第一節靜電的產生
油料在儲運過程中,要發生流動、噴射、過濾、衝擠、灌注和劇烈晃動等一系列接觸、分離現象,這就使油料在儲運過程中產生靜電。當靜電聚集到一定程度時,就可能因火花放電而發生火災和**事故。
一、靜電產生的基本原理
所有物質的帶電都可以用雙電層理論進行解釋。石油產品在管道內流動時,油料因流動、噴射、沉降、過濾、衝擊等產生的靜電也不例外。所謂雙電層理論,是指當兩種不同屬性的物體相接處時,由於不同物質的原子得失電子的能力不同,不同原子、原子團或分子外層電子層處的能級不同,在接觸面處各自的電荷將發生新的排序,並發生電子轉移,使介面兩側出現大小相等、極性相反的兩層點子,同時在接觸面形成電位差。
二、油料在儲運中的帶電形式
油料在儲運過程中的帶電形式多種多樣,但歸納起來有以下四種,即流動帶電、噴射帶電、衝擊帶電和沉降帶電。
(一)流動帶電
流動帶電是油料儲運中的常見帶電形式。如油料在管道內流動時,連續發生接觸與分離的現象而使被輸送的油料帶電。
若金屬管線節地,則管線上除去介面雙電層所束縛的負電荷外,管壁外側多餘的負電荷被匯入大地,同時,正電荷隨著油料的流動移向前方。
(二)噴射帶電
當帶有壓力的油料從噴嘴或管口以束狀噴出後,這種束狀的油料便於空氣連續發生接觸與分離現象,使油料帶電。
(三)衝擊帶電
油料從管道上噴出後,油料與壁或板不斷地發生接觸和分離現象,與壁板分離後的油料向上飛濺,形成許多帶電的油滴,並在其間形成電荷雲。
(四)沉降帶電
油料由於不同程度的含有雜質,如固體顆粒雜質或水分等,這些顆粒雜質聚集成的大水滴向下沉降也會發生靜電帶電現象。
三、影響油料帶電的因素
(一)油料電導率對帶電的影響
油料電導率過高或過低都不會帶上較多靜電荷,電導率在10-12~10-11s/m範圍內的油料最易產生靜電危險。我國的輕質油品大多在這個範圍。
(二)水分對油料帶電的影響
在高電阻率的油料中混入水分,不論是在輸送的管線中,還是在儲油罐中都會增加帶點危險。一般認為水不會直接與油料作用增加靜電,而是通過油料內所含雜質的作用起間接的影響。當混入的水分雜1%~15%時,極易產生靜電事故。
(三)管線材質對油料帶電的影響
管線材質對油料帶電的影響,主要是管線電阻率的差別對靜電消散的影響。
(四)流動狀態對帶電的影響
流動狀態的改變會使流動電流發生比較顯著的變化,一方面是由於本身熱運動和碰撞可能產生的新的空間電荷。另一方面是因速度梯度的變化,使擴散層電荷趨向管中心,從而使整個管線的電荷密度比層流時提高。
(五)管線與流速對油料帶電的影響
油料在管線中流動,流速和管徑對油料靜電的產生有一定的影響。
(六)過濾器對油料帶電的影響
實驗表明,管線裝有過濾器比沒有裝所產生的靜電高出10-100倍,過濾器是比幫浦和管線更大的靜電源。
第二節靜電的積聚與放電
一、靜電積聚
1、由於油料本身存在著電阻和對地電容,所以靜電荷的積聚是必然的。儘管油罐、油罐車等金屬裝置都具有良好的接地,也不能完全避免油料內電荷的積聚。接地只是在積聚的電荷與大地間形成通路,以便點和緩慢卸掉。
2、容器內油料中的電荷積聚量或油麵的電位都不是無限上公升的。隨著裝油時間的延長,其電量和電位趨於穩定值,即飽和值。
3、罐內電荷積聚的多少主要由兩個因素決定:一是單位時間內注入的電荷量,二是油料本身的電阻率、介電常數等物理引數。當然,罐體結構也是乙個影響因素。
二、靜電洩漏
油料中的靜電荷隨著油料的注入而增加,當油罐停止注油後,若不考慮由於油料中雜質的沉降所引起的帶電,則罐內的靜電荷量由於存在洩漏而逐漸減少。
要防止油料靜電的積聚,可從以下幾個方面採取措施:
1、延長電荷卸放時間。
2、加速油料靜電荷的洩漏。
3、減少油料靜電荷的產生。
三、靜電放電
在裝卸油料過程中,油料因流動、噴射、衝擊和沉降而帶電,這些帶電油料不斷地流入罐內,而使罐內油料的電荷積聚,產生一定的電場強度和電位。當油料的靜電與罐壁的感應電荷所產生的電場不足以引起放電時,油料的部分電荷僅通過罐壁洩漏;當其產生的場強超過罐內氣體所能承受的場強時,氣體則被擊穿而放電。
靜電放電通常是一種電位較高、能量較小,處於常溫常壓下的氣體擊穿。按放電形式的不同,主要有電暈放電、刷形放電和火花放電3種形式。
(一)、電暈放電
一般發生在電極相距較遠,帶電體與節電體表面有突出部分或稜角的地方,如罐壁的突出物、鶴管等。因突出物或稜角處的曲率半徑較小,其尖端積聚了很大的電荷,因此這些地方的電場強度較大,能將混合氣體區域性電離,並出現微弱的輝光和嘶嘶聲。此種形式的放電能量小而分散,一般放電能量為0.
03~0.012mj,不能點燃輕油混合氣體(可燃氣體點燃的最小放電能量為0.25 mj)。
因此,危險性小,引起災害的機率較小。
(二)、刷形放電
一般發生在油面相對於平板或球形電極之間,其特點是兩極間因氣體擊穿而形成放電通路,其擊穿通路在金屬端較集中,其後分出許多分叉,散落在油面上。因此,此種放電不集中在某一點上,而是分布在一定的空氣範圍內。該放電在單位空間內釋放的能量較小,但具有一定的危險性,比電暈放電引起災害的機率高。
(三)火花放電
是兩電極間的氣體被擊穿而形成放電通路,但該通路沒有分叉,其放電在電極上有明顯的集中點,放電時伴有短爆裂聲,在瞬間內能量及中釋放,因而危險性最大。當兩極均為導體且相距又較近時,往往發生火花放電。如油罐內供測量用的金屬浮子在接地線斷掉時;落入罐內而又漂浮在油面上的金屬浮子,繫在絕緣繩上的金屬測量取樣器等均可能引**花放電。
在加油站中,由靜電引起的事故必須具備的條件:1、必須有產生靜電的條件,包括感應電流;2、必須具備靜電積聚的條件;3、積聚的靜電必須能產生火花放電;4、在放電的火花間隙中必須有一定濃度的油氣與空氣的混合氣體。
四、靜電事故主要原因(石油產品)
加油速度過快
油中含水作業
油罐取樣、檢尺、測溫作業
頂部噴濺式注油
過濾器材質(濾芯)起電過高
使用塑料桶裝油
油罐不接地
使用絕緣管裝油
油罐內有孤立導體、金屬突出物
五、人體靜電放電等清除靜電危害的基本途徑
(一)減少靜電電荷的產生
靜電是油料在儲運過程中,因流動、噴射、過濾、衝擊和劇烈晃動等一系列接觸、分離而產生的。減少靜電產生的措施通常有:採用淹沒流加註油料、減少管路上的彎頭和閥門、防止油料中混入水分、控制管內流速、選擇合理的注油頭。
(二)加速靜電的洩放
靜電的產生是不可避免的,但如果不把產生的靜電即使洩放,便會在油料內積聚。當積聚到一定程度,就會產生火花放電,點燃**性混合氣體,造成靜電危害。因此,必須加速靜電的洩放。
措施有:對管路和裝置進行接地與跨接、在管路上安裝緩和器和消靜電器、在油料中加入抗靜電新增劑等。
(三)降低**危險場所**性混合氣體的濃度
用機械通風來實現
4、排除可能引燃**性混合氣體的火花
火花是引燃**性混合氣體的火源。油庫中可能產生的火花有靜電放電產生的火花、金屬碰撞產生的火花、穿脫化纖內衣產生的火花等。在油庫工作中,必須採取措施,防止各類火花的產生。
六、防止油品靜電危害的措施
◆接地:
由於油品儲運過程中,管道、過濾器、油罐等都會產生靜電,因此,管道、過濾器、油罐等必須接地。
◆注油管口延伸到底部,預防噴濺產生靜電預防油面對注油口的放電。
◆裝油鶴管應採用防靜電專用膠管,並伸至油罐底部。
◆控制流速
◆油品中含水量在1%至5%範圍時,進罐流速不得超過1m/s。
油罐:在注入口未浸沒前,初始流速不應大於1m/s,當注入口浸沒200mm後,可逐步提高流速,但最大流速不應超過7m/s。
◆火車與汽車槽車:鶴管埋沒前流速≤1m/s,鶴管埋沒後流速:v d<0.5 (汽車) v d<0.8(火車
◆使用防靜電新增劑
◆靜置時間
◆汽車、鐵路罐車不得少於10分鐘;
◆ 50m3及以下油罐不得少於15分鐘;
◆ 50-5000m3油罐不得少於20分鐘;
◆ 5000m3以上油罐不得少於30分鐘;
◆微孔(30μm以下)過濾器距出油口的距離,應留有30s的靜電消散時間(一般管線長度應在100m以上)。
◆採用液體靜電消除器
◆油罐中不能有孤立導體存在及尖端突出物
◆人體靜電消除器
◆取樣、測溫繩必須是防靜電繩,且接地良好。
七、接地與跨接
靜電接地是指將裝置、容器及管線通過金屬導線和接地體與大地連通而形成等電位。跨接是指將金屬裝置以及各管線之間用金屬導線相聯接。接地與跨接的目的一是人為的使裝置與大地形成等電體,避免因靜電電位差造成火花而引起災害。
二是當有雜散電流時,給它乙個良好的通路,以防止在斷路處發生火花而造成事故。規範中一般規定防靜電接地裝置的接地電阻不大於100歐姆。
(一)減少靜電的產生
由於油品與管壁摩擦易產生靜電,流速越快,產生的靜電越多,因此對油品的流速加以控制,使其在安全流速範圍內,流速不應超過4.5公尺/秒,如用幫浦加壓輸油。當向空油罐注油時,在油麵浸沒出油管口之前流速控制在1公尺/秒以內,油麵浸沒出油管口後在逐漸提高流速。
對於鐵路油罐車灌裝時,油品在鶴管內的允許流速不大於(0.8/d)0.5;對於汽車油罐車,灌裝時油品在鶴管內的允許流速不大於(0.
5/d)0.5。
為減少靜電的產生,必須防止噴濺式注油。加油站用油罐車向油罐卸油時,應盡量採用從油罐底部進油的方式,出油管口的坡口向上。當必須從油罐頂部注油時,也應把出油管口延伸到罐的底部。
在出油管口還應設導流管,避免油品注入時衝擊管壁和罐底。
在向油罐注油時還應防止空氣、水、雜質等物混入,因為混入上述物質後,與油品相互摩擦或沉降也會加劇靜電的產生。最有效的防止辦法是密閉式注油,即用快速接頭連線罐車的卸油口和油罐的進油口。密閉式卸油還可避免從油罐口、管口溢位大量的油蒸氣。
減少靜電產生的措施主要有:採用淹沒流加註油品、減少管路上的彎頭和閥門、防止油品中混入水分、控制管內流速、選擇合理的注油頭等。
1、加速靜電流散,防止靜電積聚
加速靜電流散,防止靜電積聚,其目的是把帶電體的電荷降到最低限度,不使其能形成引起靜電放電的電位和場強。達到上述目的,在加油站中最常見、最簡單的辦法是接地和跨接。接地是指把金屬導體與大地連線,使被接地裝置與大地等電位。
帶電的導體接地後其電荷會迅速匯入地下。帶電的油品,由於電阻率較高,帶電後雖不能靠容器接地迅速導走,但容器接地後也能緩慢地向大地洩漏。跨接是把不連通的兩導體用導線連線起來,使之構成導電的通路。
兩帶電導體跨接後,將使其電位相等,消除電位差,避免形成靜電放電的火花間隙。跨接和接地在許多部位都是同時進行的。
在油庫、加油站,油罐、輸油管路、油幫浦、加油機等油品的儲存、輸轉、發售裝置,工作時會帶靜電的,因此必須接地,以防靜電積聚。另外還有其它方法,如向油品中加入抗靜電新增劑,降低油品的電阻率,有利於靜電的流散;設定各種靜電消除器,降低油品的靜電電位。
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