車用乙醇汽油儲(chǔ)運(yùn)靜電危險(xiǎn)性分析及防護(hù)重點(diǎn)*

孫立富，劉全楨，秦國(guó)明，趙清山，李亮亮，李義鵬

(1.中國(guó)石化青島安全工程研究院化學(xué)品安全控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島 2661002.中國(guó)石化山東石油分公司，山東濟(jì)南 2500143.中海油山東銷售有限公司，山東青島 266061)

0 引言

車用乙醇汽油是通過(guò)變性燃料乙醇與汽油組分油調(diào)合而成的內(nèi)燃機(jī)燃料。中國(guó)自2001年起，先后有11個(gè)省份試點(diǎn)應(yīng)用了車用乙醇汽油并取得良好應(yīng)用效果。然而，車用乙醇汽油在調(diào)合、灌裝及使用過(guò)程中存在靜電放電引燃風(fēng)險(xiǎn)，如江蘇、河北等地先后發(fā)生多起向油罐車灌裝乙醇汽油時(shí)靜電放電引燃事故[1,2]。為了避免事故發(fā)生，原國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局于2013年發(fā)布了AQ 3045《車用乙醇汽油儲(chǔ)運(yùn)安全規(guī)范》。為進(jìn)一步優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、改善生態(tài)環(huán)境，2017年9月，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局、財(cái)政部等十五部門聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于擴(kuò)大生物燃料乙醇生產(chǎn)和推廣使用車用乙醇汽油的實(shí)施方案》。根據(jù)方案，到2020年，全國(guó)范圍內(nèi)將基本實(shí)現(xiàn)車用乙醇汽油全覆蓋。本文對(duì)有關(guān)靜電燃爆的重點(diǎn)參數(shù)進(jìn)行探討，明確車用乙醇汽油儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程靜電風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)保障車用乙醇汽油的推廣應(yīng)用安全具有重要意義。

1 靜電燃爆重點(diǎn)參數(shù)

1.1 火災(zāi)危險(xiǎn)性

根據(jù)GB 18351-2017《車用乙醇汽油》規(guī)定，我國(guó)使用的乙醇汽油中變性燃料乙醇體積分?jǐn)?shù)含量為10%(E10)，其中組分油與燃料乙醇在罐車裝車時(shí)在管道中完成二者的調(diào)合。

乙醇汽油及汽油爆炸極限的測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1，該測(cè)試結(jié)果是在(32±1)℃條件下取得的。乙醇汽油由于乙醇加入量較少，與汽油相比，其爆炸極限、引燃溫度、閃點(diǎn)等火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)性參數(shù)沒(méi)有明顯變化。從已研究結(jié)果看，車用乙醇汽油作為燃料乙醇與組分油的混合物，其火災(zāi)危險(xiǎn)性分類為甲類，其危險(xiǎn)性參數(shù)接近于汽油[3]。因此，車用乙醇汽油油庫(kù)、加油站的庫(kù)(站)址選擇、總平面布置、罐區(qū)、裝卸設(shè)施、消防設(shè)施和電氣裝置的設(shè)計(jì)間接引用GB 50074-2014《石油庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB 50156-2012《汽車加油加氣站設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》的各項(xiàng)條款。

表1 不同汽油爆炸極限測(cè)試結(jié)果

1.2 蒸氣壓、水分和雜質(zhì)

爆炸性氣體環(huán)境的形成與液體蒸氣壓的高低有關(guān)，API RP 2003《防止靜電、閃電和雜散電流引燃的措施》對(duì)防靜電燃爆措施作了較為明確的規(guī)定。變性燃料乙醇的蒸氣壓為18 kPa，但加入汽油后汽油蒸氣壓增加。當(dāng)加入7.7%變性燃料乙醇后，汽油蒸氣壓增加了4.8 kPa[4]。

水分和雜質(zhì)的含量對(duì)油品靜電起電特性影響很大。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)混入的水分在1%～5%時(shí)油品較容易帶電。水不是直接與油品作用增加靜電，而是通過(guò)對(duì)油品內(nèi)所含雜質(zhì)的作用起間接的影響。由于輕質(zhì)油品中水的溶解能力很低，一般低于300 μg/g，因此水易于從汽油中分離，導(dǎo)致乙醇汽油分層現(xiàn)象。在組分汽油中加入10%變性燃料乙醇后，乙醇與水完全互溶，與汽油部分互溶，因此在水、乙醇、汽油同時(shí)存在時(shí)，將形成三元體系。乙醇汽油吸水性顯著增加，試驗(yàn)結(jié)果表明，裝有乙醇汽油的容器敞口放置48 h后，其含水量將增加1倍；如果環(huán)境溫度降低，將很快出現(xiàn)水雜與汽油的相分離[5]。

基于以上原因，變性燃料乙醇、車用乙醇汽油調(diào)合組分油、車用乙醇汽油的蒸氣壓、水分和雜質(zhì)含量應(yīng)符合相關(guān)國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)并要求對(duì)其進(jìn)行定期檢測(cè)，不符合要求應(yīng)采取相應(yīng)措施。

2 油庫(kù)儲(chǔ)存、調(diào)合、裝卸過(guò)程靜電危險(xiǎn)性及防護(hù)重點(diǎn)

2.1 儲(chǔ)存

車用乙醇汽油的生產(chǎn)主要包括調(diào)合和灌裝2個(gè)工藝流程，管道中調(diào)合后直接通過(guò)鶴管灌裝入汽車罐車，并送往各加油站使用[5,6]。因此，油庫(kù)僅儲(chǔ)存變性燃料乙醇和調(diào)合組分油。

基于防水等要求，變性燃料乙醇和調(diào)合組分油應(yīng)采用內(nèi)浮頂罐儲(chǔ)存，新建或改建儲(chǔ)罐應(yīng)保證罐底坡向排水孔，而且人孔、量油孔結(jié)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行防滲漏試驗(yàn)。

根據(jù)防靜電常規(guī)要求，儲(chǔ)罐內(nèi)壁應(yīng)光滑，罐內(nèi)不應(yīng)存在易引起放電的突出物和未接地的浮動(dòng)物。

2.2 調(diào)合

車用乙醇汽油的調(diào)合方式一般有噴濺調(diào)合、罐車調(diào)合和管線調(diào)合3種[6]。我國(guó)目前采用管線調(diào)合方式，即調(diào)合組分油和變性燃料乙醇在管線中(混合器)完成調(diào)合。該工藝使油品裝車靜電燃爆事故明顯增多,為了找出事故原因，對(duì)河北某油庫(kù)乙醇汽油裝車過(guò)程中油品靜電起電量進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)圖1[1]。

圖1 某乙醇汽油灌裝過(guò)程中油品靜電量測(cè)試數(shù)據(jù)

測(cè)試過(guò)程中，總裝車時(shí)間28 min(約1 035 L/min)，經(jīng)計(jì)算平均流速為3.44 m/s。在裝車過(guò)程中，從7 650 L到8 200 L，用了30 s，平均流速為3.65 m/s，從10 170 L到10 690 L用了30 s，平均流速為3.45 m/s，說(shuō)明裝油速度是基本均勻的。裝車過(guò)程調(diào)合組分油和變性燃料乙醇不是同時(shí)結(jié)束，后者比前者早4～5 min，變性燃料乙醇剛加完時(shí)電荷密度突然增大，達(dá)到峰值20 μC/m3。

通過(guò)對(duì)裝車過(guò)程的多次測(cè)試發(fā)現(xiàn)，調(diào)合組分油和變性燃料乙醇如果不是同時(shí)結(jié)束，后者比前者早幾分鐘，變性燃料乙醇剛加完時(shí)油品電荷密度會(huì)突然增大。這可能源于乙醇汽油灌裝作業(yè)中，變性燃料乙醇剛加完時(shí)，少量變性燃料乙醇以雜質(zhì)的性質(zhì)出現(xiàn)，即變性乙醇與組分油調(diào)配的不同步性導(dǎo)致汽油中乙醇含量波動(dòng)加大了油品靜電起電量[9]。為此，乙醇汽油調(diào)合過(guò)程應(yīng)連續(xù)、均勻和穩(wěn)定。另外，乙醇汽油調(diào)合是通過(guò)車用乙醇汽油混合器實(shí)現(xiàn)的，這就要求其結(jié)構(gòu)應(yīng)有防靜電措施。

2.3 裝卸

設(shè)施方面，特別要求裝卸棧臺(tái)應(yīng)設(shè)置防雨設(shè)施，并按GB 13348-2009《液體石油產(chǎn)品靜電安全規(guī)程》及SHQ 003-2001《〈石油庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范〉車用乙醇汽油調(diào)合設(shè)施補(bǔ)充規(guī)定》要求裝卸車，鶴管、管道、罐車應(yīng)跨接和接地，并采用帶有報(bào)警功能的防爆型靜電接地裝置等。

為保證乙醇汽油灌裝作業(yè)安全，根據(jù)GB 13348要求，乙醇汽油采用浸沒(méi)式裝油，鶴管管口應(yīng)深入到距罐車底部200 mm以內(nèi)，同時(shí)鶴管口未浸沒(méi)前，裝油初始流速不應(yīng)大于1 m/s，當(dāng)鶴管口浸沒(méi)200 mm后，可逐步提高流速，但最大裝油流速不大于4.5 m/s。裝油作業(yè)完成，罐車需靜置2 min以上，方能進(jìn)行采樣、測(cè)溫、檢尺作業(yè)等。

在此特別強(qiáng)調(diào)油罐車內(nèi)及裝卸口不應(yīng)有金屬突出物。在車用乙醇汽油裝車靜電燃爆事故現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)有的油罐車上安裝了計(jì)量用標(biāo)尺，但固定標(biāo)尺的金屬螺絲有長(zhǎng)1.5 cm、直徑3 mm左右突出在灌裝口內(nèi)壁；有的油罐車內(nèi)上部罐口蓋上發(fā)現(xiàn)有三角形金屬突出物；有的鶴管上有長(zhǎng)1 cm、直徑3 mm左右的金屬螺絲。這些突出物都可能成為靜電放電點(diǎn)，發(fā)生火花放電并引燃揮發(fā)性油氣。

3 油罐車輸送過(guò)程靜電危險(xiǎn)性及防護(hù)重點(diǎn)

車用乙醇汽油的輸送應(yīng)采用專用的汽車罐車，不應(yīng)使用鐵路罐車和長(zhǎng)距離管道進(jìn)行輸送，以避免車用乙醇汽油周轉(zhuǎn)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)以及周轉(zhuǎn)次數(shù)增加，防止車用乙醇汽油在運(yùn)輸過(guò)程中造成水含量增加和產(chǎn)生相分離[7]。

普通汽車槽車用于車用乙醇汽油運(yùn)輸時(shí)其墊片應(yīng)進(jìn)行改造，并做好防腐工作。汽車槽車需密閉良好，消除內(nèi)部突出物，做好防靜電檢查。

檢測(cè)油面電位可獲得油罐車內(nèi)油品靜電帶電情況。在油罐車駛出油庫(kù)前安裝好油面電位測(cè)量系統(tǒng)，實(shí)時(shí)記錄油罐車行駛中及停車后的油面電位[8]。11輛不同油罐車行駛中及停車后罐內(nèi)最大油面電位檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

從表2中可以看出，油罐車行駛中和停車后，油面電位檢測(cè)最高值是450 V，低于GB 6951-1986《輕質(zhì)油品裝油安全油面電位值》規(guī)定的12 000 V的安全油面電位，油面電位變化不大，油面本身與罐壁等部位發(fā)生靜電放電的概率較低。但消除油罐車內(nèi)部突出物，做好防靜電檢查，對(duì)于罐車裝卸安全仍具有重要意義[9]。

表2 油罐車行駛中和停車后的罐內(nèi)最大油面電位

4 加油站內(nèi)卸油、儲(chǔ)存、加油過(guò)程靜電危險(xiǎn)性及防護(hù)重點(diǎn)

4.1 卸油

加油站在油罐車檢尺、采樣及控油根等操作中都發(fā)生過(guò)靜電燃爆事故。這與人體靜電和油罐車行駛中靜電積聚有關(guān)。

參考GB 13348要求，加油站卸油場(chǎng)所應(yīng)設(shè)置帶有報(bào)警功能的防爆型靜電接地裝置，卸油前應(yīng)先接好接地線，與卸油罐相關(guān)的加油機(jī)應(yīng)停止加油，靜置2 min后開(kāi)始卸油。卸油完畢靜置2 min后拆除接地線，可以開(kāi)始加油。雨、雪天氣應(yīng)采取相應(yīng)防水措施或停止卸油作業(yè)。

4.2 儲(chǔ)存

加油站車用乙醇汽油儲(chǔ)存要解決水的問(wèn)題。罐底水應(yīng)及時(shí)清理，通氣管應(yīng)設(shè)置干燥設(shè)施，操作井應(yīng)采取防水措施，罐區(qū)地坪不應(yīng)積水。

4.3 加油

加油時(shí)的靜電燃爆事故，近年來(lái)多有報(bào)導(dǎo)。對(duì)汽油加油站加油槍口出口油品靜電量和電導(dǎo)率檢測(cè)分析加油站油品靜電風(fēng)險(xiǎn)，中國(guó)石化青島安全工程研究院曾對(duì)國(guó)內(nèi)不同地區(qū)加油站加油過(guò)程中加油槍口油品靜電量進(jìn)行測(cè)試，共計(jì)完成45站次加油站油品靜電起電量測(cè)試，表3是不同測(cè)試站次加油站加油作業(yè)加油槍口油品靜電起電量多次測(cè)量的絕對(duì)最大值范圍[10]。

從表3可以看出，加油站加油槍口油品靜電電荷量絕對(duì)值范圍在0～70 μC/m3，其中4站次在售油品為乙醇汽油，且乙醇汽油電導(dǎo)率均大于10 000 pS/m。通過(guò)汽車槽車向加油站內(nèi)埋地罐卸油的同時(shí)，模擬汽車加油作業(yè)，測(cè)試獲得加油槍口出口油品靜電量不高于10 μC/m3，就目前測(cè)試結(jié)果看未發(fā)現(xiàn)乙醇汽油加油作業(yè)時(shí)加油槍口油品靜電偏高現(xiàn)象，可見(jiàn)乙醇汽油加油時(shí)油品靜電量較低[9]。但乙醇汽油加油站仍需重點(diǎn)防范人體靜電，如自助加油站等加油槍?xiě)?yīng)采取防靜電措施，或在加油機(jī)旁設(shè)置人體靜電消除裝置。

表3 加油作業(yè)油品靜電起電量測(cè)試數(shù)值范圍 μC/m3

5 結(jié)論

乙醇的加入改變了車用乙醇汽油的靜電起電特性，調(diào)合等儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)的靜電燃爆危險(xiǎn)性增大。因此，乙醇汽油混合器應(yīng)具有防靜電結(jié)構(gòu)，其它環(huán)節(jié)的防靜電措施也應(yīng)加強(qiáng)。另外，儲(chǔ)存、輸送變性燃料乙醇及車用乙醇汽油所用儲(chǔ)罐、泵、管道、閥門、墊片等材質(zhì)應(yīng)保證其對(duì)于介質(zhì)的適應(yīng)性，應(yīng)采用抗溶性泡沫滅火劑、滅火系統(tǒng)以及其他必要措施保證車用乙醇汽油儲(chǔ)運(yùn)安全。未來(lái)隨著車用乙醇汽油在全國(guó)范圍內(nèi)使用，可能會(huì)出現(xiàn)新的安全問(wèn)題需要研究并加以解決，車用乙醇汽油儲(chǔ)運(yùn)安全問(wèn)題不容忽視。