基于20L球形爆炸装置的油品爆炸实验

2017-07-12张玉洁张思敏陕西工业职业技术学院陕西咸阳7000武汉理工大学湖北武汉430070

化工管理 2017年11期

张玉洁张思敏（陕西工业职业技术学院，陕西咸阳 7000；武汉理工大学，湖北武汉 430070）

基于20L球形爆炸装置的油品爆炸实验

张玉洁1张思敏2（1陕西工业职业技术学院，陕西咸阳 712000；2武汉理工大学，湖北武汉 430070）

利用20L球形爆炸装置，对原油、凝析油及混合油三种不同油品的爆炸极限值进行实验测定。结果表明：混合油和原油的爆炸下限较低，凝析油的爆炸下限较高；对比各烷烃气体的爆炸下限发现油品蒸汽和部分烷烃类气体的爆炸下限基本一致。实验结果对油气生产场所进行可燃性气体浓度监测及控制具有一定的指导意义。

油品;爆炸下限;爆炸实验

石油经过炼制加工等生产出包括原油、石油产品、稳定轻烃和稳定凝析油等石油产品，称之为油品。油品的爆炸极限是燃爆特性直观的反映指标，油品蒸汽与空气（或氧气）在特定的浓度范围内均匀混合，形成的预混气，遇火源能够发生爆炸，这个浓度范围称为爆炸极限，或爆炸浓度极限[2]，本文将通过实验对油品的爆炸下限进行测定及分析。

1 实验方案

1.1 试验装置及对象

实验采用20L球形爆炸装置，该装置由试验本体、点火装置、压力传感器、空压机、真空泵及各类气体管路等组成。试验主体部分是一个20L的球形钢罐，该部位是油品蒸汽和空气混合物的爆炸容器；试验所需的油品蒸汽用气瓶储存；真空泵和压力计分别用来将球形罐内抽取真空和检测罐的内真空程度；实验完成一次爆炸极限实验测定后用压缩机把罐内废气通过排气管排除，并通过进气管来补给罐内新鲜空气。试验油品主要有原油、凝析油及混合油三种，油品来源于长庆油田。

1.2 试验步骤

试验分为五个步奏进行：空气置换、配气、点火、判断是否引爆、排气。

（1）空气置换。空气置换是为了保证每次从试验用气瓶中所抽取的蒸汽为纯油蒸汽，将一定体积的油品倒入气瓶中，拧紧压力阀密封，打开真空泵将爆炸本体（球形罐）抽成真空，关闭真空泵，打开试验用气瓶的阀门，直至气瓶和球形罐内压力一致，关闭阀门。打开空压机吹扫球形罐，将球形罐内油蒸汽安全排出。如此重复该过程6次，基本达到将气瓶内空气置换出来的目的，之后从气瓶中所抽出来的蒸汽则可以认为是基本不含空气的纯油蒸汽。

（2）配气。打开真空泵把球形罐内抽为真空，依据配气浓度计算应抽取的油蒸汽，打开气瓶阀门抽取油蒸汽。

（3）点火。本试验通过点火头接通电源（9V）进行点火，点火头为一次性消防专用“桥丝式”电点火头，不属于电火花点火方式，不会对测试仪器造成干扰。

（4）判断是否引爆。由于试验装置为密闭系统，有两种方法来判断是否引爆：测定氧含量变化和观察点火头变化。测定氧含量变化：在对照试验中，不加入油蒸汽单独进行点火，在点火前后分别检测球形罐内氧气浓度，发现前后基本不发生变化，这说明单独的点火过程基本不消耗氧气。正式试验中抽取油蒸汽点火，如果检测发现点火后的氧浓度明显低于点火前，说明点火后氧气参与反应了，可以判定发生了爆炸。点火头变化：经多次实验证实，每次发生爆炸后点火头线缆表面均被烧黑，而未发生爆炸则保持原样不变，因此也可以通过点火头外观状况变化来判断是否发生爆炸。

（5）排气。由于爆炸试验会产生有毒有害气体，因此每次点火后都要对球形罐进行吹扫排气，在保证安全的同时也可以消除余留废气对后续试验的影响。

2 测试结果及分析

为了减小测试误差本试验采用水浴来控制温度，即将储存油样的气瓶置于水浴中，一方面提高了油品的饱和蒸汽压，减少了抽取油蒸汽需要的时间，也减少了抽取油蒸汽过程中的漏气量。

由于可燃性气体（蒸汽）的上限一般不易达到，因此通常可燃性气体（蒸汽）的爆炸下限为油气场站对其控制指标。再加上油品受自身挥发性能的影响[1]，挥发产生高浓度的油品蒸汽难度较大。考虑到这两点，本试验重点对油品的爆炸下限进行了测定。采用上述试验方法对其余六种油样品分别进行了爆炸下限的测定，测试结果汇总于下表2-1。

表2-1 油样爆炸下限结果汇总

分析上表的数据可知，各油品的爆炸下限值分布在1.0%至1.3%之间，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。由于不同油样的C成分不同，而油品挥发出来的蒸汽主要成分为烃类混合物，根据Matheson气体数据手册查得相关烷烃的爆炸极限[3]如表2-2所示。