新标准轻柴油的危险性变化及安全储存
牟善军 彭湘潍 姜春明
中国石化集团安全工程研究院
摘要：从2002年1月1日起我国实施新的“轻柴油”产品标准，新标准将轻柴油的闪点指标由原来的≥65℃改为≥55℃，由此导致轻柴油的火灾危险类别发生变化，并进而引发原有轻柴油储罐能否安全储存新标准轻柴油的问题。本文根据对高、低闪点轻柴油的实验研究和CFX的模拟分析研究得出高、低闪点轻柴油的火灾危险性和危害性的变化，为其在实际生产、储存、运输等各环节采取相应措施提供依据。
关键词：轻柴油 闪点 火灾 储存
1 前言
国家标准《轻柴油》GB252-2000已正式发布并于2002年1月1日起实施。在该新标准中规定10号、5号、0号、-10号和-20号等5个牌号的轻柴油的闪点指标为≥55℃，与旧标准GB252-1994轻柴油的闪点指标为≥65℃相比整整降低了10℃。根据《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-92）、《建筑设计防火规范》（GBJ16-87）、《石油库设计规范》（GBJ74-84）等规定，轻柴油的火灾危险性已由原来的丙A类上升到了乙B类。
但新标准轻柴油较旧标准轻柴油的火灾危害性究竟变化了多少？在新标准轻柴油的储存过程中应特别注意哪些问题？本文通过资料调研、实验室研究、基于调研与实验数据的计算机模拟等三方面对新标准轻柴油的火灾危险性和危害性的变化进行分析研究，为其在实际生产、储存、运输等各环节采取相应措施提供依据。
2 轻柴油的危险性研究
2.1 资料调研
国内外有关研究机构对石油产品的火灾危险性研究工作在不断地进行，小到直径几十厘米的油盘，大到几千立方的油罐，汽油、柴油、原油等不同的油品都开展过试验研究［2］［3］［4］，通过这些研究，取得了许多有价值的试验数据和研究成果。对实际规模的火灾（油罐的直径大于2.6米），汽油、煤油、柴油和原油的主要火灾特征参数（如：燃烧速度、火焰高度、热辐射）已基本确定，着火罐火焰呈紊流型浮力扩散火焰燃烧时，几个主要参数具体情况为： 2.1.1 燃烧速度
油品的燃烧速度因油品种类而异，与风速有关［1］（当风速达到8～10m/s时，油品的燃烧速度较低风速时可增加30％～50％），几种常见油品的燃烧速度为：
汽油的燃烧速度约为0.056 kg/m2.s;
煤油的燃烧速度约为0.053 kg/m.s;
柴油的燃烧速度约为0.0425～0.047 kg/m2.s;
原油的燃烧速度约为0.033～0.042 kg/m2.s。
2.1.2 火焰高度
火焰高度主要取决于油罐的直径和油品种类无关［1］。也就是说，油罐的直径越大，储存的油品组分越轻，则燃烧火焰的高度越高。敞口油罐油品燃烧的火焰高度与油罐直径D的关系如下：
汽油火焰高度约为1.5D;
柴油火焰高度约为0.9D;
原油火焰高度约为0.7D。
2.1.3 热辐射强度 2
油品燃烧的热辐射强度与许多因素有关，除去环境因素和方位的影响，油品的燃烧热辐射通量与油品的品质有直接的关系，几种油品火焰表面的热辐射强度为：
汽油火焰表面的热辐射强度为97.2kw/m2；
柴油火焰表面的热辐射强度为73.0kw/m2；
原油火焰表面的热辐射强度为60.0kw/m2。
2.1.4 结论
对现有实验研究结果总结如下：
1）轻组分多的油品燃烧速度快、火焰高度高、火焰表面热辐射强度大；
2）汽油的有关火灾危险性参数与柴油相比，汽油的燃烧速度（质量燃烧速度）大约为柴油的1.25倍；火焰高度大约为柴油的1.67倍；火焰表面的热辐射强度大约为柴油的1.33倍；
3）燃烧速度、火焰高度、热辐射强度三个参数的测定目前国内外无标准方法。
4）同一品种，不同牌号的油品（如：10#、5#、0#、-10#、-20#轻柴油）火灾危险性数据无实验研究结果。
2.2 实验研究
对高闪点（闪点为65℃，下同）、低闪点（闪点为55℃，下同）两个标准轻柴油样品进行了轻柴油火灾危险性相关参数测定，以期了解轻柴油火灾危险性的变化情况。
实验研究的参数包括理化性能和火灾特性两方面。理化性能参数（主要用于进行计算机模拟计算）有密度、凝固点、黏度、分子量、比热、导热系数、饱
和蒸汽压、净热值等指标。火灾特性以燃烧、爆炸为界，分为两个方面：引发火灾的危险性和发生火灾后的危害性。引发火灾的危险性主要依据样品的闪点、爆炸极限、自燃点；发生火灾后的危害性从燃烧速率、火焰高度、热辐射等参数加以论述。
2.2.1火灾危险性实验结果
表1：实验结果
*注：非标准平行对比试验
2.2.2 结果 通过轻柴油样品的实验比较，轻柴油闪点降低后引发火灾的危险性和发生火灾后的危害性的变化情况如下：
1）闪点降低后表征引发火灾危险性部分参数变化显著，轻柴油着火危险性增加。几个参数的具体情况为：
闪点：从65℃降低到55℃相差10℃，并跨越了60℃的危险等级分界线； 饱和蒸汽压：55℃时低闪点轻柴油的饱和蒸汽压比高闪点增加了97%。 爆炸极限：50℃时未测出轻柴油的爆炸极限。
自燃点：低闪点轻柴油的自燃点略高。
2）闪点降低后表征发生火灾后危害性的主要参数变化微小（5%以下），轻柴油火危害性增加不明显，可按不同牌号（如：-20与0）、不同生产工艺（如：直馏、裂解）、不同生产企业之间的差距对待。几个参数的具体情况为：
燃烧速率：增加了1%。
火焰高度：增加了4%。
热辐射：增加了6%。
2.3 轻柴油储罐火灾模拟研究
目前，计算机模拟成为火灾科学研究中的重要内容之一，通过计算机这一强有力的工具，使得这些理论能够应用于火灾科学的研究和实际的火灾安全工程。进行轻柴油储罐火灾模拟是在获得实验室研究成果的基础上，利用CFX4计算机模拟软件［6］将实验数据放大到实际储罐的规模。
通过对10000m3、5000m3拱顶储罐高、低闪点轻柴油火灾的模拟，得出了热辐射强度随距离的变化、火焰高度和燃烧速度结果，模拟结果如下：
2.3.1 热辐射强度
1）10000m3储罐高、低闪点轻柴油火灾之间的热辐射强度近距(0.3D，D为储罐直径，下同)相差0.6%，远距(2D)相差0.1%，低闪点轻柴油偏高。
2）5000m3储罐高、低闪点轻柴油火灾之间的热辐射强度近距(0.3D)相差0.3%，远距(2D)相差0.1%，低闪点轻柴油偏高。
3)高闪点轻柴油10000m3与5000m3储罐火灾之间的热辐射强度等直径倍数上相差0.6%，5000m偏高。 3##
4)低闪点轻柴油10000m3与5000m3储罐火灾之间的热辐射强度等直径倍数上相差0.3%，5000m3偏高。
高、低闪点轻柴油热辐射上的差别在1%以下，低闪点轻柴油偏高，与实验测定数据相比偏差基本一致。
2.3.2火焰高度
1）10000m3储罐高、低闪点轻柴油火灾之间的火焰高度相差1.8%，低闪点轻柴油偏高。
2）5000m储罐高、低闪点轻柴油火灾之间的火焰高度相差3.4%，低闪点轻柴油偏高。
高、低闪点轻柴油热辐射上的差别在4%以下，低闪点轻柴油偏高。
2.3.3 燃烧速度
1）10000m储罐高、低闪点轻柴油火灾之间的燃烧速度相差4.1%，低闪点轻柴油偏高。
2）5000m3储罐高、低闪点轻柴油火灾之间的燃烧速度相差1.9%，低闪点轻柴油偏高。
高、低闪点轻柴油热辐射上的差别在5%以下，低闪点轻柴油偏高。总体上与国外实测数据0.0425～0.047 kg/m2.s相近。
3 结论
通过对国外油品火灾研究成果的调研、实验测定和计算机模拟，新标准轻柴油火灾危险性变化情况如下：
3.1 轻柴油闪点降低后引发火灾的危险性增加，主要体现在以下几个方面： 33
1）轻柴油闪点从65℃降低到55℃相差10℃，并跨越了60℃的危险等级分界线；根据储存情况调查储罐操作温度55℃--60℃的生产企业有4家，占调查炼化企业的30.8%。也就是说有相当一部分企业的轻柴油储罐在的操作温度达到了闪点或接近闪点。
2）55℃时低闪点轻柴油的饱和蒸汽压为667Pa，高闪点轻柴油的饱和蒸汽压为338Pa，低闪点比高闪点增加了97%。根据[西德]K.纳伯尔特[5]给出的轻柴油爆炸下限约为0.6%（体积比）。55℃时低闪点轻柴油的蒸汽浓度达可到爆炸下限，而高闪点轻柴油的蒸汽浓度约为爆炸下限的50%。
对销售企业而言，最高操作温度为40℃。此时，低闪点轻柴油的饱和蒸汽压为308Pa，高闪点轻柴油的饱和蒸汽压为143Pa。蒸汽浓度约为爆炸下限的50%和25%。由此可见，40℃时低闪点轻柴油的饱和蒸汽压与55℃时高闪点轻柴油的饱和蒸汽压相当。根据闪点降低前生产企业的操作情况，轻柴油闪点（闪为55℃的轻柴油）降低后安全操作温度的上限值应为40℃。
3.2 轻柴油闪点降低后发生火灾后的危害性的变化不明显（基本上在5%以下），低闪点轻柴油实测数据和计算机模拟数据稍有增加，几个主要参数变化情况为：
1）燃烧速度：增加了1%。
2）火焰高度：增加了4%。
c.热辐射强度：增加了6%。
3.3 根据计算机模拟结果，油罐发生全表面火灾时，在相同直径倍数（如：0.4D、0.6D等）距离上的热辐射强度小直径罐较大直径（如：5000 m3与10000 m3）罐偏高。
4 建议
根据轻柴油储存情况的调研和国外相关标准、规范的调研，针对轻柴油闪点降低后引发火灾危险性增加这一问题，建议采取以下措施：
1）操作温度（轻柴油的进罐温度）降到40℃以下，使储罐内油气浓度低于50%的爆炸下限。
2）固定顶轻柴油储罐涂刷防晒漆，防止在夏季因暴晒导致罐内表层温度的升高，而发生危险。
3）不可使用盛装过低闪点易燃液体（如：汽油）的储罐（未经清洗）盛装轻柴油。低闪点残存液将使轻柴油的危险性增加。
参考文献
1、郑学志编著《油罐灭火技术基础》烃加工出版社，1990年。
2、Johnson,A.D.(1992)’A Model for Predicting Thermal Radiation Hazards from Large-scale Pool Fires’, IChemE Symposium Series NO.130, pp 507-524.
3、Koseki, H.& Mulhlland, G.W.(1991)’The Effect of Diameter on the Burning of Crude Oil Pool Fires’, Fire Technology, February, pp54-65.
4、Yumoto, T.(1986)’Burning Characteristics of 2.7m Square Dike Fires’, Report of Fire Research Institute of Japan, No. 61.
牟善军 1962.11.24出生，1983年山东化工学院化工机械专业毕业，现任中国石化集团安全工程研究院副院长，总工程师，青岛海洋大学工程学院近海工程专业在读博士研究生。长期从事石化安全技术的研究工作，并多次荣获部级科技进步成果奖。近两年的主要工作有：参与起草了《国家职业安全卫生管理体系试行标准》、主持完成了《上海化学工业区光气化项目的风险评估》等科研课题，其中《轻柴油闪点降低后的危险性研究》，为新标准轻柴油的安全储存问题提供了理论依据，解决了生产中急需解决的问题。
CF calculate flow
X 包的意思
新标准轻柴油的危险性变化及安全储存
牟善军 彭湘潍 姜春明
中国石化集团安全工程研究院
摘要：从2002年1月1日起我国实施新的“轻柴油”产品标准，新标准将轻柴油的闪点指标由原来的≥65℃改为≥55℃，由此导致轻柴油的火灾危险类别发生变化，并进而引发原有轻柴油储罐能否安全储存新标准轻柴油的问题。本文根据对高、低闪点轻柴油的实验研究和CFX的模拟分析研究得出高、低闪点轻柴油的火灾危险性和危害性的变化，为其在实际生产、储存、运输等各环节采取相应措施提供依据。
关键词：轻柴油 闪点 火灾 储存
1 前言
国家标准《轻柴油》GB252-2000已正式发布并于2002年1月1日起实施。在该新标准中规定10号、5号、0号、-10号和-20号等5个牌号的轻柴油的闪点指标为≥55℃，与旧标准GB252-1994轻柴油的闪点指标为≥65℃相比整整降低了10℃。根据《石油化工企业设计防火规范》（GB50160-92）、《建筑设计防火规范》（GBJ16-87）、《石油库设计规范》（GBJ74-84）等规定，轻柴油的火灾危险性已由原来的丙A类上升到了乙B类。
但新标准轻柴油较旧标准轻柴油的火灾危害性究竟变化了多少？在新标准轻柴油的储存过程中应特别注意哪些问题？本文通过资料调研、实验室研究、基于调研与实验数据的计算机模拟等三方面对新标准轻柴油的火灾危险性和危害性的变化进行分析研究，为其在实际生产、储存、运输等各环节采取相应措施提供依据。
2 轻柴油的危险性研究
2.1 资料调研
国内外有关研究机构对石油产品的火灾危险性研究工作在不断地进行，小到直径几十厘米的油盘，大到几千立方的油罐，汽油、柴油、原油等不同的油品都开展过试验研究［2］［3］［4］，通过这些研究，取得了许多有价值的试验数据和研究成果。对实际规模的火灾（油罐的直径大于2.6米），汽油、煤油、柴油和原油的主要火灾特征参数（如：燃烧速度、火焰高度、热辐射）已基本确定，着火罐火焰呈紊流型浮力扩散火焰燃烧时，几个主要参数具体情况为： 2.1.1 燃烧速度
油品的燃烧速度因油品种类而异，与风速有关［1］（当风速达到8～10m/s时，油品的燃烧速度较低风速时可增加30％～50％），几种常见油品的燃烧速度为：
汽油的燃烧速度约为0.056 kg/m2.s;
煤油的燃烧速度约为0.053 kg/m.s;
柴油的燃烧速度约为0.0425～0.047 kg/m2.s;
原油的燃烧速度约为0.033～0.042 kg/m2.s。
2.1.2 火焰高度
火焰高度主要取决于油罐的直径和油品种类无关［1］。也就是说，油罐的直径越大，储存的油品组分越轻，则燃烧火焰的高度越高。敞口油罐油品燃烧的火焰高度与油罐直径D的关系如下：
汽油火焰高度约为1.5D;
柴油火焰高度约为0.9D;
原油火焰高度约为0.7D。
2.1.3 热辐射强度 2
油品燃烧的热辐射强度与许多因素有关，除去环境因素和方位的影响，油品的燃烧热辐射通量与油品的品质有直接的关系，几种油品火焰表面的热辐射强度为：
汽油火焰表面的热辐射强度为97.2kw/m2；
柴油火焰表面的热辐射强度为73.0kw/m2；
原油火焰表面的热辐射强度为60.0kw/m2。
2.1.4 结论
对现有实验研究结果总结如下：
1）轻组分多的油品燃烧速度快、火焰高度高、火焰表面热辐射强度大；
2）汽油的有关火灾危险性参数与柴油相比，汽油的燃烧速度（质量燃烧速度）大约为柴油的1.25倍；火焰高度大约为柴油的1.67倍；火焰表面的热辐射强度大约为柴油的1.33倍；
3）燃烧速度、火焰高度、热辐射强度三个参数的测定目前国内外无标准方法。
4）同一品种，不同牌号的油品（如：10#、5#、0#、-10#、-20#轻柴油）火灾危险性数据无实验研究结果。
2.2 实验研究
对高闪点（闪点为65℃，下同）、低闪点（闪点为55℃，下同）两个标准轻柴油样品进行了轻柴油火灾危险性相关参数测定，以期了解轻柴油火灾危险性的变化情况。
实验研究的参数包括理化性能和火灾特性两方面。理化性能参数（主要用于进行计算机模拟计算）有密度、凝固点、黏度、分子量、比热、导热系数、饱
和蒸汽压、净热值等指标。火灾特性以燃烧、爆炸为界，分为两个方面：引发火灾的危险性和发生火灾后的危害性。引发火灾的危险性主要依据样品的闪点、爆炸极限、自燃点；发生火灾后的危害性从燃烧速率、火焰高度、热辐射等参数加以论述。
2.2.1火灾危险性实验结果
表1：实验结果
*注：非标准平行对比试验
2.2.2 结果 通过轻柴油样品的实验比较，轻柴油闪点降低后引发火灾的危险性和发生火灾后的危害性的变化情况如下：
1）闪点降低后表征引发火灾危险性部分参数变化显著，轻柴油着火危险性增加。几个参数的具体情况为：
闪点：从65℃降低到55℃相差10℃，并跨越了60℃的危险等级分界线； 饱和蒸汽压：55℃时低闪点轻柴油的饱和蒸汽压比高闪点增加了97%。 爆炸极限：50℃时未测出轻柴油的爆炸极限。
自燃点：低闪点轻柴油的自燃点略高。
2）闪点降低后表征发生火灾后危害性的主要参数变化微小（5%以下），轻柴油火危害性增加不明显，可按不同牌号（如：-20与0）、不同生产工艺（如：直馏、裂解）、不同生产企业之间的差距对待。几个参数的具体情况为：
燃烧速率：增加了1%。
火焰高度：增加了4%。
热辐射：增加了6%。
2.3 轻柴油储罐火灾模拟研究
目前，计算机模拟成为火灾科学研究中的重要内容之一，通过计算机这一强有力的工具，使得这些理论能够应用于火灾科学的研究和实际的火灾安全工程。进行轻柴油储罐火灾模拟是在获得实验室研究成果的基础上，利用CFX4计算机模拟软件［6］将实验数据放大到实际储罐的规模。
通过对10000m3、5000m3拱顶储罐高、低闪点轻柴油火灾的模拟，得出了热辐射强度随距离的变化、火焰高度和燃烧速度结果，模拟结果如下：
2.3.1 热辐射强度
1）10000m3储罐高、低闪点轻柴油火灾之间的热辐射强度近距(0.3D，D为储罐直径，下同)相差0.6%，远距(2D)相差0.1%，低闪点轻柴油偏高。
2）5000m3储罐高、低闪点轻柴油火灾之间的热辐射强度近距(0.3D)相差0.3%，远距(2D)相差0.1%，低闪点轻柴油偏高。
3)高闪点轻柴油10000m3与5000m3储罐火灾之间的热辐射强度等直径倍数上相差0.6%，5000m偏高。 3##
4)低闪点轻柴油10000m3与5000m3储罐火灾之间的热辐射强度等直径倍数上相差0.3%，5000m3偏高。
高、低闪点轻柴油热辐射上的差别在1%以下，低闪点轻柴油偏高，与实验测定数据相比偏差基本一致。
2.3.2火焰高度
1）10000m3储罐高、低闪点轻柴油火灾之间的火焰高度相差1.8%，低闪点轻柴油偏高。
2）5000m储罐高、低闪点轻柴油火灾之间的火焰高度相差3.4%，低闪点轻柴油偏高。
高、低闪点轻柴油热辐射上的差别在4%以下，低闪点轻柴油偏高。
2.3.3 燃烧速度
1）10000m储罐高、低闪点轻柴油火灾之间的燃烧速度相差4.1%，低闪点轻柴油偏高。
2）5000m3储罐高、低闪点轻柴油火灾之间的燃烧速度相差1.9%，低闪点轻柴油偏高。
高、低闪点轻柴油热辐射上的差别在5%以下，低闪点轻柴油偏高。总体上与国外实测数据0.0425～0.047 kg/m2.s相近。
3 结论
通过对国外油品火灾研究成果的调研、实验测定和计算机模拟，新标准轻柴油火灾危险性变化情况如下：
3.1 轻柴油闪点降低后引发火灾的危险性增加，主要体现在以下几个方面： 33
1）轻柴油闪点从65℃降低到55℃相差10℃，并跨越了60℃的危险等级分界线；根据储存情况调查储罐操作温度55℃--60℃的生产企业有4家，占调查炼化企业的30.8%。也就是说有相当一部分企业的轻柴油储罐在的操作温度达到了闪点或接近闪点。
2）55℃时低闪点轻柴油的饱和蒸汽压为667Pa，高闪点轻柴油的饱和蒸汽压为338Pa，低闪点比高闪点增加了97%。根据[西德]K.纳伯尔特[5]给出的轻柴油爆炸下限约为0.6%（体积比）。55℃时低闪点轻柴油的蒸汽浓度达可到爆炸下限，而高闪点轻柴油的蒸汽浓度约为爆炸下限的50%。
对销售企业而言，最高操作温度为40℃。此时，低闪点轻柴油的饱和蒸汽压为308Pa，高闪点轻柴油的饱和蒸汽压为143Pa。蒸汽浓度约为爆炸下限的50%和25%。由此可见，40℃时低闪点轻柴油的饱和蒸汽压与55℃时高闪点轻柴油的饱和蒸汽压相当。根据闪点降低前生产企业的操作情况，轻柴油闪点（闪为55℃的轻柴油）降低后安全操作温度的上限值应为40℃。
3.2 轻柴油闪点降低后发生火灾后的危害性的变化不明显（基本上在5%以下），低闪点轻柴油实测数据和计算机模拟数据稍有增加，几个主要参数变化情况为：
1）燃烧速度：增加了1%。
2）火焰高度：增加了4%。
c.热辐射强度：增加了6%。
3.3 根据计算机模拟结果，油罐发生全表面火灾时，在相同直径倍数（如：0.4D、0.6D等）距离上的热辐射强度小直径罐较大直径（如：5000 m3与10000 m3）罐偏高。
4 建议
根据轻柴油储存情况的调研和国外相关标准、规范的调研，针对轻柴油闪点降低后引发火灾危险性增加这一问题，建议采取以下措施：
1）操作温度（轻柴油的进罐温度）降到40℃以下，使储罐内油气浓度低于50%的爆炸下限。
2）固定顶轻柴油储罐涂刷防晒漆，防止在夏季因暴晒导致罐内表层温度的升高，而发生危险。
3）不可使用盛装过低闪点易燃液体（如：汽油）的储罐（未经清洗）盛装轻柴油。低闪点残存液将使轻柴油的危险性增加。
参考文献
1、郑学志编著《油罐灭火技术基础》烃加工出版社，1990年。
2、Johnson,A.D.(1992)’A Model for Predicting Thermal Radiation Hazards from Large-scale Pool Fires’, IChemE Symposium Series NO.130, pp 507-524.
3、Koseki, H.& Mulhlland, G.W.(1991)’The Effect of Diameter on the Burning of Crude Oil Pool Fires’, Fire Technology, February, pp54-65.
4、Yumoto, T.(1986)’Burning Characteristics of 2.7m Square Dike Fires’, Report of Fire Research Institute of Japan, No. 61.
牟善军 1962.11.24出生，1983年山东化工学院化工机械专业毕业，现任中国石化集团安全工程研究院副院长，总工程师，青岛海洋大学工程学院近海工程专业在读博士研究生。长期从事石化安全技术的研究工作，并多次荣获部级科技进步成果奖。近两年的主要工作有：参与起草了《国家职业安全卫生管理体系试行标准》、主持完成了《上海化学工业区光气化项目的风险评估》等科研课题，其中《轻柴油闪点降低后的危险性研究》，为新标准轻柴油的安全储存问题提供了理论依据，解决了生产中急需解决的问题。
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X 包的意思