石油產品是烴類化合物,屬于高絕緣物質。在成品油儲運過程中,不論是接卸、調合、貯存,還是輸轉、泵裝、運輸,每一個環節油品都始終處于流動、磨擦的狀態中,因此,靜電從開始到結束都是客觀存在的。當靜電聚積到一定程度時就會發生火花放電,如果在放電空間內恰好存在著易燃、易爆氣體,這時候就有著火爆炸的可能。一個靜電火花就有可能會使一座油罐,一個裝車臺,一輛油罐車或一條油輪,瞬間發生著火爆炸,因此,認清靜電產生的機理、原因和防范措施,以便正確操作設備和消除靜電,對安全生產就變得十分有利。
油品雙電層原理
鋼管輸送油品時,管道內表面吸附油品,構成了固定層,從微觀分析是固相正極電荷吸引著液相負離子,使它牢固地排列在固體附件,形成了固定層和擴散層,又稱為雙電層。固液兩相界面的雙電層形成的是一個復雜的物理化學過程,直接原因是正負離子轉移、電化學反應的結果。當低電阻率的石油產品在管道內流動時產生靜電荷,管壁外側多余負電荷導入大地,正電荷流向前方油罐,油罐里就聚積了正電荷使電壓升高。
靜電產生與物質的導電性能有關,用電阻率ρ(Ω•m)表示,ρ值小,導電性能好。ρ<108Ω•m時為靜電導電體,表示靜電可以瞬間消失不會引起危害。ρ>109Ω•m以上稱靜電非導體。表1為油品電阻率值,輕質油品輸送時會帶靜電。
表1油品電阻率
油品名稱 |
電阻率Ω·m |
汽油 |
5.0 x 109 |
煤油 |
2.3 x 109 |
柴油 |
1.0 x 109 |
重油 |
9.1 x 106 |
油品儲運中的靜電
(1)管道流動產生靜電是油庫最常見的現象,見圖1-2。油品在高流速下同管壁摩擦產生的靜電荷流入油罐,管線中流動電流約10-6A,該值雖小,由于油罐電容也小,往往容易形成幾千至幾萬伏的油面電位。如管道流速1.7 m/s時,靜電壓500V,2.6m/s時達2300V。若油面上部氣體空間存在著濃度適宜的爆炸性氣體,一旦靜電點火,立刻會產生油罐爆炸、燃燒。
(2)成品油油庫在油品儲運過程中,成品油通過泵加壓和過濾器后油品電荷都會上升,而且會達到儲運過程中的最大值。
(3)成品油油庫在裝罐車時,罐車裝油鶴管頭沒有插入油面,造成噴濺灌裝,使管口周圍油面聚集較多電荷,當電位梯度增大時,容易放電。
(4)油水沉降分離會產生靜電,水和油都含有雜質,會離解成帶電離子,于是油水界面形成雙電層,水滴下沉分離時帶下去負電荷,剩下正電荷留在油面上,導致油面正電荷增多。
(5)油輪靜電主要因素: a.油輪搖晃起電 b.裝船時靜電 c. 洗倉起靜電。
(6)人體靜電。
(7)外界侵入的雜散電流,如石油庫專用線與電氣化鐵路接軌時,在石油專業線上應設置兩組絕緣軌縫防止電流進入石油庫裝卸作業區。
靜電的危害性
靜電的產生、積聚及放電是客觀規律,它主要的危害是高電位靜電放電,引起可燃氣體爆炸燃燒,發展成重大火災。
(一)、靜電火災基本條件
1. 具備產生靜電、積聚電荷達到放電條件。
2. 靜電放電能達到爆炸混合物的最小引燃能量。對于一般油氣混合物最小引燃能量為0.2mJ。
3. 靜電火花周圍具有爆炸燃燒性混合物存在,其空間濃度必須處于爆炸區間之內。
油罐裝油過程中,電荷積聚,罐壁產生感應電荷,當電荷場強超過油罐內氣體耐壓強度時氣體被擊穿放電。空氣擊穿電壓3MV/M,油蒸汽耐壓500KV/M。
(二)、靜電的放電能量
帶電體之間放電取決于電荷積累和介質耐壓能力,同時還和一定量比例的可燃氣體濃度有關。一定量比例的可燃氣體混合物引燃時所需的最低能量叫做最小放電能量。例如,1L空氣中含汽油或煤油蒸汽100-150 mg時最小點火能量0.2 mJ,于是定義汽油或煤油的最小放電能量為0.2 mJ。按電學公式計算 :W=1/2 CU2=1/2 QU,
Q=CU式中 W—兩帶電體的放電能量,J; Q—帶電體的帶電量,C;C—兩帶電之間電容,F; U—兩帶電之間電位差,V;
試驗表明靜電打火有3種形式;即電暈放電、刷形放電和火花放電。電暈放電能量很小,為0.003~0.012 mJ;刷形放電不穩定,能量偏小,放電時間長;火花放電能量大,容易超過最小放電能量。例如在罐頂油品工人穿絕緣鞋,脫易帶靜電的服裝時人與罐頂電容1x10-10F,脫衣摩擦靜電約3000V左右。放電能量:W=1/2 CU=0.5×1×10-10×(3000)2=0.45 mJ,超過最小放電能量,所以油品工人在罐頂脫衣是危險動作,應該避免。
防止靜電的措施
消除靜電危害的直接措施是控制靜電的產生和積累。控制靜電火災爆炸的條件是預防事故的間接措施。
1.控制管道內流速。油品在管道中流動產生靜電荷密度與流速平方成正比,所以控制流速是減少靜電荷最有效辦法之一。我國對輕油灌裝速度限制在4.5 m/ s,暴露大氣灌裝油品速度限制1 m/ s。
2.控制加油方式。實踐證明液下進油好處很多,它不但減少了噴濺、霧化產生靜電和油品蒸發損耗,又能使電荷均布油面,讓電荷下降。
3. 作好接地。即系統接地,接地是消除靜電危害最基本的辦法。
4.添加抗靜電添加劑。這樣油品電導率幾十倍、幾百倍增加,靜電荷無法滯留、積聚。它加速靜電泄露,從而消除了靜電危害。
5. 充惰性氣防靜電災害。
6.成品油庫關鍵部位設置消除人體靜電裝置。如泵房門外,上罐扶梯入口處,碼頭上下船的出入口處。
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