加油站安全運營靜電風險分析與研究

何佳林 萬 黎 劉傳國

（1．中電建路橋集團有限公司，四川 成都 610213；2．四川渝蓉石化能源有限公司，四川 成都 610015）

1 靜電的產生與危害

1.1 靜電的產生

大部分物體都帶有正負極相同數(shù)量的電荷，因此物體基本處于平衡與穩(wěn)定的狀態(tài)。當外部環(huán)境發(fā)生變化時，例如2個具有穩(wěn)定電荷的物體相互接觸時，正負極電荷會發(fā)生轉移，使某一方聚集過多的電荷，從而破壞原有的穩(wěn)定狀態(tài)，當兩個物體從接觸狀態(tài)變?yōu)榉蛛x時將形成電位差導致產生外部電場，進而形成靜電。由此可以發(fā)現(xiàn)，靜電能產生具有兩個必要條件，其一是物體之間具有物理接觸，其二是物體之間發(fā)生電荷轉移[1]。

1.2 靜電的危害

人們在生活中經(jīng)常能感受到靜電現(xiàn)象，例如冬天脫掉毛衣時會聽見放電的聲音，若在夜間還會有細小火光。對普通人來說，靜電帶來的是不舒適的感覺；但對石油化工行業(yè)尤其是加油站來說，將會帶來巨大的安全風險，對社會穩(wěn)定會造成極大的影響。

在加油站運營期間，靜電帶來的危害主要在于電擊形成的火花引起站內油品的燃燒與爆炸。國內外由于靜電引發(fā)火災的事故時有發(fā)生，日本平均每年因靜電引發(fā)火災約50起，西方歐美國家每年也發(fā)生大量靜電災害事故，我國六盤水市水城縣一加油站爆炸事故、成都市天回鎮(zhèn)104油庫爆炸事故等均造成大量人員傷亡及財產損失。

2 加油槍靜電特性研究

2.1 加油槍保護套現(xiàn)狀調查與分析

眾所周知，物體表面電阻率越小，聚合物抗靜電作用越好，反之越差。通過對我國西南地區(qū)多個不同環(huán)境條件下的加油站進行加油槍保護套材料的表面電阻率進行調查檢測，分析當前加油站內使用的加油槍材料是否滿足防靜電要求，形成調查檢測結果見表1。

由表1可知，所調查的加油站中，大部分加油站內使用的加油槍保護套表面電阻率超過1×1011Ω，根據(jù)《防止靜電事故通用導則》（GB 12158—2006）中的規(guī)定，在任何條件下，表面電阻率等于或大于1×1011Ω的固體屬于靜電非導體，不具備防靜電的功能[2]。

表1 加油槍保護套材料表面電阻率調查統(tǒng)計表

2.2 加油槍出口油品靜電分析

加油槍出口是人們在加油站最容易接觸到油品的部位，也是在加油過程油品靜電風險較大的部位，通過對加油槍出口油品靜電進行分析，可以判斷其是否存在的風險，并采取相應措施進行控制。

2.2.1 加油槍出口油品電荷密度調查分析

油品電荷密度是表征單位體積內油品帶電量的重要參數(shù)，能直觀體現(xiàn)油品的帶電情況[3]。采用現(xiàn)場調查測試的方式，對我國西南地區(qū)多個不同環(huán)境條件下的加油站進行測試調查，測試方法采用法拉第筒法，將油品注入法拉第筒內，通過測試其電荷量并計算出電荷密度，試驗示意如圖1所示，形成測試記錄成果見表2。

圖1 法拉第筒法油品靜電測試系統(tǒng)示意圖

由表2的調查測試結果可知，加油站在正常加油過程中，油品最大電荷密度為107.3μc/m3，此時聚集在加油槍出口處的油品電荷量非常大，對加油站、汽車以及相應人員均存在較大的安全風險，因此需要對加油槍出口處油品靜電進行控制。

表2 加油槍出口油品電荷密度調查統(tǒng)計表

2.2.2 油品流速與電荷密度關系研究

油品在流動過程中，油品分子之間、油品與其他物質之間的摩擦會產生靜電，同時隨著摩擦的加劇而增大，即油品流速越快靜電越大。通過對加油槍出油口的油品流速進行監(jiān)測，并對不同流速下油品的帶電量運用法拉第筒法進行檢測，試驗結果如圖2所示。

由圖2可知，同一環(huán)境下，油品內的電荷密度隨著油品流速的增加呈現(xiàn)出先緩后快的上升趨勢，結合《汽車加油加氣加氫站技術標準》（GB 50156—2021）中的規(guī)定[4]，加油站運營過程中可將加油槍出油流速上限值設為50 L/min。

圖2 不同油品流速下電荷密度變化圖

3 油罐車卸油靜電特性研究

3.1 油罐車卸油前靜置時間研究

為直觀地反映油罐車靜置時間內的靜電危險性，通常采用罐車內油品的油面電位進行判斷，油面電位是指油罐車內油面和地面的電位差。根據(jù)《輕質油品裝油安全油面電位值》（GB 6951—1986）規(guī)定，罐車卸油前的油面電位值上限為12000 V。

對油品的油面電位檢測采用EST202油面電位測量系統(tǒng)，應當在油罐車離開油庫前將測量系統(tǒng)安裝完畢，試驗人員隨車進行測試，記錄油罐車行駛過程及停放后的油面電位數(shù)值最大值。測量系統(tǒng)安裝示意如圖3所示，測試結果見表3。

圖3 油面電位測量系統(tǒng)安裝示意圖

由表3可知，測試結果中油面電位最大值為450 V，遠低于標準規(guī)定的安全油面電位限值，說明油品在行駛及停放過程中，靜電產生放電現(xiàn)象的概率較低。為研究罐車停車后油面電位變化規(guī)律，選取停車后260 V這一組進一步分析，得到油面電位隨時間變化曲線如圖4所示。

表3 油罐車行駛中及停車后的油面電位測量記錄

通過圖4的變化曲線可以看出，油罐車停車后，罐內油品的油面電位經(jīng)歷短時間波動變化后，逐漸下降并保持穩(wěn)定，因此，油罐車應當在油面電位處于穩(wěn)定狀態(tài)時進行卸油作業(yè)。由此可知，油罐車卸油前的靜置時間應當是從停車后到油面電位趨于穩(wěn)定的時間，由測試結果可知，這段時間約為3 min～4 min。

圖4 停車后油面電位隨時間變化曲線

3.2 卸油過程油品靜電特性研究

3.2.1 油罐車對地電阻檢測

一般情況下，油罐車輪胎材質為橡膠，屬于絕緣體，而罐體是金屬，將導致罐體的對地電阻較大。根據(jù)《汽車導靜電橡膠拖地帶》（JT/T 230—2021）的要求，危險貨物運輸車輛必須設置導靜電橡膠拖地帶[5]，通過調查統(tǒng)計與檢測油罐車對地電阻，分析油罐車是否具有靜電風險，調查檢測結果見表4。

表4 油罐車對地電阻調查檢測統(tǒng)計表

根據(jù)《防止靜電事故通用導則》（GB 12158—2006）規(guī)定，罐車對地電阻應小于1×106Ω。由表4檢測結果可以看出，油罐車對地電阻均小于規(guī)定值，說明只要按規(guī)定配備導靜電橡膠拖地帶，油罐車未經(jīng)歷劇烈顛簸，其自身帶來的油品靜電風險較低。

3.2.2 不同卸油高度油品電荷密度對比分析

加油站新油進場后，在進行卸油作業(yè)時，油品下落高度過高，將會對儲油罐中的原油產生較大沖擊，增大靜電產生的概率，通過對卸油方式進行分析，通過控制卸油的方式減少靜電。

選取不同余量的儲油罐分別測定其卸油時油品的電荷密度變化，儲油罐余量分組示意如圖5所示，電荷密度變化曲線如圖6所示。

圖5 儲油罐余量分組示意圖

圖6 卸油過程中罐內油品電荷密度變化曲線

由圖6檢測數(shù)據(jù)可知，不同高度卸油時，油品電荷密度變化規(guī)律基本一致，都呈現(xiàn)出卸油開始后油品內的電荷密度快速增加，卸油開始約10 min后趨于穩(wěn)定，卸油結束后約15 min電荷密度持續(xù)減少最后保持穩(wěn)定。當儲油罐內原有油品越少（即卸油時高度越高），油品內電荷密度變化幅度越大，由此可知，在加油站日常運營中，應當根據(jù)儲油罐剩余油量及經(jīng)營要求，合理選擇時間進行新油的補充。

4 結論

通過對我國西南地區(qū)多個加油站調查及運營過程中的靜電風險分析研究，得出以下4個結論：1）大部分加油站內使用的加油槍保護套表面電阻率超過1×1011Ω，屬于靜電非導體，不具備防靜電的功能，靜電電荷無法從加油槍有效釋放，應當選用符合規(guī)定的防靜電材料，其表面電阻率應小于1×1011Ω。2）在正常加油過程中，加油槍出口油品最大電荷密度為107.3μc/m3，此時在加油槍出口處聚集了大量的靜電，存在較大的安全風險。而油品內的電荷密度具有隨著油品流速的增加呈現(xiàn)出先緩后快的上升趨勢，通過控制油品流速可達到控制電荷量的目的，結合檢測數(shù)據(jù)結果，加油槍出油流速上限值設為50L/min可滿足規(guī)范要求，保障運營安全。3）規(guī)范對罐車卸油前的安全油面電位值上限為12000 V，測試結果中油面電位最大值為450 V，說明油品在行駛及停放過程中，靜電產生放電現(xiàn)象的概率較低。同時，油罐車停車后，罐內油品的油面電位經(jīng)歷短時間波動變化后逐漸下降并保持穩(wěn)定，變化及下降時間約為3min～4min，由此得出，基于檢測誤差及安全考慮，罐車卸油前靜置時間至少為5 min。4）油罐車按規(guī)定配備導靜電橡膠拖地帶，同時運輸過程中未經(jīng)歷劇烈顛簸，此時罐車的對地電阻均小于1×106Ω，其自身帶來的油品靜電風險較低。5）不同高度卸油時，油品的電荷密度變化都呈現(xiàn)出卸油開始后快速增加，然后暫時保持穩(wěn)定至卸油完成，然后持續(xù)下降直至最終保持穩(wěn)定這一相同的變化規(guī)律，當儲油罐內原有油品越少（即卸油時高度越高），油品內電荷密度變化幅度越大，由此可知，在加油站日常運營中，應當根據(jù)儲油罐剩余油量及經(jīng)營要求，合理選擇時間進行新油的補充。