第二章　原油與石腦油的理化特征

第一節(jié)　原油的理化特征

一、原油概述

原油來自于油氣田及凝析氣田，是石油煉化業(yè)的初始原料，業(yè)內(nèi)外都對其有一定認(rèn)識，據(jù)此說原油是大家熟知的。然而，由于原油并不是單質(zhì)物質(zhì)，各油田或區(qū)塊原油的組分可能都不同，甚至差異很大，很難對原油給出科學(xué)、全面、準(zhǔn)確的定義，而且部分原油理化特征也并未搞清楚，所以，揭示原油理化特征的話題還將持續(xù)。

一般原油是指從油氣田開采出來未經(jīng)加工煉制的天然石油，主要是由低級動植物在地層和細(xì)菌的作用下，經(jīng)過復(fù)雜的化學(xué)變化和生物化學(xué)變化而形成的。它是一種以烴類混合物為主的黑褐色或暗綠色黏稠液態(tài)或半固態(tài)物質(zhì)。原油的顏色是由其膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量決定的，膠質(zhì)含量越高、顏色越深、密度越高，顏色越淺、密度越低、其油質(zhì)越好。原油的成分十分復(fù)雜，通常碳元素占83%～87%，氫元素占11%～14%，尚有含量不等的硫、氧、氮、磷、釩等雜質(zhì)以及含量通常為0.02%～0.055%的氯化鈉、鈣、鎂等無機(jī)鹽。另外，原油從油井采出時含一定量的水。為此，油田生產(chǎn)要對采出液進(jìn)行脫水、脫鹽、原油穩(wěn)定等工藝處理，達(dá)到外輸標(biāo)準(zhǔn)。

中國主要原油的特點是含蠟多，凝點高，硫含量低，釩含量極少，鎳、氮含量屬于中等。僅新疆油田及東部油田的個別地區(qū)生產(chǎn)一部分低凝原油。中國大慶、勝利、任丘的原油中汽油餾分較少，而渣油約占三分之一以上。含蠟原油適宜生產(chǎn)高質(zhì)量的燈用煤油、柴油；重質(zhì)餾分油是良好的催化裂化原料。從大慶原油中，可生產(chǎn)高黏度指數(shù)的潤滑油基礎(chǔ)油，但含蠟原油在生產(chǎn)低凝產(chǎn)品、優(yōu)質(zhì)道路瀝青方面比較困難。

二、原油分類

原油的烴類組分按分子結(jié)構(gòu)可分為鏈烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴三類。雖然原油的基本元素類似，但從地下開采的天然原油，在不同產(chǎn)區(qū)和不同地層，其外觀和物理性質(zhì)有很大的差別。早期人們根據(jù)原油蒸餾殘渣的性狀，把原油分為石蠟基、瀝青基（又稱環(huán)烷基）、混合基（又稱中間基）三類。隨著對原油性質(zhì)及組成的進(jìn)一步認(rèn)識，提出了許多分類法。在各種分類法中，美國礦務(wù)局提出的分類法比較簡便。該法以美國石油學(xué)會（American Petroleum Institute）制定的API重度（American Petroleum Institute Gravity）作為指標(biāo)，按原油中250～275℃和395～425℃兩個特定輕、重關(guān)鍵餾分進(jìn)行分類，如果兩個特定關(guān)鍵餾分都屬石蠟基，則原油屬石蠟基；如果輕餾分屬石蠟基，重餾分屬中間基，則原油屬石蠟-中間基；據(jù)此將原油分為石蠟基、石蠟-中間基、中間-石蠟基、中間基、中間-環(huán)烷基、環(huán)烷-中間基、環(huán)烷基、石蠟-環(huán)烷基及環(huán)烷-石蠟基9類。實際上，后兩類原油極為罕見，多數(shù)原油屬于其余七類。由于原油組成復(fù)雜，同一類別的原油在性質(zhì)上仍可能有很大差別。因此，迄今尚未有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分類法。

原油中含無機(jī)硫與有機(jī)硫，依據(jù)原油中所含硫（硫化物或單質(zhì)硫分）的百分?jǐn)?shù)，通常將含硫量高于2.0%的原油稱為高硫原油，低于0.5%的稱為低硫原油，介于0.5%～2.0%之間的稱為含硫原油。硫在原油餾分中的分布一般是隨著原油餾分餾程的升高而增加，大部分硫均集中在重餾分和渣油中。硫在原油中的存在形態(tài)已經(jīng)確定的有：元素硫、硫化氫、硫醇、硫醚、二硫化物、噻吩等類型的含硫化合物，此外尚有少量其他類型的含硫化合物。這些含硫化合物按其性質(zhì)分為活性硫化物和非活性硫化物兩大類?；钚粤蚧镏饕ㄔ亓?、硫化氫和硫醇等，它們的共同特點是對金屬設(shè)備有較強的腐蝕作用；非活性硫化物主要包括硫醚、二硫化物和噻吩等對金屬設(shè)備無腐蝕作用的硫化物，經(jīng)受熱分解后一些非活性硫化物將會轉(zhuǎn)變成活性硫化物。原油中的硫化物除了元素硫和硫化氫外，其余均以有機(jī)硫化物的形式存在于原油中，原油中硫醇（RSH）的含量一般不多而且多存在于輕餾分中，在輕餾分中硫醇硫含量往往占其總硫含量的40%～50%。隨著餾分餾程升高，硫醇含量急劇降低，在350℃以上的高沸點餾分中硫醇的含量極少。低分子的甲硫醇（CH3SH）、乙硫醇（CH3CH2SH）等具有極為強烈的特殊臭味，空氣中含甲硫醇濃度為2.2×10-12g/m3時，人們的嗅覺可以感覺到。硫醇對熱不穩(wěn)定，低分子硫醇如丙硫醇在300℃下即分解生成硫醚和硫化氫，當(dāng)溫度高于400℃時，硫醇分解生成相應(yīng)的烯烴和硫化氫。

目前我國進(jìn)口的原油多半為高硫原油。高硫原油腐蝕性強，給儲存、加工過程帶來高風(fēng)險。必須指出，隨著我國大型儲罐陸續(xù)達(dá)到使用壽命，相關(guān)單位應(yīng)特別警惕因腐蝕使得大型儲罐罐壁底部承壓能力降低而導(dǎo)致罐破、堤潰的重大惡性事件發(fā)生。

三、凝析油

凝析油主要是從凝析氣藏地面開采后凝析出來的液相烴類等混合物。凝析氣藏位于地下數(shù)千米深的巖石中，其中的原油在高溫高壓條件下溶解在天然氣中以氣相存在，采到地面在大氣壓下溫度降低后析出液態(tài)的油，凝析氣藏開發(fā)得到的主要產(chǎn)品是凝析油和天然氣。凝析油與一般原油相比具有密度低、黏度小、顏色淺（黃色或無色）、輕餾分多、一般正烷烴大于87%、環(huán)烷烴+芳烴小于13%、無蠟等特點，其主要組分為C5至C10+烴類混合物，并含有二氧化硫、噻吩類、硫醇類、硫醚類和多硫化物等雜質(zhì)，其餾分多在20～200℃之間。

目前我國凝析油主要產(chǎn)自塔里木油田。1998年1月，中國石油塔里木油田分公司在新疆阿克蘇克孜爾鄉(xiāng)境內(nèi)發(fā)現(xiàn)天然氣儲量超千億立方米的克拉2凝析氣田（有說煤成氣的）后，陸續(xù)開發(fā)了牙哈、桑吉、英買力等凝析氣田。2001年，在阿克蘇地區(qū)庫車縣和巴音郭楞蒙古自治州輪臺縣境內(nèi)，又發(fā)現(xiàn)迪那2凝析氣田，探明天然氣地質(zhì)儲量1752億m3，凝析油1338萬t，是我國目前發(fā)現(xiàn)的最大凝析氣田，2009年6月完工并開始向西氣東輸工程年供氣50億m3、年產(chǎn)凝析油56萬t。

塔里木油田的凝析油基本采用鋁浮盤內(nèi)浮頂儲罐儲存。2005年，牙哈裝車站的一個10000m3內(nèi)浮頂儲罐曾發(fā)生過爆炸火災(zāi)，儲罐上安裝的4只橫式泡沫產(chǎn)生器被拉斷兩只并失去作用，另一只被拉斷尚能發(fā)揮一定作用，靠一好一殘的兩只橫式泡沫產(chǎn)生器及水炮大水流覆蓋罐頂，經(jīng)1小時20分鐘撲救滅火，但儲罐報廢。

2006年，塔里木油田為提高產(chǎn)品附加值，在牙哈區(qū)塊將凝析油中的輕組分（C8及以下）分離出供石油化工企業(yè)作化工原料。但帶來如何儲存與泡沫系統(tǒng)設(shè)計問題，為此專門在北京召開了專家論證會，作者應(yīng)邀參加，并提出儲存首選低壓罐，其次是鋼制單、雙盤內(nèi)浮頂儲罐，泡沫系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行試驗驗證。業(yè)主與設(shè)計方接受了鋼制單盤內(nèi)浮頂儲罐儲存，承諾開展泡沫滅火試驗。但還是作者通過塔里木油田其他部門于2007年12月20日～21日在塔里木油田消防一大隊訓(xùn)練場開展泡沫滅火試驗，試驗表明空氣泡沫能控火，不能徹底滅火，后面章節(jié)有滅火試驗介紹。

四、原油API重度的意義

為判別原油品質(zhì)好壞，美國石油學(xué)會制訂了用以表示原油及其產(chǎn)品密度的一種量度，即API重度，用以對原油進(jìn)行分類，水的API重度定義為10，15.6℃時API重度與相對密度（與水比）的關(guān)系為：

API重度=（141.5/相對密度）-131.5（2-1）

API重度越大，相對密度越小。輕質(zhì)、中質(zhì)、重質(zhì)原油對應(yīng)的API重度分別為：高于31.1、22.3～31.1、低于22.3，API重度與相對密度基本關(guān)系見表2-1。國際上把API重度作為決定原油價格的主要標(biāo)準(zhǔn)之一。

從煉油工藝方面，API重度介于40～45之間的原油最容易加工，油制品也最多（采收率最高），低于這個重度，會產(chǎn)出更多雜質(zhì)。但是API重度高于45的原油由于分子鏈過短，也不利于煉油加工。

總體而言，油比水輕，世界上絕大多數(shù)油田或區(qū)塊生產(chǎn)的原油API重度在10～70之間。但也有例外，某些油田或區(qū)塊生產(chǎn)的原油API重度低于10（比水重），如加拿大Alberta省從油砂中生產(chǎn)的瀝青油API重度就是8，我國稱之為稠油或超稠油。目前我國已探明的稠油油藏儲量大約80億桶，已進(jìn)行開采的有遼河、勝利、中原、吉林、新疆克拉瑪依、新興石油公司西北局塔河和青海澀北等油田，累計年產(chǎn)量超過千萬噸。我國遼河油田生產(chǎn)部分稠油的有關(guān)物性參數(shù)見表2-2。

五、原油火災(zāi)危險性分類

從《建筑設(shè)計防火規(guī)范》TJ 16—74起，參考當(dāng)時汽、煤、柴油的閃點將可燃液體定義為甲、乙、丙類液體，對應(yīng)的閃點分別為小于28℃、28～60℃、大于或等于60℃。然而，在其條文中對甲、乙類液體并無區(qū)別要求，并且這一規(guī)定一直延續(xù)至今。為了規(guī)避國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑設(shè)計防火規(guī)范》GB 50016對甲、乙類液體的不合理的劃分，1992年發(fā)布國家標(biāo)準(zhǔn)《石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范》GB 50160—92在不違背其規(guī)定的基礎(chǔ)上，將甲、乙、丙類液體進(jìn)行了細(xì)分，現(xiàn)摘國家標(biāo)準(zhǔn)《石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范》GB 50160—2008第3.0.2條規(guī)定：液化烴、可燃液體的火災(zāi)危險性分類應(yīng)按表3.0.2分類，并應(yīng)符合下列規(guī)定：

1　操作溫度超過其閃點的乙類液體應(yīng)視為甲B類液體；

2　操作溫度超過其閃點的丙A類液體應(yīng)視為乙A類液體；

3　操作溫度超過其閃點的丙B類液體應(yīng)視為乙B類液體；操作溫度超過其沸點的丙B類液體應(yīng)視為乙A類液體。

該規(guī)定被《石油庫設(shè)計規(guī)范》GB 50074—2014和《石油天然氣工程設(shè)計防火規(guī)范》GB 50183—2015整條引用。不同的是，《石油天然氣工程設(shè)計防火規(guī)范》GB 50183—2015將甲A類定義為37.8℃時蒸氣壓大于200kPa的液態(tài)烴。需要說明兩點，一是國內(nèi)外對石油產(chǎn)品的飽和蒸氣壓測定均采用雷德法，其測定溫度為37.8℃（100℉），所以《石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范》GB 50160、《石油庫設(shè)計規(guī)范》GB 50074對甲A類的定義不盡合理，詳見《石油天然氣工程設(shè)計防火規(guī)范》GB 50183相關(guān)條文說明。二是包括稠油在內(nèi)，原油在其井口與地面工程中不會出現(xiàn)油品超過其沸點的工況，《石油天然氣工程設(shè)計防火規(guī)范》GB 50183、《石油庫設(shè)計規(guī)范》GB 50074引用《石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范》GB 50160的規(guī)定就南轅北轍了。

在國家標(biāo)準(zhǔn)《石油天然氣工程設(shè)計防火規(guī)范》GB 50183—2004發(fā)布實施前，相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)將原油劃為甲、乙類。1993年以后，隨著國內(nèi)稠油油田的不斷開發(fā)，遼河油田年產(chǎn)稠油800多萬噸，勝利油田與新疆克拉瑪依油田年產(chǎn)稠油均超200萬噸，同時認(rèn)識到稠油火災(zāi)危險性與一般原油有明顯的區(qū)別，具體表現(xiàn)為閃點高、初餾點高、瀝青膠質(zhì)含量高，參見表2-2，其輕組分遠(yuǎn)比一般原油少，甚至沒有輕組分。國家標(biāo)準(zhǔn)《石油天然氣工程設(shè)計防火規(guī)范》GB 50183—2004編制組通過中油遼河工程有限公司、新疆時代石油工程有限公司、勝利油田設(shè)計院等有針對性的大量現(xiàn)場取樣分析，并依據(jù)試驗研究和技術(shù)研討規(guī)定“在原油儲運系統(tǒng)中，閃點等于或大于60℃、初餾點等于或大于180℃的原油，宜劃為丙類”。對于一般原油的火災(zāi)危險性應(yīng)視其閃點和操作溫度等而定。

美國消防協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)NFPA30《易燃與可燃液體規(guī)范》，把原油定義為閃點低于65.6℃且沒有經(jīng)過煉廠處理的烴類混合物。美國石油學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)API RP500《石油設(shè)施電氣裝置場所分類推薦作法》，在談到原油火災(zāi)危險性時指出，由于原油是多種烴的混合物，其組分變化范圍廣，因而不能對原油作具體分類。由上述資料可以看出，稠油的火災(zāi)危險性分類問題比較復(fù)雜。我國近幾年開展稠油火災(zāi)危險性研究，作了大量的測試和技術(shù)研討，為稠油火災(zāi)危險性分類提供了技術(shù)依據(jù)。但由于研究時間還較短，有些問題，例如稠油摻稀油后的火災(zāi)危險性，還需加深認(rèn)識和積累實踐經(jīng)驗。所以對于稠油的火災(zāi)危險性分類，除閉口閃點作為主要指標(biāo)外，增加初餾點作為輔助指標(biāo)，具體指標(biāo)是參照柴油的初餾點確定的。另外，在成書過程中，作者查到癸烷的沸點、閃點分別為174.1℃、46℃，十一烷的沸點、閃點分別為196℃、60℃，這也應(yīng)作為對稠油火災(zāi)危險性定義的理論依據(jù)。

六、原油儲罐火災(zāi)沸溢與熱波速度

除凝析油外，一般原油通常含有大量C18及以上的成分，在儲罐內(nèi)燃燒時，表層原油接收的火焰輻射與對流方式所傳遞的熱量，一部分用以加熱油品并使之氣化蒸發(fā)，另一部分消耗于加熱油層，消耗于油層中的熱量逐漸積聚且向油品內(nèi)部傳遞。隨著燃燒的持續(xù)，表層原油中的輕組分不斷氣化蒸發(fā)，重組分比例與黏度增大，油品溫度升高并下沉，進(jìn)而與下一層油品進(jìn)行換熱。液面以下油品被加熱而形成高溫區(qū)，并逐漸加熱下一層冷油，這種熱量沿油品深度逐漸向內(nèi)部傳遞的特性叫作熱波特性。這種熱波特性是導(dǎo)致原油儲罐火災(zāi)中常發(fā)生“沸溢”事故的內(nèi)在原因。而這種熱量沿油品深度向內(nèi)部傳遞的速度，即熱波速度是何時發(fā)生沸溢的關(guān)鍵要素。

原油儲罐火災(zāi)的熱波問題本是20世紀(jì)80年代前后的熱門話題，但在我國尚有不同認(rèn)識，特別是近幾年的一些學(xué)術(shù)刊物登載的相關(guān)學(xué)術(shù)論文提出了一些相左的觀點。為此，本書以相關(guān)試驗研究為依據(jù)探究原油儲罐火災(zāi)的熱波現(xiàn)象，力求盡可能揭示真實規(guī)律。

（一）熱波速度的影響要素

原油儲罐火災(zāi)的熱波速度是一個十分復(fù)雜的參數(shù)，影響和制約因素較多，很難在現(xiàn)有理論層面上給出精確函數(shù)關(guān)系式。英國、蘇聯(lián)、日本等開展過試驗研究的國家，基本是通過試驗研究得出熱波速度范圍，尚未發(fā)現(xiàn)在其文獻(xiàn)中深入詳細(xì)闡述熱波速度與主要影響要素的關(guān)系。因原油的理化性能不僅與產(chǎn)地有關(guān)，且與處理階段和處理程度有關(guān)，所以熱波速度往往有較大差異。為此，深入探討熱波速度與主要影響要素的關(guān)系就顯得十分必要。

從理論層面上抽象地講，熱波速度主要影響要素有原油表面接受的火焰所傳遞的熱量，油品蒸發(fā)帶走的熱量，油品的熱容與熱傳導(dǎo)系數(shù)等。

眾所周知，液體燃料的燃燒過程，實際上是燃料的蒸氣在燃燒，燃燒產(chǎn)物為氣體，在液面上呈湍流擴(kuò)散火焰形態(tài)。根據(jù)傳熱學(xué)理論，火焰以對流方式向原油表面?zhèn)鬟f的熱量與輻射傳遞的熱量相比微不足道，所以原油表面接受的熱量基本為火焰的輻射熱。為了簡化問題，假定油罐和開口均為圓形，鑒于油罐高度通常遠(yuǎn)小于直徑，可忽略干壁高度h的作用。液面接受的最大輻射熱可表示為：

式中：Qg——液面接受的最大火焰輻射熱；

ξst——系統(tǒng)黑度換算系數(shù)；

CO——黑體絕對輻射率；

Tf——火焰絕對溫度；

Ts——液面絕對溫度；

H1，2——火焰和液面輻射相對面積。

黑度換算系數(shù)則可用下式表示：

式中：εf——火焰黑度；

εs——液體黑度。

當(dāng)火焰范圍超過直徑1m時，火焰黑度接近1。通?；鹧鏈囟仍?000℃以上，而原油表面溫度基本不超過300℃，忽略（Ts/100）4項，誤差不會超過3%。H1，2的大小取決于火焰與液體表面的幾何關(guān)系，經(jīng)簡化積分得：

式中：D——油罐直徑；

d——開口直徑；

S——開口面積；

h——干壁高度。

由式（2-2）～式（2-4）可見，油面接受火焰所傳遞的熱量主要取決于火焰溫度、液體黑度、開口大小及液面高度。而火焰溫度主要與原油燃燒劇烈程度有關(guān)，對于穩(wěn)定原油這取決于其輕組分含量。

油品蒸發(fā)帶走的熱量主要取決于其燃燒速度，而燃燒速度也取決于油品輕組分含量、油罐開口大小及液面高度。油品熱容與熱傳導(dǎo)系數(shù)主要取決于油品密度與含水量，而密度又與油品輕組分含量有關(guān)。

綜上具體而言，熱波速度主要影響要素為：油品輕組分含量與含水量、液面高度及油罐開口大小。國內(nèi)外試驗研究也證實了這一點。

（二）原油組分對熱波速度的影響

圖2-1是典型敞口原油儲罐燃燒一定時間后油層溫度分布曲線。由于水的沸點通常為100℃，溫度高于100℃的油層定義為高溫層。高溫層厚度與燃燒時間、熱波速度成正比。100℃油層界面稱為熱波頭，高溫層中溫度處于穩(wěn)定狀態(tài)的區(qū)域叫作穩(wěn)定高溫層。表2-3與圖2-2是公安部天津消防研究所試驗研究數(shù)據(jù)和試驗曲線。試驗條件為：

燃燒試驗罐：直徑0.8m、高1.5m、初始液位高度1.4m；

基礎(chǔ)原油：天津大港油田原油，相對密度0.9129、初餾點84℃、190℃以下餾出體積量5%，油溫34.5℃、含水量≤0.1%；

氣象：氣溫29℃、風(fēng)速3m/s。

從表2-3可以看出，隨著原油中輕組分含量的逐漸減少，熱波速度逐漸減緩，而穩(wěn)定高溫層溫度則有逐漸升高的趨勢。

除少數(shù)輕質(zhì)原油外，一般原油的190℃以下餾分通常不會超過20%，所以根據(jù)試驗可以得出“原油輕組分含量愈高，儲罐火災(zāi)時熱波速度愈快，而穩(wěn)定高溫層溫度愈低”的結(jié)論。這是由于原油中含的輕組分愈多，燃燒愈劇烈，火焰向油面輻射的熱量多，油品內(nèi)部傳熱也就顯著。另外，原油中輕組分愈多，原油的黏度也就愈低，介質(zhì)熱傳導(dǎo)阻力亦愈小，熱波速度愈快。因熱量易傳遞，油層積蓄熱量相應(yīng)減少，穩(wěn)定高溫層溫度就降低。

需要說明，將原油中190℃以下餾分作為參量，只是為了便于研究，并不意味著不含上述餾分的原油無熱波特性。依據(jù)試驗研究，該餾分含量很少或不含該餾分的原油，盡管熱波速度很低，但穩(wěn)定高溫層溫度很高，如含量1.59%時，其溫度高達(dá)370℃。目前我國一些油田為了局部利益，在原油穩(wěn)定處理時，將C11以下組分基本拔出，使之外輸商品油基本不含190℃以下餾分。在這種原油著火而未及時撲滅的情況下，后續(xù)滅火工作將面臨很大風(fēng)險。

另外，不同油品不但輕餾分不同，而且重組分及雜質(zhì)也有差異，其熱波速度也往往會有差異。而試驗油品中大于6%的190℃以下餾分的原油是用人工方法在大港原油的基礎(chǔ)上配置而成的，無法體現(xiàn)上述影響，因此只能近似表達(dá)。

（三）原油含水量對熱波速度的影響

關(guān)于原油含水量對熱波速度的影響，學(xué)術(shù)界尚有不同認(rèn)識。如有人認(rèn)為，“乳化原油，在熱波下移過程中，部分或全部乳化水將被汽化。水的汽化也會消耗來自火焰輻射的熱量”，因此含水量愈多，熱波速度會愈小。然而，試驗研究得出了與上述相左的結(jié)論。表2-4是公安部天津消防研究所的試驗研究數(shù)據(jù)。試驗條件為：

燃燒試驗罐：直徑0.8m、高1.5m、液位高度1.15m；

試驗原油：190℃以下餾分3.2%。

試驗表明，含水量不超過4%時，燃燒比較穩(wěn)定，熱波速度隨原油含水量增多而加快，其中含水2%以下時水分對熱波速度的影響更大。這是由于原油含水增多使黏度降低，油品內(nèi)部傳熱阻力減小，并且水蒸氣對油品上層的攪拌作用越明顯，熱量越容易傳遞。但當(dāng)原油含水量大于4%時，點燃后在油面迅速形成一層油泡沫，使燃燒不穩(wěn)定，而使熱波速率變小，且沒有規(guī)律。當(dāng)含水大于6%時，欲將原油點燃已經(jīng)相當(dāng)困難，點燃后燃燒亦不穩(wěn)定。

試驗原油中的水分是后添加的，由于乳化混合不一定十分均勻徹底，可能與實際情況略有差異，所以含水量對熱波速度正負(fù)影響的分界點是否為4%有待進(jìn)一步研究，但其趨勢是毋庸置疑的。

（四）液面高度對熱波速度的影響

液體燃料在儲罐內(nèi)并不是連續(xù)穩(wěn)定的燃燒，其燃燒過程中有喘息現(xiàn)象，液面距罐口距離越大，喘息現(xiàn)象越明顯。這是因為罐內(nèi)油位越高，空氣供給越充分，燃燒也就越充分；反之，空氣供給不充分，則燃燒也就不充分。由式（2-4）可見，液面高低還影響液面接受火焰的熱量傳遞，所以液面高低對熱波速度有一定的影響。低液位時，產(chǎn)生的燃燒熱及向液面輻射的熱量都比高液位時小，因此，熱波速度及穩(wěn)定高溫層溫度亦較低。當(dāng)原油發(fā)生明顯的體積膨脹時，由于罐內(nèi)液位較低，因而罐內(nèi)容許原油膨脹的空間較大，與高液位相比較，低液位原油儲罐火災(zāi)發(fā)生沸溢或濺溢事故的可能性要小些。

表2-5是公安部天津消防研究所的試驗研究數(shù)據(jù)。試驗罐直徑0.8m、高1.5m，試驗原油190℃以下餾分3.2%。

試驗證明，隨著液位的下降，熱波速度將減小。同時也表明，液位越高，罐內(nèi)容許原油膨脹的空間越小，發(fā)生沸溢事故可能性就越大。

（五）油罐開口對熱波速度的影響

油罐開口除對油品表面接受火焰熱量產(chǎn)生影響外，對空氣供給也有影響，所以對燃燒速度與熱波速度將產(chǎn)生較大影響。由式（2-4）可見，當(dāng)開口小到一定程度時，可能形不成熱波。

1961～1963年，蘇聯(lián)中央防火科學(xué)研究所和古比雪夫省消防管理局等聯(lián)合進(jìn)行了鋼筋混凝土油罐燃燒試驗。燃燒的時間自30分鐘至6小時不等。表2-6是不同開口油罐油品燃燒速度的試驗數(shù)據(jù)。由表2-6可見，油罐開口的大小對燃燒速度有非常明顯的影響。同時試驗表明，儲罐開口小于儲罐橫截面積的10%時，形不成熱波，即著火后不會發(fā)生沸溢。

（六）總結(jié)

由于一般原油在儲罐內(nèi)燃燒具有熱波特性，且燃燒一定時間后產(chǎn)生高溫層，所以其沸溢分為穩(wěn)定高溫層導(dǎo)致的含水原油膨脹沸溢和熱波引發(fā)的罐底水汽化沸溢，且后者往往形成罐內(nèi)原油向外噴濺。這兩種形式的沸溢都可通過原油熱波速度與燃燒線速度進(jìn)行估算，以避免造成重大人員傷亡和財產(chǎn)損失。另外，從原油API重度或相對密度角度，應(yīng)該存在是否沸溢的界限，但現(xiàn)有研究不足以回答這一問題。不過可以肯定地講，汽、煤、柴油及單質(zhì)可燃液體是不會發(fā)生沸溢的。