原油泄漏为何能引起爆燃？
——原油泄漏爆燃的科普解读
11月22日青岛发生原油泄漏爆燃事故，造成人员伤亡和财产损失，引起社会和民众高度关注。原油是怎样一种化学物质，其化学构成如何？原油在管输过程中是否有安全隐患？为什么会发生爆燃？中国化工学会与《中国化工信息》周刊联合对原油泄漏为何引起爆燃进行科普解读。
原油的化学组成
原油，又称石油，是我们交通运输燃料（汽油、煤油、柴油）、润滑油和化工轻油的主要原料，有“工业血液”之称。2012年，我国国产原油2亿吨，进口约2.7亿吨，进口依赖度约57%。
1.物理化学性质
原油是一种从地下深处开采出来的黄色、褐色乃至黑色的可燃性黏稠液体。其中较重的胶质、沥青质含量越高，颜色就越深。原油性质因产地而异，不同产地的原油，其性质、轻重、杂质含量有很大区别。原油的一般性质范围为：凝点-30～30℃，沸点-1～565℃，相对密度0.74～1.03，相对蒸气密度(空气=1)>1，闪点-42.8～93.3℃，辛醇/水分配系数2～6，引燃温度220℃，爆炸极限0.7％～5％。可见，原油具有易挥发、闪点低、爆炸下限低、易在常温条件下引起燃烧爆炸的危险特性。而闪点、爆炸极限等与原油特性相关的指标，随着原油的相对密度的不同，会有明显的差异。
2.元素组成
原油是一种极为复杂的烃类（碳氢元素的化合物）混合物等，根据《原油蒸馏工艺与工程》，原油的C、H含量一般占94%以上，其中C占83.0%～87.0%、H占10.0%～14.0%；原油含有的S（硫）、O（氧）、N（氮）等其他杂原子在6%以下，一般S占0.05%～6.00%，N占0.02%～2.00%，O占0.05%～2.00%。此外，原油还含有微量的金属元素和非金属元素。金属元素包括钒、镍、铁、铜、铝以及钙、钛、镁、钠、钴、锌等，非金属元素包括氯、硅、磷、砷等。原油中C、H元素含量变化与原油的化学组成有密切关系。原油越重所含高分子量的烃类就越多，随分子量增加，C的含量越高，H的含量越少。S、N、O三种元素的含量变化一般与原油中非烃化合物如含硫化合物、含氧化合物、含氮化合物，胶质和沥青质等有关，尤其与胶质、沥青质有关。
3.烃类组成
原油中所含的烃类包括烷烃、烯烃和芳香烃等。以辽河兴隆台原油为例，其较轻部分（＜C7）的单体烃组成列于表1。
原油中较重的部分，如蜡油、渣油、沥青等组分，由于结构特别复杂，一般难于分离，分析出单纯化合物。原油加工简介见图1。
表1 辽河兴隆台原油的轻组分单体烃组成（占原油） %
化合物（含异构体） 含量 化合物（含异构体） 含量
C4 0.40 正庚烷 0.65
C5 2.78 苯 0.10
C6 2.99 甲苯 0.42
原油泄漏发生爆燃的原因
1.何为爆燃
所谓爆燃，是指以亚音速传播的爆炸。由于物质急剧氧化或分解反应, 温度、压力增加或两者同时增加的现象称为爆炸。爆燃是气体爆炸的一种，是空气与可燃性气体的混合物中可燃性气体浓度进入爆炸范围后遇到点火源发生的爆炸。
2.爆燃的条件
根据《危险化学品安全技术大典》，原油属于第3类易燃液体，其蒸气与空气可形成爆炸性混合物，遇明火、高热能引起燃烧爆炸。由于其蒸气比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，并且容易聚集，遇火源会着火回燃和爆炸（闪爆）。
原油发生爆燃需要具备三个条件：第一，有可燃和助燃物质的存在——原油蒸气和空气；第二，可燃气体和空气的比例在爆燃的极限范围内；第三，有能导致爆燃的点火源，如撞击、摩擦、明火、电气火花、静电火花、雷电等。如果这些条件存在于一个相对封闭的空间里，爆燃的威力会更大。在正常生产过程中，原油是密闭输送、封闭储存，不具备发生火灾爆炸的条件，但在异常情况下，如原油泄漏或扩散，与空气混合，含量达到爆炸极限的情况下，遇足够的点火能量，将导致火灾、爆炸的发生。为此，原油的安全储运规定：原油需储存于阴凉、通风处，储存温度不超过37℃；远离火种、热源；应与氧化剂等隔离储运；罐储时要有防火防爆技术措施；防止静电积聚；搬运时轻装轻卸，防止容器受损。
3.爆燃可能性
原油泄漏后，由密闭的管道进入相对敞开的环境，由于压力和环境的变化，其中的烃类，特别是轻质烃类，如丁烷、戊烷、己烷等轻烃组分在空气中挥发、逸散、聚集，达到一定的浓度后，遇火源即可引发爆燃。查阅《有机化工原料大全》可知，丁烷的爆炸下限为1.8%、上限为8.4%，戊烷的爆炸下限为1.4%、上限为8.0%（详见表2）。城市地下雨排水管是相对宽敞、封闭的空间，原油泄漏进入雨排水管后，轻组分同样会挥发、逸散，并相对聚集（轻烃蒸气比空气重），遇到火源极易引起爆燃。另外，一些雨排水管道中由于生活污泥的作用，积蓄了某些沼气类的可燃气体，在遇到明火时也容易爆燃，这种情况在各地时有耳闻。
表2 原油中几种主要组分的爆炸极限 %（Vol）
组分 爆炸下限 爆炸上限
丁烷 1.8 8.4
戊烷 1.4 8.0
己烷 1.2 7.4
输油管道的安全管理
1．主要安全问题分析
根据今年6月曼哈顿研究所（Manhattan Institute for Policy Research）针对管道安全发表的一篇报告称，相对于其他运输手段（公路、轨道、水运等），管道是最安全的方式。而管道事故原因主要分腐蚀、第三方破坏、材料失效、人为误操作、自然灾害、其他外力损伤、不明原因等7类。根据美国管道和危险材料安全管理局（PHMSA）对美国1988~2008年的重大管道事故失效原因分析与对比，第三方破坏原因引起的管道重大事故最多，占总体事故的26%，不明原因占22.9%，腐蚀因素占15.4%。
需要强调的是，多年来，输油管道沿线盗油现象屡禁不止，非法的打孔泄漏，不仅带来了严重的环境污染，同时还有可能因输油管道传输原油的大规模泄漏而引发安全事故，后果极为严重。而相关部门在对这部分输油管道进行多次维修之后，势必会加速输油管道的老化，影响输油管道的正常使用寿命。因此，盗油事件需严加监管，并制定严厉的惩罚措施。
2．欧美国家的管理借鉴
欧美国家建有大量管道，在运行过程中也曾发生了大量事故，通过修订法律法规，落实相关政府部门、管道运营商的责任，完善信息沟通机制，提高公众的安全意识等一系列措施，逐步提高了管道运行的安全水平，值得我们借鉴。《美国油气管道的安全管理体系研究》、《俄罗斯、西班牙、英国油气管道保护立法考察》、《输油管道监控系统设计与开发》等文献对此有较详尽的介绍。
（1）重视管道安全相关立法
在美国，管道安全法是基本法律，列入《美国法典》第49篇运输中，1968年通过的《天然气管道安全法案》和1979年通过的《危险液体管道法案》确立了联邦机构在管道安全管理中的作用；俄罗斯、英国和西班牙等国也十分重视管道安全相关立法，但立法过程中较少涉及技术层面的具体问题，以避免标准与法律法规的冲突。
（2）强调管道运营商的职责
美国联邦管道安全法规要求运营商在公共安全、管道系统完整性和系统安全三个方面制定适当程序。西班牙和英国规定管道运营商实行目标化管理，管道投产前须提供安全运行方案，并通过数据采集、完整性分析、完整性决策和检查与维护实施完整性管理。
（3）注重保持信息畅通
美国通过立法建立了国家统一呼叫系统，并要求各州建立统一的电话报警系统，与此同时，管道安全办公室建立有国家管道地图系统，在其监督下可以获得相关管道数据。
（4）提高应急能力
美国、英国和西班牙都要求管道运营商必须制定管道事故应急预案并配备抢修队伍。在美国，管道运营商必须采取公共教育措施，帮助管道经过地区的居民、政府管理者和挖掘作业人员进行管道风险辨识并明确应急措施；国家建立了管道安全教育组织，致力于居民、政府和管道工业间的信息沟通；许多民间团体也及时向政府管理部门和管道经营者提出改进意见。
近期国内外输油管道安全事故一览
2010年4月20日，位于美国墨西哥湾的英国BP公司所属“深水地平线”外海钻油平台爆炸，致7人重伤11人死亡。平台约在36小时后沉入墨西哥湾。4月24日管道开始漏油。
2010年7月16日，大连新港中石油储备库输油管道发生爆炸起火事故，初步估计，约有1500吨原油泄漏入海，事故未造成人员伤亡。
2010年12月19日，墨西哥中部普埃布拉州的一条输油管道发生爆炸，造成至少28人死亡，52人受伤。
2011年8月5日，伊朗西部靠近伊拉克边境的一条石油输送管道发生爆炸。该管道输油能力每天４万桶，爆炸后关闭。
2011年9月12日，肯尼亚内罗毕工业区发生了一起输油管道爆炸事故，随后还引发了大火，造成至少100人丧生。
2012年2月15日，叙利亚霍姆斯市一座炼油厂的主要石油供应管道发生爆炸。
2012年7月20日，位于土耳其的一条输油管道爆炸，该输油管道连接伊拉克北部城市基尔库克和土耳其港口杰伊汗，爆炸没有造成人员伤亡。另一段平行管道因爆炸短暂关闭，两条管道年运输原油大约2500万吨。
2013年1月12日，位于尼日利亚尼西南部奥贡州的一条输油管道爆炸起火，造成至少30人死亡。
2013年11月22日，青岛市黄岛区原油管道发生爆燃事故。截至12月2日，共造成62人遇难，医院共收治伤员136人。