油库设计与管理
李自力
中国石油大学（华东）储运工程系
2005年10月
第一章 油库概述
第一节 油库的作用和类型
第二节 油库的分级和分区
第三节 油库容量的确定
第一节 油库的作用和类型
一、油库的概念
油库是用来接收、储存和发放石油或石油产品的企业和单位。
二、油库的作用
基地作用
油库是国家石油储备和供应的基地
纽带作用
油库是协调原油生产、原油加工、成品油供应及运输的纽带
油库的纽带作用：
油井
油田原油库
炼厂原油库
炼油装置
炼厂成品油库
用户
三、油库的类型
根据油库的管理体制和业务性质划分
（1）独立油库 （2）企业附属油库
根据油库的主要储油方式划分
（1）地面油库 （2）隐蔽油库
（3）山洞油库 （4）水封石洞库
（5）地下盐岩库 （6）水下油库
第二节 油库的分级和分区
一、油库的分级
注：油库总容量是指所有储罐公称容量与桶装油品设计存放量之和，不包括零位罐、高架罐、放空罐以及是油库自用油品储罐的容量。
大于等于100000
30000 ~ 小于100000
10000 ~ 小于30000
1000 ~ 小于10000
小于1000
一级
二级
三级
四级
五级
总容量（m3）
等 级
二、油品的分类
45℃ 至60℃ 以下
B
A
润滑油、100#重油
120℃ 以上
B
轻柴油、重柴油、20#重油
60℃ ~ 120℃
A
丙
喷气燃料、灯用煤油、-35#轻柴油
28℃ 至45℃ 以下
乙
原油、汽油
28℃ 以下
甲
举例
油品闪点(℃ )
类 别
其他国家油品等级划分举例:
英国石油学会《销售安全规范》
55 ℃≤闪点≤ 100 ℃
Ⅲ级
21 ℃≤闪点<55 ℃
Ⅱ级
闪点<21 ℃
Ⅰ级
法国《劳动保护安全规范》
55 ℃≤闪点< 100 ℃
C级
闪点≥ 100 ℃
D级
闪点<55 ℃
B级
15 ℃时饱和蒸气压大于1bar
A级
三、油库的分区
办公室、传达室、车库、宿舍、浴室、食堂等
行政管理区
4
修洗桶间、消防泵房、消防车库、机修间、器材库、锅炉房、化验室、污水处理设备等
辅助生产区
3
高架罐、灌油间、汽车装卸油品设备、桶装仓库等
公路装卸区
装卸油码头、油泵房、灌油间、桶装油品仓库等
水路装卸区
铁路装卸油品栈桥、油泵房、桶装油品仓库等
铁路装卸区
装
卸
区
2
油罐、防火堤、油泵房、变配电间等
储油区
1
区内主要建筑物和构筑物
分 区
序号
油库分区图示：
库区平面布置举例：
公路装卸
作业区
油罐区
行政管理区
铁路装卸作业区
桶装
作业
区
消防设施
辅助
第三节 油库容量的确定
要求：
（1）集中来油时能及时地把油品卸到库内；
（2）在两次来油的间隙，油库应有足够的储存油品供应给用户。
一、周转系数法确定油库容量
式中：
Vs：某中油品的设计容量，m3；
G：该种油品的年销量，t；
ρ：该种油品的密度，t/m3；
K：该种油品的周转系数；
η：油罐利用系数。
1、周转系数
所谓周转系数，就是指某种油品的储油设备在一年内可被周转使用的次数。
即：
2、油罐利用系数
（1）名义容量（计算容量、理论容量）
（2）储存容量
（3）作业容量
（4）公称容量
3、油罐选用的一般原则
通常，每种油品至少选两个罐；
尽量选用容量较大的储罐；
对于整个油库来说，选用储罐的规格应尽可能统一。
二、储存天数法确定油库容量
式中：
Vs：油品的设计容量，m3；
G：油品的年周转量，t；
N：油品的储存天数；
ρ：油品储存温度下的密度，t/m3；
η：油罐的利用系数；
t ：油品的年操作天数。
三、统计预测法确定油库容量
每个月的月末剩余：ΔVi=进油量-销售量
剩余累计：Vs=∑ ΔVi
油库容量：V=Vs max-Vs min
即：油库在储存了最大销售量的同时，应能储存最大进油量。
进油、销售、月末剩余及剩余累计表
0
+6
+10
+9
+6
0
-12
-22
-26
-26
-20
-11
剩余累计
-6
-4
+1
+3
+6
+12
+10
+4
0
-6
-9
-11
月末剩余
10
10
9
9
7
3
3
4
7
11
13
14
销售
4
6
10
12
13
15
13
8
7
5
4
3
进油
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
月份
注：月末剩余ΔVi为正，入超； 月末剩余ΔVi为负，出超
油库容量：V=Vs max-Vs min=+10-(-26)=36
第四节 库址选择
及库区总平面布置
执行《石油库设计规范》（GB50074-2002）的要求。
主要考虑的事项：
1）与周围居住区、工矿企业、交通线等安全距离、相对位置（高度、风向）；
2）库内建筑物、构筑物之间的防火距离、相对位置；
3）油罐分组布置的相关规定；
4）出入口及消防道路布置要求。
油罐区防火堤设置：
1）防火堤计算高度的确定
要求：防火堤高度应保证堤内有效容积的需要。
有效容积的确定：
执行规范。具体：
a. 固定顶油罐，不小于油罐组内一个最大罐的容量；
b. 浮顶罐，不小于油罐组内一个最大罐的容量的一半；
c. 当固定顶罐、浮顶罐布置在同一罐组内时，取以上两者中的较大值。
固定顶罐防火堤计算高度确定：
2号罐容量为最大
罐容量用V1、V2、……表示，
罐界面积用S1、S2、……表示。
2
1
3
4
6
6
a
b
防火堤计算高度 h:
浮顶罐防火堤计算高度确定：
2号罐容量为最大
罐容量用V1、V2、……表示，
罐界面积用S1、S2、……表示。
2
1
3
4
6
6
a
b
防火堤计算高度 h:
2）防火堤设置规定
防火堤的实际高度应比计算高度高出；
防火堤实际高度不应低于1m（以堤内侧设计地坪计），且不应高于（以堤外侧道路路面计）。
如采用土质防火堤，堤顶宽度度应小于。
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名义容量（计算容量，理论容量）：
储存容量：
作业容量：
油库
独立油库
企业附属油库
民用油库
军用油库
储备油库
中转油库
分配油库
储备油库
供应油库
野战油库
油田原油库
炼厂原油及成品油库
机场及港口油库
农机站油库
其它企业附属油库
覆土油罐示意（H>1m）
H
H
山洞油库
主巷道
水封石洞库
前提条件：有稳定的地下水位
地下水位线
油
水
水漏斗
海上油库
第二章 油品储运系统工艺设计与管理
第一节 油品储运工艺流程
第二节 油品的铁路装卸作业
第三节 油品的水路装卸作业
第四节 油品的公路装卸作业
第五节 桶装（整装）作业
第六节 油库管路设计计算
第七节 油库泵房工艺设计
第八节 铁路上卸系统汽阻断流的校核
第九节 输油系统工作点的确定
第一节 油品储运工艺流程
一、概述
储油设施
装卸系统
管网
管网
管网
泵房
二、油库工艺流程
所谓油库工艺流程设计，就是合理布置和规划油库经营油品的流向和可以完成的作业，包括油品的装卸、灌装、倒罐等。
工艺流程设计基本原则
满足生产要求
操作方便，调度灵活
节约投资
管网布置形式
单管系统
双管系统
独立管道系统
一般，油库管网的布置以双管系统为主，以单管系统和独立管道系统为辅。
油品分组
分组原则：
把性质相似、色泽相近的油品分为一组。
分组目的：
同一组内的油品可以共用一台泵、一条管线进行输送。
油品分组表
车轴油；齿轮油；24#汽缸油；过热汽缸油（不包括合成汽缸油）等黑色油品
润滑四组
10#、15#汽油机油；各种柴油机油等高粘度深红色油品
润滑三组
各种中、低速机械油； 46#、57#汽轮机油；6#汽油机油等中等粘度浅红色油品
润滑二组
22#、30#汽轮机油；高速机械油等低粘度浅色油品
润滑一组
重油
燃六组
重柴油
燃五组
轻柴油、农用轻柴油
燃四组
灯用煤油、动力煤油
燃三组
工业汽油、溶剂汽油、车用汽油
燃二组
车用汽油（含铅的）
燃一组
油 品 名 称
组别
第二节 油品的铁路装卸作业
一、铁路装卸油设施
铁路油罐车
装卸油鹤管
集油管、输油管
栈桥
铁路专用作业线
零位罐、缓冲罐
二、铁路装卸油方法
铁路卸油方法
上部卸油
泵卸法
自流卸油
浸没泵卸油
压力卸油
下部卸油
铁路装油方法：上部装车
三、铁路装卸油系统
轻油装卸系统
输油系统
真空系统
放空系统
粘油装卸系统
输油系统
加热系统
放空系统
四、铁路装卸区管网的连接
鹤管与集油管的连接
专用单鹤管式
多用单鹤管式
双鹤管式
真空管与输油系统的连接
鹤管数的确定
铁路装卸油鹤管数与到库油罐车数和鹤管与集油管的连接方式有关。
确定鹤管数需要首先确定一次到库油罐车数。
按作业量确定一次到库的最大油罐车数
（向上取整）
按机车牵引定数确定的一次到库的最大油罐车数
（向上取整）
铁路作业线长度的确定
式中：
[ ]中的项表示可选项；
L — 装卸作业线长度，m；
l — 一辆油罐车的长度，m；
n —一次到库的最大油罐车数
L1 — 作业线起始端（自警冲标算起）到第一辆油罐车起始 端的距离，；
L2 — 作业线终端车位的末端到车挡之间的距离，；
12 — 轻、粘油罐车之间的安全净距，m。
举例：
1500
柴油机油
7000
0#轻柴油
17000
车用汽油
45500
航空汽油
年供应量(t)
密度(t/m3)
油品名称
收发不均匀系数取3，机车牵引定数为3400t。
公式
解： （确定一次到库最大油罐车数）
（1）按作业量确定
（2）按机车牵引定数确定 n2=
（3）实际一次到库的最大油罐车数，为：
1
2
4
10
取整
ni
柴油机油
0#轻柴油
车用汽油
航空汽油
油品名称
作业线布置形式之一：
L1
鹤管数：n=5+3=8 下卸器：1个
作业线长度：
L1=10+20+8 × 12=126m
L2=10+20+9 × 12+12=150m
L2
12
航汽
车汽
轻柴
* * * * * * * * +
作业线布置形式之二：
L1
L2
12
航汽
车汽
轻柴
* * * * * * * * * *
o o o o o o +
鹤管数：n=10+6=16 下卸器：1个
作业线长度：
L1=10+20+10×12=150m
L2=10+20+7 × 12+12=126m
第三节 油品的水路装卸作业
水路运输的特点
载运量大
能耗少、成本低
投资少
一、港址选择
地质条件好，避免产生过大的位移或沉降
防波能力强
水域面积宽阔
有足够的水深
与其它码头油足够的安全距离
T：设计最大船舶满载吃水深度
Z1：船底至河（海）底允许的最
小安全裕量
Z2：波浪影响的附加深度
Z3：考虑油船航行时的附加深度
Z4：考虑泥沙淤积的附加量
二、油码头的种类
近岸式码头
固定码头
浮码头
栈桥式固定码头
外海油轮系泊码头
浮筒式单点系泊设施
浮筒式多点系泊设施
岛式系泊设施
三、油船
油轮
油驳
储油船
四、油码头泊位数的计算
N — 泊位数（整数）
η— 裕量
N1 — 最少泊位数
n — 年需要船次数
m — 一个泊位年最多靠船次数
P — 年装卸量
G — 设计船型每船次装卸量
Ty — 年工作时间
t1 — 每船次占用泊位的时间
t — 两次停泊时间之间的空档时间
计算数据的确定
年工作时间Ty
年工作时间 Ty = 年工作日×昼夜装卸作业小时
年工作日=365日－不利作业日数
昼夜装卸作业小时一般取24h
不利作业日数包括：
雾日 ：折减系数取
雷暴日 ：折减系数取
大风日 ：折减系数取
冰封日 ：折减系数取
洪水停航日 ：折减系数取
枯水期停航日 ：折减系数取
一船次装卸量G
一船次装卸量G = 船舶载油量－残油量
船舶载油量是指油轮的净载重量，即船舶纯粹能载货物的重量
残油量即每次不能完全卸净的剩余油量。轻油可不考虑，油轮沿途可以加温时，粘油也可不考虑，但对不能加温的油驳等，按实际情况考虑。
内河船还要考虑枯水期减载量
每船次占用泊位时间 t1
每船次占用泊位时间 t1包括：
待泊时间 ：建议取～
靠岸、系缆时间 ：建议取～
输油前准备时间 ：一般取～2h
排压舱水时间
输油时间 ：根据岸和船上输油泵的能力、输油管径和长度、油轮载货量确定
输油后的整理时间：一般要1～2h
解缆离岸时间：一般约
两次停泊时间之间的空档时间t
一般按6～12h考虑。
第四节 油品的公路装卸作业
公路装卸油方法
泵送灌装
直接自流灌装
高架罐自流灌装
公路作业区布置要求
装卸作业有序
作业安全
公路装卸油设施
汽车油罐车
鹤管
灌装罐
汽车装油台（亭）
通过式
倒车式
圆亭式
汽车装油鹤管数的确定
N — 每种油品的装油鹤管数量
G — 每种油品的年装油量，t
T — 每年装车作业工时，h
Q — 一个装油臂的额定装油量，m3/h（应低于限制流速）
ρ— 油品密度，t/m3
k — 装车不均衡系数
B — 季节不均衡系数。
对于季节性的油品（如农用柴油、灯用煤油），B值等于高峰季节的日平均装油量与全年日平均装油量之比；
对于无季节性的油品，B=1
高架罐容量的确定
一、二级油库不宜大于日灌装量的一半
三、四级油库不宜大于日灌装量
第五节 桶装（整装）作业
油桶的灌装方法
泵送灌装
自流灌装
油桶的称量方法
重量法
容量法
灌油拴数量的确定
n — 灌油栓数
G — 某种油品年灌装量，t
m — 年工作天数
K1 — 灌装不均匀系数，有桶装仓库K1=~
无桶装仓库K1=~
q — 一个灌油栓每小时的计算生产率，m3/h
K — 灌油栓的利用系数，一般取K=
T — 灌油栓每日工作时间，h
ρ— 灌装油品的密度，t/m3
桶装仓库面积的确定
F — 桶装仓库面积，m2
Q — 桶装仓库设计存放量，t
n — 桶垛堆码层数； 人工堆放：n≯2
机械堆放：甲类油品， n≯2
乙类油品， n≯3
丙类油品， n≯4
ρ— 油品的密度，t/m3
d — 油桶卧放时为油桶的直径，油桶立放时为油桶高度，m
K — 体积充满系数，一般取 K= ~
α— 仓库面积利用系数，α = ~
第六节 油库管路设计计算
管路的水力计算（确定管径）
管路的强度计算
一、根据经济流速确定管线管径
经济流速：
d
费用
①运营费用
②管线投资
①+②
d0(经济管径)
选管径步骤：
确定管路所输油品在计算温度下的粘度
查表3-2得出相应的经济流速
计算管径
选择标准管径
式中：
d ：管内径
Q：业务流量
v ：经济流速
二、根据自流作业要求确定管径
分两种情况：
高差已知
高差未知
当高差已知，确定管径的步骤：
假定流态
计算管径
校核流态
当高差未知，确定管径的方法：
按经济流速确定管径
校核高架罐的架设高度（通常，h<10m）
第七节 油库泵房工艺设计
泵房的类型
泵房工艺流程
泵房工艺计算
一、泵房的类型
军事野战油库或油品临时补给站点
移动式泵房
水路装卸系统，油泵运行时吸入高度保持不变
浮动泵房
铁路、公路装卸系统，油库内部转输油品泵房
固定泵房
油品装卸条件
对油泵的吸入性能要求不高
半地下泵房
常用于军用油库
地下泵房
常见类型，要求泵的吸入性能好
地上泵房
泵房建筑特点
输送不易燃易爆、高粘度的油品，如润滑油等
粘油泵房
输送易燃易爆、低粘度的轻质油品，如汽、煤、柴等
轻油泵房
输送油品的性质
应用范围
泵房类型
分类方法
二、泵房工艺流程
输油系统
真空系统
放空系统
输油系统
标准流程：
入口汇管
出口汇管
真空系统
作用：
引油灌泵
抽吸罐车底油或扫舱
组成：
真空泵
真空罐
气水分离器
真空管路
真空系统示意图：
接离心泵进口或出口
接鹤管
抽底油
接放空罐
接油泵吸入管
真
空
罐
进
气
管
真空泵
气水分离器
废气排出
接
上
水
管
接
下
水
管
放空系统
作用：
防止混油
防止凝管
组成：
放空罐
放空管路系统
三、泵房工艺设计计算
油库常用泵简介
离心泵的选择与校核
容积式泵的选择
真空泵的选择与校核
（一）油库常用泵简介
离心泵
容积式泵
往复泵
齿轮泵
螺杆泵
（二）离心泵的选择与校核
选泵依据
流量
扬程
计算公式
Q
H
o
以铁路卸油为例
1、计算参数的确定
业务流量
根据作业量及作业时间确定
液位差
几种特征液位示意：
计算长度 L计
式中：
Lj：几何长度
Ld：当量长度
估算：
计算温度——确定粘度
（1）取推荐操作温度或加热温度
（2）汽油，取最热月大气平均温度
（3）原油，选泵时取最冷月大气平均温度
校核时取最热月大气平均温度
（4）其它油品，取最冷月大气平均温度
离心泵的校核
几种特殊工况的校核
泵吸入性能的校核
2、几种特殊工况的校核
泵出口压力最大
高
高
吸入最危险工况，
即泵入口真空度最大
低
低
选泵工况
中
中
扬程H最大(流量最小)
高
低
流量Q最大
低
高
特 点
排出液位
吸入液位
H
Q
η
Qmin
Qmax
低-高工况
高-低工况
H-Q
η - Q
o
3、泵吸入性能的校核
依据:
允许汽蚀余量 [Δhr]
允许吸入真空度 [Hs]
二者之间的换算关系:
式中：
Pa：当地大气压力, Pa
Pt：输送温度下液体的饱和蒸气压, Pa
v ：泵入口处的流速, m/s
泵最大允许安装高度的计算
式中：
Py：吸入液面压力
h ：从吸入液面到泵入口处的摩阻损失
下标s：表示实际输油工况
注意：以吸入最危险工况为前提。
泵特性的换算
当油品粘度小于50厘沱(×10-5m2/s)时
当油品粘度大于50厘沱(×10-5m2/s)时
系数
查有关图表确定。
（三）容积式泵的选择
流量条件
满足Q≥Q业
压力条件
满足P ≥P实
式中：Q ：泵的实际排量
Q业：业务流量
式中：P ：泵的实际排出压力（额定压力）
P实：泵在实际工况下的排压
（四）真空泵的选择与校核
真空泵的抽气速率（泵样本上给出）
指泵出口为大气状态时，单位时间内泵所抽吸的在泵吸入口状态下的气体的体积。单位：m3/min
业务抽气速率
式中：
Qg：真空系统的业务抽气速率
V ：真空系统所抽吸的容积
t ：抽气时间
P1：抽气起始压力
P2：抽气终了压力
业务抽气速率的换算
选泵：
在压力P=(P1+P2)/2下，
Qgb为泵样本上给出的真空泵抽气速率
引油计算选泵
所要抽吸的容积V包括鹤管、集油管、泵的吸入管路以及真空罐的容积之和。
引油作业时间，根据作业要求而定，一般取 t=3~5min
抽气初始压力 P1=Pa（大气压力）
抽气终了压力，一般指将油品引到鹤管最高点的压力
计算业务抽气速率，并换算成标准状态下的抽气速率
按 P=(P1+P2)/2 和 Qg’ 选择真空泵
扫舱校核
扫舱速率
式中：
ΔV：一辆罐车的底油，一般ΔV=~
t ：抽吸一辆罐车底油所用的时间，t=3~5min
K ：考虑吸入空气而引入的附加系数，K=~2
真空罐内的真空度
换算成标准状态下的扫舱速率Qs’
校核：要求根据引油计算选择的真空泵在真空度Ps下的扫舱速率不小于Qs’
四、油泵原动机的选择
驱动离心泵
电机功率
驱动容积式泵
电机功率
(kW)
(W)
ρ：油品密度，kg/m3
Q：所有工况中的最大流量
（容积式泵为泵的设计流量），m3/s
H：最大流量下对应的泵的扬程，m
η：最大流量下泵的效率
Pd：泵的出口压力，Pa
Ps：泵的入口压力，Pa
K：功率安全系数
N>时，K=~
N=~时，K=~
N<时，K=
第八节 铁路上卸系统
汽阻断流的校核
解析法: 当 时，发生汽阻
卸油系统中任一点剩余压力：
图解法——真空-剩余压力图
（以吸入最危险工况为前提绘制）
真空-剩余压力图作图步骤：
按比例绘制整个吸入系统的纵断面图
由吸入端的最低液位（即罐车底部）向上标出当地大气压头，并作水平线——大气压力线
根据吸入最危险工况，计算各管段的摩阻及速度头之和
分别在各点的垂线上从大气压力线开始向下截取各管段的摩阻与速度头之和，并连成折线——压力坡降线，从管路上任一点到压力坡降线之间的距离就表示该点的剩余压力
将压力坡降线向下平移输送温度下油品的饱和蒸气压头——蒸气压力线
将压力坡降线向下平移大气压头——真空线
b’
c’
d’
e’
f ’
c’’
d’’
e’’
b’’
f ’’
a’’
Ha
Ht
大气压力线
剩余压力线
饱和蒸汽压线
Ha
真空线
避免汽阻断流的措施：
设计上
改变鹤管形式，或降低鹤管高度；
加大汽阻点之前的管径；
操作上
对罐车淋水降温或夜间卸车；
调节泵出口阀，减小流量；
采用压力卸油。
避免汽蚀的措施：
设计上
加大泵吸入管路的管径；
在保证泵到装卸区安全距离的前提下，将泵向着罐车方向移近，缩短吸入管路长度；
操作上
对罐车淋水降温或夜间卸车；
调节泵出口阀，减小流量；
采用压力卸油。
第九节 输油系统工作点的确定
图解法
作出泵的特性曲线
作各段管路特性曲线
将各个特性曲线按实际的串并联关系进行叠加
找出整个输油系统的工作点
确定泵在工作点下的工作参数以及各个管段在工作点下的流量
例1
解法一
(1+2)┴
Hp
1
2
Z2-Z0
W
Hp
Qp, Q1, Q2
Hs
Q
H
Z0-Z1
o
解法二
Hp
1
2
Z0-Z1
Z2-Z0
(1+2)┴
W
Hp
Qp, Q1, Q2
Hs
1’
(Hp + 1’)┴
W’
Hs
H
Q
o
例2
解法一
Q
H
3
2
1
(2+3)//
[1+(2+3)//]┴
W
Q1
Q3
Q2
o
解法二
Q
H
3
2
1’
(2+3)//
Q1
Q3
Q2
W
o
例3
解法一
2’
H
Q
Hp
3
1
(Hp-3)┴
[(Hp-3)┴+2’]//
W
Hs
Hp
Qp, Q3
Q2
Q1
o
解法二
H
Q
Hp
3
1’
2
(3-Hp)┴
W
Hs
Hp
Qp,Q3
Q2
Q1
[(3-Hp)┴+2]//
o
例4
当Hp1=Hp2及hf1=hf2
H
Q
Hp
(Hp1+ Hp2)//
1, 2
(1+2)//
3
4
(3+4)┴
[(1+2)//+(3-4)┴]┴
W
Hp1
Hp2
Q3, Q4
Q1, Q2
o
当Hp1≠Hp2或hf1 ≠ hf2
H
Q
3
4
1
2
Hp1
Hp2
(Hp1-1)┴
(Hp2-2)┴
[(Hp1-1)┴+ (Hp2-2)┴]//
(3-4)┴
W
Q3,Q4
Q1,Qp1
Q2,Qp2
Hp1
Hp2
O
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单管系统
双管系统
独立管道系统
铁路油罐车的类型
按载重量分
按所装载油品的性质分
轻油罐车
粘油（重油）罐车
沥青罐车
液化气罐车
1/4
轻油罐车与粘油罐车的区别
罐体外所刷涂料不同
轻油罐车：银白色
粘油罐车：黑色
结构不同
粘油罐车有加热套和下卸器
2/4
3/4
铁路油罐车的主要技术参数
车体总长：12~
净载重量
标记载重和自重
净载重系数
冷却系数
容量（计）表
4/4
泵房
铁路作业线的布置要求
装卸作业线要布置成尽头式
作业线应严格保持平坡直线
作业线最好布置在油库的最低或最高处，便于利用高差进行自流作业
合理选择作业线股数
轻、粘油作业线宜分开布置。若轻、粘油布置在同一条作业线上时，相邻轻、粘油两鹤管之间的距离不宜小于24米，而且在布置时应轻油在前，粘油在后。
作业线形式
泵卸法
自流卸油
浸没泵卸油
压力卸油
专用单鹤管式
多用单鹤管式
双鹤管式
真空管与输油系统的连接
L1
L2
12
离心泵特性曲线
H
Q
容积式泵特性曲线
H
Q
第三章 油品加热
与热力管道计算
第一节 油品加热与保温的目的及方法
第二节 油品加热温度的确定
第三节 油罐管式加热器的设计
第四节 铁路油罐车的加热计算
第五节 输油管路的伴随加热
第六节 蒸汽管路的计算
第七节 油罐及管路的保温
第一节 油品加热和保温的
目的及方法
油品加热的目的：降粘。
油罐及管线保温的目的：
经济目的：减小热损失，降低能耗。
生产目的：方便操作，减少事故发生。
加热方法
油罐（车）加热方法
蒸汽直接加热法
蒸汽间接加热法
热水垫层加热法
热油循环加热法
电加热法
油管线加热方法
蒸汽伴随加热法（内伴随、外伴随）
电加热法（直接加热、间接加热、
感应加热）
第二节 油品加热温度的确定
加热起始温度 tys
（即冷却过程的终了温度）
加热终了温度 tyz
（即冷却过程的起始温度）
加热终了温度的确定
根据下列因素确定加热终了温度：
油品性质
作业性质
地区及气温
节约能源
安全因素
加热起始温度的确定
式中：
tys：油品加热起始温度，
tyz：油品加热终了温度
tj ：油罐周围介质温度
K：从油品到油罐周围介质的总传热系数
∑Fi：油罐总散热面积
τ：冷却时间
G：油罐内油品总质量
c ：油品比热容
周围介质温度
地上固定顶油罐
地上卧罐
埋地油罐
tj=年最冷月土壤平均温度
式中：
ttu：最冷月地表平均温度；
tqi：最冷月油罐周围大气的平均温度；
φ：油罐的高度和直径的比值
假设条件：
在冷却过程中，油温处处均匀一致；
在整个冷却过程中，油品中无蜡析出；
在整个冷却过程中，油罐的总传热系数为常数；
在整个冷却过程中，油品的比热容为常数。
根据能量平衡可推导出加热起始温度：
油品冷却放出的热量
= 油罐向周围介质的散热量
dQ1=- Gcdt
dQ2=K∑Fi(t-tj)dτ
第三节 油罐管式加热器的设计
一、油罐管式加热器的种类
按布置形式分
全面加热器
局部加热器
按结构形式分
分段式加热器
蛇管式加热器
二、全面加热器的加热面积的计算
式中：
F：加热器加热面积，m2；
Q：单位时间内加热器向油品提供的热量，W；
K0：蒸汽通过加热器对油品的总传热系数，；
t1：蒸汽在加热器进口处的温度，℃；
t2：蒸汽在加热器出口处的温度，℃；
ty：加热过程中罐内油品的平均温度，℃。
关于t1和t2
加热器入口是饱和蒸汽，出口是饱和水，又忽略加热管中的压降，则有：t2= t1
加热器进口为饱和蒸汽，出口为过冷水，则加热器的加热面积为：
式中： φ为过冷系数
罐内油品平均温度ty
时，
时，
K0的计算
式中：
α1：蒸汽对加热管内壁的换热系数（内部放热系数）；
di (i=1,…,n)：管子内径，水垢、油污等各层的直径；
λi：加热管、水垢、油污等的导热系数；
α2：加热器最外层到油品的换热系数（外部放热系数）；
d ：加热器管外径。
Q的计算
加热器向油品提供的总热量Q包括：
油品升温所需的热量
融化蜡结晶所需的热量
通过油罐散失于周围介质中的热量
总热量
式中：
æ：蜡的溶解潜热
K：油品至油罐周围介质的
总传热系数
τ：油品加热时间
K 的计算
其中 为油罐的装满系数
三、蒸汽耗量的计算
式中：
GZ：加热器蒸汽耗量，kg/s；
Q：加热所需总热量，W；
iZ：加热器进口处干饱和蒸汽的热焓值，J/kg；
iN：加热器出口处饱和冷凝水的热焓值，J/kg；
四、蛇管式加热器分段长度的计算
加热器总长
蛇管式加热器分段长度
式中：
D：加热器管外径，m；
C= m-1；
P1：加热器进口蒸汽压力，Pa；
P2：加热器出口蒸汽和冷凝水压力，Pa；
tZ：饱和蒸汽温度，℃；
λH：汽水混合物的摩阻系数。
第四节 铁路油罐车的加热计算
蒸汽加热套设计计算内容
确定加热时间
确定蒸汽耗量
Q1 为油品升温及溶解蜡结晶所需要的热量, J；
Q3 为单位时间内蒸汽通过加热套传递给油品的热量，W;
q1 为通过油罐车上表面散失于周围大气中的热量，J；
q2 为通过加热套散失于周围大气中的热量，J；
油罐车加热时间
加热一辆油罐车所需要的蒸汽量
第五节 输油管路的伴随加热
内、外伴随的含义
伴随管管径和根数的确定
热力计算：蒸汽温度的确定
伴随管路敷设的要求
第六节 蒸汽管路的计算
蒸汽管路的水力计算
蒸汽管路的热力计算
疏水器的选择
一、蒸汽管路的水力计算
管径的确定
式中：
d：蒸汽管内径，m；
GZ：蒸汽的质量流量，kg/s；
vZ：蒸汽的流速，m/s， 表4-25
ρZ：蒸汽的密度，kg/m3；
ρZ1：蒸汽管起点处蒸汽的密度，kg/m3；
ρZ2：蒸汽管终点处蒸汽的密度，kg/m3；
管路压降计算
(mmH2O)
(Pa)
式中： λ：水力摩阻系数（阻力平方区）
蒸汽管：e=；
冷凝水管：e=
L计：蒸汽管路计算长度，m；
GZ：蒸汽的质量流量
计算步骤
已知PZ1(或PZ2)
假设PZ2(或PZ1)
计算
计算d
计算ΔP
计算出PZ2(或PZ1)
结束
假设与计算结果不符
二、蒸汽管路的热力计算
蒸汽管路的热损失 Q=
式中：
q：单位管长上的热损失，
tZ：蒸汽的平均温度，
tj：蒸汽管路周围介质温度，
对于地上管路，tj=最冷月大气平均温度
对于埋地管路及管沟敷设的管路，tj=最冷月土壤平均温度
∑R：蒸汽到管路周围介质的总热阻
L：蒸汽管路总长
：考虑了支架、法兰、阀门等处的附加热损失。
蒸汽管路中的冷凝水量
式中： 为汽化潜热，J/kg
三、疏水器（阀）的选择
疏水器的作用
排水阻汽，提高蒸汽干度。
疏水器的类型
机械型： 利用蒸汽和冷凝水的密度差
恒温型： 利用蒸汽和冷凝水的温度差
热动力型：利用蒸汽和冷凝水的热动力
学特性的差异
疏水器工作流程
疏水器选择依据：
工作压差：ΔP=P1-P2
设计排水量：
Gsh：疏水器的设计排水量；
G：计算求得的疏水器排量；
即：蒸汽管路中的冷凝水
量；
K：排量倍率；
连续操作时，K取2~3；
间歇操作时，K取3~4。
P1：疏水器进口压力
P2：疏水器出口压力
h：冷凝水管摩阻；
ΔZ：回水箱液面到疏水器出口间的位差；
P3：回水箱液面上的压力。
疏水器的选择
查样本，满足在工作压差ΔP下，G样本≥Gsh
疏水器的工作压力小于等于疏水器允许最大承压
选择疏水器时，注意不同类型疏水器的适用条件
第七节 油罐及管路的保温
保温管路的热损失率a
式中:
qb：保温管路单位管长上的热损失，W/m
q：在同样外界条件下，不保温管路单位管长上的热损失
地上保温管路
1) 保温管路的热损失率a应控制在~之间
2) 保温管路管径D较小时，应取较大的a值
3)在选择保温材料时，λb 越小越好
地下保温管路
一般对于地下保温管路取
（在设计时取或都可以）
保温层厚度的确定
根据最优经济条件确定保温层厚度；
根据限定的保温层表面温度确定保温层厚度；
根据限定的温降值确定保温层厚度。
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蒸汽直接加热法
蒸汽
蒸汽间接加热法
蒸汽
热水垫层加热法
蒸汽
热油循环加热法
内伴随：
外伴随：
第四章 油品蒸发损耗
第一节 概述
第二节 蒸发损耗发生过程
第三节 油罐内温度变化规律
第四节 油罐内混合气体的油气浓度
第五节 油品蒸发损耗量的计算
第六节 油品蒸发损耗量的测量
第七节 油品降耗措施
第一节 概述
在石油的开采、输送、加工、储存等过程中，由于油品的挥发性以及工艺技术和设备的不完善，总是不可避免地造成有些油品的损失，这就是人们所说的油品损耗。
油品损耗可分为两种类型：
（1）蒸发损耗
由于油品较轻组分的挥发，油蒸气逸入大气，造成油品量的损失（自然损耗）。
（2）由于跑、冒、滴、漏、混油等引起的损耗。
它是由于设备检修不及时、技术操作不当、管理不善等原因造成的（事故性损耗） 。
油品蒸发损耗的危害性体现在下面几个方面： （1）油品数量下降； （2）油品质量下降； （3）造成大气污染。
尽管国内、国外在油品蒸发损耗的研究进行了较长的时间，但仍有很多的问题没有解决。
存在的问题主要表现在三个方面：
（1）完整的理论和精确的计算方法；
（2）自然环境因素和操作条件对油罐气体 空间混合气体状态参数影响的定量分析；
（3） 原有油罐的降耗分析。
第二节 蒸发损耗发生的过程
液面处油品蒸发产生油蒸气，蒸气进入油罐上部的气体空间，并通过气相的传质过程使罐内的气体空间形成一定浓度的油蒸气-空气的混合物（称油气混合物），当外界条件变化时，油气混合物排出罐外（或吸进新鲜空气）。
简单地说，油品蒸发损耗过程包括：
液面处油品的蒸发，产生油蒸气；
油蒸气在气体空间中的扩散；
油气混合物呼出罐外。
一、液体的蒸发
影响液体蒸发速度的因素
液体的温度；
液体的自由表面；
气相中液体蒸气的浓度；
液面上混合气体的压力；
液体的种类。
二、气相中油蒸气的传质过程
分子扩散（浓度差引起）
热扩散（密度差引起）
强迫对流（压力变化引起）
三、油品蒸发损耗的类型
按损耗成因划分
自然通风损耗
静止储存损耗（“小呼吸”损耗）
动液面损耗（“大呼吸”损耗）
按作业性质分
储存损耗
输转损耗
装（卸）车（船）损耗 等
第三节 油罐内温度的变化规律
罐内气体空间温度变化：
日落~日出（夜间）：
t油面>t气体空间>t顶板>t大气
日出~日落（白天）： t顶板>t气体空间> t油面
储油罐内气体空间温度场
1 7 6 2 3 5 4
6:00 0:00 20:00 10:00 12:00 16:00 14:00
温度
气体空间
油品
10 20 30 40 50
罐壁
高度
罐内气体空间温度变化与大气温度变化的关系
（1）大气温度与气体空间温度都呈周期性变化，
变化周期为24小时；
（2） 气体空间温度总是高于大气温度；
（3）临近日出时大气温度与气体空间温度均达
到最小值，二者相差不大，约1~3℃；
（4）正午后2~3小时大气温度与气体空间温度均
达到最大值，二者相差可达10~20℃。
油品温度分布
在一个昼夜内，油品温度变化不大
油品储存一段时间后，昼夜平均油温基本上等于大气平均温度
一般来说，油面昼夜平均温度略高于油品昼夜平均温度
油面温度的昼夜变化幅度约为气体空间昼夜温差ΔtK的20%~40% ，即：
第四节 油罐内混合气体
的油气浓度
油气浓度
油气浓度分布与液位的关系
1
2
3
C (%)
H (m)
出现上述浓度分布状况，可从以下两方面加以解释：
从扩散和自然对流的角度出发来解释
从油罐吸气时产生的强制对流来解释
油气浓度和储存时间的关系
第五节 油品蒸发损耗量的计算
计算油品蒸发损耗量的公式
半理论半经验公式
纯经验公式
一、蒸发损耗基本方程
假设条件：
1）油罐是严密的，不存在自然通风现象；
2）混合气体在储存条件下可以看成理想气体；
3）油罐气体空间中混合气体的油气浓度是均
匀而且饱和的。
公式推导思路：
利用理想气体状态方程求出第一次吸气结束到第二次吸气开始之前两状态的空气质量的变化量，并利用空气排出时成比例地带走油蒸气的原理来求出呼出的油蒸气的质量。
蒸发损耗基本方程（瓦廖夫斯基-契尔尼金公式）
方程中各参数取值的规定：
状态1：气体空间昼夜最低温度时
状态2：气体空间昼夜最高温度时
T1：气体空间的日最低温度，K
T2：气体空间的日最高温度，K
Py1：气体空间日最低温度下油品的饱和蒸气压，kPa
Py2：日最高油面温度下油品的饱和蒸气压，kPa
Cy1：状态1时混合气体中油蒸气的饱和浓度，Cy1=Py1/P1, %
Cy2：状态2时混合气体中油蒸气的饱和浓度，Cy2=Py2/P2, %
P1：状态1时气体空间绝对压力，kPa
P2：状态2时气体空间绝对压力，kPa
二、“小呼吸”损耗量的计算
瓦廖夫斯基-契尔尼金公式
（利用蒸发损耗基本方程计算）
“小呼吸”损耗时有V1=V2=V
康士坦丁诺夫公式
API 理论公式
影响“小呼吸”损耗的主要因素有：
（1） 昼夜温差ΔT
（2） 油气浓度的增量 (Py2-Py1)
（3） 呼吸阀控制压力范围 (Pya-Pz)
（4） 气体空间体积V
（5） 油蒸气浓度 (Py2+Py1)
三、“大呼吸”损耗量的计算
在收发油作业中，从状态1到状态2，可以近似认为：
利用蒸发损耗基本方程
压力罐气体空间的压缩率和膨胀率
所谓压力罐就是装有呼吸阀的油罐。压力罐进油时，由于压力阀的作用，混合气体并不马上 呼出罐外，而是等到混合气体压力达到了压力阀的控制压力时才向罐外呼气。
设刚刚开始呼气时气体空间的体积为 ，下面我们就推导 的表达式。
由呼吸损耗的基本方程
令：
得：
状态1: 真空阀刚刚关闭，p1=pa+pz，
状态2: 压力阀刚刚开启，p2 = pa + pya。
因此，
定义： 为气体空间的允许体积压缩率。
（a）
同样，在发油时，
设状态1：压力阀刚刚关闭，p1=pa+pya，
状态2：真空阀刚刚开启，p2 = pa + pz。
气体空间膨胀刚刚开始吸气时体积为 可得气体空间允许膨胀率 。
(b)
以微小增量的形式表达各参量：
可将压缩率、膨胀率表示为：
由（c）、（d）可以看出压缩率、膨胀率受到三个方面的影响
(c)
(d)
（1）呼吸阀控制压力的范围的影响
（2）蒸气压的变化范围的影响
（3）温度变化的影响。
四、浮顶油罐的蒸发损耗情况分析
静止储存损耗
外界环境中风的作用使油罐周边密封圈空间产生强制对流
发油损耗（粘壁损耗）
影响浮顶油罐发油损耗的主要因素有：
油品本身的粘度
罐壁粗糙度
油罐的结构
密封装置与罐壁的压紧程度
六、车船装卸损耗
车船装油损耗与装油时间的关系
白天装车比夜间装车的蒸发损耗小。
鹤管口位置对损耗的影响
鹤管口距罐车底距离越大，则装车损耗越大。
车船装卸损耗量的计算
通常情况下， 、 应按实际统计资料取得。 估算装卸汽油时可采用下述推荐值： 未经清洗的铁路油车： ， ； 经过清洗的铁路油车： ， ； 油船或油驳： ， 。 装卸原油时， 、 约为装卸汽油的75%。
第六节 油品蒸发损耗量的测量
数量法
量油法
测气法
体积-浓度法
物性法
蒸气压法； 比样法
原始油样，净重为A ；待测油样(经过自然蒸发的油样 )，净重为B
经过人工蒸发后：原始油样的损失量 a=A-a’，损耗率为
待测油样的损失量 b=B-b’，损耗率为
待测油样的原始油品重 B+C（C为储存期间油品的自然蒸发损耗量）
则其自然蒸发损耗率为
这部分原始油品（即待测油样的原始油品样本）经自然蒸发、人工蒸发后的总损耗率为
则由
可得到
第七节 油品降耗措施
降低油罐内温差
淋水降温、 正确选用涂料、安装反射隔热板
提高油罐的承压能力
消除油面上的气体空间
使用具有可变气体空间的油罐
收集、回收油蒸气
安装呼吸阀挡板
改进操作措施
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热扩散
白天：t上>t下
热扩散的抑制期
夜间：t上<t下
热扩散的活跃期
自然通风损耗
空气
油气混合气体
P1
P2
由于ρ1>ρ2，所以P1>P2
第五章 油库安全技术
第一节 油库消防
第二节 油库防雷
第三节 油库防静电
第一节 油库消防技术
一、油库火灾和爆炸的原因
主观原因
麻痹大意；不遵守规章；等等
客观原因
电器设备的火花、过热等
金属的撞击引起火花
静电和雷电
可燃物的自燃
库外火源
二、 石油产品的易燃、易爆性的衡量判据
石油产品易燃性的衡量判据
闪点、燃点、自燃点
石油产品易爆性的衡量判据
爆炸极限
1、 燃烧
三、 燃烧与灭火
(一) 燃烧及燃烧过程
定义：同时伴有发光、发热的激烈的氧化反应。
2、 燃烧的三要素（燃烧的必要条件） 可燃物 三要素 助燃物 导致燃烧的能源（点火源）
3、燃烧过程
大多数可燃物质的燃烧是在蒸气或气体状态下进行的。
燃烧的过程可用下面的框图给出。
几种燃烧形式：
按照燃烧反应相的不同分为：
均相燃烧、非均相燃烧。
可燃气体的燃烧形式：
a）混合燃烧
b）扩散燃烧
可燃液体、固体的燃烧形式：
a）蒸发燃烧
b）分解燃烧
c）表面燃烧
4、 燃烧机理理简介
连锁反应认为：在空气中存在着游离态的原子、离子的具有一定能量的活性基因，或称活化基、活化中心。主要是原子氧、氢、氢氧化合物：O*、H*、OH*（*表示是活化基）
氢的燃烧，连锁反应可以写成下面几个步骤：
H*+O2→O*+OH* O*+H2→H*+OH* 2(OH*+H2) →2(H*+H2O)
H*+3H2＋O2→2H2O+3H*
+
形成活化基增殖的反应链。
（二）爆炸及爆炸极限
1、爆炸的基本概念
定义：物质自一种状态迅速转变成另一种状态，并在瞬间放出大量能量，同时产生巨大声响的现象称为爆炸。
根据爆炸压力波传播速度，可将爆炸分为：
轻爆：传播速度（数十厘米~数米/秒）
爆炸：传播速度（10米 ~数百米/秒）
爆轰：传播速度（1000～7000m/s）
2、爆炸分类
由物理变化而引起的爆炸。物质因压力等状态发生突变而形成的爆炸现象称为物理性爆炸。物理性爆炸前后物质的性质及化学成分均不改变。
（1）物理性爆炸
（2）化学性爆炸
由于物质发生极迅速的化学反应，产生高温高压而引起的爆炸成为化学性爆炸。化学性爆炸前后物质的性质、成分均发生了根本的变化。
化学爆炸按爆炸时所产生的化学变换，可分为三类：
化学爆炸分类：
a、简单分解爆炸
b、复杂分解爆炸
C、爆炸性混合物爆炸
由可燃气体、蒸气及粉尘与空气混合形成的混合物的爆炸均属此类爆炸。这类爆炸需要一定的条件，例如：爆炸性物质的含量、含氧量、激发能源等等。同此，其危险性较前二类要低，但极普遍，造成的危害性也较大。
从机理上讲，爆炸性混合物爆炸属于混合燃烧的剧烈形式。
爆炸下限、上限：可燃气体或蒸气与空气组成的混合物能使火焰蔓延的最低、最高浓度，称为该气体或蒸气的爆炸下限、上限。
影响爆炸极限的因素：
a、原始温度；
b、原始压力；
c、含惰性介质量。
（三）、灭火方法
冷却法
窒息法
隔离法
化学中断法（化学抑制法）
四、 灭火剂
目前主要的灭火剂有：水、砂、二氧化碳、四氯化碳、化学泡沫、空气泡沫、干粉和卤化物（卤代烷）。
油库中常用的有：水蒸气、化学泡沫、干粉、卤化物和空气泡沫。
五、油罐火灾的类型及特点
1、 油罐火灾的类型
（1）稳定燃烧
轻质油品油罐在温度较高时，蒸发出大量的油蒸气，从呼吸阀、量油孔等处向外冒，遇火源时燃烧，形成所谓的火炬燃烧。
（2）爆炸燃烧
罐内蒸气浓度处于极限范围内，遇到火源会在罐内发生爆炸，造成罐体损坏，然后继续燃烧。这种情况可造成油品外溢，扩大火势。
（3）爆燃
常常发生在重质油品储罐。重质油品储存一定时间后，罐内油蒸气与空气的混合物浓度大于爆炸下限，遇火源会爆炸，爆炸后，由于油品蒸气的挥发速度跟不上燃烧需要的蒸气量，因此爆炸后不能继续燃烧。
（4）沸溢燃烧
通常发生在原油、重质油品。一定条件下，燃烧发生后，油品会溢出罐外，造成更大的火灾。
2、油罐火灾特点
（1）油品燃烧表面温度
轻油与重油相比，轻油燃烧表面温度低，重油燃烧表面温度高，这是轻油挥发性强，吸收的热量多。
如： 燃烧表面温度℃ 汽油 80℃； 煤油 321~326℃； 原油 300℃； 重油 ＞300℃
（2）油品燃烧速度
燃烧速度表达了单位时间内从油品表面烧掉的油品数量。
燃烧速度可用两种形式表达：
直线速度：单位时间内由于燃烧使油品表面下降的速度（cm/h，mm/min）；
重量速度：单位时间内从单位油品表面上所烧掉的油品重量（kg/m2 · h）；
影响油品燃烧速度的因素有很多，主要有油品种类、油位高低、油品含水率、油罐开口面积、油罐直径等等。
（3）油罐内油品燃烧火焰的特征
① 火焰的高度
通常认为：
D>6m， 焰高H=
D≤6m，焰高H=2~3D
② 火焰的倾斜度
有关资料提供了这样的几个实验数据： 无风条件下：倾角0 ~ 15° 风速≥4m/s：倾角60 ~ 70
③ 火焰温度
燃烧火焰温度主要取决于燃烧物的种类，一般石油产品的火焰温度在900 ~ 1200℃之间。火焰温度高，热辐射强度大，对邻近物的威胁也就越大。
（4）油罐的破坏情况
从火场实践得知，一般建筑起火5分钟内燃烧区可达500℃，起火10分钟内，燃烧去建筑构件的温度可达750℃。
对油品储罐，低液位着火，而无冷却水的情况下，着火后5~8分钟，油罐就会发生变形、破坏，油品可能流散出来，使火灾蔓延、扩大。
因此，油罐着火后，消防力量必须在5分钟之内做出反映，对着火罐实施扑救和冷却，同时，对邻近罐也要冷却。
油罐破坏情况： 罐顶破坏，75%； 罐壁、底破坏，4%； 无破坏，21%。
（5）热波与沸腾溢流
① 热波
石油及石油产品是多组分的烃类化合物，各组分的沸点是不一样的，油品燃烧时，油层表面的轻质馏分将首先蒸发燃烧掉，而重质馏分蒸发较慢、蒸发量较少，温度上升。由于重组分的密度较大，所以到一定时候，这些重组分就会因自重而下沉，从而使油层逐层地往深部加热。这种现象被称为热波现象。热油与冷油的分界面成为热波面。
简言之，宽馏分油品储罐火灾中，高温热油层随重组分向下传播的现象称为热波现象。
② 沸溢及喷溅
当下移的热波面温度达到或超过了水的沸点，而该热波与油品中的浮化水或悬浮水相遇，或者是热波面到达罐低的水垫层时，水就被汽化，由于水汽化时体积迅速扩大为原来的千倍以上，大量的蒸汽上浮，形成强烈的搅拌，形成油包汽的气泡。 从而将油品携带出罐外，造成油品的扩散，使火灾扩大，称此现象为沸溢。
如果产生气泡的速度和气泡量很大，例如，悬浮水的颗粒较大，或热波达到水垫层，水的大量、迅速的汽化，使得油品被蒸汽抬起，冲入大气，发生喷发现象，使油滴、油气泡被抛出罐外，这种现象我们称之为喷溅。
原油罐火灾沸溢实景
某原油库平面示意图
③产生沸腾溢流的必要条件
a、油品具有移动热波特性；
b、油品中含有游离水、乳化水、或者油层下有水垫层；
c、油品具有足够的粘度。
一般情况下，所说的沸腾溢流包括沸溢和喷溅现象。
④沸溢的预测
a、示温法（热敏漆）；
b、观测法（观测现象）；
c、计算法。
计算热波发生的时间： H ― 水垫层以上油层厚度，m； VR—热波速度， m/h。 VR= ~ m/h （实验统计） t ― 从发生火灾到开始喷溅的时间，h；
六、低倍数空气泡沫灭火系统的设计
（一）空气泡沫的制备
泡沫液
泡沫混合液
空气(机械)泡沫
加水
加空气
比例混合器
泡沫产生器
泡沫混合液 = 泡沫液:水 6:94或（3:97）
（二）空气泡沫的灭火原理
隔离与窒息作用
隔热作用与降温作用
冲淡可燃气体，减轻火势
泡沫的性能要求
具有良好的稳定性和抗烧性
具有良好的流动性
具有适当的发泡倍数
泡沫性能指标
25%析液时间
抗烧时间
90%控制时间
（三）、液上喷射空气泡沫灭火系统
灭火系统的形式
固定式灭火系统
半固定式灭火系统
移动式灭火系统
灭火系统的主要设备
泡沫比例混合器（负压比例混合器、压力比例混合器）
泡沫产生器
消防栓、水枪、水龙带、泡沫钩管、泡沫管架、泡沫枪等
我国目前生产的负压比例混合器有两种型号有PH32、 PH64。
符号意义：
PH—泡沫(P)，混合器(H)第一个汉字的声母；
32、64 —最大混合液输出量L/s
混合器所要求的进口压力： 6×105~12×105Pa。
适用流程：负压空气泡沫比例混合器，必须使用环泵式流程。
压力比例混合器型号目前有： PHY16、PHY32。
Y—表示压力比例混合器；
16、32—最大混合液输出量 L/s。
比例混合器进口压力要求： 6×105~ 12×105Pa。
（四）泡沫灭火系统基本参数的确定
基本参数：泡沫液用量、储备量；消防水用量、储备量； 泡沫产生器数量、泡沫比例混合器数量、消防栓数量、泡沫泵、清水泵的流量和扬程的要求。
1. 泡沫混合液供给强度 Zh(L/)
表1 非水溶性甲、乙、丙类液体泡沫混合液供给强度（固定顶罐、液上喷射）
30
丙
40
甲、乙
移动式
固定式、半固定式
连续供给时间
(min)
混合液供给强度Zh1(L/)
液体类别
定义：为有效灭火，单位时间内、单位燃烧面积上所需供给的泡沫混合液量。用Zh表示，常用单位L/min·m2
《低倍数泡沫灭火系统设计规范》(GB -92)
表2 非水溶性甲、乙、丙类液体泡沫混合液供给强度（外浮顶罐、液上喷射）
30
36
280 (L/min)
PC8
30
18
240 (L/min)
PC4
混合液流量
型号
连续供给时间
(min)
保护周长
(m)
供给强度
Zh2 (L/）
泡沫产生器
2. 扑救油罐火灾泡沫混合液计算耗量
混合液的流量
式中：
QhG：油罐一次灭火所需的泡沫混合液量，L
Zh：泡沫混合液供给强度，L/
F：燃烧面积，m2
τ：泡沫混合液连续供给时间，min
固定顶油罐
F=储罐的横截面积
外浮顶罐
F=油罐壁板与泡沫堰板之间的环形面积
内浮顶罐
浅盘式和浮盘采用易溶材料制作的内浮顶油罐
F=油罐横截面积
单、双盘式内浮顶油罐
F=油罐壁板与泡沫堰板之间的环形面积
在进行泡沫系统设计计算时，油库的泡沫混合液计算耗量以油库一次灭火所需量最大泡沫混合液消耗量作为混合液计算耗量。
“一次”：只考虑油库发生一个罐火灾的情况；
“最大消耗量”：对不同规格、不同油品储罐做计算，找出混合液用量最大的储油罐为着火罐，以此作为设计计算依据算出混合液计算耗量。
3. 扑救液体流散火灾所需泡沫混合液的量
式中：
qpQ：泡沫枪泡沫混合液工作流量，L/min
npQ：泡沫枪数
τh3：混合液连续供给时间，min
30
3
>33
20
2
23~33
10
1
<23
连续供给时间τh3 (min)
PQ8型泡沫枪数量 n (支)
油罐直径(m)
表3
4. 泡沫液耗量
式中：
Qye：油库一次灭火所需的泡沫液量，L
m：泡沫混合液中泡沫液所占的百分比。
5. 消防用水总量
配置泡沫混合液的用水量
冷却着火油罐的用水量
或
冷却邻近油罐的用水量
或
式中：
Zs：冷却水的供给强度，L/或L/
F1：着火罐罐壁表面积，m2（固定式冷却系统）
L1：着火罐冷却范围计算长度，m（移动式冷却系统）
L2：邻近罐冷却范围计算长度，m
τ1：冷却水供给时间，D>20m时， τ1=6h
D≤20m时，τ1=4h
6. 泡沫产生器数量
式中：
或
即扑救油罐火灾的混合液流量。
qch：一个泡沫产生器混合液的工作流量。
或
Lg、Lc ：冷却范围长度、产生起保护范围长度。
（向上取整）
7. 泡沫比例混合器的数量
式中：
Qh：一次灭火混合液最大流量；
qbh：一个泡沫比例混合器最大混合液流量。
8. 泡沫液储罐容量
式中：
Qh3：充满管道的混合液体积
，常用：
（向上取整）
9. 消防水池容量
灭火期间无清水补充
灭火期间有清水补充
其中：
10. 泡沫泵选择
流量要求
环泵式
压力式
扬程要求
环泵式
压力式
式中：
q：环泵循环回流流量
Hp：泡沫混合液管线总摩阻
ΔZ：泡沫产生器入口与消防水池液面之间的高差
Pc：泡沫产生器入口的工作压力
ΔP：压力式混合器入口与出口之间的压降
ρh：混合液的密度
11. 清水泵的选择
流量要求
扬程要求
式中：
Hz：为了保证一定的充实水柱，水枪喷嘴出口所必需的压头，m
Hd：水带摩阻，m
Hg：水池至消火拴出口的摩阻，m
ΔZ：水枪出口至水池液面之间的高差，m
12. 消火拴的数量
式中：
nx：水枪数
qx：一支水枪的额定流量，L/s
：备用数量，一般取2~3个
整个罐区消火拴的布置
1）确定着火罐及其邻近油罐;
2) 确定消火拴数量ns;
3) 初步布置这ns个消火拴;
4) 计算一支消火拴的保护半径R，使R≤120m;
5) 选定另一个油罐为着火油罐，并确定其邻近油罐;
6) 重复第2)、3)、4)步，注意利用已经布置好的消火
拴，作适当的调整;
7) 重复第5)、6)步，最终确定并布置罐区的消火拴Ns。（可见： ）
第二节 油库防雷
一、雷电一般知识简介
（一） 雷电的形成
构成雷电的基本条件是雷云。
重力分离起电机制
雹粒（或霰）与冰晶的碰撞
雹粒（或霰）的结凇
对流起电机制
（二） 雷电的种类
线状雷电 （发生在云、地之间）
片状雷电 （发生在云、云之间）
球雷
二、雷电的危害
直接危害
电效应
热效应
机械效应
间接危害
雷电反击
跨步电压
静电感应
电磁感应
三、防雷装置及设计
避雷针分为独立避雷针和附设避雷针；独立避雷针是离开建筑物单独装设的，附设避雷针不是单独存在的。
（一）避雷针的结构
接闪器
引下线
接地体
垂直接地体
水平接地体
复合接地体
避雷针的保护原理
（二） 避雷针的保护范围
1. 单支避雷针的保护范围
在地面上的保护半径：
任一高度hx水平面上的保护半径：
式中：
h： 避雷针的总高度，m
hx：被保护物体的高度，m
rx： 高度为hx处避雷针的保护半径，m
P： 避雷针超过30m时，保护范围受高度影响的系数。
当 m 时，P=1
当 30<h<120 m 时，
ha：避雷针的有效高度，m;
hx
ha
h
rx
r0
2. 双支等高避雷针的保护范围
；
式中：
bx：两避雷针之间中间点处hx高度上保护宽度的一半，m
a：两避雷针之间的距离，m
h0：两避雷针之间中点处所能保护的最大高度。
b
b
rx
rx
hx
a
h
ha
高度hx水平截面
h0
3. 双支不等高避雷针的保护范围
A
B
A’
a
a’
4、三支或多支避雷针的保护范围 三支或多支避雷针保护全部面积所需要的条件为：D≤8 haP 式中： D — 三支避雷针所组成的三角形外接圆 的直径或多边形最长的对角线。
其他符号意义同前。
（三） 接地电阻的计算
1. 垂直接地体的接地电阻
式中：
：土壤电阻率，
L：接地体全长，m
d：接地体直径
或当量直径，m
t：地面到接地体中部
的深度，m
2. 水平接地体的接地电阻
式中：
d：水平接地体直径或等效直径，m
K：水平接地体形状系数
3. 复合接地体的接地电阻
式中：
Rf ：复合接地体的接地电阻，
R：单根垂直（水平）接地体的接地电阻，
n：垂直（水平）接地体的根数；
：复合接地体的屏蔽系数，一般取 。
通常设计计算中，当单根接地体 的接地电阻R＞10 时，应考虑用适 当数量的单根接地体组成复合接 地体， 使 Rf ≤10 。可反算出 （向上圆整）
四、油罐防雷措施
地上固定顶金属油罐
我国的《石油库设计规范》规定： 顶板厚度≥4mm，不设避雷针；
顶板厚度＜4mm，设避雷针。
浮顶油罐
按《石油库设计规范》规定，浮顶罐可以不设避雷针，罐体做良好的接地，并且浮顶与罐体之间用两根截面积不小于25mm2的软铜线作电气连接。
地上非金属油罐
应装设独立避雷针。油罐的金属附件和外露金属件做电气连接并接地，为了防止电磁感应、静电感应的破坏，在罐顶铺设金属网并接地，金属网采用直径不小于8mm的圆钢做不大于6m×6m的网格。
覆土油罐
凡覆土厚度在以上者，可不设避雷装置。
第三节 石油静电与防护
一、液体带电的双电层理论
固体带电双电层原理：
+ + + + + + + + + + +
- - - - - - - - - - - - - - -
< 25Å
1、液体带电双电层一般模型
2、液体带静电的成因
a、液体与固体（气体、不相容的液体）接触，形成双电层；
b、接触两相的相对运动，两者带有极 性相反的电荷。
[ 接触、分离]
二、 油品起电途径
油品管路流动起电
水滴、杂质在油品中的沉降起电
油品冲击起电
喷射起电
三、非导电性介质中电荷的流散和积累
1、介质中电荷的流散
根据静电学原理，在静电场中电荷流散规律为：
或
Q0、 — t =0 时的电量、电荷密度;
Q 、 — t 时刻的电量、电荷密度;
, — 介质放电的时间常数, s;
— 介质的介电常数;
— 真空介电常数。
=×10﹣12 c2/N·m2
k —介质电阻率，Ω.m
讨论： （1）从公式中可以看出，介质中电荷量或电荷密度是以指数规律减少的，而且时间常数越小，电荷流散越快。
介质中电荷的流散
（2） 时， 这就是说，
为电量泄漏到原电量的 所需要的时间。 （3）从 的定义式 可以看出时间常数仅与介质本身的性质有关。因而可以得出结论：电荷泄漏的快慢仅与介质的性质有关。
2、介质内部电荷的积累
当介质的性质、运动状态和环境一定时，电荷的产生速率是一定的。我们可以推导出介质电荷积累规律的表达式。 设单位体积介质起电电流为Is（Is=c） 在某时刻t，介质内部的电荷密度为ρ ，单位体积介质的流散电流为I，在dt时间内，单位体积的介质的电荷增量是dρ ，则有：
应用高斯定理、求解一个一阶非齐次线性微分方程，可得：
令 ，则
介质中静电积累规律可图视为：
τ小
τ大
介质内部电荷的积累
四、 管内流动液体带电的理论方程
1、 管内流体冲流电流方程
取半无限长管路，管道半径r；液体性质： 、k。
dl段流动电流变化量为：
求解可得：
令
管内流体冲流电流方程
管内流动电流的变化情况
大
小
五、影响静电产生和积累的因素
（一）介质电阻率的影响
（1）当电阻率k处于1010~1012 范围时，油品放电次数最多，即k处于处于1010~1012范围时，最易积累静电；
（2）k＜109 或k＞1013 时，静电放电次数很少，即k＜109 或k＞1013 时，不易积累静电。
注：上述电阻率k的单位为：
影响电阻率 k 的因素：
(1) 油品所含杂质的影响；
(2) 介电常数对电阻率的影响；
(3) 液体粘滞性对电阻率的影响；
(4) 混合溶质对电阻率的影响。
（二）管线材质及管壁粗糙度的影响
管壁粗糙度对静电产生也有影响，相粗糙度大，接触面积大，冲刷、分离电荷的机会多，冲流电流较大。
液体带电主要是双电层的电荷分离，不同材质使液体中产生的双电层是不一样的，因此产生的电流也不同。
（三）管路中的设备、附件的影响
油品在管线中流动时，若通过泵、过滤器、阀、弯头等等设施时，油品带电量会急剧增大。
（四）流态的影响
通常是紊流状态下流动电流比层流大。
六、静电放电和引爆
（一） 静电放电类型
电晕放电
火花放电
刷形放电
（二）影响静电放电的因素
电极形状
电极极性
气体状态
电压作用时间
放电危险程度:
火花放电＞刷形放电＞电晕放电。
油品带负电荷更易放电。
（三） 静电的引爆
静电放电引起爆炸和火灾事故的四个必要条件：
有静电产生的来源；
静电能积累到放电的程度；
静电放电能量达到爆炸性混合物最小引燃能量；
放电空间有处于爆炸极限范围之内的可燃气体。
七、防止静电事故的措施：
减少静电的产生
控制流速
控制加油方式
防止不同油品相混或油品中含有空气和水
油品经过过滤器后，要有足够的静电泄漏时间
增强电荷的流散
接地与跨接
加抗静电剂
设置静电消除器
设置静电缓和器
消除危险放电
消除爆炸性混合气体
THE END
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Oil &Gas Storage and Transportation Engineering
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THE END
