基于批控器實(shí)現(xiàn)液體裝卸作業(yè)靜電安全的控制方案

褚鼎俊 鐘彩浚 吳靜超

（1.泰地石化集團(tuán)股份有限公司；2.浙江中控技術(shù)股份有限公司；3.浙江中控自動(dòng)化儀表有限公司）

石油化工行業(yè)是我國(guó)的支柱性產(chǎn)業(yè)，其中大量的原料、產(chǎn)物等均為易燃易爆液體。 這些液體需要通過汽車槽罐車轉(zhuǎn)運(yùn)，它們大都是電的不導(dǎo)體，因此在裝卸過程中，靜電隱患和靜電事故尤為突出。 特別是甲類、乙類和丙A類產(chǎn)品，由于其閃點(diǎn)低，容易受環(huán)境影響，時(shí)有閃爆、燃燒等事故發(fā)生。 雖然導(dǎo)致事故的原因很多，但靜電往往成為事故中的主要元兇。

近幾年來，儲(chǔ)運(yùn)行業(yè)中智慧裝卸的技術(shù)概念飛速發(fā)展，而作為重要的裝卸控制環(huán)節(jié)，定量裝卸的應(yīng)用技術(shù)尚未有革命性的突破。 很多從業(yè)者對(duì)定量裝車的理解主要還是針對(duì)汽柴油等相關(guān)油品，而精細(xì)化工相關(guān)的化學(xué)品，由于其物料成分存在多樣性，且經(jīng)常無參考案例，在選擇儀表時(shí)往往會(huì)主要側(cè)重低維護(hù)方面的可靠性和接液材料的防腐性，而忽略物料靜電安全所需的限流限速技術(shù)要求。

筆者結(jié)合行業(yè)的普遍應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)和自身的工作經(jīng)驗(yàn)，討論并探索油品、化學(xué)品在裝卸工程中的應(yīng)用方法，著重分析如何從控制流速、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用管理等方面預(yù)防并減少可能的靜電事故，保障現(xiàn)場(chǎng)更安全地進(jìn)行裝卸作業(yè)。

1 儲(chǔ)運(yùn)裝卸靜電安全隱患分析

液體儲(chǔ)運(yùn)裝卸過程中，由靜電放電而引起的爆炸、燃燒，通常需要同時(shí)滿足以下3個(gè)要素：

a. 存在可燃物，如可燃?xì)怏w，且可燃?xì)怏w在爆炸極限濃度范圍內(nèi)；

b. 有足夠的助燃物，如氧氣；

c. 存在導(dǎo)致著火的能源，且該著火能源大于可燃物的最小點(diǎn)火能量。

以裝卸棧臺(tái)場(chǎng)景為例進(jìn)行分析。 首先，裝卸區(qū)域一般在通風(fēng)環(huán)境下，具備足夠的助燃物。 通風(fēng)環(huán)境的有利因素是現(xiàn)場(chǎng)如果產(chǎn)生了小范圍的泄漏，可通過環(huán)境條件將可燃?xì)怏w濃度稀釋到爆炸極限濃度范圍以下；不利因素是當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)可燃?xì)怏w達(dá)到一定濃度時(shí)，在有點(diǎn)火源時(shí)會(huì)助燃，但此因素受人的活動(dòng)影響無法優(yōu)化屏蔽； 在槽罐車內(nèi)，可以通過密閉的方式防止空氣進(jìn)入，或采用氮封方法避免車內(nèi)含氧量過高。

其次，裝卸區(qū)域存在一定的可燃物。 防爆區(qū)域的定義為：0區(qū)——存在爆炸性氣體，1區(qū)——在正常運(yùn)行時(shí)可能存在爆炸性氣體，2區(qū)——在正常運(yùn)行時(shí)不可能出現(xiàn)爆炸性氣體。

裝卸管道與槽罐車的連接具有間歇非持續(xù)性。 有利因素在于，槽罐車是批次性作業(yè)，非固定式的連接有利于業(yè)務(wù)開展；不利因素在于，移動(dòng)式作業(yè)均為人工行為， 無法避免物料 “跑、 漏、滴”。

最后，裝卸的過程中難免會(huì)產(chǎn)生靜電。 因?yàn)檠b卸過程中物料必然會(huì)與管道壁、雜質(zhì)、槽罐內(nèi)的空氣摩擦， 由于相關(guān)物料屬于電的不導(dǎo)體，必然導(dǎo)致電荷積聚，在一定條件下放電必然形成點(diǎn)火源。

由此可見，通常在槽罐車裝車的初始階段或卸車末尾階段極易發(fā)生靜電安全事故，特別是在物料裝卸流速較快時(shí)。 實(shí)際應(yīng)用中，針對(duì)靜電的安全防護(hù)一直是行業(yè)難點(diǎn)。 主要問題在于，受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境影響，這類事故隱患看不見、摸不著，也無法通過儀表設(shè)備有效將靜電積聚情況完全檢測(cè)出來。

2 靜電起電機(jī)理分析

物料自身因素。 石油化工產(chǎn)品大部分是碳?xì)浠衔铮饕请姷牟粚?dǎo)體，同時(shí)產(chǎn)品會(huì)含水、雜質(zhì)等，在物料本身物理性質(zhì)的影響下，如果雜質(zhì)在物料內(nèi)部運(yùn)動(dòng)， 液體物料分子與其他物質(zhì)摩擦，產(chǎn)生靜電積聚。 流速較大時(shí)，物料內(nèi)部摩擦加劇，高電阻率的物料在流動(dòng)情況下帶電，積聚的電荷無法及時(shí)導(dǎo)出，電壓增高而引起放電。

管道設(shè)備材料因素。 在裝卸過程中，物料與管道壁劇烈摩擦，產(chǎn)生靜電，甚至某些物料會(huì)腐蝕金屬，這些化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電荷的同時(shí)引起“跑、漏、滴”。 而當(dāng)管道材料與物料為兩種不同材料的絕緣體時(shí)， 流動(dòng)的物料更容易在接觸面形成電荷，形成的電荷積聚也更不容易消散。 同時(shí)，泵、過濾器、流量計(jì)及閥門等設(shè)備部位也會(huì)因機(jī)械結(jié)構(gòu)原因產(chǎn)生電荷。

裝卸工藝因素。 因裝卸工藝原因，管線在物料流動(dòng)的過程中容易產(chǎn)生汽蝕，這些氣泡隨著注入槽罐車內(nèi)部，氣泡在產(chǎn)品中上升并在液面位置破裂，飛濺的物料顆粒與槽罐車內(nèi)空氣摩擦并與容器壁發(fā)生放電而產(chǎn)生火花。

泵、過濾器、流量計(jì)、閥門等容易產(chǎn)生靜電電荷的部件，因安裝位置無法有效通過管道距離緩釋電荷，槽罐車內(nèi)出液口的物料極易帶電積聚。

液體進(jìn)入槽罐車內(nèi)部， 因灌裝方式影響，如采用頂部裝車物料噴濺， 容易導(dǎo)致產(chǎn)品油氣揮發(fā)， 揮發(fā)的物料顆粒帶電加上流動(dòng)物料本身帶電，使槽罐車內(nèi)積聚大量電荷而引起放電。

另外， 帶電物料因感應(yīng)效應(yīng)也容易帶電，當(dāng)帶電體表面附近有處于絕緣狀態(tài)的導(dǎo)體時(shí)，那么此導(dǎo)體會(huì)因靜電感應(yīng)而呈帶電狀態(tài)。 如果物料帶電量很大， 在接近某導(dǎo)體時(shí)也極易發(fā)生火花放電。

其他因素。 如環(huán)境因素，我國(guó)西部、北方的空氣相對(duì)南方較為干燥， 靜電不容易通過空氣消除，靜電電壓容易升高，也容易導(dǎo)致靜電放電現(xiàn)象的發(fā)生。

以上因素可大致歸納總結(jié)為如下幾個(gè)變量因素：

a. 裝卸物料流速越快，摩擦越激烈，靜電越容易產(chǎn)生并積聚；

b. 環(huán)境空氣越干燥，靜電越不易通過環(huán)境因素消除，而發(fā)生積聚；

c. 物料油氣揮發(fā)越嚴(yán)重，可燃物微粒與空氣摩擦越激烈，靜電越容易產(chǎn)生并發(fā)生放電現(xiàn)象；

d. 管道與物料反應(yīng)越劇烈， 內(nèi)壁表面越粗糙，同時(shí)物料流經(jīng)的彎頭閥門越多，產(chǎn)生的靜電越容易積聚。

3 槽罐車裝卸防靜電措施

為避免靜電產(chǎn)生燃燒爆炸，行業(yè)中一般是將3個(gè)因素中的任意1個(gè)杜絕，來有效避免事故的發(fā)生。

其一，在存在可燃?xì)怏w的環(huán)境下，現(xiàn)場(chǎng)可以從管理制度上和批控器［1］裝卸控制聯(lián)鎖上處理作業(yè)授權(quán)，即在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置可燃?xì)怏w報(bào)警器，將信號(hào)與可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)（GDS）相連的同時(shí)與批控器相連，當(dāng)可燃?xì)怏w濃度報(bào)警時(shí)不允許裝卸作業(yè)，避免在隱患條件下作業(yè)。

其二，槽罐車采用密閉管道連接。 在裝卸過程中，避免空氣通過人孔蓋、呼吸閥進(jìn)入槽罐車內(nèi)部，同時(shí)采用干式閥、拉斷閥等最大限度地防止現(xiàn)場(chǎng)物料“跑、漏、滴”。

其三，做好靜電防護(hù)，通過批控器實(shí)時(shí)檢測(cè)專用靜電設(shè)備是否可靠連接至接地網(wǎng)，同時(shí)限流限速盡量避免靜電的產(chǎn)生。

工程應(yīng)用過程中，可以在批控器上設(shè)置多重啟停條件， 使裝卸作業(yè)在限制的安全范圍內(nèi)進(jìn)行。 通過設(shè)備措施、現(xiàn)場(chǎng)操作管理措施、批控器的輔助邏輯或條件聯(lián)鎖限定等來優(yōu)化裝卸過程控制和業(yè)務(wù)管理，比如：

a. 控制流速，避免因摩擦因素而導(dǎo)致液體物料大量帶電；

b. 設(shè)置專用靜電連接裝置，使產(chǎn)生的靜電電荷盡快消散，避免積聚；

c. 采用合理的裝卸和工藝控制方式，減少油氣揮發(fā)，避免不必要的靜電電荷積聚。

具體的預(yù)防措施可以參考以下國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并按最高安全技術(shù)參數(shù)執(zhí)行：

a. 嚴(yán)格依據(jù)GB 13348—2009《液體石油產(chǎn)品靜電安全規(guī)程》規(guī)定，做足預(yù)防靜電危害的基本方法，如靜電接地，改善工藝操作條件，采用必要的靜電消除器、緩和器，改善帶電體周圍環(huán)境條件，防止人體帶電等。 從技術(shù)措施方面，采用液下裝車，嚴(yán)格控制流速，裝油完畢后靜置2 min后再拆除采樣、檢尺等，槽罐車未經(jīng)清洗避免換裝油品等［2］。

b. 嚴(yán)格依據(jù)GB 12158—2006《防止靜電事故通用導(dǎo)則》，形成單位內(nèi)部管理規(guī)范文件，標(biāo)準(zhǔn)化培訓(xùn)人員，落實(shí)現(xiàn)場(chǎng)人員裝備、行為、檢查、記錄等管理，提高現(xiàn)場(chǎng)預(yù)防意識(shí)；依據(jù)靜電防護(hù)措施，減少靜電電荷的產(chǎn)生，使電荷盡快消散，嚴(yán)格控制液體物料裝卸流速［3］。

c. 嚴(yán)格依據(jù)GB 50074—2014《石油庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范》，規(guī)范設(shè)計(jì)易燃和可燃液體裝卸設(shè)施，選用安全合適的鶴管，并依據(jù)“浸沒鶴管口之前不大于1 m/s，浸沒于液體后不大于4.5 m/s（液化石油氣不應(yīng)大于3 m/s）”的行業(yè)通用限速要求，防止油氣揮發(fā)，減少摩擦起電［4］。

d. 嚴(yán)格依據(jù)GB 50160—2008《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)（2018年版）》，規(guī)范管理現(xiàn)場(chǎng)可能產(chǎn)生靜電危害的設(shè)備和管道， 采取可靠接地措施、接地設(shè)備，并保障專設(shè)的靜電接地體接地電阻小于100 Ω［5］。

4 批控器防靜電控制與危害預(yù)防

對(duì)裝卸車進(jìn)行自動(dòng)化技術(shù)升級(jí)改造，使用專用可靠的批控器以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流程控制和灌裝程序控制。 通過系統(tǒng)流程設(shè)定，將槽罐車安全檢查與裝卸批控器聯(lián)動(dòng)；通過訂單系統(tǒng)關(guān)聯(lián)，完善批控器物料管理與鶴位的防誤裝設(shè)定；通過批控器控制程序設(shè)定，實(shí)現(xiàn)“小流速-大流速-小流速”的時(shí)序控制， 并實(shí)現(xiàn)靜電安全與流速安全聯(lián)鎖，避免異常情況下的裝卸操作。 具體實(shí)現(xiàn)方法如下：

a. 增強(qiáng)靜電控制器的設(shè)備可靠性。防靜電控制可增加電阻值顯示，加強(qiáng)儀表巡檢。 當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)控制器顯示電阻超過10 Ω時(shí)，及時(shí)檢修防靜電控制器。 針對(duì)API接頭的槽罐車，現(xiàn)場(chǎng)配備“防溢流防靜電傳感器”檢測(cè)儀，納入日常裝車檢查項(xiàng)，保證槽罐車相關(guān)的靜電溢流傳感器和防靜電控制器設(shè)備本身無異常，保證靜電在裝卸車過程中有效釋放至接地網(wǎng)；同時(shí)，相關(guān)的接地報(bào)警信號(hào)與批控器實(shí)現(xiàn)可靠聯(lián)鎖。

b. 增加人體靜電釋放聯(lián)鎖和靜電釋放延時(shí)聯(lián)鎖［6］。為防止人體帶有靜電，增加人體靜電與批控器聯(lián)鎖，即標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，司機(jī)或作業(yè)人員在觸摸人體靜電釋放器后，方可連接靜電夾移動(dòng)鶴管等，同時(shí)靜電夾連接至槽罐車，在批控器上增加延時(shí)聯(lián)鎖，在裝車前后，保障靜電經(jīng)過規(guī)定時(shí)間釋放后，再提示操作人員進(jìn)行拆管等作業(yè)，若出現(xiàn)違規(guī)操作則鎖定控制器。

c. 增加可燃?xì)怏w聯(lián)鎖。 棧臺(tái)區(qū)域的可燃?xì)怏w報(bào)警器與批控器實(shí)現(xiàn)報(bào)警信號(hào)聯(lián)鎖，裝車開始時(shí)可燃?xì)怏w報(bào)警則不允許裝卸，裝卸過程中可燃?xì)怏w報(bào)警則中斷作業(yè)。

d. 增強(qiáng)限流調(diào)速，同時(shí)增加安全流速限值聯(lián)鎖。 定量裝車系統(tǒng)在有條件的情況下，應(yīng)采用流量可調(diào)節(jié)模式，如采用數(shù)控閥；在采用氣動(dòng)切斷閥時(shí)建議增加恒流閥或變頻調(diào)節(jié)，在裝卸過程中保障小流量、大流量控制過程不出現(xiàn)超流超速現(xiàn)象。 在裝車起始階段增加小流速1 m/s的閾值設(shè)定，裝車過程增加大流速4.5 m/s或3 m/s的閾值設(shè)定。 超過閾值時(shí)批控器暫停裝車，待工藝優(yōu)化后再啟動(dòng)裝車； 同時(shí)裝車起始階段適當(dāng)增加過程量，保障物料在淹沒槽口200 mm液位高度后再開啟大流量，盡量減少油氣揮發(fā)，結(jié)合流速限定避免靜電短時(shí)間內(nèi)積聚。

e. 增加槽罐車安全檢查PDA，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流程聯(lián)鎖。 增加槽罐車進(jìn)廠或裝車前安全檢查PDA，PDA根據(jù)靜電安全和現(xiàn)場(chǎng)管理要求， 逐步進(jìn)行安全檢查， 如檢查槽罐車靜電傳感器是否異常，檢查槽罐車是否未清潔就充裝其他物料等。 當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)檢查出現(xiàn)不合格項(xiàng)或槽罐車安全檢查不符合廠內(nèi)安全管理規(guī)定時(shí)， 禁止批控器向槽罐車充裝，避免槽罐車帶隱患作業(yè)。

5 結(jié)束語

液體裝卸作業(yè)需要注重以人為本，雖然在靜電安全方面大多現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用技術(shù)改進(jìn)不明顯，但需要我們行業(yè)人多提出問題，更新靜電安全管理理念， 盡量通過機(jī)器化手段提高現(xiàn)場(chǎng)安全管理、監(jiān)控管理水平，實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)因素控制要求。 在不斷完善行業(yè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，多融合市場(chǎng)先進(jìn)產(chǎn)品提升現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的工程技術(shù)應(yīng)用范圍，在保障現(xiàn)場(chǎng)安全生產(chǎn)的同時(shí)， 提升企業(yè)裝卸智能化管理水平。