汽車加油過程中油品靜電危害的實驗分析及預防措施

戴麗平 婁仁杰

〔中國石油集團安全環(huán)保技術研究院有限公司大連分院 遼寧 大連 116031〕

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和生活水平的提高，汽車已走進了越來越多的家庭，對機動車燃油的需求量也大幅增加，因此，汽車加油站發(fā)揮著越來越重要的作用。由于經(jīng)營的需要，加油站多分布于人口密集的區(qū)域，數(shù)量多，分布廣，加油站中的汽油屬于易燃易爆的危險物質(zhì)，如果在加油過程中處理不當，很可能會引發(fā)火災爆炸事故，威脅人們的生命財產(chǎn)安全，尤其是隨著自助加油的不斷推廣和普及，在降低成本和提供便利的同時，也增加了加油過程中面臨的安全風險。近年來，不斷有加油靜電事故的發(fā)生[1]，因此，研究加油過程中靜電危害的原因，采取相應的預防措施，對預防加油站發(fā)生著火事故有著十分重要的意義。

國內(nèi)關于汽車加油過程中存在的靜電風險做過一些實驗研究[2-4]，本文實驗選取電荷密度和靜電電壓為兩個最主要的測量參數(shù)[5]，計算放電能量，得出相關結論。

1 實驗系統(tǒng)

實驗在中石油四川銷售公司的幾座加油站內(nèi)進行，主要測量了加油站加油過程中加油槍噴出油品的電荷密度，另一個是在油箱接地和不接地狀態(tài)下靜電電壓和油面靜電電壓的變化，考察加油過程中的靜電危險。

1.1 油品電荷密度測量

油品電荷密度的測量，有接觸式和非接觸式兩種方法[6]。接觸式是利用法拉第筒的原理測量電荷密度，即法拉第法[7-8]。非接觸式測量是通過測量靜電感應出電荷所產(chǎn)生的電位來達到對靜電的量化[9-10]。實驗采用法拉第法測量油品的電荷密度，是因為法拉第法操作簡單，且測量進入油箱的油品電荷密度符合法拉第法的測試條件，不會增加測量的誤差。

油品電荷密度測量系統(tǒng)主要由法拉第筒、電荷量表ME284、溫濕度儀testo623、電導率測試儀EMCEE 1152組成，電荷密度測試系統(tǒng)如圖1所示，法拉第筒用于收集從加油槍噴出的油品；電荷量表用來測量噴出油品的帶電量；電導率測試儀用來測量油品的電導率；溫濕度儀用來記錄環(huán)境的溫度和濕度。油品電荷密度測試系統(tǒng)示意見圖1所示。

圖1 油品電荷密度測試系統(tǒng)示意圖

1.2 靜電電壓測量

實驗采用輕質(zhì)油品裝油安全油面電位[11]規(guī)定并改進了方法進行油面電位測量，使其更易于操作。

油品靜電電壓測量系統(tǒng)主要由絕緣油箱、集電球、電極板、靜電場場強計Stat-Arc2 282IS、溫濕度儀testo623、電導率測試儀EMCEE 1152和電容表VC6013組成，如圖2所示。絕緣油箱模擬實際加油的汽車油箱，容量為50L，油箱底部用絕緣墊塊絕緣，油箱通過接地夾與接地體連接來實現(xiàn)；集電球用于收集油面電荷通過導線與電極板實現(xiàn)等電壓連接；靜電電壓表用于測量油面和油箱的靜電電壓，電容表用于測量油箱的對地電容。見圖2。

圖2油品靜電電壓測試系統(tǒng)示意圖

2 實驗部分

2.1 油品電荷密度測量實驗

2.1.1 測量步驟

(1)按照圖1所示，將電荷量表連接到法拉第筒上，電荷量表接地；

(2)用電導率測試儀測試油品的電導率并記錄，記錄測試環(huán)境的溫濕度；

(3)以正常加油速度，用加油槍向法拉第筒內(nèi)加入被測試油品；

(4)讀取電荷量表上的電量值并記錄；

(5)將法拉第筒中的油品清空，將電荷量表歸零；

(6)重復(3)、(4)、(5)進行下一組測量，取10組測量數(shù)據(jù)取平均值。

2.1.2 實驗數(shù)據(jù)

(1)不同濾芯油品電荷密度測量。

實驗條件：溫度16.1℃，濕度(RH)59.0%，油品0號柴油，油品電導率127pS/m。實驗采用了三種不同的濾芯，分別編號為1，2，3，測量加油槍出口的油品電荷密度(如表1所示)。從測量數(shù)據(jù)可以看出濾芯的種類對加油起電電荷密度影響不大。

表1 不同濾芯油品電荷密度的測量值

(2)有濾芯、無濾芯油品電荷密度測量。

實驗條件：溫度13.1℃，濕度(RH)86.0%，油品93號汽油，油品電導率53pS/m，測量加油槍出口油品電荷密度(如表2所示)。從測量的數(shù)據(jù)可以看出，油品在經(jīng)過濾芯過濾和不經(jīng)過濾芯過濾時，油品的電荷密度變化不大。

表2 有無濾芯油品電荷密度的測量值

(3)卸油、不卸油狀態(tài)下油品電荷密度測量。

實驗條件：溫度15.5℃，濕度(RH)71.7%，油品93號汽油，油品電導率185pS/m，測量加油槍出口油品電荷密度(如表3所示)。從表1～3中的數(shù)據(jù)可以看出，向加油站油罐卸油的同時用加油機給汽車加油，不會增加油箱內(nèi)油品的電荷密度。

表3 卸油、不卸油狀態(tài)下油品電荷密度測量值

2.2 油箱內(nèi)靜電電位測量實驗

2.2.1 測量步驟

(1)按照圖2所示，將集電球通過導線與電極板連接，調(diào)整靜電電壓表的位置，使其距離電極板1英寸(25.4 mm)；

(2)用電導率測試儀測試油品的電導率并記錄，記錄測試環(huán)境的溫濕度；

(3)以正常加油速度，用加油槍向油箱內(nèi)加油；

(4)讀取靜電電壓表上的數(shù)據(jù)，并記錄電壓值和加油量；

(5)將油箱內(nèi)的油品清空，電壓表調(diào)零；

(6)重復(3)(4)(5)，進行下一組測量。

2.2.2 實驗數(shù)據(jù)

(1)油箱、油面電位測量。

實驗條件：溫度16.6℃，濕度(RH)64.1%，油箱加油量34L。

在槽車向加油站油罐卸油、無卸油；有濾芯、無濾芯；在接地、無接地狀態(tài)下測量了油箱及油面的電位，測量數(shù)據(jù)見表4。從表中的數(shù)據(jù)可以看出，在卸油、無卸油；有濾芯、無濾芯狀態(tài)下給汽車油箱加油，當油箱不接地時，加油時測量油箱殼體靜電電位為3.8～8.7 kV，油箱內(nèi)油面靜電電位為3.7～7.6kV；當油箱殼體接地時，油箱殼體靜電電位為0，油箱內(nèi)油面靜電電位為0～0.35kV，可見汽車加油時油箱帶電電位與油品狀態(tài)(卸油或非卸油)或是否經(jīng)過過濾器的關系不大，而是與油箱接地狀態(tài)(接地或不接地)有關。油箱不接地時，最危險的是油箱帶電，按油箱靜電電位3.8～8.7 kV，現(xiàn)場測量油箱對地電容為C=118PF，油箱放電能量由公式：W=1/2CV2[12]，計算得出放電能量為0.83～4.35mJ，該能量足以把最小點火能為0.26mJ油氣點燃。 油箱電位和油面電位測量值見表4。

表4 油箱電位和油面電位測量值

3 實驗總結

(1)當油品電導率大于50pS/m[13]，進入加油箱油品的電荷密度與卸油狀態(tài)、濾芯類型、有無濾芯的關系不大，向油品內(nèi)添加防靜電劑會增大油品的電導率。實驗表明，油品電導率增大不會降低油品起電電荷密度，但會使油品內(nèi)靜電釋放速度大大加快，因此在油箱和加油槍接地的情況下，只要控制標準規(guī)定的油品電導率大于50pS/m或油品入口電荷密度小于30μC/m3，就不會有油品靜電危險。

(2)隨著油品電導率的增加，油品電荷釋放速度會增加。因此，油箱接地時油箱電位為0V，油面電位也幾乎為0V，但當油箱沒有接地時，油品內(nèi)的靜電電荷無法釋放。從實驗數(shù)據(jù)可以看出，油箱和油面電位都可以達到數(shù)千伏，通過計算可知油箱發(fā)生放電的放電能量足以點燃油氣，因此，當油品的電導率符合標準要求時，加油過程中的靜電危險不在于濾芯的類型，也不在于是否邊卸油邊加油，而在于汽車油箱的接地狀態(tài)，如果油箱和加油槍沒有有效接地，會使油箱殼體帶電，此時如果人體接觸油槍就會發(fā)生靜電放電，如果油箱口附近存在可燃氣體，極易發(fā)生靜電引燃事故。

4 加油過程中防止靜電危害的措施

油箱內(nèi)的靜電主要是加油槍噴濺油品所致，因此，預防加油過程中的靜電危害應該從兩個方面考慮，一個是實施加油的主體，即人的靜電問題，另一個是油品本身的靜電問題，所以要從以下幾點預防加油過程中的靜電危害。

(1)油槍須接地，這樣油箱外殼靜電可通過油槍導入大地，使油箱、油面呈不帶電狀態(tài)；

(2)加油時加油槍必須與汽車外殼保持緊密接觸，不能懸空，這樣才能使油箱通過與加油槍接觸而實現(xiàn)接地；

(3)加油人員應穿著防靜電服和防靜電鞋，在消除人體靜電后進行加油和拔槍操作，因為在加油時油箱口附近易形成爆炸危險環(huán)境，如果人體帶電，在接觸加油槍時會發(fā)生靜電放電，引起油氣閃燃而著火。

(4)對于自助加油的車主，還要避免在加油過程中進行劇烈的身體運動、拍打衣物、梳頭及撥打手機等動作，或者返回車內(nèi)后下車直接進行拔槍操作。