油庫靜電的成因及預防措施

李曉鵬 王銀鋒 楊 博

〔軍委后勤保障部建筑工程規劃設計研究院 北京 100036〕

油庫靜電的成因及預防措施

李曉鵬 王銀鋒 楊 博

〔軍委后勤保障部建筑工程規劃設計研究院 北京 100036〕

介紹了油庫油品靜電的產生機理、分類、積聚與放電的條件及影響，分析了預防油庫靜電的重要性和清除靜電放電條件中任一項的預防思路，從油庫工藝和管理控制兩方面說明了預防措施：控制裝備流速、改進裝油方式、做好靜電接地與跨接、油罐內壁使用導靜電涂料、在管道口安裝靜電消除器；避免不同物品相混、加強通風、做好油品靜置、增加空氣濕度、在油品中添加微量抗靜電劑以及做好人體防靜電等，盡量將靜電危害降到最低。

石油庫 靜電 成因 分析 預防 措施

對國內煉油廠油罐火災進行調查的結果顯示，在全部油罐火災中原油罐占40 %，汽油罐(包括輕污油罐)占32 %，柴油罐占3 %，重質油罐占20 %；在發生火災的原因中，因明火引起占64 % ，靜電引起占12 %，自燃起火占8 %，雷擊引起占12 %，其它原因占4 %。表明靜電火災不容忽視。美國在對150次油罐火災的調查中，原油罐占50 %，其它油品罐占50 %，大部分是因靜電而引起。

油庫是儲存、收發、中轉汽、煤、柴等油品的基地，而這類油品大都屬于易燃或可燃液體。當環境溫度高于其閃點時，它們所揮發的蒸氣與空氣混合就可以形成爆炸性混合物。如果有火源出現，就可能發生爆炸或火災。靜電火花是火源的一種。油品在儲存、運輸、裝車、裝罐、裝船，以及在倒罐和油品調合的環境中，具備了液體靜電起電及積聚的條件，加之這些操作不能達到密閉的條件，為爆炸和火災危害埋下了隱患。因此，研究液體、介質靜電的起電機理，掌握靜電積聚與放電和引燃條件以及預防措施等，對油庫的安全至關重要。

1 靜電的產生

靜電是在一定空間、容器或表面上存在的正負電荷的代數和。它與動電荷(即電流)的區別是靜電處于相對靜止的狀態，可以長時間保持。

根據雙電層理論，油品在儲存、運輸、輸送、裝卸等過程中，不可避免地會發生攪拌、沉降、過濾、搖晃、沖擊、噴射、飛濺、發泡以及流動等接觸、摩擦、分離的相對運動而產生靜電[1]。

油品產生靜電的類型按其狀態可分為3種：①油品與固體物質之間的靜電，如油品在管道中流動、攪拌器攪拌、固體顆粒在油品中沉降產生的靜電；②油品與氣體之間的靜電，如油品從管道口或噴嘴噴出、氣泡在油品中上升產生的靜電；③油品與不相容液體之間的靜電，如水滴在油品中的沉降、高壓水沖洗儲油罐產生的靜電。

按機械運動形式分為6種：①流動帶電。低電導率的輕質油品在管道中流動，油品與管道壁發生摩擦運動，使油品帶有靜電荷。②噴射帶電。油品從管口或噴嘴高速噴出時，粒子和噴嘴之間存在迅速接觸和分離過程，接觸時界面處形成雙電層，分離時粒子把雙電層中的一層電荷帶走，另一層電荷留在噴嘴上，結果使微粒和噴嘴上分別帶上正電荷和負電荷。③油品沖擊、飛濺帶電。輕質油品從頂部孔口注入儲罐、槽車內，油滴下落后對罐壁發生沖擊，引起飛濺、氣泡和霧滴而帶電。④液體的沉降帶電。由于油品含有固體顆粒和水分等雜質，這些顆粒或水滴向下沉降使油品帶電。⑤人體帶電。人體活動時，衣服與衣服、人體與衣服、鞋底與地面的摩擦而使人體帶電。⑥感應帶電。帶電體與絕緣導體互相靠近而使絕緣導體帶電[2]。

2 靜電的積聚與放電

靜電的多少不僅取決于靜電的產生，還取決于靜電的消散。當靜電荷的產生速度高于靜電荷的消散速度時，便形成同性電荷的積聚。由于油品本身存在著電阻和對地電容，因此靜電荷積聚是必然的。

靜電荷的積聚與許多因素有關，主要因素是油品本身的導電系數和大氣濕度。油品的導電系數越大，靜電荷消散越快，越不容易積聚；油品越凈化(即所含雜質越少)，導電系數就越小。輕質油品導電系數都很小，其中噴氣燃料的導電系數比其他油品更小，因而較容易造成靜電積聚。大氣濕度對油品靜電積聚也有重要影響，由于空氣中的水分能導走靜電，因此大氣濕度越大，油品靜電消散就越快。

靜電除流散外，還以放電的形式進行消散。當靜電積聚到一定程度時會在空間放電，放電時電能轉變為熱能。靜電放電形式有3種：電暈放電、刷形放電和火花放電。對于油庫來說，儲油罐內壁凸出部位、焊接施工留存物、懸空導體(測量盒、取樣器、量油尺等)以及輸油管口與容器均可發生靜電火花放電。火花放電能量大，引發靜電危害的幾率高，是油庫靜電火災事故的主要著火源。

油庫靜電放電是否會引燃可燃氣體，主要取決于兩個條件：一是放電能量是否大于該氣體的最小引燃能量(點燃油蒸氣的最小放電能量約為0.25 MJ)，靜電放電能量一般都超過最小放電能量；二是可燃氣體的體積分數是否在爆炸范圍內，如果不在爆炸范圍內，也不能發生爆炸或燃燒。不同的油品有不同的爆炸著火濃度和不同的爆炸著火溫度范圍(見表1)[3]。

表1 油品爆炸極限

3 油庫靜電事故的預防

要避免靜電引起的火災爆炸事故，只要消除靜電放電4個條件中的任何1個或幾個就可以了。即防止或減少靜電的產生；設法導走或中和產生的電荷，使它不能積聚；防止產生高電場，沒有足夠能量的靜電放電；防止爆炸性混合氣體的形成[4]。

油品內的雜質是其起電的重要因素，然而使油品達到高清潔度是困難的，也是不經濟的。因此，防止石油靜電災害，不是完全消除靜電電荷的產生，而是從工藝和油庫管理上控制靜電的有關指標，使其達不到危險程度，而避免發生事故。

3.1 工藝控制

(1)控制流速。油品靜電的產生與管道材質、管徑大小、油品成分及所含導電粒子的多少、管壁光滑程度、油品流速等多種因素有關。當其他條件固定時則主要取決于管內徑和流速。油品利用管道輸送時，流速與管徑不可同時過大。按照《防止靜電事故通用導則》(GB12158—2006)推薦的公式，流速與管徑應滿足式(1)的關系，輸送管徑與最大允許流速之間的對應關系如表2所示。

V2D≤0.64

(1)

式中：V—— 流速，m/ s；D——管徑，m。

表2 輸送管徑與最大流速的關系

(2)改進裝油方式。油罐、油罐車等從頂部噴濺裝油時，油品必然沖擊罐壁，攪動罐內液體，使容器內油品的靜電量急劇增加。噴濺裝油還增加了油品大呼吸損耗，加速油品蒸發、霧化和泡沫。因此要求油品儲罐進液管應從罐體下部接入，若必須從上部接入，應延伸至距罐底200 mm處；油罐車進油時鶴管應伸到距槽罐底部距離不大于200 mm處。

(3)靜電接地與跨接。金屬儲罐、泵房工藝設備、輸油管線、鶴管等均應可靠地接地。地上或管溝敷設的輸油和輸氣管道的始端、末端和分支處應設防靜電接地裝置，其接地電阻不大于30 Ω。卸車場地應設置罐車卸車時用的防靜電接地裝置和為卸油設施跨接的靜電接地裝置。

用于汽油和液化石油氣罐車卸車時用的防靜電接地裝置是防止靜電事故的重要措施。因此要求專為汽油和液化石油氣罐車卸車跨接的靜電接地儀，具有能檢測接地線和接地裝置是否完好、接地裝置接地電阻值是否符合要求、跨接線是否連接牢固、靜電消除通路是否已經形成等功能。

油罐測量孔應有接地端子，以供采樣器、測溫盒、導電繩子等接地。需接地的設備應與接地干線或接地體直接相連，不得彼此串聯。接地電阻不大于100 Ω，容量大于50 m3的油罐接地點不應少于2處。油品的輸油、輸氣管道的法蘭接頭、膠管兩端、閥門等連接處應用金屬線跨接，管路應每隔200～300 m設接地裝置。

(4)油罐內壁使用導靜電涂料。導靜電涂料是一種具有傳導電流和消除積累電荷能力的功能型涂料。攜帶靜電荷的油品進入儲罐后，易發生電荷積聚，從而引起電位升高，可能因放電擊穿油氣而發生事故。中國石化總公司于1991年明確規定對油罐內壁使用防靜電防腐涂料。GB6950—2001《輕質油品安全靜止電導率》系強制性國家法規，已于2001年9月15日頒布，并于2002年6月1日起實施，確定儲罐導靜電涂料的表面電阻率為108～1011Ω[5]。

(5)其它方法。當不能以控制流速等方法減少靜電荷積聚時, 為減少石油產品的靜電, 可在靠近管道出口處加設管道油品靜電消除器。實驗表明, 安裝靜電消除器后的出口電荷面密度和流動電流均大為降低。由于油品通過精細過濾器時會產生大量電荷，因此通常規定, 從過濾器出口到貯存器之間, 應留有不少于30 s的緩和時間。

3.2 油庫管理控制

(1)避免不同性質的物品相混。油品與水、空氣及不同性質的油品相混，靜電產生量將增大。不同油品相混也容易引起靜電危險，油品相混一般出現在混合、切換或兩條管道同時向油罐輸送不同油品的時候。

(2)加強通風或采用通風裝置及時排除可燃性混合氣體，使其濃度不處于著火爆炸范圍內，以防止靜電火災爆炸事故。對于儲油罐，可采用充入惰性氣體的方法來防止可燃性混合氣的形成。另外，應盡可能采用浮頂罐、內浮頂罐來消除儲油罐浮盤以下的油氣空間。

(3)油品靜置，正確選用檢測工具。為了避開油面最大靜電電位，防止靜電事故的發生，對剛進油和運輸后的容器進行檢測作業時，油品需靜置一段時間，以保證容器內靜電荷的泄漏。油品靜置時間按照油品電導率和容器容積確定，見表3。

表3 油品靜置時間

在油罐及容器的靜置時間內，嚴禁檢尺、測溫、采樣等作業。鐵路罐車和汽車罐車的檢尺和測溫必須在裝完油且靜置一定時間后方能進行。凡是金屬材質的測溫盒和采樣器，必須使用導電性材質的繩索，并與罐體進行可靠接地，不準使用導電性能不同的兩種材質的工具進行檢尺、測溫和采樣。

油罐進油要盡量避免突然開泵或停泵，突然開停泵會造成瞬間沖擊壓力和流速過高，使靜電涌起，造成事故。較合理的是利用小泵→大泵開啟，而后用大泵→小泵停止的操作順序，能起到很好的防護作用。

(4)增加空氣濕度。介質處在潮濕的空氣環境中將發生水分吸附現象，這些吸附的水分將導致介質表面的電導率提高，使靜電荷泄漏能力增強，而靜電荷的衰減率大大加快，因此能有效地限制靜電荷積累的發生。

(5)抗靜電添加劑。這是一種增加油品電導率的化合物，作用不是“抗”靜電，而是加入微量的這種物質，可以成倍成百倍地增加油品的電導率，使電荷得不到積聚，又不影響油品的質量。抗靜電劑的種類很多，如油酸鹽、環琮酸鹽、鉻鹽、合成脂肪酸鹽等。

(6)人體防靜電。人們穿著人造織物衣服較為普遍，而其極易產生靜電，往往積聚在人體上。人體帶電比機器設備帶電更危險，因為人是走動的。如果在危險場所走動或操作，就等于一個流動的火種。因此，人體防靜電不容忽視。操作人員應使用各種防靜電用品(如防靜電鞋、防靜電工作服、防靜電手套等)；不得穿戴合成纖維及絲綢衣物；操作人員應徒手或戴防靜電手套觸摸接地金屬物體后方可進人工作場所；禁止在爆炸危險場所穿脫衣服、帽子等。

4 結語

油庫靜電事故造成的破壞性很大，影響面也很廣，尤以爆炸及火災事故引起的后果最為嚴重。防止靜電引起火災爆炸是油庫靜電防護的重要內容，為防止靜電引起火災爆炸而采取的安全防護措施，對防止其他靜電危害也同樣有效。

[1] 張寶銘，林文狄. 靜電防護技術手冊[M]. 北京：電子工業出版社，2000.

[2] 國家質量監督檢驗檢疫總局，國家標準化管理委員會.GB13348—1992 液體石油靜電安全規程[S].北京：中國標準出版社，2009.

[3] 王增嶺. 論油庫靜電的危害和預防[J]. 石油庫與加油站，2006(6)：22-26.

[4] 鄧元勝，張志梅.油庫靜電危險性分析及防護[J]. 工業安全與環保，2008(4)：60-61.

[5] 王德富. 油罐內壁導靜電防腐蝕涂料[J]. 中國涂料，2005(3)18-19,22.

2017-05-02。

李曉鵬(1982-)，男，2009年畢業于西安石油大學，碩士研究生，工程師，現主要從事油庫相關設計工作。