汽車加油過(guò)程中油品靜電危害的實(shí)驗(yàn)分析及預(yù)防措施

戴麗平 婁仁杰

〔中國(guó)石油集團(tuán)安全環(huán)保技術(shù)研究院有限公司大連分院 遼寧 大連 116031〕

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活水平的提高，汽車已走進(jìn)了越來(lái)越多的家庭，對(duì)機(jī)動(dòng)車燃油的需求量也大幅增加，因此，汽車加油站發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。由于經(jīng)營(yíng)的需要，加油站多分布于人口密集的區(qū)域，數(shù)量多，分布廣，加油站中的汽油屬于易燃易爆的危險(xiǎn)物質(zhì)，如果在加油過(guò)程中處理不當(dāng)，很可能會(huì)引發(fā)火災(zāi)爆炸事故，威脅人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，尤其是隨著自助加油的不斷推廣和普及，在降低成本和提供便利的同時(shí)，也增加了加油過(guò)程中面臨的安全風(fēng)險(xiǎn)。近年來(lái)，不斷有加油靜電事故的發(fā)生[1]，因此，研究加油過(guò)程中靜電危害的原因，采取相應(yīng)的預(yù)防措施，對(duì)預(yù)防加油站發(fā)生著火事故有著十分重要的意義。

國(guó)內(nèi)關(guān)于汽車加油過(guò)程中存在的靜電風(fēng)險(xiǎn)做過(guò)一些實(shí)驗(yàn)研究[2-4]，本文實(shí)驗(yàn)選取電荷密度和靜電電壓為兩個(gè)最主要的測(cè)量參數(shù)[5]，計(jì)算放電能量，得出相關(guān)結(jié)論。

1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)在中石油四川銷售公司的幾座加油站內(nèi)進(jìn)行，主要測(cè)量了加油站加油過(guò)程中加油槍噴出油品的電荷密度，另一個(gè)是在油箱接地和不接地狀態(tài)下靜電電壓和油面靜電電壓的變化，考察加油過(guò)程中的靜電危險(xiǎn)。

1.1 油品電荷密度測(cè)量

油品電荷密度的測(cè)量，有接觸式和非接觸式兩種方法[6]。接觸式是利用法拉第筒的原理測(cè)量電荷密度，即法拉第法[7-8]。非接觸式測(cè)量是通過(guò)測(cè)量靜電感應(yīng)出電荷所產(chǎn)生的電位來(lái)達(dá)到對(duì)靜電的量化[9-10]。實(shí)驗(yàn)采用法拉第法測(cè)量油品的電荷密度，是因?yàn)榉ɡ诜ú僮骱?jiǎn)單，且測(cè)量進(jìn)入油箱的油品電荷密度符合法拉第法的測(cè)試條件，不會(huì)增加測(cè)量的誤差。

油品電荷密度測(cè)量系統(tǒng)主要由法拉第筒、電荷量表ME284、溫濕度儀testo623、電導(dǎo)率測(cè)試儀EMCEE 1152組成，電荷密度測(cè)試系統(tǒng)如圖1所示，法拉第筒用于收集從加油槍噴出的油品；電荷量表用來(lái)測(cè)量噴出油品的帶電量；電導(dǎo)率測(cè)試儀用來(lái)測(cè)量油品的電導(dǎo)率；溫濕度儀用來(lái)記錄環(huán)境的溫度和濕度。油品電荷密度測(cè)試系統(tǒng)示意見圖1所示。

圖1 油品電荷密度測(cè)試系統(tǒng)示意圖

1.2 靜電電壓測(cè)量

實(shí)驗(yàn)采用輕質(zhì)油品裝油安全油面電位[11]規(guī)定并改進(jìn)了方法進(jìn)行油面電位測(cè)量，使其更易于操作。

油品靜電電壓測(cè)量系統(tǒng)主要由絕緣油箱、集電球、電極板、靜電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)計(jì)Stat-Arc2 282IS、溫濕度儀testo623、電導(dǎo)率測(cè)試儀EMCEE 1152和電容表VC6013組成，如圖2所示。絕緣油箱模擬實(shí)際加油的汽車油箱，容量為50L，油箱底部用絕緣墊塊絕緣，油箱通過(guò)接地夾與接地體連接來(lái)實(shí)現(xiàn)；集電球用于收集油面電荷通過(guò)導(dǎo)線與電極板實(shí)現(xiàn)等電壓連接；靜電電壓表用于測(cè)量油面和油箱的靜電電壓，電容表用于測(cè)量油箱的對(duì)地電容。見圖2。

圖2油品靜電電壓測(cè)試系統(tǒng)示意圖

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 油品電荷密度測(cè)量實(shí)驗(yàn)

2.1.1 測(cè)量步驟

(1)按照?qǐng)D1所示，將電荷量表連接到法拉第筒上，電荷量表接地；

(2)用電導(dǎo)率測(cè)試儀測(cè)試油品的電導(dǎo)率并記錄，記錄測(cè)試環(huán)境的溫濕度；

(3)以正常加油速度，用加油槍向法拉第筒內(nèi)加入被測(cè)試油品；

(4)讀取電荷量表上的電量值并記錄；

(5)將法拉第筒中的油品清空，將電荷量表歸零；

(6)重復(fù)(3)、(4)、(5)進(jìn)行下一組測(cè)量，取10組測(cè)量數(shù)據(jù)取平均值。

2.1.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

(1)不同濾芯油品電荷密度測(cè)量。

實(shí)驗(yàn)條件：溫度16.1℃，濕度(RH)59.0%，油品0號(hào)柴油，油品電導(dǎo)率127pS/m。實(shí)驗(yàn)采用了三種不同的濾芯，分別編號(hào)為1，2，3，測(cè)量加油槍出口的油品電荷密度(如表1所示)。從測(cè)量數(shù)據(jù)可以看出濾芯的種類對(duì)加油起電電荷密度影響不大。

表1 不同濾芯油品電荷密度的測(cè)量值

(2)有濾芯、無(wú)濾芯油品電荷密度測(cè)量。

實(shí)驗(yàn)條件：溫度13.1℃，濕度(RH)86.0%，油品93號(hào)汽油，油品電導(dǎo)率53pS/m，測(cè)量加油槍出口油品電荷密度(如表2所示)。從測(cè)量的數(shù)據(jù)可以看出，油品在經(jīng)過(guò)濾芯過(guò)濾和不經(jīng)過(guò)濾芯過(guò)濾時(shí)，油品的電荷密度變化不大。

表2 有無(wú)濾芯油品電荷密度的測(cè)量值

(3)卸油、不卸油狀態(tài)下油品電荷密度測(cè)量。

實(shí)驗(yàn)條件：溫度15.5℃，濕度(RH)71.7%，油品93號(hào)汽油，油品電導(dǎo)率185pS/m，測(cè)量加油槍出口油品電荷密度(如表3所示)。從表1～3中的數(shù)據(jù)可以看出，向加油站油罐卸油的同時(shí)用加油機(jī)給汽車加油，不會(huì)增加油箱內(nèi)油品的電荷密度。

表3 卸油、不卸油狀態(tài)下油品電荷密度測(cè)量值

2.2 油箱內(nèi)靜電電位測(cè)量實(shí)驗(yàn)

2.2.1 測(cè)量步驟

(1)按照?qǐng)D2所示，將集電球通過(guò)導(dǎo)線與電極板連接，調(diào)整靜電電壓表的位置，使其距離電極板1英寸(25.4 mm)；

(2)用電導(dǎo)率測(cè)試儀測(cè)試油品的電導(dǎo)率并記錄，記錄測(cè)試環(huán)境的溫濕度；

(3)以正常加油速度，用加油槍向油箱內(nèi)加油；

(4)讀取靜電電壓表上的數(shù)據(jù)，并記錄電壓值和加油量；

(5)將油箱內(nèi)的油品清空，電壓表調(diào)零；

(6)重復(fù)(3)(4)(5)，進(jìn)行下一組測(cè)量。

2.2.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

(1)油箱、油面電位測(cè)量。

實(shí)驗(yàn)條件：溫度16.6℃，濕度(RH)64.1%，油箱加油量34L。

在槽車向加油站油罐卸油、無(wú)卸油；有濾芯、無(wú)濾芯；在接地、無(wú)接地狀態(tài)下測(cè)量了油箱及油面的電位，測(cè)量數(shù)據(jù)見表4。從表中的數(shù)據(jù)可以看出，在卸油、無(wú)卸油；有濾芯、無(wú)濾芯狀態(tài)下給汽車油箱加油，當(dāng)油箱不接地時(shí)，加油時(shí)測(cè)量油箱殼體靜電電位為3.8～8.7 kV，油箱內(nèi)油面靜電電位為3.7～7.6kV；當(dāng)油箱殼體接地時(shí)，油箱殼體靜電電位為0，油箱內(nèi)油面靜電電位為0～0.35kV，可見汽車加油時(shí)油箱帶電電位與油品狀態(tài)(卸油或非卸油)或是否經(jīng)過(guò)過(guò)濾器的關(guān)系不大，而是與油箱接地狀態(tài)(接地或不接地)有關(guān)。油箱不接地時(shí)，最危險(xiǎn)的是油箱帶電，按油箱靜電電位3.8～8.7 kV，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量油箱對(duì)地電容為C=118PF，油箱放電能量由公式：W=1/2CV2[12]，計(jì)算得出放電能量為0.83～4.35mJ，該能量足以把最小點(diǎn)火能為0.26mJ油氣點(diǎn)燃。 油箱電位和油面電位測(cè)量值見表4。

表4 油箱電位和油面電位測(cè)量值

3 實(shí)驗(yàn)總結(jié)

(1)當(dāng)油品電導(dǎo)率大于50pS/m[13]，進(jìn)入加油箱油品的電荷密度與卸油狀態(tài)、濾芯類型、有無(wú)濾芯的關(guān)系不大，向油品內(nèi)添加防靜電劑會(huì)增大油品的電導(dǎo)率。實(shí)驗(yàn)表明，油品電導(dǎo)率增大不會(huì)降低油品起電電荷密度，但會(huì)使油品內(nèi)靜電釋放速度大大加快，因此在油箱和加油槍接地的情況下，只要控制標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的油品電導(dǎo)率大于50pS/m或油品入口電荷密度小于30μC/m3，就不會(huì)有油品靜電危險(xiǎn)。

(2)隨著油品電導(dǎo)率的增加，油品電荷釋放速度會(huì)增加。因此，油箱接地時(shí)油箱電位為0V，油面電位也幾乎為0V，但當(dāng)油箱沒(méi)有接地時(shí)，油品內(nèi)的靜電電荷無(wú)法釋放。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，油箱和油面電位都可以達(dá)到數(shù)千伏，通過(guò)計(jì)算可知油箱發(fā)生放電的放電能量足以點(diǎn)燃油氣，因此，當(dāng)油品的電導(dǎo)率符合標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，加油過(guò)程中的靜電危險(xiǎn)不在于濾芯的類型，也不在于是否邊卸油邊加油，而在于汽車油箱的接地狀態(tài)，如果油箱和加油槍沒(méi)有有效接地，會(huì)使油箱殼體帶電，此時(shí)如果人體接觸油槍就會(huì)發(fā)生靜電放電，如果油箱口附近存在可燃?xì)怏w，極易發(fā)生靜電引燃事故。

4 加油過(guò)程中防止靜電危害的措施

油箱內(nèi)的靜電主要是加油槍噴濺油品所致，因此，預(yù)防加油過(guò)程中的靜電危害應(yīng)該從兩個(gè)方面考慮，一個(gè)是實(shí)施加油的主體，即人的靜電問(wèn)題，另一個(gè)是油品本身的靜電問(wèn)題，所以要從以下幾點(diǎn)預(yù)防加油過(guò)程中的靜電危害。

(1)油槍須接地，這樣油箱外殼靜電可通過(guò)油槍導(dǎo)入大地，使油箱、油面呈不帶電狀態(tài)；

(2)加油時(shí)加油槍必須與汽車外殼保持緊密接觸，不能懸空，這樣才能使油箱通過(guò)與加油槍接觸而實(shí)現(xiàn)接地；

(3)加油人員應(yīng)穿著防靜電服和防靜電鞋，在消除人體靜電后進(jìn)行加油和拔槍操作，因?yàn)樵诩佑蜁r(shí)油箱口附近易形成爆炸危險(xiǎn)環(huán)境，如果人體帶電，在接觸加油槍時(shí)會(huì)發(fā)生靜電放電，引起油氣閃燃而著火。

(4)對(duì)于自助加油的車主，還要避免在加油過(guò)程中進(jìn)行劇烈的身體運(yùn)動(dòng)、拍打衣物、梳頭及撥打手機(jī)等動(dòng)作，或者返回車內(nèi)后下車直接進(jìn)行拔槍操作。