎn)火頭外觀狀況變化來判斷是否發(fā)生爆炸。

（5）排氣。由于爆炸試驗(yàn)會產(chǎn)生有毒有害氣體，因此每次點(diǎn)火后都要對球形罐進(jìn)行吹掃排氣，在保證安全的同時(shí)也可以消除余留廢氣對后續(xù)試驗(yàn)的影響。

2 測試結(jié)果及分析

為了減小測試誤差本試驗(yàn)采用水浴來控制溫度，即將儲存油樣的氣瓶置于水浴中，一方面提高了油品的飽和蒸汽壓，減少了抽取油蒸汽需要的時(shí)間，也減少了抽取油蒸汽過程中的漏氣量。

由于可燃性氣體（蒸汽）的上限一般不易達(dá)到，因此通常可燃性氣體（蒸汽）的爆炸下限為油氣場站對其控制指標(biāo)。再加上油品受自身揮發(fā)性能的影響[1]，揮發(fā)產(chǎn)生高濃度的油品蒸汽難度較大。考慮到這兩點(diǎn)，本試驗(yàn)重點(diǎn)對油品的爆炸下限進(jìn)行了測定。采用上述試驗(yàn)方法對其余六種油樣品分別進(jìn)行了爆炸下限的測定，測試結(jié)果匯總于下表2-1。

表2-1 油樣爆炸下限結(jié)果匯總

分析上表的數(shù)據(jù)可知，各油品的爆炸下限值分布在1.0%至1.3%之間，其中，混合油的爆炸下限最低，油田凝析油的最高，也可以看出原油爆炸下限低于凝析油爆炸下限。由于不同油樣的C成分不同，而油品揮發(fā)出來的蒸汽主要成分為烴類混合物，根據(jù)Matheson氣體數(shù)據(jù)手冊查得相關(guān)烷烴的爆炸極限[3]如表2-2所示。

表2-2 各烷烴氣體爆炸下限

對比表2-1和表2-2可以發(fā)現(xiàn)，油品蒸汽和與其相對于烷烴類氣體的爆炸下限數(shù)值基本一致，這也說明油品揮發(fā)形成的可燃性氣體的主要成分屬于烴類氣體，通過諸如氣相色譜儀這類儀器得知油品的碳組份后通過查詢烴類氣體的爆炸極限性質(zhì)也可以粗略估算油品的爆炸極限。

3 結(jié)語

通過20L球形爆炸裝置的油品爆炸實(shí)驗(yàn)可知：混合油和原油爆炸下限較低，而凝析油爆炸下限較高；對比各烷烴氣體的爆炸極限發(fā)現(xiàn)油品蒸汽和烷烴類氣體的爆炸下限基本一致。油品的燃爆危險(xiǎn)性與油品在生產(chǎn)及儲運(yùn)過程中的安全關(guān)系密切，通過試驗(yàn)測定油品的爆炸極限，為油氣場站安全生產(chǎn)提供參考數(shù)據(jù)是行之有效的方法之一。

[1]油氣及有毒性氣體泄漏擴(kuò)散危險(xiǎn)性研究[D],張玉潔,長安大學(xué),2015.6.

[2]施倚,爆炸事故的類型和爆炸極限是什么[J],勞動保護(hù), 2011.01.15:p115.

[3]Carl L.Yaws,Matheson Gas Data Book[M]McGraw-Hill& Matheson Tri-Gas Parsippany,NJ 2001.

張玉潔(1989-)女，湖北省襄陽市人，研究生，專業(yè)：建筑安全工程，職業(yè)：教師。

張思敏（1998-）女，湖北省襄陽市人，本科，專業(yè)：經(jīng)濟(jì)學(xué)。