成品油轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中的靜電風(fēng)險(xiǎn)及預(yù)防措施*

秦國(guó)明，李義鵬

(中國(guó)石化銷(xiāo)售有限公司山東石油分公司，山東濟(jì)南 250014)

成品油主要采用汽車(chē)罐車(chē)和鐵路槽車(chē)進(jìn)行運(yùn)輸。油罐車(chē)是成品油生產(chǎn)、銷(xiāo)售企業(yè)油品輸送的重要交通工具，由于罐車(chē)所裝油品具有燃爆性，有關(guān)油罐車(chē)的燃爆事故時(shí)有發(fā)生，2016年陜西臨潼接連發(fā)生兩起油罐車(chē)裝車(chē)過(guò)程中的燃爆事故，均疑似由靜電引起。靜電放電作為油罐車(chē)著火的一個(gè)重要點(diǎn)火源，應(yīng)該引起高度重視。目前銷(xiāo)售企業(yè)多采取油品承運(yùn)模式，但承運(yùn)商在承運(yùn)油品過(guò)程中發(fā)生事故，不但會(huì)給銷(xiāo)售企業(yè)帶來(lái)安全風(fēng)險(xiǎn)，還會(huì)給企業(yè)帶來(lái)負(fù)面影響，甚至連帶責(zé)任。因此對(duì)油罐車(chē)轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中的靜電風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析并提出預(yù)防措施，是保障銷(xiāo)售企業(yè)油品安全配送的必要工作。

1 靜電帶電

靜電源于不同種物質(zhì)間相互接觸-分離時(shí)“雙電荷層”內(nèi)正、負(fù)電荷分離[1,2]。

1.1 油品靜電

油品在管道里流動(dòng)，使“雙電荷層”中電荷進(jìn)入油品，電荷隨油流移動(dòng)形成沖流電流。宏觀表現(xiàn)為油品流動(dòng)過(guò)程中與管壁、管件、過(guò)濾器等之間的摩擦、沖擊帶電(如圖1所示)。在恒定流速下，管道中油品靜電荷產(chǎn)生速率與消散速率(電荷弛豫速率)平衡時(shí)，一般油品流動(dòng)形成的沖流電流I可表示為[3]：

I=βvxdy

(1)

式中：v——油品流速；

d——管道內(nèi)徑。

其中β、x和y為常數(shù)。

在管徑一定的情況下，油品靜電量隨流速增大而增多。

圖1 過(guò)濾器中油品靜電帶電示意

如圖2所示，成品油在油庫(kù)裝車(chē)棧臺(tái)進(jìn)行罐車(chē)裝車(chē)時(shí)，油品先后經(jīng)儲(chǔ)罐、管道、油泵、過(guò)濾器及鶴管等進(jìn)入罐車(chē)。輸油管路中安裝有過(guò)濾器，油品流經(jīng)過(guò)濾器時(shí)可產(chǎn)生10～200倍的靜電電荷量。濾芯孔徑對(duì)油品靜電起電有重大影響，濾芯孔徑越小，油品靜電電荷密度越大[4]。為此，罐車(chē)裝車(chē)時(shí)油品經(jīng)油泵、過(guò)濾器后靜電量迅速升高，并在后續(xù)管道內(nèi)帶電量達(dá)到平衡[2]。

圖2 罐車(chē)灌裝作業(yè)示意

油品中摻入第二相雜質(zhì)時(shí)也可引起油品靜電量的增加。如成品油庫(kù)灌裝車(chē)用乙醇汽油時(shí)，變性燃料乙醇組分與組分油通過(guò)不同的管道輸入到混合器中混合，再通過(guò)鶴管輸送到罐車(chē)中。在罐車(chē)即將裝滿(mǎn)時(shí)，先關(guān)閉乙醇輸送管道，然后再關(guān)閉組分油輸送管道，此時(shí)低電導(dǎo)率的組分油中直接混入第二相雜質(zhì)乙醇，隨著乙醇含量逐步降低，汽油的電導(dǎo)率降低可能導(dǎo)致油品電荷密度的增加，即乙醇與組分油裝車(chē)結(jié)束不同步會(huì)導(dǎo)致管線中油品電荷密度增大[5,6]。

當(dāng)油品經(jīng)鶴管口進(jìn)入罐車(chē)槽罐，油品可能?chē)姙R帶電。油品進(jìn)入罐車(chē)后，油品中的雜質(zhì)、水分沉降會(huì)使油品進(jìn)一步帶電。

1.2 人體靜電

人體系統(tǒng)因活動(dòng)產(chǎn)生人體靜電，當(dāng)帶電的人體系統(tǒng)接近接地導(dǎo)體時(shí)，就可能發(fā)生靜電放電現(xiàn)象。加油站工作人員站在聚四氟乙烯絕緣板及加油站地面上，利用動(dòng)態(tài)電位測(cè)試儀檢測(cè)人體動(dòng)態(tài)電位(環(huán)境溫度：20.1 ℃，濕度：39.8%RH)，檢測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 某加油站人體動(dòng)態(tài)電位檢測(cè)數(shù)據(jù)kV

人員編號(hào)絕緣板上動(dòng)態(tài)電位地面上動(dòng)態(tài)電位11.200.612.700.313.070.723.390.123.000.222.560.632.300.534.900.743.700.645.400.3

人體靜電放電能量可以用以下公式計(jì)算：

W=0.5CU2

人體靜電電容一般為150 pF，油罐車(chē)常輸送的介質(zhì)汽油的最小點(diǎn)火能是0.2 mJ，通過(guò)公式可以計(jì)算出，當(dāng)人體電位超過(guò)1 600 V時(shí)，就可能引燃汽油蒸氣。結(jié)合表1測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，在絕緣板(絕緣地面)上，人體電位可超過(guò)3 kV。

2 油罐車(chē)的靜電危害分析

成品油在裝卸、運(yùn)輸過(guò)程中，因靜電積聚可能誘導(dǎo)能量大于油品蒸氣最小點(diǎn)火能(0.2～0.25 mJ)的引燃性靜電放電。油罐車(chē)在裝車(chē)、量油等環(huán)節(jié)，存在著靜電燃爆的風(fēng)險(xiǎn)。

2.1 油罐車(chē)裝車(chē)

在油流流速一定的情況下，沖流電流隨油流在管道內(nèi)流動(dòng)長(zhǎng)度增加而增大并趨于穩(wěn)定。罐車(chē)采用頂部裝油時(shí)，低電導(dǎo)率帶電油品導(dǎo)致槽罐內(nèi)產(chǎn)生油面電位。相關(guān)實(shí)驗(yàn)表明，油罐車(chē)裝車(chē)過(guò)程中，管道中檢測(cè)到的最大電荷密度可超過(guò)20 μC/m3[7]。圖3是采用EST202油面電位測(cè)量系統(tǒng)檢測(cè)某油品油罐車(chē)裝車(chē)時(shí)的油面電位變化趨勢(shì)圖，可以看出，油面電位檢測(cè)的最高值為4 210 V，在裝車(chē)總時(shí)長(zhǎng)的約25%處油面電位最高，與國(guó)外的研究成果相吻合[3,8]。當(dāng)油面電位足夠高時(shí)，罐內(nèi)就可能導(dǎo)致未接地孤立導(dǎo)體與罐壁之間發(fā)生火花放電，或油面與罐壁間發(fā)生刷形放電，其放電能量可超過(guò)0.25 mJ。

圖3 某油罐車(chē)裝車(chē)過(guò)程罐內(nèi)油面電位變化

2.2 油罐車(chē)量油

目前油罐車(chē)一般采用人工量油，人體靜電是油罐車(chē)靜電安全的一個(gè)重大隱患。量油過(guò)程中，存在以下靜電風(fēng)險(xiǎn)。

a)油品靜電并未泄放完全，導(dǎo)致油面靜電電位過(guò)高，與量油設(shè)施間靜電放電引發(fā)燃爆事故。

b)操作人員未進(jìn)行人體靜電泄放或穿著易起靜電的衣物，在量油過(guò)程中人體與其他金屬間靜電放電，引發(fā)燃爆事故。

c)量油過(guò)程中，操作不規(guī)范，導(dǎo)致油面或量油設(shè)施帶電，出現(xiàn)靜電火花。

2.3 油罐車(chē)晃車(chē)控油

油罐車(chē)泄油過(guò)程中，為保證油罐車(chē)盡量少地殘留油品，存在晃車(chē)控油違章作業(yè)?；诬?chē)控油過(guò)程產(chǎn)生的靜電，在銷(xiāo)售企業(yè)曾經(jīng)發(fā)生過(guò)事故?；诬?chē)控油存在以下靜電風(fēng)險(xiǎn)。

a)晃車(chē)控油過(guò)程中車(chē)輛接地摘除，油品與罐車(chē)摩擦產(chǎn)生的靜電不能及時(shí)導(dǎo)除。

b)油品呈霧狀從卸油口噴出，進(jìn)入容器后出現(xiàn)靜電積聚，油面與其它金屬間發(fā)生靜電放電。

c)工作人員未做個(gè)體靜電防護(hù)，晃車(chē)控油操作過(guò)程中引起人體靜電積聚，與其它金屬間靜電放電。

2.4 油罐車(chē)清洗

當(dāng)使用高壓噴射設(shè)備清洗油罐時(shí)，油罐車(chē)存在較大的靜電燃爆風(fēng)險(xiǎn)。

a)液體從噴嘴高速?lài)姵龊?，液體自身或不接地的金屬?lài)娮焐隙紩?huì)產(chǎn)生大量靜電，帶電液體及噴嘴與其它金屬間可能發(fā)生靜電放電。

b)液體與罐壁劇烈撞擊，破碎的液體形成帶電云，與金屬間靜電放電。相關(guān)研究表明當(dāng)帶電云直徑超過(guò)0.7 m、電場(chǎng)強(qiáng)度大于1 kV/cm就可能引發(fā)刷形放電[9]。

3 油罐車(chē)的靜電防控措施

針對(duì)油罐車(chē)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中存在的靜電引燃風(fēng)險(xiǎn)，提出以下靜電防控措施。

3.1 油罐車(chē)應(yīng)有合理的靜電泄放手段

a)油罐車(chē)裝車(chē)及卸油前，接地良好的靜電接地夾要與油罐車(chē)車(chē)體有效連接。

b)油罐車(chē)輪胎應(yīng)使用導(dǎo)靜電輪胎，即使不使用靜電接地夾，油罐車(chē)的對(duì)地電阻也小于106Ω；相關(guān)測(cè)試表明，目前石化企業(yè)在用的油罐車(chē)，其輪胎大多具有防靜電性能。

c)油罐車(chē)罐體安裝金屬隔板，隔板間油品的體積小于18 925 L[10]。

3.2 油罐車(chē)裝車(chē)過(guò)程中油品的靜電防控

a)采用底部裝車(chē)以減少油面的劇烈波動(dòng)，減少油品靜電的產(chǎn)生。

b)控制流速。油品流速是影響油品靜電起電量的重要影響因素，為此，根據(jù)GB 13348-2009《液體石油產(chǎn)品靜電安全規(guī)程》要求，對(duì)罐車(chē)等大型容器灌裝油品且采用頂部進(jìn)油時(shí)，其注油管宜深入罐內(nèi)離罐底不大于200 mm，在注油管未浸入油面前，其流速應(yīng)限制在1 m/s以?xún)?nèi)；注油管浸入油面后，可提高流速，但最大流速不應(yīng)大于7 m/s(鐵路罐車(chē)裝車(chē)出口流速不應(yīng)大于5 m/s)。

c)在低電導(dǎo)率的油品里面添加防靜電劑，使油品電導(dǎo)率超過(guò)250 pS/m，抑制油品靜電荷積聚[11]。

d)在油品管道上安裝油品靜電在線監(jiān)測(cè)設(shè)備，當(dāng)油品靜電量超過(guò)設(shè)定安全管理閾值時(shí)，停止裝車(chē)，避免靜電事故的發(fā)生[7]。

e)裝車(chē)結(jié)束后應(yīng)靜置2 min，再進(jìn)行采樣、測(cè)溫、檢尺、拆除接地線等操作。

f)罐車(chē)未經(jīng)清洗不應(yīng)換裝其它型號(hào)油品。

3.3 人體靜電防控

要預(yù)防人體靜電，首先要提高操作人員的防靜電意識(shí)，不能因?yàn)闆](méi)出過(guò)靜電事故就放松警惕；其次要做好操作人員的個(gè)體防護(hù)，操作人員應(yīng)穿防靜電鞋、防靜電服、防靜電手套；最后操作人員要使用防靜電的器具，并規(guī)范操作。

3.4 其他措施

a)油罐車(chē)清洗過(guò)程中，應(yīng)使用惰性氣體保護(hù)。

b)油罐車(chē)要平穩(wěn)行駛，避免高速行駛，避免出現(xiàn)緊急剎車(chē)等操作。

c)操作人員從事開(kāi)關(guān)罐車(chē)人孔蓋、量油等工作前，應(yīng)進(jìn)行人體靜電泄放。

d)禁止晃車(chē)控油等操作，對(duì)長(zhǎng)期配送油品的油罐車(chē)采取地罐交接，避免量油等作業(yè)過(guò)程中的靜電風(fēng)險(xiǎn)。

e)如需使用非金屬材料，建議使用體積電阻率在106～109Ω·m的靜電亞導(dǎo)體材料，且在107～108Ω·m范圍內(nèi)最佳。

4 結(jié)語(yǔ)

油罐車(chē)轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中，油品及人體產(chǎn)生的靜電，都可能引發(fā)靜電放電從而導(dǎo)致靜電燃爆事故，除了采取必要的防靜電措施，一定要提高相關(guān)工作人員的防靜電意識(shí)，嚴(yán)格遵守各項(xiàng)規(guī)章制度，從根本上杜絕靜電燃爆事故的發(fā)生。