油庫(kù)靜電的成因及預(yù)防措施

李曉鵬 王銀鋒 楊 博

〔軍委后勤保障部建筑工程規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院 北京 100036〕

油庫(kù)靜電的成因及預(yù)防措施

李曉鵬 王銀鋒 楊 博

〔軍委后勤保障部建筑工程規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院 北京 100036〕

介紹了油庫(kù)油品靜電的產(chǎn)生機(jī)理、分類(lèi)、積聚與放電的條件及影響，分析了預(yù)防油庫(kù)靜電的重要性和清除靜電放電條件中任一項(xiàng)的預(yù)防思路，從油庫(kù)工藝和管理控制兩方面說(shuō)明了預(yù)防措施：控制裝備流速、改進(jìn)裝油方式、做好靜電接地與跨接、油罐內(nèi)壁使用導(dǎo)靜電涂料、在管道口安裝靜電消除器；避免不同物品相混、加強(qiáng)通風(fēng)、做好油品靜置、增加空氣濕度、在油品中添加微量抗靜電劑以及做好人體防靜電等，盡量將靜電危害降到最低。

石油庫(kù) 靜電 成因 分析 預(yù)防 措施

對(duì)國(guó)內(nèi)煉油廠油罐火災(zāi)進(jìn)行調(diào)查的結(jié)果顯示，在全部油罐火災(zāi)中原油罐占40 %，汽油罐(包括輕污油罐)占32 %，柴油罐占3 %，重質(zhì)油罐占20 %；在發(fā)生火災(zāi)的原因中，因明火引起占64 % ，靜電引起占12 %，自燃起火占8 %，雷擊引起占12 %，其它原因占4 %。表明靜電火災(zāi)不容忽視。美國(guó)在對(duì)150次油罐火災(zāi)的調(diào)查中，原油罐占50 %，其它油品罐占50 %，大部分是因靜電而引起。

油庫(kù)是儲(chǔ)存、收發(fā)、中轉(zhuǎn)汽、煤、柴等油品的基地，而這類(lèi)油品大都屬于易燃或可燃液體。當(dāng)環(huán)境溫度高于其閃點(diǎn)時(shí)，它們所揮發(fā)的蒸氣與空氣混合就可以形成爆炸性混合物。如果有火源出現(xiàn)，就可能發(fā)生爆炸或火災(zāi)。靜電火花是火源的一種。油品在儲(chǔ)存、運(yùn)輸、裝車(chē)、裝罐、裝船，以及在倒罐和油品調(diào)合的環(huán)境中，具備了液體靜電起電及積聚的條件，加之這些操作不能達(dá)到密閉的條件，為爆炸和火災(zāi)危害埋下了隱患。因此，研究液體、介質(zhì)靜電的起電機(jī)理，掌握靜電積聚與放電和引燃條件以及預(yù)防措施等，對(duì)油庫(kù)的安全至關(guān)重要。

1 靜電的產(chǎn)生

靜電是在一定空間、容器或表面上存在的正負(fù)電荷的代數(shù)和。它與動(dòng)電荷(即電流)的區(qū)別是靜電處于相對(duì)靜止的狀態(tài)，可以長(zhǎng)時(shí)間保持。

根據(jù)雙電層理論，油品在儲(chǔ)存、運(yùn)輸、輸送、裝卸等過(guò)程中，不可避免地會(huì)發(fā)生攪拌、沉降、過(guò)濾、搖晃、沖擊、噴射、飛濺、發(fā)泡以及流動(dòng)等接觸、摩擦、分離的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生靜電[1]。

油品產(chǎn)生靜電的類(lèi)型按其狀態(tài)可分為3種：①油品與固體物質(zhì)之間的靜電，如油品在管道中流動(dòng)、攪拌器攪拌、固體顆粒在油品中沉降產(chǎn)生的靜電；②油品與氣體之間的靜電，如油品從管道口或噴嘴噴出、氣泡在油品中上升產(chǎn)生的靜電；③油品與不相容液體之間的靜電，如水滴在油品中的沉降、高壓水沖洗儲(chǔ)油罐產(chǎn)生的靜電。

按機(jī)械運(yùn)動(dòng)形式分為6種：①流動(dòng)帶電。低電導(dǎo)率的輕質(zhì)油品在管道中流動(dòng)，油品與管道壁發(fā)生摩擦運(yùn)動(dòng)，使油品帶有靜電荷。②噴射帶電。油品從管口或噴嘴高速噴出時(shí)，粒子和噴嘴之間存在迅速接觸和分離過(guò)程，接觸時(shí)界面處形成雙電層，分離時(shí)粒子把雙電層中的一層電荷帶走，另一層電荷留在噴嘴上，結(jié)果使微粒和噴嘴上分別帶上正電荷和負(fù)電荷。③油品沖擊、飛濺帶電。輕質(zhì)油品從頂部孔口注入儲(chǔ)罐、槽車(chē)內(nèi)，油滴下落后對(duì)罐壁發(fā)生沖擊，引起飛濺、氣泡和霧滴而帶電。④液體的沉降帶電。由于油品含有固體顆粒和水分等雜質(zhì)，這些顆?；蛩蜗蛳鲁两凳褂推穾щ?。⑤人體帶電。人體活動(dòng)時(shí)，衣服與衣服、人體與衣服、鞋底與地面的摩擦而使人體帶電。⑥感應(yīng)帶電。帶電體與絕緣導(dǎo)體互相靠近而使絕緣導(dǎo)體帶電[2]。

2 靜電的積聚與放電

靜電的多少不僅取決于靜電的產(chǎn)生，還取決于靜電的消散。當(dāng)靜電荷的產(chǎn)生速度高于靜電荷的消散速度時(shí)，便形成同性電荷的積聚。由于油品本身存在著電阻和對(duì)地電容，因此靜電荷積聚是必然的。

靜電荷的積聚與許多因素有關(guān)，主要因素是油品本身的導(dǎo)電系數(shù)和大氣濕度。油品的導(dǎo)電系數(shù)越大，靜電荷消散越快，越不容易積聚；油品越凈化(即所含雜質(zhì)越少)，導(dǎo)電系數(shù)就越小。輕質(zhì)油品導(dǎo)電系數(shù)都很小，其中噴氣燃料的導(dǎo)電系數(shù)比其他油品更小，因而較容易造成靜電積聚。大氣濕度對(duì)油品靜電積聚也有重要影響，由于空氣中的水分能導(dǎo)走靜電，因此大氣濕度越大，油品靜電消散就越快。

靜電除流散外，還以放電的形式進(jìn)行消散。當(dāng)靜電積聚到一定程度時(shí)會(huì)在空間放電，放電時(shí)電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋ｌo電放電形式有3種：電暈放電、刷形放電和火花放電。對(duì)于油庫(kù)來(lái)說(shuō)，儲(chǔ)油罐內(nèi)壁凸出部位、焊接施工留存物、懸空導(dǎo)體(測(cè)量盒、取樣器、量油尺等)以及輸油管口與容器均可發(fā)生靜電火花放電?；鸹ǚ烹娔芰看?，引發(fā)靜電危害的幾率高，是油庫(kù)靜電火災(zāi)事故的主要著火源。

油庫(kù)靜電放電是否會(huì)引燃可燃?xì)怏w，主要取決于兩個(gè)條件：一是放電能量是否大于該氣體的最小引燃能量(點(diǎn)燃油蒸氣的最小放電能量約為0.25 MJ)，靜電放電能量一般都超過(guò)最小放電能量；二是可燃?xì)怏w的體積分?jǐn)?shù)是否在爆炸范圍內(nèi)，如果不在爆炸范圍內(nèi)，也不能發(fā)生爆炸或燃燒。不同的油品有不同的爆炸著火濃度和不同的爆炸著火溫度范圍(見(jiàn)表1)[3]。

表1 油品爆炸極限

3 油庫(kù)靜電事故的預(yù)防

要避免靜電引起的火災(zāi)爆炸事故，只要消除靜電放電4個(gè)條件中的任何1個(gè)或幾個(gè)就可以了。即防止或減少靜電的產(chǎn)生；設(shè)法導(dǎo)走或中和產(chǎn)生的電荷，使它不能積聚；防止產(chǎn)生高電場(chǎng)，沒(méi)有足夠能量的靜電放電；防止爆炸性混合氣體的形成[4]。

油品內(nèi)的雜質(zhì)是其起電的重要因素，然而使油品達(dá)到高清潔度是困難的，也是不經(jīng)濟(jì)的。因此，防止石油靜電災(zāi)害，不是完全消除靜電電荷的產(chǎn)生，而是從工藝和油庫(kù)管理上控制靜電的有關(guān)指標(biāo)，使其達(dá)不到危險(xiǎn)程度，而避免發(fā)生事故。

3.1 工藝控制

(1)控制流速。油品靜電的產(chǎn)生與管道材質(zhì)、管徑大小、油品成分及所含導(dǎo)電粒子的多少、管壁光滑程度、油品流速等多種因素有關(guān)。當(dāng)其他條件固定時(shí)則主要取決于管內(nèi)徑和流速。油品利用管道輸送時(shí)，流速與管徑不可同時(shí)過(guò)大。按照《防止靜電事故通用導(dǎo)則》(GB12158—2006)推薦的公式，流速與管徑應(yīng)滿足式(1)的關(guān)系，輸送管徑與最大允許流速之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2所示。

V2D≤0.64

(1)

式中：V—— 流速，m/ s；D——管徑，m。

表2 輸送管徑與最大流速的關(guān)系

(2)改進(jìn)裝油方式。油罐、油罐車(chē)等從頂部噴濺裝油時(shí)，油品必然沖擊罐壁，攪動(dòng)罐內(nèi)液體，使容器內(nèi)油品的靜電量急劇增加。噴濺裝油還增加了油品大呼吸損耗，加速油品蒸發(fā)、霧化和泡沫。因此要求油品儲(chǔ)罐進(jìn)液管應(yīng)從罐體下部接入，若必須從上部接入，應(yīng)延伸至距罐底200 mm處；油罐車(chē)進(jìn)油時(shí)鶴管應(yīng)伸到距槽罐底部距離不大于200 mm處。

(3)靜電接地與跨接。金屬儲(chǔ)罐、泵房工藝設(shè)備、輸油管線、鶴管等均應(yīng)可靠地接地。地上或管溝敷設(shè)的輸油和輸氣管道的始端、末端和分支處應(yīng)設(shè)防靜電接地裝置，其接地電阻不大于30 Ω。卸車(chē)場(chǎng)地應(yīng)設(shè)置罐車(chē)卸車(chē)時(shí)用的防靜電接地裝置和為卸油設(shè)施跨接的靜電接地裝置。

用于汽油和液化石油氣罐車(chē)卸車(chē)時(shí)用的防靜電接地裝置是防止靜電事故的重要措施。因此要求專為汽油和液化石油氣罐車(chē)卸車(chē)跨接的靜電接地儀，具有能檢測(cè)接地線和接地裝置是否完好、接地裝置接地電阻值是否符合要求、跨接線是否連接牢固、靜電消除通路是否已經(jīng)形成等功能。

油罐測(cè)量孔應(yīng)有接地端子，以供采樣器、測(cè)溫盒、導(dǎo)電繩子等接地。需接地的設(shè)備應(yīng)與接地干線或接地體直接相連，不得彼此串聯(lián)。接地電阻不大于100 Ω，容量大于50 m3的油罐接地點(diǎn)不應(yīng)少于2處。油品的輸油、輸氣管道的法蘭接頭、膠管兩端、閥門(mén)等連接處應(yīng)用金屬線跨接，管路應(yīng)每隔200～300 m設(shè)接地裝置。

(4)油罐內(nèi)壁使用導(dǎo)靜電涂料。導(dǎo)靜電涂料是一種具有傳導(dǎo)電流和消除積累電荷能力的功能型涂料。攜帶靜電荷的油品進(jìn)入儲(chǔ)罐后，易發(fā)生電荷積聚，從而引起電位升高，可能因放電擊穿油氣而發(fā)生事故。中國(guó)石化總公司于1991年明確規(guī)定對(duì)油罐內(nèi)壁使用防靜電防腐涂料。GB6950—2001《輕質(zhì)油品安全靜止電導(dǎo)率》系強(qiáng)制性國(guó)家法規(guī)，已于2001年9月15日頒布，并于2002年6月1日起實(shí)施，確定儲(chǔ)罐導(dǎo)靜電涂料的表面電阻率為108～1011Ω[5]。

(5)其它方法。當(dāng)不能以控制流速等方法減少靜電荷積聚時(shí), 為減少石油產(chǎn)品的靜電, 可在靠近管道出口處加設(shè)管道油品靜電消除器。實(shí)驗(yàn)表明, 安裝靜電消除器后的出口電荷面密度和流動(dòng)電流均大為降低。由于油品通過(guò)精細(xì)過(guò)濾器時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量電荷，因此通常規(guī)定, 從過(guò)濾器出口到貯存器之間, 應(yīng)留有不少于30 s的緩和時(shí)間。

3.2 油庫(kù)管理控制

(1)避免不同性質(zhì)的物品相混。油品與水、空氣及不同性質(zhì)的油品相混，靜電產(chǎn)生量將增大。不同油品相混也容易引起靜電危險(xiǎn)，油品相混一般出現(xiàn)在混合、切換或兩條管道同時(shí)向油罐輸送不同油品的時(shí)候。

(2)加強(qiáng)通風(fēng)或采用通風(fēng)裝置及時(shí)排除可燃性混合氣體，使其濃度不處于著火爆炸范圍內(nèi)，以防止靜電火災(zāi)爆炸事故。對(duì)于儲(chǔ)油罐，可采用充入惰性氣體的方法來(lái)防止可燃性混合氣的形成。另外，應(yīng)盡可能采用浮頂罐、內(nèi)浮頂罐來(lái)消除儲(chǔ)油罐浮盤(pán)以下的油氣空間。

(3)油品靜置，正確選用檢測(cè)工具。為了避開(kāi)油面最大靜電電位，防止靜電事故的發(fā)生，對(duì)剛進(jìn)油和運(yùn)輸后的容器進(jìn)行檢測(cè)作業(yè)時(shí)，油品需靜置一段時(shí)間，以保證容器內(nèi)靜電荷的泄漏。油品靜置時(shí)間按照油品電導(dǎo)率和容器容積確定，見(jiàn)表3。

表3 油品靜置時(shí)間

在油罐及容器的靜置時(shí)間內(nèi)，嚴(yán)禁檢尺、測(cè)溫、采樣等作業(yè)。鐵路罐車(chē)和汽車(chē)罐車(chē)的檢尺和測(cè)溫必須在裝完油且靜置一定時(shí)間后方能進(jìn)行。凡是金屬材質(zhì)的測(cè)溫盒和采樣器，必須使用導(dǎo)電性材質(zhì)的繩索，并與罐體進(jìn)行可靠接地，不準(zhǔn)使用導(dǎo)電性能不同的兩種材質(zhì)的工具進(jìn)行檢尺、測(cè)溫和采樣。

油罐進(jìn)油要盡量避免突然開(kāi)泵或停泵，突然開(kāi)停泵會(huì)造成瞬間沖擊壓力和流速過(guò)高，使靜電涌起，造成事故。較合理的是利用小泵→大泵開(kāi)啟，而后用大泵→小泵停止的操作順序，能起到很好的防護(hù)作用。

(4)增加空氣濕度。介質(zhì)處在潮濕的空氣環(huán)境中將發(fā)生水分吸附現(xiàn)象，這些吸附的水分將導(dǎo)致介質(zhì)表面的電導(dǎo)率提高，使靜電荷泄漏能力增強(qiáng)，而靜電荷的衰減率大大加快，因此能有效地限制靜電荷積累的發(fā)生。

(5)抗靜電添加劑。這是一種增加油品電導(dǎo)率的化合物，作用不是“抗”靜電，而是加入微量的這種物質(zhì)，可以成倍成百倍地增加油品的電導(dǎo)率，使電荷得不到積聚，又不影響油品的質(zhì)量。抗靜電劑的種類(lèi)很多，如油酸鹽、環(huán)琮酸鹽、鉻鹽、合成脂肪酸鹽等。

(6)人體防靜電。人們穿著人造織物衣服較為普遍，而其極易產(chǎn)生靜電，往往積聚在人體上。人體帶電比機(jī)器設(shè)備帶電更危險(xiǎn)，因?yàn)槿耸亲邉?dòng)的。如果在危險(xiǎn)場(chǎng)所走動(dòng)或操作，就等于一個(gè)流動(dòng)的火種。因此，人體防靜電不容忽視。操作人員應(yīng)使用各種防靜電用品(如防靜電鞋、防靜電工作服、防靜電手套等)；不得穿戴合成纖維及絲綢衣物；操作人員應(yīng)徒手或戴防靜電手套觸摸接地金屬物體后方可進(jìn)人工作場(chǎng)所；禁止在爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所穿脫衣服、帽子等。

4 結(jié)語(yǔ)

油庫(kù)靜電事故造成的破壞性很大，影響面也很廣，尤以爆炸及火災(zāi)事故引起的后果最為嚴(yán)重。防止靜電引起火災(zāi)爆炸是油庫(kù)靜電防護(hù)的重要內(nèi)容，為防止靜電引起火災(zāi)爆炸而采取的安全防護(hù)措施，對(duì)防止其他靜電危害也同樣有效。

[1] 張寶銘，林文狄. 靜電防護(hù)技術(shù)手冊(cè)[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2000.

[2] 國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB13348—1992 液體石油靜電安全規(guī)程[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

[3] 王增嶺. 論油庫(kù)靜電的危害和預(yù)防[J]. 石油庫(kù)與加油站，2006(6)：22-26.

[4] 鄧元?jiǎng)?，張志?油庫(kù)靜電危險(xiǎn)性分析及防護(hù)[J]. 工業(yè)安全與環(huán)保，2008(4)：60-61.

[5] 王德富. 油罐內(nèi)壁導(dǎo)靜電防腐蝕涂料[J]. 中國(guó)涂料，2005(3)18-19,22.

2017-05-02。

李曉鵬(1982-)，男，2009年畢業(yè)于西安石油大學(xué)，碩士研究生，工程師，現(xiàn)主要從事油庫(kù)相關(guān)設(shè)計(jì)工作。