Пожарная опасность нефти и нефтепродуктов: горение, переработка, хранение

Температура горения бензина

Температура сгорания бензина не зависит от октанового числа: оно влияет на стойкость к возникновению детонационных процессов. У автомобильных бензинов А-72, А-76, АИ-92, АИ-95 фракционный состав и все характеристики кипения, испаряемости и горения почти одинаковы. Современные бензины с высоким октановым числом даже менее экологически безопасны, чем устаревшие, потому что в них добавляют множество присадок, например тетраэтилсвинец, который ядовит и разрушают каталитический нейтрализатор автомобиля.

Сгорание бензина зависит от того, где он горит. В двигателе бензин горит в среднем при температуре 900-1100 градусов, может гореть и при более низких температурах. Она зависит в том числе от давления в цилиндрах. Открытым пламенем бензин горит при более низких температурах – 800-900 градусов.

Примечания

1. Журнал «Популярная механика» Выпуск 106 август 2011. стр. 18
2. Kirshenbaum, A. D.; A. V. Grosse (May 1956). «The Combustion of Carbon Subnitride, NC4N, and a Chemical Method for the Production of Continuous Temperatures in the Range of 5000–6000°K». Journal of the American Chemical Society. 78 (9): 2020. doi:10.1021/ja01590a075
3. Thomas, N.; Gaydon, A. G.; Brewer, L. (1952). «Cyanogen Flames and the Dissociation Energy of N2». The Journal of Chemical Physics. 20 (3): 369–374. Bibcode:1952JChPh..20..369T. doi:10.1063/1.1700426.

Основные характеристики керосина

Кинематическая вязкость углеводородов, находящихся в керосине меняется в зависимости от температуры. При низких температурах она повышается, что оказывает влияние на процесс сгорания топливной смеси в авиационных двигателях.

Плотность керосина относится к наиболее важным характеристикам. В начале развития нефтеперерабатывающей промышленности это показатель служил единственной качественной характеристикой керосина.

Показатель температуры вспышки демонстрирует пожароопасность нефтепродукта. Его величина для авиационного топлива регламентируется международными стандартами и строго контролируется. Следует учесть, что при попадании в керосин бензина его огнеопасность существенно увеличивается.

Теплота сгорания определяется количественными показателями получаемой теплоты в процессе сгорания одного килограмма нефтепродукта (для газов учитывается единица объема).

Под температурой самовоспламенения понимают способность смеси испарений керосина и воздуха к самостоятельному устойчивому горению. В качестве такого показателя используется минимальное температурное значение, при котором происходит воспламенение без посторонних источников огня. Это свойство нефтепродуктов используется в дизельных моторах.

Высота некоптящего пламени керосина демонстрирует возможность горения нефтепродукта без образования копоти в стандарной лампе, фитиль которой равен 0,6см. Этот показатель имеет зависимость от фракционного или химического состава, и влияет принадлежность керосина к той или иной марке топлива.

Под концентрационным пределом воспламенения (КПВ) понимают отношение объема парообразного состояния керосина и интервала его концентрации в воздухе (который служит окислительной средой) в пределах которого возможно возгорание от внешнего источника с дальнейшим самостоятельным распространением пламени по смеси.

Температурным показателем помутнения нефтепродукта определяется начало процесса образования в керосине кристаллов углеродов. Этот показатель влияет на свойства горения керосина при низких температурах. Образующиеся кристаллы снижают силу горения. Для определения температуры помутнения используются оптические методы.

Поскольку керосин содержит различные соединения органических кислот, которые также снижают его качество, этот продукт подвергают щелочному очищению. Показатели кислотности керосина строго лимитируется и указывается в соотношении количества КОН в мг необходимых для нейтрализации свободных кислот в 100 мл керосина. Чтобы предотвратить обратное растворение нафтеновых кислот вторичная очистка керосина выполняется при 40°С.

рассчитать доставку керосина ЗДЕСЬ.

Причины возгорания бензина и других ГЖ

Горючее вещество может быть:

• твердым;
• жидким;
• газообразным.

ЛВЖ могут воспламеняться в связи со следующими распространенными причинами:

• попадание искры электричества в баки с горючими жидкостями;
• самовозгорание (как вариант – торфа);
• использование зажигательных смесей (пирогелей, белого фосфора и др.);
• курение на территориях хранения нефтепродуктов, бензина и других ЛВЖ;
• отогревание двигателей машин с помощью керосиновой лампы или открытым огнем: очень часто водители просто забывают потушить керосиновую лампу и оставляют ее в гараже;
• несоблюдение правил хранения и транспортировки горючих веществ;
• стирка промасленной, испачканной в нефти или бензине одежды в закрытых помещениях;
• нарушение правил противопожарного режима для помещений, где хранятся ЛВЖ;
• человеческий фактор (непротертая лужа бензина на полу, оставленная открытой канистра с керосином и т. д.).

Методы определения температуры вспышки

Существует метод открытого и закрытого тигля (емкость для нефтепродуктов). Значения полученных температур отличаются из-за количества скопившихся паров.

Метод открытого тигля включает:

1. Очистку бензина от влаги при помощи хлорида натрия.
2. Заполнение тигля до определенного уровня.
3. Нагрев емкости до температуры на 10 градусов ниже ожидаемого результата.
4. Поджиг газовой горелки над поверхностью.
5. В момент воспламенения фиксируется температура вспышки.

Метод закрытого тигля отличается тем, что бензин в емкости постоянно перемешивается. При открывании крышки огонь подносится автоматически.

Аппарат для определения температуры вспышки состоит из следующих компонентов:

• электрический нагреватель (мощность от 600 Ватт);
• емкость объемом 70 миллилитров;
• медная мешалка;
• электрический или газовый поджигатель;
• термометр.

В зависимости от результатов легковоспламеняемые вещества подразделяются:

• особо опасные (при температуре вспышки ниже -20С);
• опасные (от -20С до +23С);
• опасные при повышенной температуре (от 23С до 61С).

Температура вспышки бензина

У бензина нет собственной химической формулы. Он состоит из десятков компонентов, без учета присадок. Привычное обозначение (А95) является показателем октанового числа.

Под температурой вспышки подразумевается минимальный порог нагрева, при котором пары способны воспламенится от открытого источника. Бензин относится к наиболее пожароопасным нефтепродуктам (воспламенение при минус 400С).

Температура воспламенения – минимальный показатель, при котором топливо-воздушная смесь вспыхивает от стороннего источника и горит от испарения не менее 5 секунд. Температура горения превышает температуру вспышки на 10-15 градусов.

Самовоспламенение – значение, при котором горячие пары бензина возгораются без постороннего источника. Этот показатель необходим для:

• разделения веществ по группам пожароопасности;
• расчета электрооборудования;
• выяснения причин возгораний.

Бензин применяют на моторах с искровым зажиганием. Перед подачей в цилиндр топливо-воздушная смесь нагревается выше температуры вспышки.

2 условия воспламенения:

1. Бензин находится в газообразном состоянии.
2. Соотношение топлива и воздуха в пределах возгорания.

Заправка дизеля по сезону

Практически каждый обладатель технологичного и современного дизельного мотора на своем легковом или другом автомобиле ранее эксплуатировал какой-либо авто на бензине. Для многих «дизелистов», которые только начинают свое знакомство с этим типом ДВС, немедленно становится актуальным вопрос обязательного сезонного перехода с одного вида дизельного топлива на другой.

Необходимость заправлять качественное и чистое горючее на проверенных заправках известна всем, а вот причины обязательного перехода на летнее, зимнее или даже арктическое дизельное топливо понятны не каждому водителю в числе быстро увеличивающегося количества обладателей дизельных двигателей в СНГ.

Причина такой необходимости кроется в том, что дизтопливо имеет одну крайне неприятную особенность, которая проявляется при низких температурах. Из жидкого состояния такое горючее на холоде становится вязким. Виноват в этом интенсивный рост кристаллов парафина. Эти кристаллы и заставляют жидкую летнюю солярку превращаться в гелеобразную субстанцию под воздействием отрицательных температур.

Если вспомнить об особенностях и устройстве системы питания дизельного двигателя, тогда главным критерием становится филигранная точность исполнения отдельных компонентов, минимальные зазоры в устройствах топливоподачи дизеля для создания высокого давления. Именно это давление и обеспечивает эффективный распыл дизельного топлива в камере сгорания.

Читайте в этой статье

Температура испарения бензина

Какая температура нужна, чтобы превратить бензин в пар? Процесс этот начинается, когда теплее 30°С, а для тяжелых фракций достигает 205°С. Тут бензин начинает смешиваться с воздухом и попадает в камеру сгорания, запуская движение автомобиля. Чем холоднее на улице, тем больше энергии затрачивается на испарение, и тем сложнее запустить двигатель и продолжать движение. Поэтому зимние сорта бензина включают фракции, которые легко испаряются при низких температурах.

Современные автомобили имеют систему прямого впрыска, поэтому температура испарения бензина уже не так важна, но до сих пор только она определяет, насколько быстро и равномерно бензиновые пары смешиваются с воздухом в цилиндре, а значит, насколько эффективно будет работать мотор. Эту величину занижают с помощью присадок или с помощью повышения доли высоких фракций.

Имеет значение, как долго во время хранения и транспортировки химический состав бензина сохраняется неизменным. Если в бензин добавлять сжиженный газ, он превращается в пар при достаточно низкой температуре и возможно еще до того, как будет израсходован бак. На практике даже только что купленный бензин уже может иметь свойства ниже марочных. Такое бывает, если продавец к топливу, у которого истек срок хранения, добавил пропан или метан (именно от этого на заправках сильно пахнет газом), получив из 92 бензина 95.

Влияние частоты вращения коленчатого вала

При увеличении частоты вращения n коленчатого вала увеличивается скорость движения топливовоздушной смеси во впускном трубопроводе и усиливаются вихревые движения смеси в камере сжатия. Опыты показывают, что с увеличением n длительность первой фазы Q1 сгорания, выраженная в градусах угла поворота коленчатого вала Ф, возрастает, процесс сгорания развивается с запаздыванием. Максимальное давление Р цикла снижается и все больше смещается на такт расширения. Экономичность двигателя ухудшается. Если же при увеличении n увеличить на определенную величину фз, то основная фаза сгорания приблизится к в.м.т., давление Р цикла увеличится, и несмотря на то, что третья фаза сгорания (догорание) заканчивается позже, чем при меньших значениях n, экономичность цикла улучшается (кривые 3 к 1, рис. б). Следовательно, для получения максимальной мощности и эффективности двигателя необходимо автоматически обеспечивать оптимальное значение угла опережения зажигания для каждого скоростного режима.

Способы тушения бензина

Так чем же можно тушить горящий бензин, керосин, масла и другие легковоспламеняющиеся и горючие жидкости?

Государством разработаны рекомендации по тушению высокоотановых бензинов АИ-92, АИ-95 И АИ-98 в резервуарах.

На первой стадии пожаротушения используются следующие переносные, передвижные и ручные средства:

• огнетушители;
• ткань;
• песок, земля.

Огнетушители

Маркировка на устройствах подскажет, можно ли использовать их, чтобы потушить бензин.

Воспламенение ГЖ – пожар класса B.

В качестве средств для тушения возгораний этого класса выступают:

1. Порошковые огнетушители. Используются в транспорте (автомобили, самолеты, автобусы и т. д.). Принцип действия заключается в блокировке поступления O2.
2. Углекислотные огнетушители. Применяются в быту, так как не вредят электрооборудованию. Способны ограничить поступление кислорода и снизить температуру в очаге возгорания.
3. Пенные огнетушители. Работают, вытесняя пену из пенообразователя на горящее вещество. Она охлаждает очаг пожара и вымещает кислород.

Песок

Тушить бензин и другие ЛЖ можно с помощью обычного песка или сухой земли.

Это помогает:

• остановить увеличение горящего пространства;
• ликвидировать пламя.

Во время тушения пожара песком вещество высыпают по периметру возгорания, ограничивая распространение опасной жидкости. Когда очаг пожара ограничен, его можно погасить, аккуратно засыпая песок до уничтожения огня.

Ткань

Необычным, но эффективным средством тушения ЛЖ является ткань. Противопожарным полотном накрывают пламя, тем самым ограничивая поступление кислорода к очагу возгорания.

Часто такой способ используется на предприятиях при воспламенении топлива в резервуарах хранения. Тканью просто накрывают горящее устройство, тем самым блокируя дальнейшее развитие огня.

Цвет пламени[ | ]

различный вид горелки Бунзена зависит от притока кислорода: 1. богатая топливная смесь без предварительного смешивания с кислородом (подача кислорода закрыта) горит жёлтым коптящим рассеянным пламенем 2. подача воздуха снизу почти перекрыта 3. открыта в средней мере: смесь близка кстехиометрической 4. подача воздуха максимальная:бедная смесь Цвет пламени определяется излучением электронных переходов (например, тепловым излучением) различных возбужденных (как заряженных, так и незаряженных) частиц, образующихся в результате химической реакции между молекулами горючего и кислородом воздуха, а также в результате термической диссоциации. В частности, при горении углеродного горючего в воздухе, синяя часть цвета пламени обусловлена излучением частиц CN±n, красно-оранжевая — излучением частиц С2±n и микрочастиц сажи. Излучение прочих образующихся в процессе горения частиц (CHx±n, H2O±n, HO±n, CO2±n, CO±n) и основных газов (N2, O2, Ar) лежит в невидимой для человеческого глаза и части спектра. Кроме того, на окраску пламени сильно влияет присутствие в самом топливе, деталях конструкции горелок, сопел и так далее соединений различных металлов, в первую очередь натрия. В видимой части спектра излучение натрия крайне интенсивно и ответственно за оранжево-желтый цвет пламени, при этом излучение чуть менее распространенного калия оказывается на его фоне практически не различимым (поскольку большинство организмов имеют в составе клеток K+/Na+ каналы, то в углеродном горючем растительного или животного происхождения на 3 атома натрия приходится в среднем 2 атома калия).

Главные качества

Главные качества топлива – его химический состав, способность к испарению, горению, самовоспламенению, возникновению отложений, а также коррозионная устойчивость и стойкость к возгоранию.

Физико-химические характеристики зависят от того, какие углеводороды и в каких соотношениях присутствуют в топливе. Температура замерзания топлива составляет -60 градусов, в случае использования особых присадок можно снизить этот показатель до -71 градуса.

Состав фракции топлива воздействует на эксплуатационные качества. При изготовлении крайне необходимо получить оптимальное соотношение легких и тяжелых соединений, чтобы получить достаточно высокое испарение при низких температурах и не допустить сбоев в работе мотора из-за создания паровых пробок в топливном проводе, которые могут появиться ввиду активного испарения большого числа легких соединений.

Ввиду этого бензины, которые используются в местностях с жарким климатом и в районах полярного круга, обладают разным химическим составом для того, чтобы обеспечить нужные эксплуатационные качества. Бензин получается несколькими способами:

• путем прямой перегонки нефти;
• путем отбора конкретных фракций;
• крекинг;
• риформинг.

Главная составляющая топлива, которая получена способом прямого перегона – соединения алканов. При крекинге и риформинге они трансформируются в разветвленные алканы и ароматические компоненты. Два последних метода позволяют получить горючее с высоким октановым числом марок АИ 92 и 95.

Метан

В переходе на газовое топливо есть свои сложности. Так, например, плотность природного метана в тысячу раз ниже плотности бензина. Поэтому, если заправлять автомобиль метаном при атмосферном давлении, то для равного с бензином количества топлива понадобится бак в 1000 раз больше. Чтобы не возить огромный прицеп с топливом, необходимо увеличить плотность газа. Это можно достичь сжатием метана до 20. 25 МПа (200. 250 атмосфер). Для хранения в таком состоянии используются специальные баллоны, которые устанавливаются на автомобилях.

Природный газ-метан способен резко уменьшать объем (в 600 раз) при его низкотемпературном cжижении. Такой жидкий газ можно перевозить в специальных «бензобаках» при давлении не более 6 атмосфер (давление воды в водопроводном кране). Имеется множество технических разработок и патентов по реализации такой технологии получения жидкого метана. Во всем мире уже производится и потребляется много миллионов тонн охлажденного (до температуры около –120°C) метана. Крупнейшими производителями является Индонезия, Алжир, Ливия, США, Норвегия и т.д. Для перевозки используются танкеры-метановозы водоизмещением до 120 000 тонн (Япония). Продуктами полного сгорания метана являются безвредные вещества – углекислый газ и вода. Именно поэтому мы не испытываем неудобств на наших кухнях, где иногда целый день горят газовые (метановые) горелки.

Замерзает ли?

В физике существует такое понятие как абсолютный ноль. Равняется он -273°C. Так вот в этих условиях замерзнет абсолютно все. Но поскольку мы с вами с абсолютным нулем не сталкиваемся, то соответственно нечего этого и бояться. В наших условиях замерзание (то есть кристаллизация) бензина невозможно. Но при определенном снижении температуры он начинает загустевать. Превращается в тягучую желеобразную массу. Так вот именно температура перехода к критическому загустеванию (-60°C) условно называется замерзанием.

В таком виде бензин абсолютно не поддается прокачиванию по топливной системе. Для областей, где есть риск появления таких температур, выпускается особый вид бензина, называемый ”Арктика”.

Факторы

В процессе сгорания дизеля основную роль играют следующие факторы:

• Индуцированный заряд воздуха, его температура и его кинетическая энергия в нескольких измерениях.
• Распыляемость впрыскиваемого топлива, проникновение брызг, температура и химические характеристики.

Хотя эти два фактора являются наиболее важными, существуют другие параметры, которые могут существенно повлиять на работу двигателя. Они играют вторичную, но важную роль в процессе сгорания. Например:

Конструкция впускного канала. Она оказывает сильное влияние на движение наддувочного воздуха (особенно в тот момент, когда он входит в цилиндр) и на скорость перемешивания в камере сгорания. От этого может меняться температура горения дизельного топлива в котле.
Конструкция впускного отверстия также может влиять на температуру наддувочного воздуха. Это может быть достигнуто путем передачи тепла от водяной рубашки через площадь поверхности впускного отверстия.
Размер впускного клапана. Контролирует общую массу воздуха, впускаемого в цилиндр за конечное время.
Степень сжатия. Она влияет на испарение, скорость перемешивания и качество сгорания, независимо от температуры горения дизельного топлива в котле.
Давление впрыска. Оно контролирует продолжительность впрыска для заданного параметра отверстия сопла.
Геометрия распыления, которая непосредственно влияет на качество и температуру горения дизельного топлива и бензина за счет использования воздуха. Например, больший угол конуса разбрызгивания может поместить горючее сверху поршня и снаружи бака сгорания в дизельных двигателях DI с открытой камерой. Это условие может привести к чрезмерному «курению», так как горючее лишается доступа к воздуху. Широкие углы конуса могут также привести к разбрызгиванию топлива на стенках цилиндра, а не внутри камеры сгорания, где это требуется. Распыленное на стенку цилиндра, оно в конечном итоге будет перемещено вниз в масляный поддон, что сократит срок службы смазочного масла. Поскольку угол разбрызгивания является одной из переменных, влияющих на скорость перемешивания воздуха в топливной струе вблизи выходного отверстия инжектора, он может оказать существенное влияние на общий процесс сгорания.
Конфигурация клапана, которая контролирует положение инжектора. Двухклапанные системы создают наклонное положение инжектора, что подразумевает неравномерное распыление. Это приводит к нарушению смешивания топлива и воздуха. С другой стороны, конструкции с четырьмя клапанами допускают вертикальную установку инжектора, симметричное расположение распыления топлива и равный доступ к доступному воздуху для каждого из распылителей.
Положение верхнего поршневого кольца. Оно контролирует мертвое пространство между верхней площадкой поршня и гильзой цилиндра. Это мертвое пространство задерживает воздух, который сжимается и расширяется, даже не участвуя в процессе сгорания

Поэтому важно понимать, что система работы дизельного двигателя не ограничивается камерой сгорания, распылителями форсунок и их непосредственным окружением. Сгорание включает в себя любую часть или компонент, которые могут повлиять на конечный результат процесса

Потому ни у кого не должно быть сомнений по поводу того, горит ли дизельное топливо.

Температура вспышки и воспламенения

Чтобы смесь воздуха и пара (топливного) загорелась в присутствии огня, в ней должна быть достаточная концентрация горючих молекул. Нефть состоит из множества различных фракций – более или менее летучих. Таким образом, состав нефтепродукта определяет, при какой температуре загорится его насыщенный пар. Это одна из основных характеристик топлива.

Минимальная температура, при которой пары над поверхностью горючей жидкости способны вспыхнуть от огня – это температура вспышки. Смесь сгорает быстро, новые молекулы не успевают вылететь, и пламя затухает. При дальнейшем нагреве можно достичь температуры воспламенения. Вместо вспышки на поверхности будет наблюдаться устойчивое горение. Наконец, есть температура самовоспламенения (она еще выше), при которой для возникновения пламени или взрыва не нужен источник огня.

Это интересно: Где и как добывается сланцевая нефть?

Почему нельзя тушить водой

Тушение бензина водой.

Самое важное правило при тушении – бензин нельзя тушить водой. Это только увеличит территорию возгорания

Пожар – соединение горящего вещества с O2. При пожаротушении необходимо устранить возможность притока воздуха к очагу возгорания. H2O выступает в качестве барьера для кислорода. Вода снижает температуру горящего объекта, обволакивает его.

Однако с бензином дела обстоят иначе. При смешении ГЖ и H2O не происходит процесса вымещения кислорода. Бензин легче, чем вода. Он просто поднимается на поверхность и продолжает гореть. Кроме того, пожар становится обширнее из-за того, что бензин растекается вместе с H2O.

Пределы взрываемости

Пределы взрываемости выражены температурой горючего вещества и характеризуют граничные концентрации паров топлива в воздухе. Величиной определяют степень взрывоопасности бензина. С превышением концентрации верхнего предела происходит сгорание жидкости. Наименьшая концентрация паров горючего в воздухе, при которой происходит воспламенение от внешнего источника пламени с последующим распространением огня на весь объем, приводит к взрыву.

Взрывчатые смеси образуются при концентрации паров в воздухе от 70 до 120 г/м3.  Значения между ВКПР и НКПР именуют промежуточной взрываемостью: у бензина она составляет 0.7-8%. Итоговая величина зависит от состава реагента, наличия в топливе негорючих присадок. Для автомобильного двигателя особенно опасно детонационное топливо. Оно способствует быстрому распространению теплоты. Процесс приводит к физическому износу деталей цилиндро-поршневой группы. Предотвратить детонации можно путем регулярного технического обслуживания мотора, покупки высокооктанового горючего, установки свечей зажигания с подходящим калильным числом.

Еще одна интересная величина – температура кипения бензина. Находится в пределах от 50 до 110 градусов. Показатель зависит от состава того или иного топлива. Лишь водители со стажем помнят, как летом закипевшее в карбюраторе горючее останавливало транспортное средство. Причиной становились пробки: легкие фракции отделялись от тяжелых под видом пузырьков горючего газа из-за чрезмерного разогревания. Достаточно было постоять на обочине некоторое время. Образованные газы вновь становились жидкостью, система освобождалась от образованных пробок – машина продолжала свой путь.

Система безопасна

Сразу поясним: в новостях о взрывах бытового газа речь идет о баллонах с метаном или проблемах на магистрали. С 1952 года не зафиксировано ни одного случая взрыва подземного газгольдера из-за высокого давления. Поломки происходят при неправильной заправке или покупке б/у емкости.

1

СУГ не создает лишнего давления

Смесь хранится в виде жидкости. Вещество переходит в газообразное состояние, заполняет свободное пространство, создает давление 3-6 атм. Для сравнения — сжатый метан хранят в баллонах под давлением до 200-220 атм.

Меньше давление — меньше вероятность аварии.

Газгольдеры защищены аварийными клапанами, которые сбрасывают давление при 16 атм. На практике резервуары выдерживают испытательное давление до 25 атм. Разрывается сосуд только при 50 атм.

2

Газгольдер не взрывается

Для воспламенения нужен воздух: в чистом и сжиженном виде топливо не горит без доступа кислорода. Взрывоопасная концентрация — 25-95 литров на кубометр воздуха. Доступ кислорода внутрь емкости невозможен, то есть пока резервуар цел — аварии исключены.

3

Подземные утечки не так страшны

Даже если произошла поломка и топливо частично вытекло из резервуара — оно опускается и впитывается в грунт. Смесь тяжелее воздуха, поэтому взрывоопасное вещество не поднимается на поверхность (удаление от подвалов по СП 62.13330.2011 предотвращает скапливание парообразной фазы в помещении). Дополнительно мы устанавливаем сигнализатор загазованности.