油库静电的成因及预防措施

李晓鹏 王银锋 杨 博

〔军委后勤保障部建筑工程规划设计研究院 北京 100036〕

油库静电的成因及预防措施

李晓鹏 王银锋 杨 博

〔军委后勤保障部建筑工程规划设计研究院 北京 100036〕

介绍了油库油品静电的产生机理、分类、积聚与放电的条件及影响，分析了预防油库静电的重要性和清除静电放电条件中任一项的预防思路，从油库工艺和管理控制两方面说明了预防措施：控制装备流速、改进装油方式、做好静电接地与跨接、油罐内壁使用导静电涂料、在管道口安装静电消除器；避免不同物品相混、加强通风、做好油品静置、增加空气湿度、在油品中添加微量抗静电剂以及做好人体防静电等，尽量将静电危害降到最低。

石油库 静电 成因 分析 预防 措施

对国内炼油厂油罐火灾进行调查的结果显示，在全部油罐火灾中原油罐占40 %，汽油罐(包括轻污油罐)占32 %，柴油罐占3 %，重质油罐占20 %；在发生火灾的原因中，因明火引起占64 % ，静电引起占12 %，自燃起火占8 %，雷击引起占12 %，其它原因占4 %。表明静电火灾不容忽视。美国在对150次油罐火灾的调查中，原油罐占50 %，其它油品罐占50 %，大部分是因静电而引起。

油库是储存、收发、中转汽、煤、柴等油品的基地，而这类油品大都属于易燃或可燃液体。当环境温度高于其闪点时，它们所挥发的蒸气与空气混合就可以形成爆炸性混合物。如果有火源出现，就可能发生爆炸或火灾。静电火花是火源的一种。油品在储存、运输、装车、装罐、装船，以及在倒罐和油品调合的环境中，具备了液体静电起电及积聚的条件，加之这些操作不能达到密闭的条件，为爆炸和火灾危害埋下了隐患。因此，研究液体、介质静电的起电机理，掌握静电积聚与放电和引燃条件以及预防措施等，对油库的安全至关重要。

1 静电的产生

静电是在一定空间、容器或表面上存在的正负电荷的代数和。它与动电荷(即电流)的区别是静电处于相对静止的状态，可以长时间保持。

根据双电层理论，油品在储存、运输、输送、装卸等过程中，不可避免地会发生搅拌、沉降、过滤、摇晃、冲击、喷射、飞溅、发泡以及流动等接触、摩擦、分离的相对运动而产生静电[1]。

油品产生静电的类型按其状态可分为3种：①油品与固体物质之间的静电，如油品在管道中流动、搅拌器搅拌、固体颗粒在油品中沉降产生的静电；②油品与气体之间的静电，如油品从管道口或喷嘴喷出、气泡在油品中上升产生的静电；③油品与不相容液体之间的静电，如水滴在油品中的沉降、高压水冲洗储油罐产生的静电。

按机械运动形式分为6种：①流动带电。低电导率的轻质油品在管道中流动，油品与管道壁发生摩擦运动，使油品带有静电荷。②喷射带电。油品从管口或喷嘴高速喷出时，粒子和喷嘴之间存在迅速接触和分离过程，接触时界面处形成双电层，分离时粒子把双电层中的一层电荷带走，另一层电荷留在喷嘴上，结果使微粒和喷嘴上分别带上正电荷和负电荷。③油品冲击、飞溅带电。轻质油品从顶部孔口注入储罐、槽车内，油滴下落后对罐壁发生冲击，引起飞溅、气泡和雾滴而带电。④液体的沉降带电。由于油品含有固体颗粒和水分等杂质，这些颗粒或水滴向下沉降使油品带电。⑤人体带电。人体活动时，衣服与衣服、人体与衣服、鞋底与地面的摩擦而使人体带电。⑥感应带电。带电体与绝缘导体互相靠近而使绝缘导体带电[2]。

2 静电的积聚与放电

静电的多少不仅取决于静电的产生，还取决于静电的消散。当静电荷的产生速度高于静电荷的消散速度时，便形成同性电荷的积聚。由于油品本身存在着电阻和对地电容，因此静电荷积聚是必然的。

静电荷的积聚与许多因素有关，主要因素是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。

静电除流散外，还以放电的形式进行消散。当静电积聚到一定程度时会在空间放电，放电时电能转变为热能。静电放电形式有3种：电晕放电、刷形放电和火花放电。对于油库来说，储油罐内壁凸出部位、焊接施工留存物、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。火花放电能量大，引发静电危害的几率高，是油库静电火灾事故的主要着火源。

油库静电放电是否会引燃可燃气体，主要取决于两个条件：一是放电能量是否大于该气体的最小引燃能量(点燃油蒸气的最小放电能量约为0.25 MJ)，静电放电能量一般都超过最小放电能量；二是可燃气体的体积分数是否在爆炸范围内，如果不在爆炸范围内，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范围(见表1)[3]。

表1 油品爆炸极限

3 油库静电事故的预防

要避免静电引起的火灾爆炸事故，只要消除静电放电4个条件中的任何1个或几个就可以了。即防止或减少静电的产生；设法导走或中和产生的电荷，使它不能积聚；防止产生高电场，没有足够能量的静电放电；防止爆炸性混合气体的形成[4]。

油品内的杂质是其起电的重要因素，然而使油品达到高清洁度是困难的，也是不经济的。因此，防止石油静电灾害，不是完全消除静电电荷的产生，而是从工艺和油库管理上控制静电的有关指标，使其达不到危险程度，而避免发生事故。

3.1 工艺控制

(1)控制流速。油品静电的产生与管道材质、管径大小、油品成分及所含导电粒子的多少、管壁光滑程度、油品流速等多种因素有关。当其他条件固定时则主要取决于管内径和流速。油品利用管道输送时，流速与管径不可同时过大。按照《防止静电事故通用导则》(GB12158—2006)推荐的公式，流速与管径应满足式(1)的关系，输送管径与最大允许流速之间的对应关系如表2所示。

V2D≤0.64

(1)

式中：V—— 流速，m/ s；D——管径，m。

表2 输送管径与最大流速的关系

(2)改进装油方式。油罐、油罐车等从顶部喷溅装油时，油品必然冲击罐壁，搅动罐内液体，使容器内油品的静电量急剧增加。喷溅装油还增加了油品大呼吸损耗，加速油品蒸发、雾化和泡沫。因此要求油品储罐进液管应从罐体下部接入，若必须从上部接入，应延伸至距罐底200 mm处；油罐车进油时鹤管应伸到距槽罐底部距离不大于200 mm处。

(3)静电接地与跨接。金属储罐、泵房工艺设备、输油管线、鹤管等均应可靠地接地。地上或管沟敷设的输油和输气管道的始端、末端和分支处应设防静电接地装置，其接地电阻不大于30 Ω。卸车场地应设置罐车卸车时用的防静电接地装置和为卸油设施跨接的静电接地装置。

用于汽油和液化石油气罐车卸车时用的防静电接地装置是防止静电事故的重要措施。因此要求专为汽油和液化石油气罐车卸车跨接的静电接地仪，具有能检测接地线和接地装置是否完好、接地装置接地电阻值是否符合要求、跨接线是否连接牢固、静电消除通路是否已经形成等功能。

油罐测量孔应有接地端子，以供采样器、测温盒、导电绳子等接地。需接地的设备应与接地干线或接地体直接相连，不得彼此串联。接地电阻不大于100 Ω，容量大于50 m3的油罐接地点不应少于2处。油品的输油、输气管道的法兰接头、胶管两端、阀门等连接处应用金属线跨接，管路应每隔200～300 m设接地装置。

(4)油罐内壁使用导静电涂料。导静电涂料是一种具有传导电流和消除积累电荷能力的功能型涂料。携带静电荷的油品进入储罐后，易发生电荷积聚，从而引起电位升高，可能因放电击穿油气而发生事故。中国石化总公司于1991年明确规定对油罐内壁使用防静电防腐涂料。GB6950—2001《轻质油品安全静止电导率》系强制性国家法规，已于2001年9月15日颁布，并于2002年6月1日起实施，确定储罐导静电涂料的表面电阻率为108～1011Ω[5]。

(5)其它方法。当不能以控制流速等方法减少静电荷积聚时, 为减少石油产品的静电, 可在靠近管道出口处加设管道油品静电消除器。实验表明, 安装静电消除器后的出口电荷面密度和流动电流均大为降低。由于油品通过精细过滤器时会产生大量电荷，因此通常规定, 从过滤器出口到贮存器之间, 应留有不少于30 s的缓和时间。

3.2 油库管理控制

(1)避免不同性质的物品相混。油品与水、空气及不同性质的油品相混，静电产生量将增大。不同油品相混也容易引起静电危险，油品相混一般出现在混合、切换或两条管道同时向油罐输送不同油品的时候。

(2)加强通风或采用通风装置及时排除可燃性混合气体，使其浓度不处于着火爆炸范围内，以防止静电火灾爆炸事故。对于储油罐，可采用充入惰性气体的方法来防止可燃性混合气的形成。另外，应尽可能采用浮顶罐、内浮顶罐来消除储油罐浮盘以下的油气空间。

(3)油品静置，正确选用检测工具。为了避开油面最大静电电位，防止静电事故的发生，对刚进油和运输后的容器进行检测作业时，油品需静置一段时间，以保证容器内静电荷的泄漏。油品静置时间按照油品电导率和容器容积确定，见表3。

表3 油品静置时间

在油罐及容器的静置时间内，严禁检尺、测温、采样等作业。铁路罐车和汽车罐车的检尺和测温必须在装完油且静置一定时间后方能进行。凡是金属材质的测温盒和采样器，必须使用导电性材质的绳索，并与罐体进行可靠接地，不准使用导电性能不同的两种材质的工具进行检尺、测温和采样。

油罐进油要尽量避免突然开泵或停泵，突然开停泵会造成瞬间冲击压力和流速过高，使静电涌起，造成事故。较合理的是利用小泵→大泵开启，而后用大泵→小泵停止的操作顺序，能起到很好的防护作用。

(4)增加空气湿度。介质处在潮湿的空气环境中将发生水分吸附现象，这些吸附的水分将导致介质表面的电导率提高，使静电荷泄漏能力增强，而静电荷的衰减率大大加快，因此能有效地限制静电荷积累的发生。

(5)抗静电添加剂。这是一种增加油品电导率的化合物，作用不是“抗”静电，而是加入微量的这种物质，可以成倍成百倍地增加油品的电导率，使电荷得不到积聚，又不影响油品的质量。抗静电剂的种类很多，如油酸盐、环琮酸盐、铬盐、合成脂肪酸盐等。

(6)人体防静电。人们穿着人造织物衣服较为普遍，而其极易产生静电，往往积聚在人体上。人体带电比机器设备带电更危险，因为人是走动的。如果在危险场所走动或操作，就等于一个流动的火种。因此，人体防静电不容忽视。操作人员应使用各种防静电用品(如防静电鞋、防静电工作服、防静电手套等)；不得穿戴合成纤维及丝绸衣物；操作人员应徒手或戴防静电手套触摸接地金属物体后方可进人工作场所；禁止在爆炸危险场所穿脱衣服、帽子等。

4 结语

油库静电事故造成的破坏性很大，影响面也很广，尤以爆炸及火灾事故引起的后果最为严重。防止静电引起火灾爆炸是油库静电防护的重要内容，为防止静电引起火灾爆炸而采取的安全防护措施，对防止其他静电危害也同样有效。

[1] 张宝铭，林文狄. 静电防护技术手册[M]. 北京：电子工业出版社，2000.

[2] 国家质量监督检验检疫总局，国家标准化管理委员会.GB13348—1992 液体石油静电安全规程[S].北京：中国标准出版社，2009.

[3] 王增岭. 论油库静电的危害和预防[J]. 石油库与加油站，2006(6)：22-26.

[4] 邓元胜，张志梅.油库静电危险性分析及防护[J]. 工业安全与环保，2008(4)：60-61.

[5] 王德富. 油罐内壁导静电防腐蚀涂料[J]. 中国涂料，2005(3)18-19,22.

2017-05-02。

李晓鹏(1982-)，男，2009年毕业于西安石油大学，硕士研究生，工程师，现主要从事油库相关设计工作。