美国石油行业预防静电技术标准发展趋势探讨

蒲镇东（中国石油管道有限责任公司西部分公司）

1 现状及技术标准简介

油品储运过程中可能产生静电积聚。油气站场存在油气泄漏可能性，易发生火灾爆炸事故[1-2]。2006 年中国石油23 起重大事故中，由静电导致的有6 起，占比26%[3]。油气站场静电防御是一项复杂的系统性工程。管道企业应按照相关标准规范，对防静电设施进行检查检测，及时发现安全隐患，为油气站场安全运行提供可靠的技术保障[4-5]。文中研究了美国石油行业防静电技术标准的发展趋势。跟踪美国石油行业标准的制修订动态信息，对于提高我国管道行业标准技术水平具有指导意义[6]。

1）预防静电领域具有代表性和权威性的标准是美国国家消防协会标准NFPA 77—2014《Recommended Practice on Static Electricity/防静电推荐做法》，主要内容是静电的产生、危害以及预防静电引发火灾爆炸事故[7]。 我国石油行业标准SY/T 6340—2010 等同采标 NFPA 77—2007 （简称2007 版）。由石油工业安全专业标准化技术委员会归口管理。目前最新版本是NFPA 77—2014（简称2014 版），代表了美国石油行业认知静电基本原理、鉴定评估静电危害、预防控制静电事故的技术水平。限于篇幅，文中重点研究了NFPA 77—2014新修订的重要技术条款，供国内标准制修订机构和安全管理、技术人员借鉴参考。

2）2014 版新增美国化学工程师学会（AIChE）研究报告1 项《利用氧化热评定易燃性危害》（2002 年），新增美国材料与试验协会标准1 项ASTM E 502《用闭杯法测定化学品闪点的标准测试方法》，新增美国国家消防协会标准1 项NFPA 654《可燃性固体颗粒的生产、加工和处理过程中防火和防尘爆标准》。

3） 2014 版新增电荷衰减时间（Charge Decay Time）、电荷驰张（Charge Relaxation）、感应带电（Induction Charging）、介电强度 （Dielectric Strength）、最小点火能 （Minimum Ignition Energy，MIE） 和最小爆炸浓度（MinimumExplosible Concentration，MEC）6 项术语和定义。

2 静电原理

1）静电产生机理。2014 版针对感应带电机理无变更；删除人体感应带电机理；新增由于材料接触导致电荷分离机理，即电荷是在材料的表面上产生的，不同材料接触时，电荷从一种材料移动到另一种材料，直到达到能量平衡（均势条件）。这种电荷分离在液体与固体、固体与固体表面接触时最为明显，例如清洁气体流过固体表面时产生微量电荷。

2）电荷积聚和释放。2014 版新增了电荷在有电阻的通路上重新结合的速率，电荷重新结合的速率取决于材料的电容和电阻，可用电荷衰减时间描述，按照指数规律变化，可用式（1）表示：

式中：Qt为t时刻剩余电荷量，C；Q0为开始时刻电荷量，C；t为经过时间，s；τ为时间常数，s。

3）静电放电和引燃机理。2014 版修改了静电放电成为引燃火源的四个条件：存在电荷分离的有效方式；存在积聚分离电荷的条件，并保持一定的电位差；静电放电释放的能量必须足够大；静电放电必须发生在可引燃的混合物中。

4）2014 版引入可燃物最小点火能的概念及影响因素。静电引起火灾和爆炸的条件是导体火花放电能量至少等于可燃物的最小点火能[8]。大多数饱和烃蒸气和气体由火花放电引燃需要0.25 MJ 的能量，不饱和烃的最小点火能低一些，气体的点火能随着空气中氧气浓度增加而降低。

3 静电危害的评估

2014 版针对静电着火危害评估程序图未做变更。2014 版新增利用非接触式电压表和场强计测定导体静电带电量的方法；新增使用场强计和通过测定电压差的变化或电流测定电荷的积聚或衰减速率的方法。

2014 版新增搭接和接地的评价，包括定期对搭接和接地系统进行检测，保证积聚电荷的散失；定期测试搭接和接地电阻，保证设备和人员安全。接地电阻随接地电极接触土壤面积的大小、土壤电阻率以及土壤湿度而变化。针对金属材质搭接或接地系统，要求接地电阻小于10 Ω 。

4 静电危害的控制

1）静电危害控制方法。2014 版新增一项静电火灾危害控制方法，分别是：在可能产生静电火花放电的区域内，把可引燃混合物移走；减少电荷的产生和积聚，通过改进工艺过程或改变材料减少电荷的产生和积聚；中和电荷，把孤立导体接地和对空气实施电离；在易燃范围以外区域操作。

2）可燃物控制措施。2014 版针对控制可燃物的措施无变化，分别是惰化、通风和转移，2014 版强调了转移的重要性，即设备如无必要放置在危险区内，应将设备转移至安全区域，替代其他防静电方法。

3）搭接和接地。2014 版新增临时性搭接和接地做法。临时性连接可采用螺栓、压力型接地线夹或其他专用夹子。压力型接地线夹应有足够的压力穿过保护层、锈层和污物，保证与金属接触良好。

4）电荷中和。2014 版针对感应中和器、电中和器和放射性静电中和器的技术条件略有变更：供应高电压产生50～60 Hz 电晕电极的场所，适合应用电中和器；按照国际原子能管理委员会条例，放射性静电中和器应定期置换（至少每年一次）。

5）体静电控制。2014 版针对人体静电积聚的控制方法无变更，即导电底板和鞋袜、人体接地装置和防静电服或导电服。2014 版新增技术条款为：导电鞋袜设计原则是以鞋袜和地板到大地的电阻小于106Ω ，应用在具有低点火能物质的环境中，例如易燃易爆物；为防止电击，接地电阻应小于106Ω ； 防静电服性能评价测试方法应参照NFPA 99《医疗设备规范》。

5 易燃和可燃液体及其蒸气

5.1 液体及其蒸气的燃烧特性

为正确评估静电引燃危害，应掌握液体燃烧性能，包括闪点、可燃极限与蒸气压、点火能和氧化剂浓度[9]。2014 版重点针对闪点进行了修订。2008版规定由于测定闪点方法不同，公开的闪点温度仅是接近液体可能引燃的最低温度，评估液体引燃危害，应比公开发表的闪点低4～9 ℃。2014 版规定评估液体引燃危害，应比公开发表的闪点低5～11 ℃。针对具有确定闪点的单一组分液体，闪点安全系数应为5 ℃；针对多组分混合液体，闪点安全系数应为11 ℃。

5.2 管内流动

2014 版针对管内流动，金属管、绝缘管和衬里管、软管和挠性管道的静电安全要求未做变更。针对灌装管，2014 版规定初始进液速度应控制在1 m/s以下，直至管子出口被液面浸没2 倍管径以上为止。针对过滤器，2014 版删除了粗过滤器的静电安全要求（孔隙尺寸比150 μm 大的滤网过滤器）。

5.3 储罐

2014 版新增针对固定顶储罐的静电安全要求如下：

1）如果液体不导电且存在分散相，例如夹带水滴，灌装过程中进口流速应严格控制在1 m/s。

2）检查储罐中是否存在未接地的自由物或飘浮物，并将其清除掉（如松动的检尺浮子和采样器）。

2014 版新增导电性储罐涂层和衬里产品技术条件：

1）针对玻璃纤维增强型防腐涂层，涂层或衬里的体积电阻率应小于1010Ω∙m ，且厚度不能大于2 mm。

2）针对聚乙烯涂层，涂层或衬里的体积电阻率可大于1010Ω∙m ，但其击穿电压小于4 kV。

关于其他设备设施的静电安全要求，包括罐车灌装和换装、罐车高速公路运输、真空油槽车、铁路罐车、海运船等[10]，与长输管道行业关系不完全相关，2014 版变更内容，不再赘述。

2014 版新增储罐计量和取样的静置时间，大于40 m3储罐，在计量或取样前宜有30 min 的静置时间；20～40 m3储罐，在计量或取样前静置时间可降低至5 min；小于20 m3储罐可降低到1 min。针对低电导率液体（电导率小于2 pS/m）或者含有分散相的液体（含水量大于0.5%的油品），需要更长的静置时间。

6 结束语

NFPA 77—2014 代表了美国石油行业认知静电基本原理、鉴定评估静电危害、预防控制静电事故的技术水平。重点针对静电机理、静电危害评估、静电危害控制和储罐静电安全防护技术进行了修订，体现在以下方面：

1）针对静电机理，新增材料接触电荷分离机理，新增电荷积聚和释放速率计算公式，修改了静电放电成为引燃火源的条件，引入可燃物最小点火能的概念。

2）针对静电危害评估，新增利用场强计测定电荷积聚或衰减的方法；新增接地电阻影响因素和定期检测要求。

3）针对静电危害控制，新增在易燃范围以外区域操作，以及转移设备至安全区域，采用本质安全性措施替代静电防护措施的理念；新增导电鞋袜设计原则和防静电服性能评价方法。

4）针对储罐静电安全防护技术，修订评估液体引燃危害的闪点安全系数；新增液体存在分散相条件下灌装流速要求；新增导电性储罐涂层和衬里产品技术条件，以及储罐计量和取样的静置时间。

5）建立严格细致的防御静电工作是提高油气站场安全等级的重要举措。 我国石油行业标准 SY/T 6340 等同采标NFPA 77，美国石油行业防静电技术发展很快，通过跟踪美国管道标准的修订信息，针对国内标准SY/T 6340 开展标准技术更新工作，提高我国管道行业安全管理水平。