加油過程油品靜電風(fēng)險(xiǎn)及防護(hù)措施研究*

王振中，修德欣，劉全楨

(中國石化青島安全工程研究院化學(xué)品安全控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島 266071)

0 前言

成品油是電的不良導(dǎo)體，在成品油的生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)、裝卸、使用等過程中，均有可能產(chǎn)生靜電積聚現(xiàn)象。由于成品油中含有易燃易爆的組分，一旦發(fā)生靜電積聚放電現(xiàn)象，很可能會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的燃爆事故[1]。加油站作為成品油銷售的主要場所，由于直接面向的顧客一般為非專業(yè)人士，其靜電防護(hù)問題尤其需要注意[2，3]。

1 加油過程油品靜電全國調(diào)研測試

油品在流經(jīng)管路、機(jī)泵、變徑、過濾器等組件時(shí)，均可能產(chǎn)生大量的靜電[4]，而加油槍作為和顧客車輛直接連接的組件，由于其附近通常有揮發(fā)出的可燃油氣，往往是加油站油品靜電火災(zāi)事故的主要發(fā)生場所[5，6]。

為了測量加油槍附近的油品靜電量，研制了如圖1所示的專用油品靜電電荷密度測試儀[7，8]，可直接安裝于加油槍的根部，測試正常加油過程中的油品靜電量。為了使測試數(shù)據(jù)具有代表性，綜合考慮季節(jié)、地域、加油工藝等各種因素，選擇了青島、杭州、廣州、西安、哈爾濱等7個(gè)城市，分別在秋季和冬季靜電事故高發(fā)季節(jié)選取了28個(gè)加油站開展了調(diào)研測試。測試結(jié)果如圖2所示。

圖1 加油油品靜電測試儀

圖2 全國28座加油站油槍附近靜電量測試結(jié)果分布(單位：μC/m3)

從全國28座加油站的加油槍附近油品靜電量測試數(shù)據(jù)來看，油品電荷密度絕對值分布在0～70 μC/m3之間，其中，75%的加油靜電量都在30 μC/m3以下，處在較為安全的范圍內(nèi)。而25%的加油靜電量則相對較高，甚至有7%的加油靜電量超過了60 μC/m3，說明正常加油時(shí)存在著油品靜電量偏高的現(xiàn)象，有必要針對此情況進(jìn)行研究，并開發(fā)專用的靜電消除產(chǎn)品。

2 加油過程油品靜電試驗(yàn)研究

2.1 加油靜電模擬測試平臺(tái)搭建

以目前常用的潛油泵加油工藝為例，加油時(shí)，油品要從埋地儲(chǔ)罐先后經(jīng)過潛油泵、彎頭、直管、變徑、加油機(jī)等設(shè)備后才會(huì)進(jìn)入顧客油箱[9]，這些設(shè)備對油品靜電量均有影響。因此，對不同位置的加油靜電量進(jìn)行模擬測試，得出影響加油靜電的主要環(huán)節(jié)，能夠?yàn)橄乱徊接嗅槍π缘靥岢鼋鉀Q方案奠定基礎(chǔ)。為此，搭建了如圖3所示的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，使用一個(gè)不銹鋼臥式儲(chǔ)罐模擬埋地油罐，并使用一臺(tái)紅夾克潛油泵供油，在潛油泵的出口(1#)、上升彎頭前后(2#和3#)、緩沖管線末端(4#)以及加油槍附近(5#)依次設(shè)置了5臺(tái)靜電監(jiān)測儀，可以方便地測試不同流速、不同油品的加油過程油品靜電數(shù)據(jù)。

圖3 加油靜電模擬測試平臺(tái)流程

2.2 加油過程油品靜電模擬測試

選取市售93#普通汽油作為實(shí)驗(yàn)用油，使用模擬平臺(tái)中的加油機(jī)進(jìn)行加油，分別記錄各個(gè)靜電監(jiān)測儀的讀數(shù)，部分具有代表性的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示(油品電導(dǎo)率為120 pS/m，溫度7.5 ℃，相對濕度38%RH)。

使用加油槍大檔進(jìn)行加油時(shí)，加油流速約為38 L/min，埋地管線內(nèi)的油品流速約為0.3 m/s，從表1的測試結(jié)果不難看出，潛油泵出口(1#)、上升彎頭前后(2#和3#)以及加油機(jī)前(4#)的靜電監(jiān)測儀示數(shù)遠(yuǎn)小于其在加油槍附近(5#)的示數(shù)，說明加油油品靜電主要是油品流經(jīng)加油機(jī)后產(chǎn)生的，因此需對加油機(jī)內(nèi)部的油品靜電產(chǎn)生過程進(jìn)行重點(diǎn)研究。

表1 加油過程油品靜電模擬測試數(shù)據(jù) μC/m3

2.3 加油機(jī)內(nèi)油品靜電模擬測試

加油機(jī)內(nèi)部工藝管路如圖4所示[10]，影響加油靜電的主要因素包括：變徑、過濾器、計(jì)量器、內(nèi)部管路、接頭、加油膠管等?？紤]到加油機(jī)內(nèi)部改造空間有限，在測試時(shí)主要在過濾器前后(1#和2#)、加油槍附近(3#)分別安裝了3臺(tái)油品靜電監(jiān)測儀，用來研究加油過程中加油機(jī)內(nèi)部組件對油品靜電的影響情況。

圖4 加油機(jī)內(nèi)部管路示意

測試時(shí)該油槍加注93#普通汽油，使用大檔加油(加油流速約為39 L/min)，分別記錄各靜電監(jiān)測儀讀數(shù)，部分具有代表性的測試數(shù)據(jù)如表2所示(油品電導(dǎo)率為155 pS/m，溫度6.4 ℃，相對濕度35%RH)。

表2 加油機(jī)內(nèi)油品靜電測試數(shù)據(jù) μC/m3

從表2的測試結(jié)果不難看出，在加油機(jī)內(nèi)部的工藝流程中，過濾器是導(dǎo)致油品靜電劇烈增加的主要因素之一，計(jì)量器后雖然由于內(nèi)部空間問題無法設(shè)置靜電監(jiān)測儀表，但從油品靜電理論和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)不難得出，計(jì)量器同樣會(huì)導(dǎo)致油品靜電大幅上升[11，12]。而加油槍附近的油品靜電則顯著低于過濾器后的油品靜電水平，說明加油機(jī)內(nèi)部管路以及長達(dá)4.5 m的加油膠管起到了良好的靜電緩和作用。由于對加油機(jī)內(nèi)部管路改造具有較大的技術(shù)難度和安全風(fēng)險(xiǎn)，因此對加油膠管進(jìn)行防靜電改造是可行性較高的一種技術(shù)方案。

3 防靜電加油膠管試制及測試

3.1 防靜電膠管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

一般來說，加油膠管主要由3層結(jié)構(gòu)組成：外膠層，增強(qiáng)層，內(nèi)膠層。外膠層和內(nèi)膠層均為橡膠，增強(qiáng)層則為金屬絲編織而成，用來提升膠管的抗壓性和強(qiáng)度[13，14]。由于內(nèi)膠層會(huì)直接與油品接觸，因此內(nèi)膠層的導(dǎo)電性能會(huì)對加油過程油品靜電產(chǎn)生較大的影響。目前，多數(shù)加油膠管的內(nèi)膠層采用丁腈橡膠制成，體積電阻率為1010～1011Ω·cm，屬于靜電亞導(dǎo)體。為了進(jìn)一步提升其靜電泄放能力，可在內(nèi)部增設(shè)一層防靜電涂層。參考目前廣泛使用的多層復(fù)合輸油管線的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，內(nèi)層耐油型復(fù)合材料通常為EVOH、PA12、PVDF等材料，按照GB/T 1410-2006《固體絕緣材料體積電阻率和表面電阻率試驗(yàn)方法》分別制備了4種材料的樣塊，并使用體積表面電阻率測試儀和電極箱對其進(jìn)行了測試，測試結(jié)果見表3。

表3 體積電阻率測試結(jié)果 Ω·cm

從表3測試結(jié)果來看，只有材料4能夠較好地滿足使用要求，因此最終選擇材料4作為防靜電涂層。根據(jù)最新的加州空氣資源委員會(huì)CP-201認(rèn)證文件中關(guān)于油氣回收膠管的要求，膠管內(nèi)層的抗?jié)B透性能應(yīng)同時(shí)滿足不大于10 g/m2/d的要求[15]，根據(jù)材料的滲透速率與厚度關(guān)系，可得出膠管的防靜電層只需大于0.3 mm即可。

3.2 防靜電膠管應(yīng)用效果實(shí)測

按照上述技術(shù)方案，委托某膠管廠進(jìn)行了防靜電膠管樣品試制。為了驗(yàn)證防靜電膠管的應(yīng)用效果，在青島某加油站進(jìn)行了初步測試，對比膠管為目前市場占有率最高的某品牌油氣回收膠管，長度均為4.5 m，內(nèi)徑均為22 mm左右。測試了一次完整加油過程中加油槍附近油品靜電最大值。試驗(yàn)結(jié)果為：原膠管平均加油靜電量約-27 μC/m3，防靜電膠管平均加油靜電量為-10 μC/m3，加油油品靜電量下降50%以上。之后，又先后在廣州、杭州、西安等地的加油站對該產(chǎn)品樣品進(jìn)行了現(xiàn)場測試，測試結(jié)果均表明，該款防靜電膠管與普通膠管相比可至少降低50%的油品靜電量，能夠?qū)⒓佑瓦^程中的油品靜電控制在較低的范圍，有助于提升加油作業(yè)的靜電安全性。

4 結(jié)語

油品靜電是導(dǎo)致加油站靜電事故的誘因之一，部分加油站在正常加油時(shí)即存在油品靜電偏高的情況。加油站內(nèi)的機(jī)泵、工藝管線、設(shè)備等因素均會(huì)對油品靜電產(chǎn)生影響。從本文的研究結(jié)果來看，對于以潛油泵供油的加油站而言，影響油品靜電的主要因素為加油機(jī)內(nèi)部的設(shè)備，特別是過濾器和計(jì)量器等組件，加油膠管對油品靜電具有一定的緩和作用。通過在膠管內(nèi)部增加防靜電層，能夠有效地降低油品加注過程的靜電量，提升加油作業(yè)的安全性，是一種較為可行加油靜電控制技術(shù)方案。