航空燃油循環(huán)加油系統(tǒng)靜電特性的試驗研究

王要森 曲芳 徐彬 黨玉 梁爽 王德祥

摘 要：燃油中靜電荷的存在會在油面形成較高的靜電電壓，誘導(dǎo)發(fā)生靜電放電，在環(huán)境條件不利的情況下極可能引發(fā)火災(zāi)爆炸事故。本論文以航空煤油為研究燃油，通過設(shè)計和搭建模擬加油循環(huán)實驗及測量系統(tǒng)，測量相關(guān)靜電參數(shù)及觀察靜電行為，主要研究了燃油流量與靜電電壓及靜電時間常數(shù)等的關(guān)系，證實了燃油箱油面靜電電壓和加油管道中心靜電電壓均與油品流量成正比，這些都為后續(xù)研究提供了實驗設(shè)計和數(shù)據(jù)參考。

關(guān)鍵詞：航空煤油;靜電電壓;靜電積累

1 航空燃油循環(huán)加油系統(tǒng)靜電特性的國內(nèi)外研究背景

為揭示飛機燃油系統(tǒng)靜電風(fēng)險，國內(nèi)外在理論研究的基礎(chǔ)上，開展了大量的試驗研究工作。德國空軍飛行試驗中心在1984年就進行了飛機加油靜電的現(xiàn)場測試。而美國也曾完成與德國相似的試驗，試驗用槽車模擬了飛機燃油箱。

國內(nèi)方面，在國家標準《輕質(zhì)油品裝油安全油面電壓值》中給出了輕質(zhì)油品表面安全電壓12000V的安全條件。但是關(guān)于航空燃油系統(tǒng)抑爆方面的內(nèi)容中涉及靜電的內(nèi)容較少，缺乏對于極限狀態(tài)——即燃油系統(tǒng)對地絕緣狀態(tài)下分析與比較，目前石油工業(yè)發(fā)展的趨勢是高速裝運，而且在現(xiàn)代空戰(zhàn)中，要充分提高飛機的利用率就必須大幅度縮短空中及地面加油時間，就要求加油流量與流速盡可能大。

2 循環(huán)加油系統(tǒng)中靜電積累和消散理論模型的搭建

根據(jù)經(jīng)典靜電理論模型并結(jié)合圖1所示實驗系統(tǒng)圖，燃油靜電電壓的積累與消散可以等效的看做一個電容器的充電過程與放電過程。

2.1 實驗方案

實驗具體方案為：燃油流量分別設(shè)置為1500L/min、2000L/min和2500L/min，循環(huán)加油過程實驗時間為15min～20min。實驗過程中記錄內(nèi)容包括：燃油電導(dǎo)率值、燃油溫度、環(huán)境溫度、濕度、實驗持續(xù)時間、燃油流量、燃油箱油面靜電電壓及循環(huán)管道中心靜電電壓隨時間變化曲線，以及是否有靜電放電現(xiàn)象。每個流量進行二至三次實驗。每次實驗間需要保持至少20 min的靜置時間，用來釋放電荷。

2.2 實驗設(shè)備

通過參考美國埃索公司油品帶電傾向評估試驗裝置，設(shè)計了一套包含燃油電荷密度檢測設(shè)置的循環(huán)燃油靜電實驗系統(tǒng)，具體如圖1所示。為了保證對地絕緣，系統(tǒng)與大地間絕緣電阻應(yīng)不小于1014?。燃油箱與其支撐和固定結(jié)構(gòu)以聚四氟乙烯做成的螺栓墊圈和塊來實現(xiàn)絕緣，燃油箱及循環(huán)管道與油泵間的絕緣，用聚四氟乙烯環(huán)狀管段隔離實現(xiàn)。

2.3 實驗流程

首先檢查實驗設(shè)備是否完好，有無漏油現(xiàn)象，確保數(shù)據(jù)記錄儀表、計算機運行良好，然后進行靜電電壓表調(diào)零，最后調(diào)整油泵頻數(shù)以保證實驗流量，打開配電柜開關(guān)運行實驗，通過EST軟件和各種測量儀器對實驗數(shù)據(jù)進行記錄直至實驗完成，關(guān)閉油泵，整理實驗數(shù)據(jù)。待油品冷卻，間隔至指定時間再開始下一組實驗。

3 實驗結(jié)果與擬合處理分析

在所完成的實驗過程中均未發(fā)生靜電放電現(xiàn)象，對于航空煤油分別給出代表性流量1500L/min、2000L/min和2500L/min，每個流量的靜電電壓最大值見表1。表2分別給出了各流量的燃油靜電電壓變化曲線。

根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，可知隨著燃油流量的增加，燃油箱油面靜電電壓和管道中心靜電電壓均上升，與流量變化成正比，且通過對比不同流量的油面電壓跟管道中心的靜電電壓變化趨勢，可以看出油面電壓變化幅度較為劇烈，其靜電電壓數(shù)值比管道中心靜電電壓高。

4 結(jié)論

靜電危害的控制離不開緩沖設(shè)計、靜置、跨接與接地、抗靜電添加劑等，本實驗通過對實驗系統(tǒng)的搭建，實驗過程與條件的控制，數(shù)據(jù)的測量及處理等過程得出以下結(jié)論：

（1）通常實驗條件下，油面靜電電壓跟管道中心靜電電壓的積累和消散跟時間都成正比。（2）在不同流量下，消散時間常數(shù)也會出現(xiàn)隨流量上升而上升的趨勢，說明需對輸油流量進行控制且加油完成后應(yīng)留足夠的靜置時間以保證安全。（3）在所實驗流量中，燃油箱油面靜電電壓均比管道中心靜電電壓高，危險性更大，因此在今后的研究中應(yīng)更加注重油面靜電電壓的控制。（4）在實驗過程中，等效燃油箱油面靜電最高電壓為-8757.6V，沒有達到點燃油品蒸氣混合物的危險電位。

參考文獻：

[1]中國石油化工總公司石油化工科學(xué)研究院.GB 6951-1986輕質(zhì)油品裝油安全油面電壓值[S].中國標準出版社出版，1987.

[2]菅義夫.靜電手冊[M]. 科學(xué)出版社，1998.

[3]孫可平，宋廣成.工業(yè)靜電[M].北京：中國石化出版社，1994.

[4]曲芳，王旭，高永庭.燃油箱系統(tǒng)靜電實驗研究[J].中國安全科學(xué)學(xué)報，2006（03）：98-101.