基于改進LEC法的?；髽I(yè)靜電點燃危險評價*

蔣漳河 王良旺

(1.廣州特種機電設備檢測研究院 廣州 510760；2.國家防爆設備質量監(jiān)督檢驗中心(廣東) 廣州 510760)

0 引言

?；髽I(yè)靜電火災爆炸事故極易造成嚴重的后果，國內(nèi)外越來越多的學者進行?；髽I(yè)靜電危害評價相關研究。高玲等[1]對粉體生產(chǎn)過程中典型的靜電放電實際點燃危險性進行定量評價，并將粉體靜電點燃危險性分為4個等級。周本謀等[2]通過研究靜電放電火花點燃能量，對生產(chǎn)過程中靜電點燃危險性進行了評價。蔣耀庭等[3]采用模糊評價方法建立了火工品靜電評價模型。針對化工企業(yè)內(nèi)靜電危害評價， BALOG E等[4]提出應用模糊邏輯來確定靜電危害評價中一些不易獲得的基本事件發(fā)生的概率。但是，上述文獻并沒有給出工業(yè)現(xiàn)場靜電放電點燃危險綜合評價的應用案例。本文綜合考慮化工企業(yè)實際工藝過程中有效靜電點燃源形成可能性、爆炸性氣體/粉塵環(huán)境形成可能性以及靜電點燃危險源監(jiān)控措施的有效性能，建立基于改進LEC的靜電點燃源危險評價方法。

1 ?；髽I(yè)靜電危險分析

危化企業(yè)在對易燃易爆液體、固體(粉塵)、氣體進行儲罐充裝、管道輸送、傳送帶輸送等作業(yè)時，由于碰撞、摩擦等產(chǎn)生并積聚靜電荷，靜電荷產(chǎn)生位置、靜電荷積聚量、環(huán)境條件等的差異可能引發(fā)不同的靜電放電類型。

1.1 靜電起電與放電形式

目前研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的液體靜電起電方式包括管道內(nèi)液體的流動起電、液體中雜質粒子的沉降起電、液體從管道出口、裂縫噴出形成的噴射起電、液體潑灑過程形成的潑濺起電等[5]。粉體靜電起電主要是粉體傳輸過程中粉體與輸送設備之間、粉體顆粒之間摩擦、碰撞、分離過程使得接觸面處靜電雙電層分離產(chǎn)生的接觸-分離起電[6]。固體靜電起電方式包括摩擦起電、壓電起電、感應起電、吸附起電等。氣體靜電起電方式主要是高壓氣體噴出過程的噴射起電。人體靜電起電方式主要是感應起電、摩擦起電等。

靜電電荷的產(chǎn)生一般都伴隨著靜電電荷的逸散，當靜電電荷產(chǎn)生速率大于逸散速率時，就會產(chǎn)生電荷積聚并可能引起靜電放電，不同靜電放電形式所釋放的點燃能量也不相同，如表1所示。

?；髽I(yè)涉及固體、粉體、液體生產(chǎn)、輸送、儲存等典型工藝過程中主要的靜電起電、靜電放電形式如表2所示。

表2 ?；髽I(yè)產(chǎn)生靜電危害的主要工藝過程、靜電荷來源及放電形式

1.2 靜電危險源分類

危險源是可能導致事故的潛在不安全因素，是危險的根源。?；髽I(yè)中靜電危險源主要是液體、粉體、固體等在生產(chǎn)、運輸、儲存過程中可能引起靜電火災爆炸事故的不安全因素等，具體可以分為3個方面：爆炸性環(huán)境即液體/粉體/固體介質的易燃易爆危險性、靜電點燃源和監(jiān)控與控制措施的缺失或失效。

2 基于改進的LEC靜電點燃危險評價

2.1 改進的LEC評價方法

作業(yè)條件危險性評價法是一種半定量評價方法，該方法考慮3個因素：發(fā)生事故或危險事件的可能性、暴露于這種危險環(huán)境的頻率、事故一旦發(fā)生可能產(chǎn)生的后果[7-8]。LEC法用公式表示為

D=L×E×C

(1)

式中，D為作業(yè)條件的危險性，L為事故或危險事件發(fā)生的可能性，E為暴露于危險環(huán)境的頻率，C為發(fā)生事故或危險事件的可能后果。

根據(jù)?；髽I(yè)靜電來源及點燃事故的特殊性，靜電放電點燃事故發(fā)生的可能性考慮靜電點燃源形成的可能性與爆炸性環(huán)境形成的可能性；靜電點燃源與爆炸性環(huán)境同時出現(xiàn)的概率考慮對靜電和爆炸性環(huán)境監(jiān)控和控制措施的有效性；靜電點燃事故后果考慮發(fā)生火災爆炸造成的人員傷亡、財產(chǎn)損失等后果。提出的改進LEC評價方法計算公式為

式中，R為靜電點燃危險評價結果，n為企業(yè)中危險單元的數(shù)量，Li1為第i個危險單元中爆炸性混合氣體/粉塵環(huán)境形成的可能性，Li2為第i個危險單元中靜電點燃源形成的可能性，Ei為第i個危險單位中對爆炸性環(huán)境與靜電點燃源的監(jiān)控與控制措施的有效性，Ci為第i個危險單元發(fā)生靜電火災爆炸事故后果嚴重程度。

2.2 評價指標及量化

依據(jù)LEC法量化分級準則和有關標準，對式(1)中各項參數(shù)進行量化賦值。

(1)爆炸性環(huán)境Li1的量化。根據(jù)《爆炸性環(huán)境 第14部分：場所分類 爆炸性氣體環(huán)境》(GB 3836.14—2014)和《可燃性粉塵環(huán)境用電氣設備 第3部分：存在或可能存在可燃性粉塵的場所分類》(GB/T 12476.3—2017)中對爆炸性環(huán)境的分區(qū)規(guī)定，將爆炸性氣體環(huán)境分為0區(qū)、1區(qū)、2區(qū)，爆炸性粉塵環(huán)境分為20區(qū)、21區(qū)、22區(qū)[9]。依據(jù)分區(qū)結果對爆炸性環(huán)境危險性進行量化分級，如表3所示。

表3 爆炸性環(huán)境指標量化(Li1)

考慮最嚴重事故后果，在對危險單元進行分析時若危險單元中存在不同的分區(qū)值，則以最危險值計算，如危險單元中同時存在0區(qū)和1區(qū)，則該危險單元中爆炸性環(huán)境危險性量化取值為10。

(2)靜電點燃源Li2的量化。對危險單元中所有工藝過程進行分析，得出該危險單元中可能產(chǎn)生的靜電放電類型及放電能量。分析危險單元中可能出現(xiàn)的爆炸性氣體/粉塵的最小點火能，當靜電放電能量大于氣體/粉塵最小點火能時，計算為一種有效靜電放電形式。有效靜電放電種類與點燃源危險性之間關系如表4所示。

表4 靜電點燃源指標量化(Li2)

(3)監(jiān)控與控制措施Mi的量化。為了避免靜電點燃源與爆炸性混合環(huán)境同時形成并引起火災爆炸事故，企業(yè)都會采取措施對靜電點燃源、爆炸性混合環(huán)境進行監(jiān)控與控制，其采取的主要監(jiān)控與控制措施如表5所示。

表5 靜電火災爆炸事故監(jiān)控與控制措施

對危險源的監(jiān)控以及根據(jù)監(jiān)控結果所采取措施的有效性決定了對靜電火災爆炸事故預防與控制的效果。危險單元中對爆炸性環(huán)境與靜電點燃源的監(jiān)控與控制措施的有效性量化如表6所示。

表6 監(jiān)控與控制措施指標量化(Ei)

(4)事故后果嚴重度Ci的量化。?；髽I(yè)中靜電放電引起的事故可能是池火災事故、噴射火、蒸汽云爆炸，不同事故類型造成的事故后果也不相同。事故后果主要是造成人員傷亡損失、財產(chǎn)損失、職業(yè)病損失以及環(huán)境破壞損失。事故后果嚴重度Ci的量化直接取LEC法中事故后果C的賦值準則，為1～100[8]。

2.3 評價結果量化分級

根據(jù)式(2)即可計算出被評價企業(yè)靜電點燃危險的分值，再依據(jù)LEC法危險性等級劃分標準對企業(yè)存在的靜電點燃危險進行分級，如表7所示。依據(jù)評價分級結果找出企業(yè)存在的隱患及薄弱環(huán)節(jié)，并為企業(yè)靜電危害預防提供決策。

表7 評估結果量化分級

3 實例應用

加油站存在汽油、柴油的裝卸、儲存、輸送等工藝過程，極易產(chǎn)生靜電放電并引燃爆炸性油品蒸汽，引起火災爆炸事故。本文以某加油站裝卸區(qū)危險單元為例，應用建立的改進LEC靜電點燃危險評價方法對該危險單元進行評價。

3.1 靜電點燃危險辨識及評價

加油站裝卸區(qū)靜電電荷產(chǎn)生過程包括：管道輸送油品過程液體流動起電，儲罐注入油品過程噴射起電、沉降起電，裝卸區(qū)作業(yè)人員攜帶的靜電電荷。向儲罐內(nèi)注入油品過程中，儲罐內(nèi)氣相空間充滿爆炸性混合氣體，為爆炸性環(huán)境0區(qū)，整個裝卸油作業(yè)單元按照最危險區(qū)域計算則L1取值為10。加油站油品蒸汽最小點火能按照0.2 mJ 計算，有效靜電放電形式為火花放電與人體放電兩種，則L2取值為3。

裝卸區(qū)設置有氣體濃度監(jiān)測報警裝置，油罐中設置有液位監(jiān)測與報警裝置，油罐車與輸油管道上均安裝有輸油速率控制裝置，作業(yè)區(qū)入口區(qū)設置有人體靜電消除器。整個作業(yè)區(qū)通風良好，作業(yè)區(qū)內(nèi)導體均可靠接地，相鄰導體以及油罐車與輸油管道、儲罐之間均跨接，注油方式為鶴管伸入到儲罐底部注油。因此裝卸區(qū)監(jiān)控與控制措施非?？煽浚炕礒取值為0.5。

若裝卸區(qū)發(fā)生靜電火災爆炸事故，可能造成一名作業(yè)人員重傷以及裝卸區(qū)部分設備設施燒毀，可能造成人員傷亡損失約10萬元、財產(chǎn)損失約20萬元。因此事故后果嚴重度C取值為15。

3.2 評價結果分析

通過對該加油站裝卸區(qū)靜電點燃危險的辨識，得出了靜電點燃源、爆炸性環(huán)境、監(jiān)控與控制措施事故后果的量化取值，將各數(shù)值代入式(2)，得出該加油站裝卸區(qū)靜電點燃危險評價值R為41.08。

由評估結果量化分級表7可知，該加油站裝卸區(qū)屬于一般危險，需引起重視，必要時采取防護措施。

根據(jù)分項評估指標值及量化分級表：①儲罐內(nèi)氣相空間充滿爆炸性混合氣體，為爆炸性環(huán)境0區(qū)，屬于非常高的爆炸性危險區(qū)，但是實際作業(yè)過程中無法消除和避免；②裝卸區(qū)存在火花放電與人體放電兩種有效靜電點燃源，屬于較高危險點燃源。因此，對應的防護措施是要確保這兩種靜電點燃源監(jiān)控與控制措施的有效性，避免監(jiān)控與控制措施的失效引起靜電放電。

4 結語

(1)對?；髽I(yè)工藝過程進行分析，總結了液體、固體、粉體、氣體、人體可能產(chǎn)生靜電電荷的工藝過程、靜電電荷來源以及靜電放電形式。

(2)綜合考慮?；髽I(yè)中靜電點燃源、爆炸性氣體/粉塵環(huán)境、監(jiān)控與控制措施的有效性以及靜電事故后果，構建了基于LEC的危化企業(yè)靜電點燃危險評價模型，并給出了各指標及評估結果的量化計算方法。

(3)以某加油站裝卸區(qū)為例，對評估方法進行了應用，得出該單元靜電點燃危險評價值為41.08，屬于一般危險，需加強對火花放電、人體放電以及爆炸性環(huán)境的監(jiān)測與控制。