石油靜電火災事故的原因及預防措施

王春俊(南昌市東湖區消防救援大隊，江西 南昌 330000)

0 引言

石油化工企業在生產儲存過程中，油品處于流動和摩擦中，極易產生靜電，引起火災爆炸事故。例如：2019年1月11日8時21分，江蘇某加油站，員工在清理2#罐內殘余柴油時，罐內突然發生閃爆。經調查，該起事故原因是員工作業時未穿防靜電服裝，產生靜電導致爆炸。該事故深層次的原因主要是缺乏對靜電知識的了解，以致操作和管理不夠科學。

1 靜電的產生

1.1 輸油管道內靜電的產生

油品在管道內流動時與管壁摩擦，可以產生靜電荷。油品因此帶電，其靜電量與流速有密切關系。因油品的電導率較小，絕緣性能好，所以它能夠長時間保持靜電且不消散。產生的靜電荷將隨著油品的流動進入油罐或鐵路、公路油罐車內。管道內油品流速及其管徑對油品靜電起電的影響，如表1和表2所示。

表1 油品流速對靜電的影響

表2 輸油管徑對靜電的影響

1.2 油罐中的靜電

成品油在輸轉過程中，通過泵與管道送往各種油罐。油品在管道內輸轉，會產生靜電。帶電荷的油品被裝入油罐，會因為電荷不能快速泄掉而積聚，使油品表面具有一個比較高的電位。因此，油罐內大部分靜電荷產生于輸送系統，其余部分是在灌裝時產生的。油罐在裝油過程中，油品電位的最大值有時發生在停止裝油之后。從裝油結束的時刻到最大電位值出現的時刻，稱為延遲時間，其值通常為30s左右。裝油結束80s之后靜電位才開始明顯下降。

1.3 公路油罐車的靜電

國內公路輕油罐車均為上部裝御，此種方法極容易產生電荷。公路油罐車裝油系統分為自流和泵送兩種方式。采取自流裝油系統的方式進入過湖器的初始電荷量較小。但采取泵送裝油系統方式，靜電荷就會從泵入口處開始大量的產生，流經過濾器處達到一個高峰，最后全部進入罐車內。上部裝御油，容易噴濺產生靜電荷，還會產生油霧，使油氣混合物達到爆炸濃度范圍。汽車油罐車一般采用 DN80的小鶴管裝油，4m3油罐車裝車時間約8min。裝車時應把鶴管伸入罐底，防止噴濺式裝油，從而減少產生新的靜電。

1.4 過濾器起電規律

過濾器是石油工業中常見的工藝設備。油品流經過濾器產生的靜電荷比油品流經輸油管道時產生的靜電荷還要多。有專家曾對管道上安裝過濾器對油品靜電起電的影響作過專門研究，如表3所示。

表3 過濾器對靜電的影響

2 石油靜電火災事故發生的基本條件

以汽油為例，因為汽油蒸汽的最小點火能量為0.1～0.2mJ,所以靜電極易引起燃燒爆炸。靜電引起火災事故，必須具備以下5 個基本條件：(1)符合產生靜電的條件；(2)產生并積聚電荷，能達到火花放電電壓；(3)能引起火花放電，并有足夠的放電間隙；(4)要有足夠引發火災或爆炸的點火能量；(5)在間隙和周圍環境中，具有足夠濃度的爆炸混合物。

在同時滿足以上5個條件時，才能引起火災爆炸事故的發生。

3 防靜電火災事故的預防措施

防靜電火災事故的措施較多，如：減少靜電的產生；采取接地等有效措施導走或中和靜電荷使其不能積聚；防止爆炸性氣體混合物的形成等。因此對防止石油靜電火災事故，不是完全消除靜電荷，而是控制各項指標值不致引起火災事故。

3.1 控制流速

實驗表明，油品在輸油管道中流動所產生的電流與油品流速的2次方成正比。由此可見，流速加快會增加靜電的產生，而控制油品流速是減少靜電產生的有效辦法，如表4所示。

表4 油品流速限制一覽表

3.2 注意靜置時間

因為油品的絕緣性能良好，帶電油品進入油罐內，靜電荷一時無法消散，需要經過一定時間的靜置才能消散完。為避免產生靜電風險，員工進行直接測量液位或油溫作業前，應等罐內靜電荷基本消散后。油品的靜置時間是依據油品的電導率和油罐容積來確定的。國家規定油罐車泄油前的靜置時間為15min。

3.3 油罐和管道的可靠接地與跨接

接地是指將油罐和管道與大地接通，形成相等電位，形成最小電阻值。跨接是指將油罐和管道之間用金屬導線相連，形成相等電位，目的是通過人為方式，使油罐和管道與大地形成一個等電位體，不致于因為靜電的電位差形成火花放電，而引起火災事故。管道跨接還有一個作用，當有雜散電流時，可以避免在斷路處發生電火花而造成火災事故。靜電接地電阻值的規定如表5所示。

表5 靜電接地電阻值

3.4 投放抗靜電添加劑

抗靜電劑的真正作用不是“抗”靜電，而是當加入微量抗靜電添加劑后，可以在不影響油品質量的前提下，大幅提高油品電導率，使其電荷得不到有效積聚。我國對抗靜電劑的使用量一般為百萬分之一(質)(1mg/L=1ppm)。多次使用證明，國產各牌號的噴氣燃料只要加1mg的抗靜電劑，就可使導電率維持在140～210電導單位以上。加劑時，一般情況先將抗靜電劑以數倍燃料油稀釋，再調配成母液，然后根據調和罐容積大小，進行充分循環調和。停泵半小時后測定，當各部位電導率值完全相同時(可調至(50～300)×10-12s/m)，說明油品即已調和均勻。

3.5 控制油面空間的混合氣體

在可能形成爆炸性氣體混合物的空間充以惰性氣體(如N2)，使該混合氣體達不到爆炸氣體的濃度范圍，充惰性氣體的方法是防止形成爆炸性氣體混合物。在充填惰性氣體之后，要保證氧氣所占體積小于7%，這樣的做的話，生產操作就不受許多條件的限制。

3.6 避免空氣、水和油品等混合

當油中含不同油品或水相混并進入壓縮空氣時，靜電的發生量將大幅增加。相關實驗表明，油品中含水量在5%時，會使起電效應增大10～50倍。并且油品通風調和也是十分危險的。某家煉廠一個5000m3油罐，罐內原裝有40t噴氣燃料，之后裝柴油并通風調和，在通風僅1分多鐘時便發生了爆炸。因此，油品調和時必須采取相應的安全措施。

3.7 消靜電管

消靜電管是直接消除油品內流動電荷的器件。它安裝在管道的末端，不斷地向管中注入與油品電荷極性相反的電荷而達到中和的目的。消靜電管一般長1m左右，適用管道直徑為50～200mm，適用溫度為-50～50℃。因為消靜電管出口電荷密度較穩定，所以消靜電器的安裝位置應該離油品出口處越近越好，但最長不應超出10m，防靜電重新產生。消靜電器在使用過程中，產生的沉積物容易對絕緣層的絕緣程度造成破壞，消電效率也會隨著內壁沉積物的增加而有所下降，最好每隔半年至一年清洗一次內壁。為保證消靜電器的工作可靠，使出口電荷密度在30×10-12C/m3以下，管道內油品流量應不大于2.5m3/min，并保證管體接地可靠，接地電阻值不大于10Ω。

3.8 加強組織管理

控制和防止靜電災害，必須加強組織管理工作：一是要使操作人員有一定的石油靜電知識；二是要有完整的管理制度和操作規程。(1)建立靜電安全管理體制：如建立靜電安全操作規范、靜電測試方法標準；建立用于檢測、取樣及衣、鞋等器具標準；(2)測定現場安全狀況：如在現場安裝可燃氣體測爆和報警裝置；確定靜電危險源場所，測定接地電阻值，設置靜電接地檢測報警儀；(3)加強防靜電的研究與教育：定期舉辦普及防靜電知識技術講座，增強防靜電意識；(4)加強人身靜電的預防：人體在正常活動時也會產生靜電。要嚴格規定相關人員在進入具有高濃度爆炸氣體混合物場所作業時，必須穿著防靜電工作服、防靜電鞋等。