Пожарная и взрывная опасность нефтепродуктов
Лекция 3
Нефть – это углеводородное топливо, состоящее в основном из углерода (83 – 87 %), водорода (12 – 14 %) и малого количества серы, кислорода, азота
(1 – 3 %) [7, 8, 9, 28].
Нефть– горючая маслянистая жидкость темного, иногда буро-зеленого цвета, плотностью ρ = 850 – 900 кг/м3, теплотой сгорания 42 – 44 МДж/кг (М – мега (миллион) 106).
Нефть содержит парафины от 4 до 8 %. При содержании в нефти более 6 % парафина появляются сложности с её добычей и транспортировкой. При перекачке парафин отлагается на внутренних стенках трубопровода. Высокопарафиновые нефти перед закачкой в трубу нагревают до 70 – 80 °С.
Молекулярная масса нефти 190 – 220 кг/кмоль. Температура самовоспламенения 380 – 530 °С. Температура кипения от 60 до 80 °С. Температура застывания достигает величины от минус 8 до плюс 10 °С.
Кинематическая вязкость, мм2/с (сСт), при 20 °С 7 – 20, при 50 °С равняется 3 – 9. Давление насыщенных паров нефти должно быть не более 66650 Па.
По содержанию серы нефти подразделяются на 3 класса:
- малосернистые – до 0,6 % серы;
- сернистые от 0,61 до 1,8 % сернистые;
- высокосернистые более 1,8 % серы.
Сера в нефти находится в виде сероводорода, меркаптанов и сульфатов. Технология получения топлив из нефти с высоким содержанием серы сложная и требует больших затрат.
В нефти до 99 % содержатся углеводороды разнообразного строения: парафиновые, циклопарафиновые (нафтеновые), ароматические. Низшие газообразные парафины сопутствуют нефти (попутный нефтяной газ), частично растворены в ней. В жидких углеводородах растворены также высшие твёрдые углеводороды.
|
|
|
Нефти, содержащие большое количество парафиновых углеводородов, называют парафиновыми. Нефти, богатые циклопарафинами, называют нафтеновыми. Есть нефть, богатая ароматическими углеводородами, называют ароматической.
Нефтепродукты –смеси газообразных, жидких и твердых углеводородов различных классов, полученные из нефти и нефтяных газов. К основным группам нефтепродуктов относят: топлива (газы, бензины, лигроины, керосины, соляры, мазуты), масла, консистентные смазки, твердые углеводороды (парафины, церезины), битумы.
Испаряемостьхарактеризуется скоростью перехода топлива из жидкой фазы в газообразную. Нефть не имеет постоянной температуры кипения, так как в ее состав входят различные вещества.
Температурные диапазоны выкипания нефтепродуктов.
Бензин 35 – 190 °С, лигроин 110 – 230 °С, керосин 140 – 300 °С, газойль 236 – 330 °С, соляр 286 – 380 °С, масла 320 – 500 °С. При смешении фракций получают топлива для различных видов техники.
Лигроин и керосин – реактивное топливо для самолётов.
Керосин и газойль – лёгкое дизельное топливо для автомобилей.
|
|
|
Газойль и соляр – дизельное топливо для тракторов.
Соляр – для тепловозов и судовых двигателей.
Испаряемость бензина– это одно из главных его качеств. Жидкое топливо горит только тогда, когда оно преобразовано в газообразное состояние. Для оценки испаряемости выполняют фракционную (фракция – часть) разгонку и определяют температуру, при которой испаряются 10, 50 и 90 % топлива по объему (t10 %, t50 %, t90 %.).
Бензин, испаряемость которого соответствует первому классу, рекомендуется для южных районов России. Второму и третьему классу – для центральных районов, четвертому – для северных, пятому – для крайнего севера и Арктики.
По величине температуры, при которой испаряется 10 % топлива (t10 %), определяют пусковые качества бензина. При пуске двигателя в первую очередь воспламеняются от искры легкие фракции топлива.
По значению температуры, при которой испаряется 50 % топлива (t50 %), определяют качествопротекания рабочего процесса двигателя, а также время его прогрева, динамику разгона автомобиля.
По величине температуры t90 % оценивают количество тяжелых углеводородов. В случае их неполного сгорания, они способствуют образованию нагара и разжижению моторного масла.
|
|
|
Углеводороды, входящие в состав нефти, относят к парафиновым, нафтеновым и ароматическим.
Процесс расщепления молекул тяжёлых углеводородов называют крекингом. Крекинг осуществляют путём нагрева обрабатываемого сырья до определённой температуры без доступа воздуха, без катализатора (термический крекинг)или в присутствии катализатора (каталитический крекинг). Крекинг позволил увеличить выход бензиновых фракций из нефти до 50 – 60 % против 20 – 25 %, получаемых прямой перегонкой.
Термический крекинг происходит при температуре 470 – 540 °С и давлении 2 – 5 МПа.
К таким процессам относится каталитический крекинг, который протекает при тех же температурах, что и термический крекинг, но при давлении, близком к атмосферному, и в присутствии катализатора.
Каталитический крекинг осуществляют по различным схемам: с неподвижным слоем катализатора, подвижным сферическим катализатором и с пылевидным, или микросферическим, катализатором.
Примеси нефти . Среди примесей наибольшее влияние на качество топливосмазочных материалов оказывают сернистые и кислородные соединения. Эти соединения оказывают многостороннее влияние на эксплуатационные характеристики двигателей и механизмов и, прежде всего, на их коррозионный износ. Для удаления примесей полуфабрикаты топлив и масел подвергают очистке.
|
|
|
Очистка серной кислотой. Применяется для удаления непредельных углеводородов, асфальтосмолистых веществ, азотистых и сернистых соединений, нафтеновых кислот.
Щелочная очистка (очистка натриевой щелочью). Применяется для удаления из нефтяных дистиллятов кислородных соединений (нефтяных кислот, фенолов), сернистых соединений (сероводорода, меркаптанов, серы) и для нейтрализации серной кислоты и продуктов её взаимодействия с углеводородами (сульфокислот, эфиров серной кислоты), остающихся в нефтепродукте после его сернокислотной очистки.
Селективная очистка (очистка при помощи растворителей) основана на различной растворяющей способности некоторых веществ в отношении углеводородов различного строения и неуглеводородных примесей. Применяется для очистки масел. Удаляются асфальтосмолистые соединения, полициклические углеводороды, часть сернистых соединений, непредельные углеводороды.
После селективной очистки (фенолом, фурфуролом, крезолом) получают рафинат (очищенное масло) и экстракт (растворитель с извлеченными из масла веществами). После удаления растворителя экстракт идет в качестве добавки в трансмиссионные масла, а рафинат - на приготовление масел.
Депарафинизация. Применяется для удаления углеводородов с высокими температурами застывания, в основном парафинового ряда, так как последние при охлаждении переходят в кристаллическое состояние. Депарафинизации подвергают дизельные топлива и масла.
Гидроочистка. Применяется для удаления сернистых, азотистых и кислородных соединений путём восстановления этих соединений водородом при повышенных температурах и давлении в присутствии катализатора в газообразные продукты (сероводород, аммиак) и воду, которые легко удаляются. Гидроочистке подвергают дизельные топлива и моторные масла для удаления серы.
Адсорбционная очистка (контактная очистка, очистка отбеливающими землями). Некоторые высокопористые вещества (адсорбенты) способны удерживать на поверхности нежелательные примеси, содержащиеся в нефтепродуктах. Эта очистка распространена при производстве масел и дизельных топлив. Данным способом удаляют смолы, нафтеновые кислоты, кислородосодержащие соединения, сульфокислоты, остатки минеральной кислоты и селективного растворителя. В качестве адсорбентов используют природные глины, силикагель, активированную окись алюминия.
Все перечисленные выше способы очистки применяют для улучшения качества нефтепродуктов, их эксплуатационных свойств.
Бензины применяют в двигателях с внешним смесеобразованием и воспламенением горючей смеси от электрической искры. Горючая смесь приготавливается в карбюраторах
Дизельные топлива применяют в двигателях с воспламенением от сжатия. При сжатии воздуха в 17 – 20 раз его температура достигает 500 – 600 °С и впрыскиваемое топливо под давлением 50 МПа и более прогревается, газифицируется, окисляется кислородом воздуха и самовоспламеняется.
Газовые топлива (сжиженные, сжатые) применяют в бензиновых двигателях и дизелях. В бензиновых двигателях смесь газа с воздухом воспламеняется от искры, у газодизелей – от искры или запальной порции дизельного топлива.
Основными компонентами сжиженных газов является пропан С3Н8 и бутан С4Н10. В состав природного газа в основном входит метан СН4.
Пожарная и взрывная опасность нефтепродуктов
Пожарная опасность топлива определяется его огнеопасностью и взрывоопасностью. Пожарная опасность характеризуется следующими показателями качества: температурой вспышки, температурой воспламенения и самовоспламенения, предельной концентрацией смеси паров топлива с воздухом, в пределах которой смесь взрывоопасна (верхний и нижний пределы).
Температурой вспышки нефтепродукта называется минимальная температура, при нагревании до которой над поверхностью образуются смесь его паров и воздуха, способная вспыхивать при поднесении открытого пламени (например, огня спички). Она зависит от фракционного состава топлива. Эта температура тем ниже, чем больше в топливе низкокипящих углеводородов и выше давление насыщенных паров. В таблице 5.2 представлены температуры вспышек различных топливосмазывающих материалов. Следует отметить, что любой вид жидкого топлива способен гореть, если он превращен из жидкой фазы в газообразную (путем нагрева) и перемешан с воздухом (кислородом).
Бензин – наиболее опасное жидкое топливо в плане пожарной опасности. Его пары могут вспыхнуть от пламени даже при температуре минус 40 оС. По этой причине температура вспышки бензина не регламентируется ГОСТом.
Температура воспламенения (горения) –это минимальная температура топлива, при которой горючая смесь топлива с воздухом вспыхивает от постороннего источника пламени и продолжает гореть вследствие испарения топлива. Температура воспламенения больше температуры вспышки на 5 – 10 °С.
Температура самовоспламенения – это температура, при которой пары нагретого топлива, смешанные с воздухом, воспламеняются самостоятельно без постороннего источника пламени. Примерно можно считать, что температура самовоспламенения для дизельных топлив, бензинов и газов, соответственно, 250 – 300; 400 – 500; 600 – 700 °С.
Температура вспышки и воспламенения характеризует пожарную опасность топлива, а температура самовоспламенения – способность топлива самостоятельно воспламеняться в цилиндре дизеля и использоваться в качестве топлива.
В стандартах температуру вспышки нормируют для ограничения в нефтепродуктах количества фракций с более высоким давлением насыщенных паров. Этот показатель служит в основном для оценки пожарной опасности и потерь на испарение, что весьма важно для правильной организации применения и хранения нефтепродуктов.
Верхний и нижний пределы воспламенениягазов, паров топлива в воздухе – значения граничных концентраций в области воспламенения. Значения этих пределов используют при расчёте предельно допустимой взрывоопасной концентрации паров топлива и газов в воздухе при работе с применением огня или искрообразующего инструмента.
Таблица 5.2
Температура вспышки нефтепродуктов, 0С
| Топливо | Температура вспышки в закрытом тигле | Масло | Температура вспышки в открытом тигле |
| Бензин автомобильный Дизельное топливо Мазут | минус 40 30 – 60 80 – 100 | Моторное Моторное загущ. Цилиндровое Индустриальное | 190 – 235 165 – 180 300 – 310 120 – 240 |
В таблице 5.3 приведены показатели пожарной и взрывной опасности бензина, дизельного топлива и моторного масла и сжиженного газового топлива.
Таблица 5.3
Дата добавления: 2020-11-15; просмотров: 144; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!