基于批控器实现液体装卸作业静电安全的控制方案

2022-01-01 22:34褚鼎俊钟彩浚吴静超
化工自动化及仪表 2022年5期
关键词:装车电荷静电

褚鼎俊 钟彩浚 吴静超

(1.泰地石化集团股份有限公司;2.浙江中控技术股份有限公司;3.浙江中控自动化仪表有限公司)

石油化工行业是我国的支柱性产业,其中大量的原料、产物等均为易燃易爆液体。 这些液体需要通过汽车槽罐车转运,它们大都是电的不导体,因此在装卸过程中,静电隐患和静电事故尤为突出。 特别是甲类、乙类和丙A类产品,由于其闪点低,容易受环境影响,时有闪爆、燃烧等事故发生。 虽然导致事故的原因很多,但静电往往成为事故中的主要元凶。

近几年来,储运行业中智慧装卸的技术概念飞速发展,而作为重要的装卸控制环节,定量装卸的应用技术尚未有革命性的突破。 很多从业者对定量装车的理解主要还是针对汽柴油等相关油品,而精细化工相关的化学品,由于其物料成分存在多样性,且经常无参考案例,在选择仪表时往往会主要侧重低维护方面的可靠性和接液材料的防腐性,而忽略物料静电安全所需的限流限速技术要求。

笔者结合行业的普遍应用经验和自身的工作经验,讨论并探索油品、化学品在装卸工程中的应用方法,着重分析如何从控制流速、现场应用管理等方面预防并减少可能的静电事故,保障现场更安全地进行装卸作业。

1 储运装卸静电安全隐患分析

液体储运装卸过程中,由静电放电而引起的爆炸、燃烧,通常需要同时满足以下3个要素:

a. 存在可燃物,如可燃气体,且可燃气体在爆炸极限浓度范围内;

b. 有足够的助燃物,如氧气;

c. 存在导致着火的能源,且该着火能源大于可燃物的最小点火能量。

以装卸栈台场景为例进行分析。 首先,装卸区域一般在通风环境下,具备足够的助燃物。 通风环境的有利因素是现场如果产生了小范围的泄漏,可通过环境条件将可燃气体浓度稀释到爆炸极限浓度范围以下;不利因素是当现场可燃气体达到一定浓度时,在有点火源时会助燃,但此因素受人的活动影响无法优化屏蔽; 在槽罐车内,可以通过密闭的方式防止空气进入,或采用氮封方法避免车内含氧量过高。

其次,装卸区域存在一定的可燃物。 防爆区域的定义为:0区——存在爆炸性气体,1区——在正常运行时可能存在爆炸性气体,2区——在正常运行时不可能出现爆炸性气体。

装卸管道与槽罐车的连接具有间歇非持续性。 有利因素在于,槽罐车是批次性作业,非固定式的连接有利于业务开展;不利因素在于,移动式作业均为人工行为, 无法避免物料 “跑、 漏、滴”。

最后,装卸的过程中难免会产生静电。 因为装卸过程中物料必然会与管道壁、杂质、槽罐内的空气摩擦, 由于相关物料属于电的不导体,必然导致电荷积聚,在一定条件下放电必然形成点火源。

由此可见,通常在槽罐车装车的初始阶段或卸车末尾阶段极易发生静电安全事故,特别是在物料装卸流速较快时。 实际应用中,针对静电的安全防护一直是行业难点。 主要问题在于,受现场环境影响,这类事故隐患看不见、摸不着,也无法通过仪表设备有效将静电积聚情况完全检测出来。

2 静电起电机理分析

物料自身因素。 石油化工产品大部分是碳氢化合物,主要是电的不导体,同时产品会含水、杂质等,在物料本身物理性质的影响下,如果杂质在物料内部运动, 液体物料分子与其他物质摩擦,产生静电积聚。 流速较大时,物料内部摩擦加剧,高电阻率的物料在流动情况下带电,积聚的电荷无法及时导出,电压增高而引起放电。

管道设备材料因素。 在装卸过程中,物料与管道壁剧烈摩擦,产生静电,甚至某些物料会腐蚀金属,这些化学反应产生电荷的同时引起“跑、漏、滴”。 而当管道材料与物料为两种不同材料的绝缘体时, 流动的物料更容易在接触面形成电荷,形成的电荷积聚也更不容易消散。 同时,泵、过滤器、流量计及阀门等设备部位也会因机械结构原因产生电荷。

装卸工艺因素。 因装卸工艺原因,管线在物料流动的过程中容易产生汽蚀,这些气泡随着注入槽罐车内部,气泡在产品中上升并在液面位置破裂,飞溅的物料颗粒与槽罐车内空气摩擦并与容器壁发生放电而产生火花。

泵、过滤器、流量计、阀门等容易产生静电电荷的部件,因安装位置无法有效通过管道距离缓释电荷,槽罐车内出液口的物料极易带电积聚。

液体进入槽罐车内部, 因灌装方式影响,如采用顶部装车物料喷溅, 容易导致产品油气挥发, 挥发的物料颗粒带电加上流动物料本身带电,使槽罐车内积聚大量电荷而引起放电。

另外, 带电物料因感应效应也容易带电,当带电体表面附近有处于绝缘状态的导体时,那么此导体会因静电感应而呈带电状态。 如果物料带电量很大, 在接近某导体时也极易发生火花放电。

其他因素。 如环境因素,我国西部、北方的空气相对南方较为干燥, 静电不容易通过空气消除,静电电压容易升高,也容易导致静电放电现象的发生。

以上因素可大致归纳总结为如下几个变量因素:

a. 装卸物料流速越快,摩擦越激烈,静电越容易产生并积聚;

b. 环境空气越干燥,静电越不易通过环境因素消除,而发生积聚;

c. 物料油气挥发越严重,可燃物微粒与空气摩擦越激烈,静电越容易产生并发生放电现象;

d. 管道与物料反应越剧烈, 内壁表面越粗糙,同时物料流经的弯头阀门越多,产生的静电越容易积聚。

3 槽罐车装卸防静电措施

为避免静电产生燃烧爆炸,行业中一般是将3个因素中的任意1个杜绝,来有效避免事故的发生。

其一,在存在可燃气体的环境下,现场可以从管理制度上和批控器[1]装卸控制联锁上处理作业授权,即在现场设置可燃气体报警器,将信号与可燃气体和有毒气体检测报警系统(GDS)相连的同时与批控器相连,当可燃气体浓度报警时不允许装卸作业,避免在隐患条件下作业。

其二,槽罐车采用密闭管道连接。 在装卸过程中,避免空气通过人孔盖、呼吸阀进入槽罐车内部,同时采用干式阀、拉断阀等最大限度地防止现场物料“跑、漏、滴”。

其三,做好静电防护,通过批控器实时检测专用静电设备是否可靠连接至接地网,同时限流限速尽量避免静电的产生。

工程应用过程中,可以在批控器上设置多重启停条件, 使装卸作业在限制的安全范围内进行。 通过设备措施、现场操作管理措施、批控器的辅助逻辑或条件联锁限定等来优化装卸过程控制和业务管理,比如:

a. 控制流速,避免因摩擦因素而导致液体物料大量带电;

b. 设置专用静电连接装置,使产生的静电电荷尽快消散,避免积聚;

c. 采用合理的装卸和工艺控制方式,减少油气挥发,避免不必要的静电电荷积聚。

具体的预防措施可以参考以下国家标准或行业标准,并按最高安全技术参数执行:

a. 严格依据GB 13348—2009《液体石油产品静电安全规程》规定,做足预防静电危害的基本方法,如静电接地,改善工艺操作条件,采用必要的静电消除器、缓和器,改善带电体周围环境条件,防止人体带电等。 从技术措施方面,采用液下装车,严格控制流速,装油完毕后静置2 min后再拆除采样、检尺等,槽罐车未经清洗避免换装油品等[2]。

b. 严格依据GB 12158—2006《防止静电事故通用导则》,形成单位内部管理规范文件,标准化培训人员,落实现场人员装备、行为、检查、记录等管理,提高现场预防意识;依据静电防护措施,减少静电电荷的产生,使电荷尽快消散,严格控制液体物料装卸流速[3]。

c. 严格依据GB 50074—2014《石油库设计规范》,规范设计易燃和可燃液体装卸设施,选用安全合适的鹤管,并依据“浸没鹤管口之前不大于1 m/s,浸没于液体后不大于4.5 m/s(液化石油气不应大于3 m/s)”的行业通用限速要求,防止油气挥发,减少摩擦起电[4]。

d. 严格依据GB 50160—2008《石油化工企业设计防火标准(2018年版)》,规范管理现场可能产生静电危害的设备和管道, 采取可靠接地措施、接地设备,并保障专设的静电接地体接地电阻小于100 Ω[5]。

4 批控器防静电控制与危害预防

对装卸车进行自动化技术升级改造,使用专用可靠的批控器以实现业务流程控制和灌装程序控制。 通过系统流程设定,将槽罐车安全检查与装卸批控器联动;通过订单系统关联,完善批控器物料管理与鹤位的防误装设定;通过批控器控制程序设定,实现“小流速-大流速-小流速”的时序控制, 并实现静电安全与流速安全联锁,避免异常情况下的装卸操作。 具体实现方法如下:

a. 增强静电控制器的设备可靠性。防静电控制可增加电阻值显示,加强仪表巡检。 当现场控制器显示电阻超过10 Ω时,及时检修防静电控制器。 针对API接头的槽罐车,现场配备“防溢流防静电传感器”检测仪,纳入日常装车检查项,保证槽罐车相关的静电溢流传感器和防静电控制器设备本身无异常,保证静电在装卸车过程中有效释放至接地网;同时,相关的接地报警信号与批控器实现可靠联锁。

b. 增加人体静电释放联锁和静电释放延时联锁[6]。为防止人体带有静电,增加人体静电与批控器联锁,即标准化作业,司机或作业人员在触摸人体静电释放器后,方可连接静电夹移动鹤管等,同时静电夹连接至槽罐车,在批控器上增加延时联锁,在装车前后,保障静电经过规定时间释放后,再提示操作人员进行拆管等作业,若出现违规操作则锁定控制器。

c. 增加可燃气体联锁。 栈台区域的可燃气体报警器与批控器实现报警信号联锁,装车开始时可燃气体报警则不允许装卸,装卸过程中可燃气体报警则中断作业。

d. 增强限流调速,同时增加安全流速限值联锁。 定量装车系统在有条件的情况下,应采用流量可调节模式,如采用数控阀;在采用气动切断阀时建议增加恒流阀或变频调节,在装卸过程中保障小流量、大流量控制过程不出现超流超速现象。 在装车起始阶段增加小流速1 m/s的阈值设定,装车过程增加大流速4.5 m/s或3 m/s的阈值设定。 超过阈值时批控器暂停装车,待工艺优化后再启动装车; 同时装车起始阶段适当增加过程量,保障物料在淹没槽口200 mm液位高度后再开启大流量,尽量减少油气挥发,结合流速限定避免静电短时间内积聚。

e. 增加槽罐车安全检查PDA,实现业务流程联锁。 增加槽罐车进厂或装车前安全检查PDA,PDA根据静电安全和现场管理要求, 逐步进行安全检查, 如检查槽罐车静电传感器是否异常,检查槽罐车是否未清洁就充装其他物料等。 当现场检查出现不合格项或槽罐车安全检查不符合厂内安全管理规定时, 禁止批控器向槽罐车充装,避免槽罐车带隐患作业。

5 结束语

液体装卸作业需要注重以人为本,虽然在静电安全方面大多现场应用技术改进不明显,但需要我们行业人多提出问题,更新静电安全管理理念, 尽量通过机器化手段提高现场安全管理、监控管理水平,实现多目标因素控制要求。 在不断完善行业设计标准的同时,多融合市场先进产品提升现场实际的工程技术应用范围,在保障现场安全生产的同时, 提升企业装卸智能化管理水平。

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