油库静电放电（ESD）的危害与安全预防

■ 臧俊玮

0 引 言

一般意义上所说的静电，是指静电荷或静电场。所谓静电荷，是指相对于观察者而言静止的电荷或带电体。无论是静电荷或带电体，都会在空间激发出静电场。静电场是静电荷或带电体的物理本质。因为其对外表现是通过静电场来实现的。静电场是一种物质存在，有能量，有动量，对其中的其他带电体施加力的作用。

静电放电（Electro-Static discharge, 简写为ESD）则是另外不同的物理概念或物理过程。因为伴随着静电放电，往往有电量的转移、电流的产生和电磁场辐射。

随着工业化程度的发展，高分子物质的不断研究和利用，多种运输设备及被输送的运动速度大大增加。绝缘电阻高的物质，在高速运转中，由于摩擦产生了非常多的电荷，在有易燃易爆混合物气体存在的工作环境中，由于静电火花放电，会给安全生产带来了严重的危害。由于静电事故的日益增多，人们对静电现象、静电的运用以及静电的危害有了深刻的认识。

油库是储存、运输、中转石油产品的基地，所储存的汽、煤、柴等油品，属于易燃液体或可燃液体。对于这类物质，当环境温度升高时，它们所挥发出来的蒸气与空气混合就形成了爆炸性混合物。此时一旦有点火源出现，就可能发生火灾和爆炸。作为点火源的一种——静电放电产生的火花为爆炸和火灾危害埋下了潜在的因素。因此，研究液体、介质静电的起电机理, 掌握静电积聚、导除，以及预防措施等，对油库的安全是十分重要和必要的。

1 油品静电的产生

油品的静电是由于油在装卸或运输的过程中，油与管线或盛装容器的内壁发生摩擦，接触面产生电子转移，由此形成了静电。在静电的产生过程中影响因素如下：

1）物体的种类。接触分离的两物质的种类及组合不同，会影响静电产生的大小和极性。

2）物体的电阻率。物体上产生了静电，能否积聚起来主要取决于电阻率。静电导体难以积聚静电，而静电非导体在其上能积聚足够的静电而引起各种静电现象，静电亚导体介于其中。一般汽油、苯、乙醚等物质的电阻率在1010～1013Ω·m之间，它们容易积聚静电。金属的电阻率很小，电子运动快，所以两种金属分离后，显不出静电。

3）物质的介电常数。接触分离的两物质的种类及组合不同，会影响静电产生的大小和极性。

4）杂质的影响。任何油品都不同程度地含有各种杂质，有的杂质是自然存在的，有的是加工时加入的，也有的是在贮运过程中难免混入的。杂质的存在，不仅影响带电程度，还影响到带电极性。

5）接触面积、接触压力。接触面积关系到静电产生的范围，所以油品与金属管道及油罐接触面积越大，静电产生就越大，接触压力越大，静电产生就越大。

6）分离速度。油品中的水分在油品中的沉降分离的速度越快，产生的静电越大。

7）环境的温度。油品温度的不同直接影响表面电阻率及电场的分布。如果具备了足够的泄漏消散条件，即使静电电荷产生了也是积累不起来的，当静电电荷的产生速度高于静电荷的泄漏速度时，便形成同性电荷的静电积聚。油库油品属低电导率，汽油的电阻率为2.5 × 1013Ω·m，煤油、柴油的电阻率均为7.3 ×1014Ω·m，都比较容易产生和积聚静电。

2 静电的积聚

油品在装卸过程中产生静电，流入油罐的带电油品越多，带电量就越大。（静电荷通过接地等途径也在泄漏）。静电荷的积累与许多因素有关，其主要因素决定于油品本身的导电系数和大气湿度。油品的导电系数越大，静电荷消散越快，越不容易积聚；油品越净化（即所含杂质越少），导电系数就越小。轻质油品导电系数都很小，其中喷气燃料的导电系数比其他油品更小，因而也较容易造成静电积聚。大气湿度对油品静电积聚也有重要影响，由于空气中的水分能导走静电，因此大气湿度越大，油品静电消散就越快。

3 静电的放电及引燃条件

静电并不可怕，可怕的是静电的放电和引燃。静电放电是带电体周围的场强超过周围介质的绝缘击穿场强时，因介质电离而使带电体上的电荷部分或全部消失的现象。静电能量变为热量、声音、光、电磁波等而消耗，这种放电能量较大时，就会成为火灾、爆炸的点火源。

2002年3月7日，江苏南通一化工厂内，一辆罐车正在灌装甲乙酮，当罐装至12 s时即发生了爆炸。经过专家进行的事故检查发现：由于押运员将汽车静电接地线挂在了生锈螺栓上，导致静电不能及时导除，同时驾驶员擅自将阀门全部打开，导致静电大量积聚，导致槽车罐口与导电胶管之间发生火花放电而引起爆炸。

3.1 静电放电类型

根据现代静电放电理论可知，放电形式大体可分为电晕放电、刷形放电、火花放电、传播型刷形放电、粉堆放电、雷状放电、电场辐射放电等7种。现就常见的电晕放电、刷形放电、火花放电进行分析。

1）电晕放电。是在不均匀电场强度很高的部分发生局部电离的放电。电晕放电有时有声光，气体介质在物体尖端附近局部电离，并不形成放电通道。带电体有针状突出部分，两电极相距较远时常常发生电晕放电。对于两极间的静电放电，只有当某一电极或两个电极本身的尺寸比起极间距离小得多时才会出现电晕放电。另外，处在空气中的带电体及接地表面上有突起或楞角部分，当其带电体的电位足够高时也会产生电晕放电。这种放电有时又称尖端放电。

2）刷形放电。往往发生在导体与带电绝缘体之间。带电绝缘体可以是固体、气体或低电导率液体。产生刷型放电时形成的放电通道在导体一端集中在某一点上，而在绝缘体一端有较多分叉，分布在一定空间范围内。当绝缘体相对于导体电位的极性不同时，其形成的刷型放电所释放的能量和在绝缘体上产生的放电区域及形状是不一样的。当绝缘体相对导体是正电位时，在绝缘体上产生的放电区域为均匀的圆状，放电面积较小，释放的能量也较少。而当绝缘体相对于导体是负电位时，在绝缘体上的放电区域是不规则的星状区域，面积比较大，释放的能量也较多。另外，刷型放电还与参与放电的导体的线度及绝缘体的表面积的大小有关。在一定范围内，导体线度越大，绝缘体的带电面积越大，刷型放电释放的能量也越大。

3）火花放电。是由于分隔两电极的空气或其它电介质材料突然被击穿，使电流急剧上升，电压急剧下降，引起的放电。放电时有声光，放电通道一般不形成分叉，电极上有明显放电集中点，释放能量比较集中，引燃能力很强，主要发生在相距较近外形较光滑的带电金属间。

火花放电是产生工业静电危害的主要放电形式之一。 当静电电位比较高的带电导体或人体，靠近其它导体、人体或接地导体时，便会引发静电火花放电。火花放电是一个瞬变的过程。放电时两导体间的空气被击穿，形成“快如闪电”的火花通道。与此同时，还伴随着劈啪的爆裂声。爆裂声是由火花通道内空气温度的急剧上升形成的冲击波造成的。在发生火花放电时，静电能量瞬时集中释放，其引燃、引爆能力较强。

一般来说，电晕放电能量较小，危险性小；刷形放电也能引燃，有一定危险性；而火花放电能量较大，危险性最大。

3.2 静电放电着火的条件

油库储油罐内壁凸出部位、焊疤、焊接施工留存物、油面漂浮金属物、悬空导体（测量盒、取样器、量油尺等）以及输油管口与容器均可发生静电火花放电。静电放电是否能把可燃气或易燃液体蒸气引燃，取决于2个主要条件：

1）放电能量是否大于该气体的最小引燃能量。点燃油蒸气的最小点燃能量约为0.25 mJ（雪花从空中飘落时，与空气摩擦产生的静电能量可达0.25 mJ以上），静电放电能量一般都超过最小点燃能量。

2）可燃气体或蒸气的体积浓度是否在爆炸范围以内。即使有足够的放电能量，如果可燃气体的体积浓度不在爆炸范围内，也不能发生爆炸或燃烧。不同的油品有不同的爆炸着火浓度和不同的爆炸着火温度。当油温低于爆炸着火温度下限时，蒸发缓慢，混合气体中油蒸气的体积浓度低于爆炸着火浓度下限；当油温高于爆炸着火温度上限时，蒸发快，混合气体中油蒸气的体积浓度高于爆炸着火体积浓度上限，这2种情况均不能发生静电爆炸着火。

4 油库静电事故的预防

4.1 控制油品装卸作业中的静电产生

在现场实际装卸操作中，发现在如下几个接触部位容易产生静电：

① 液面与罐壁；

② 液面与鹤管；

③ 液面绝缘导体与罐壁；

④ 接地不良罐车与鹤管、导电胶管、人体；

⑤ 未接地的胶管夹、油枪与接地体；

⑥ 采样器、检尺器具、人体与接地体；

⑦ 非导体器材与接地体、人体。

1）控制输送油品的流速。油品流动静电的产生量与流速、管径成正比，要控制油品流动产生的静电量，就必须控制油品的流速。

2）跨接接地。装车前一定要把接地线接到油槽车上，鹤管首尾端均需良好接地，各活接套筒之间要接触良好。

3）采用液下装油。将鹤管或胶管插人距底部100 ～ 200 mm处，当油面没有漫过管口前，采取低流速操作，流速不大于l t/h，当油面高出管口后，适当提高流速。

4）改变注油管口（鹤管头）的形状, 实验证明45 °切口型的管口较其它形状管口产生的油面电位低。

5）采用胶管输油或装油时，应有导静电措施。橡胶管或塑料管均属绝缘体，如用其输油或装油时，应使用耐油并压有导静电接地线的胶管，且可靠接地。如果采用没有导静电接地线的胶管，应在管外用导线连接并可靠接地。

6）装卸油结束后，不应马上测量或取样。根据油品静电泄漏规律，装卸油结束后其所带静电要静置一段时间，才能泄漏到安全范围。

4.2 油罐防静电措施

1）对于内浮顶油罐的上部有两根或多根紫铜导线，顺扶梯接到舱壁上。油品一般为高绝缘体，电导率很低，静电荷在油品中的泄漏很慢。当安装上金属浮顶之后，油品所带大量的静电荷就可以导至浮顶上，然后顺导线导走，避免了静电荷的大量积聚。

2）浮顶与罐壁之间的密封结构均用橡胶制品。为了使这项措施在防静电方面起到更好的效果，可以改用导静电橡胶制品，使浮顶的导静电通路不仅限于几根导线，而且可以通过环形密封橡胶将静电导走。

3）控制注油方式。采用底部注油方式，底部注油之所以油面电位较低，是由于下面几项原因：在局部范围内可避免因油柱集中下落形成较高的油面电荷密度；减少了喷溅、泡沫，从而减少了新电荷的产生；减少了油品的雾化及蒸发，从而避免低于闪点温度时的点燃；油面上部没有突出接地体，从而避免了局部电场的增高。

4）控制装油速度。曾对装柴油的油舱做过实验，开始流量较低时，静电起电并不明显。例如，流量为2 ～ 3 t/h时，0.5 h后测得静电电位刚刚升到870 V。若将流量提高到15 t/h，约经6 min静电电位从190 V上升到7 000 V。可见，控制液体流速，是减少静电产生的有效方法。因此在装油2 m以下高度时，流速应放慢至l t/h。

5）避免将任何油水混合物，以剧烈的搅拌状态装人油罐。

6）新建、大修油罐时，内壁不应遗留突出物，特别是焊瘤、焊疤、支架等，还应避免油品表面有漂浮物、杂物。

4.3 人体防静电

人体电位一般可达几千伏、上万伏，最高可达到6万V。人体ESD的瞬间功率可达几十瓦。可引起油品火灾、爆炸。所以操作工人在装卸油品前应先消除所带静电。

5 结 语

在油库爆炸危险场所工作的人员应穿着防静电服或棉布工作服与防静电鞋；爆炸危险场所应设人体排静电装置；爆炸危险场所不准梳头，穿、脱、拍打衣服等。在采取防静电措施的同时， 还应防止静电放电引燃条件——爆炸性气体的形成。如密闭储、输油；防止跑冒、滴、漏、加强爆炸危险场所的通风等。静电对油库安全是一大威胁，只要了解它，认识它，采取有效的防范措施，就能预防静电所带来的灾害。