丙烯酸装卸静电控制工艺探讨

邓克林，杨 力

（中国石油兰州石化公司化肥厂，甘肃 兰州 730060）

0 引言

丙烯酸及酯系列产品作为一种重要的化工原料单体，主要用于生产水溶性涂料和胶粘剂用的共聚单体丙烯酸酯，以及用于生产高吸水性树脂和洗涤剂聚合物，少量用于生产增稠剂、分散剂和流速控制剂等。

动力储运车间作为兰州石化丙烯酸及酯装置的辅助车间，主要负责主装置的原料及产品的储存、输转和装卸，罐区设计总容积为1.5万m3，装卸总量为15万t/a，装卸操作频繁。由于丙烯酸及酯系列产品为低电导率的液化烃类，生产、储存、运输过程中都可能因静电控制不当而导致燃烧爆炸，增加了储运过程危险源的负担[1]。

在安全环保要求很高的今天，确保丙烯酸系列产品的储运安全，研究探讨丙烯酸装卸静电控制工艺，对企业和社会公众安全有着重要的意义。

1 静电产生机理和放电危害

1.1 静电产生机理

物质由分子组成，分子由原子组成，原子由质子和核外电子组成。在正常状况下，带负电荷的电子围绕带正电荷的质子进行圆周运动。组成一个原子的质子数与电子数量相同，正负平衡，对外表现出不带电的现象。但在外力作用下，电子离开原来的原子核而侵入其他的原子，原子因缺少电子数而带有正电现象称为阳离子，原子因增加电子数而呈带负电现象称为阴离子。

导致阴离子移位的外力包含各种能量，对于丙烯酸系列产品装卸工艺来说，物料与物料、物料与固体、物料与气体之间，由于储存、输转、流动、喷射、搅拌、吹扫、飞溅等运动形式都是外力能量的表现，其分子间相对运动过程必然产生电荷分离，液体相对分界面流动，能将扩散层带走，形成双电层而产生静电。

同时物料与储存容器间摩擦生热、它们间相互接触和分离等，以及电磁感应造成物体表面电荷的不平衡分布、摩擦和电磁感应的综合效应等，都可产生电子转移等静电现象[2]。

1.2 静电放电危害

静电不存在危害，也无法将其消灭。丙烯酸系列产品在装卸过程中，即使是采取一定的措施，也仅仅可以减少静电产生的数量，无法避免静电的产生。静电产生后，如果能够快速消除，则不会产生任何危险，问题是丙烯酸系列产品的电导率均在10-12～10-8s/m之间，电导率低电荷移走缓慢，容易引起电荷的累积，再加上丙烯酸系列产品属于低闪点的可燃液体，控制不好当然容易发生燃爆事件。

液体电导率越高、容积越小，液体中累积的静电越容易导走，静电消除的时间越短。相反，电导率越低、容积越大，液体中累积的静电越不容易导走，静电消除的时间越长，易燃带静电液体灌装静置时间见表1。

表1 易燃带静电液体灌装静置时间表

静电只有满足以下几个条件才可能作为引火源导致燃烧爆炸事故发生。

能够产生静电、能积累足够的电荷和产生火花放电电压、能引起火花放电合适的间隙、产生的火花有足够的引燃能量以及在间隙和周围环境中有被引燃的可燃性气体或蒸汽与空气的混合物等。

在丙烯酸系列产品装卸过程中，静电能量虽然不大，但其放电时电压很高，有可能满足作为引火源导致燃烧爆炸事故发生的条件，因而静电控制不当引发的燃烧爆炸事故也多有发生。

2 装卸车静电控制工艺

2.1 完善静电消除设施

由于产生静电无法避免，为了减少静电的累积，必须要将产生的静电尽快消除。对丙烯酸装卸装置，一般采取的是静电泄漏的方法：一是在管线法兰之间连接静电消除卡子，使管线内静电荷尽快移走；二是在装卸车过程保证槽车与大地之间连接，使槽车上的静电荷尽快向大地泄漏消散，控制装卸车过程产生的静电在槽车内的积累[3]。

一般所采用的静电消除设备，设有报警和联锁装置，一旦静电接地断开，则有声光报警信号发出，同时自动关闭装车阀门。

同时在装卸车站台设置有人体静电消除设施，操作人员进入栈台需徒手接触放电球3～5 s，彻底释放人体静电，防止员工在操作过程中人体所带静电产生危害。

另外，通过设置槽车静置时间3 min，方可进行收回鹤管、取样、测温、计量等工作，保证在槽车物料内静电已移除至安全要求前，各项操作的安全性。

2.2 控制工艺操作过程

工艺控制即从工艺条件、工艺设施、操作参数等方面采取措施，限制静电的产生或控制静电的积累，使之达不到危险的程度。

在丙烯酸装卸装置中，一般采取液下装车鹤管设施，消除装车过程油品顶部喷溅的雾沫夹现象，降低静电积累的风险。

同时设置装车初期流速和正常装车流速的工艺指标控制，使得在装车初期、液位尚未淹没鹤管头的情况下，以小于1 m/s的较低流速装车。液位淹没鹤管头后，以小于4 m/s的较高流速装车，在保证安全的前提下，提高了装车效率，丙烯酸装车流速控制如表2。

表2 丙烯酸装车流速控制表

由于装车是多个鹤位，各鹤位的操作一般是不同步的，操作过程由于开阀操作时机的不同，容易出现某一鹤位流量过大的情况。为了避免出现这种情况，必须在鹤管前设置限流孔板，杜绝瞬时间出现高流量，增加静电累积风险。

2.3 消除人为因素

整个丙烯酸装卸工作都离不开人的因素，违反安全操作规程而酿成火灾事故的案例比比皆是，对于存在液化烃、可燃液体的场所，能否遵循操作规程显得尤为重要。

在完善装卸车操作规程的基础上，对于员工的具体行为必须加以关注，例如静电设施连接和解除的时间点、进入现场前消除人体静电，以及装车过程对油品静置的时间要求、装车流速的控制等，要针对每个人进行培训，利用安全观察与沟通的工作方法，使员工自觉遵守操作规程。

同时在装车过程中，对于传统的防止静电累积的要求，例如进入易燃易爆区不得在该区穿易产生静电服装，不得用化纤织物擦拭设备、使用防爆工具和关闭手机等，也不能放松要求。

2.4 异常工艺条件

在丙烯酸系列产品装卸设施交付检修前，必须要对系统进行吹扫，此过程不仅对吹扫气的压力和流量有控制要求，而且针对不同种类的产品，根据其危险性的不同，分别使用氮气、混合空气和压缩空气等，防止吹扫流速大产生静电累积放电、低闪点物料闪爆事件，同时由于丙烯酸产品高温易自聚和低温容易凝冻，所以任何情况下都不得用蒸汽吹扫管线设备。

在检修前工艺处理过程中，有时需要对丙烯酸残液装车。装丙烯酸残液过程中，需要密切关注静电产生和消除问题，防止液体悬浮有第二相的物质（如水）、增加静电产生和累积量。实验表明，当油中含水5%，会使起电效应增加10～15倍。

由于各种原因，可能会出现槽车回卸的异常生产情况，此时可能采用临时工艺流程，检查不到位、操作不慎极易产生静电累积和燃爆事故，静电防护与消除更要密切关注。

3 丙烯酸装卸常见静电问题及处置方法

3.1 中断静电消除路径

丙烯酸装车操作必须两个人配合进行，一人在栈台上进行鹤管操作，一人在栈台下操作装车阀等。装车任务繁忙，高峰时一个班次要装十四台槽车。高节奏的装车操作，忙中出错，往往会出现提前中断静电消除路径的行为。例如曾出现过鹤管操作未完成提前解除静电设施的现象，还有装完车后，没有执行槽车静置3 min以上才可进行其他操作的规定等。

同样，静电设施完好性，如导电电阻不合格、接触点锈蚀严重和连接方式不当、异常情况脱落等现象，均能引起静电消除路径中断，引起静电累积和其他事故。

为此，在引导员工自觉执行操作规程的同时，必须定期对静电设施进行检查，禁止使用故障装车设施。

3.2 液下装车未实现

丙烯酸装车过程，为了降低装车过程产生的静电荷数量，需要通过尽可能液下装车和降低装车流速的工艺控制来满足。

储罐液下进料容易实现，但频繁运输的槽车，实现完全的液下装车不太现实，即使将鹤管插至槽车底部，进入的物料冲击槽车底部，也会产生雾沫夹带现象，国家标准规定装车鹤管头至槽车底部距离应小于200 mm。

丙烯酸出厂设计鹤管就比较长，为了能够将鹤管顺利插入槽车，在鹤管前端安装了一段金属软管，才能够将鹤管插入槽车。我们在2013年对此进行了技术改造，将鹤管头由固定式改为伸缩式结构，就能够在装车过程中达到方便操作的目的。

未进行鹤管伸缩式结构改造的装置，常见问题是装车时没有将鹤管完全插入底部，或者图方便将鹤管前段金属软管私自拆除不用，破坏了液下装车条件，增加了静电累积趋势。

进行鹤管伸缩式结构改造的装置，常见问题是装车时鹤管伸缩头没有完全伸开，破坏了液下装车条件，也增加了静电累积趋势。

为此需要通过严格管理，对于未进行鹤管伸缩式结构改造的装置，不得私自拆除金属软管进行装车；对于进行过鹤管伸缩式结构改造的装置，要经常检查鹤管伸缩头活动情况，装车时仔细确认，确保液下装车的实现。

3.3 装车流速超标

装车流速控制常见的问题是仅仅设置一个装车流量，按照国家标准要求，进入空槽车的装车流速不能超过1 m/s，折合成DN 80的常见的丙烯酸装车鹤管为18 t/h，正常装车的流速不能超过4 m/s，折合成DN 80的常见的丙烯酸装车鹤管为72 t/h。考虑到装车过程鹤管瞬时关闭开合的最大流量，以及装车操作的经济性，工艺上设置一般不超过40 t/h。但这种设置潜在的最大问题，就是在装车初期，超过了1 m/s的安全流速，也就是增加了静电累积的趋势，如果静电荷不能及时导出，必将引发燃爆事故。

因此，动力储运车间引入了装车初期流速概念，并制定工艺指标见表3。

表3 丙烯酸装车工艺控制表

同时，严格工艺管理，确保操作人员按规程操作。

3.4 人为带入引发能量

无论何种情况引起的能量非正常释放，都能够作为引火源，引燃低闪点的丙烯酸系列产品。

丙烯酸装车现场，不仅有装置装卸人员，还有物流公司司乘人员，这些人员变动较大，在装车过程业务联系比较多。常见的问题是外来人员将手机带入现场，随意接听手机过程所产生能量引发火灾。

另外，外来人员的着装防静电效果差，为了加快装车速度特别容易出现私自上槽车帮忙操作现象，由于没有消除人体静电等，也是一种隐患。

为此，需要明确装卸车过程各类人员的职责范围，制定专门的装卸车管理制度，加强外来人员的学习和管理。

3.5 异常情况静电管控不当

在丙烯酸系统检修处理和检修过程，以及遇到需要回卸等异常情况时，由于不经常操作，难免到时候会出现忙手忙脚的情况，一旦静电消除疏漏某一环节，都可能引发事故，为此提前做好预案非常重要。

首先要做好检修处理方案，组织处理人员学习，同时管理人员要做好现场监督检查，确保检修工作的顺利进行。

其次，增加丙烯酸回卸流程。利用罐区丙烯酸给料泵，在泵前管线上增加一个三通，安装连接DN 80阀门，该阀正常情况下盲法兰隔断。制作DN 80金属软管约25 m （分段），一端法兰连接、一端配备与槽车出口对应的活接头，库房备用。当汽车槽车需要紧急卸车时，拆除泵前三通盲法兰，用备用专属金属软管连接槽车出口阀，利用给料泵快速将槽车内丙烯酸回卸至储罐。

最后，制定预案并组织员工学习和演练，确保异常情况下的静电管控安全。

4 结束语

丙烯酸企业一般有着较大的储运系统，只要从丙烯酸储运静电产生和消除机理入手，控制好装卸车静电控制工艺，在完善静电消除设施、控制工艺操作过程、消除人为因素和异常工艺条件控制等处下功夫，同时密切关注常见静电问题及处置，就一定能够管控风险，促使企业长足发展。

文章仅仅是对丙烯酸系列产品装车过程静电控制的一些粗浅看法，不当之处，还望各位专家提出宝贵意见。