“長(zhǎng)航探索”打撈工程中的靜電防爆研究

張立山

（交通運(yùn)輸部救助打撈局，北京 116026)

近年來，隨著海上油氣運(yùn)輸業(yè)不斷發(fā)展，海上行駛的油輪越來越多，隨之而來的各種油輪事故也日益增多。面對(duì)新發(fā)展階段新的海上交通運(yùn)輸安全形勢(shì)要求，我國(guó)海上應(yīng)急搶險(xiǎn)打撈工作更加重視油輪打撈工程的靜電防爆工作。本文以“長(zhǎng)航探索”油輪打撈工程為例，對(duì)施工過程中的靜電防爆內(nèi)容進(jìn)行了系統(tǒng)分析研究，提出了有效舉措。

1 打撈工程概況

1.1 “長(zhǎng)航探索”打撈工程背景簡(jiǎn)介

受強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“天鴿”影響，2017年8月23日“長(zhǎng)航探索”油輪在竹洲仔島東面觸礁。據(jù)船東提供的資料，該輪觸礁前有8700 噸汽油，有燃油244 噸、柴油144 噸。難船觸礁海域圖和船舶擱坐情況如圖1、2 所示。

圖1 難船觸礁海域圖

1.2 現(xiàn)場(chǎng)探摸、測(cè)量情況

“長(zhǎng)航探索”擱坐地點(diǎn)經(jīng)緯度為21°59.84′N，113°50.16E，位于竹洲島旁邊，左傾13°，尾傾13°，左舷船尾吃水越18.2m，水面漫過甲板，潮高100cm。擱淺位置海床底質(zhì)為礁石，右舷基本離空，未接觸礁石。

圖2 擱坐情況

“長(zhǎng)航探索”貨油艙左舷6 個(gè)艙室全部破損浸水，右舷艙室完好未破損，前期已進(jìn)行艙室抽油。破損艙室分布示意圖如圖3所示（帶顏色艙室均為破損艙室）：左舷貨艙的含氧量和油氣情況如表1所示。壓載艙、機(jī)艙、壓載泵艙、1#燃油艙（P）、污油水艙、艏部隔離艙和雙層底全部破損進(jìn)水。

表1 “長(zhǎng)航探索”左舷6 個(gè)艙室的氧氣量和油氣體積比情況表

圖3 破損艙室位置示意圖

“長(zhǎng)航探索”主甲板上貨油艙區(qū)域及左舷壓載水艙透氣管頭處汽油味較重。NO.5 貨油艙（P）及NO.2 貨油艙與NO.3貨油艙相鄰處能聽到鋼板與礁石的摩擦聲。

1.3 “長(zhǎng)航探索”打撈工程中涉及靜電防爆的施工內(nèi)容

（1）“南天鵬”坐底拋錨，帶纜旁靠“長(zhǎng)航探索”。“長(zhǎng)航探索”打撈工程依托“南天鵬”打撈工程船和“重任1501”半潛船展開，“南天鵬”坐底“重任1501”半潛船抗風(fēng)配合作業(yè)。

（2）固定難船。為出淺前穩(wěn)住難船船態(tài)，在難船船尾帶2 條纜繩到岸邊，船頭帶1 條纜繩到岸邊。

（3）貨艙惰化及抽油掃艙。為保證貨艙封艙打氣的船舶安全，對(duì)“長(zhǎng)航探索”左舷NO1—NO6 號(hào)貨油艙進(jìn)行抽油掃艙。掃艙前對(duì)貨油艙進(jìn)行封艙、氮?dú)舛杌瑢⑴搩?nèi)氧氣控制在8%以內(nèi)后利用TK80 抽油泵進(jìn)行抽油掃艙。

（4）封艙、壓水以及打氣設(shè)備的布置和使用。施工方案將NO4 貨油艙（S）作為調(diào)載艙，因此在出淺前在NO4 貨油艙艙口位置船旁放置潛水泵，在艙室周圍配置制氮機(jī)和充氣設(shè)備用以惰化艙室。

（5）抵抗惡劣海況，加固甲板設(shè)備和浮筒。作業(yè)期間冷空氣來襲，風(fēng)力較大，需對(duì)機(jī)械設(shè)備和浮筒進(jìn)行二次加固，防止發(fā)生設(shè)備移位。

2 油輪靜電防爆的研究現(xiàn)狀

2.1 油輪靜電的產(chǎn)生原理

油輪作為專門裝載運(yùn)輸易燃液體船舶，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，發(fā)生燃燒爆炸風(fēng)險(xiǎn)高，打撈難度大，因此汽油船“長(zhǎng)航探索”打撈工程要對(duì)靜電起電和放電情況提高警惕。

汽油中產(chǎn)生靜電荷，多與存在易產(chǎn)生電荷的細(xì)小雜質(zhì)有關(guān)。根據(jù)亥姆霍茲偶電層理論，油輪上靜電的產(chǎn)生原理可以分為接觸、分離和摩擦三個(gè)過程。接觸過程兩種物質(zhì)和材料發(fā)生接觸形成偶電層。分離過程結(jié)束接觸發(fā)生靜電電容減少和電位的升高。摩擦過程諸多材料間接觸部位反復(fù)接觸和分離，發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移產(chǎn)生不同極性帶電體。反復(fù)摩擦形成的靜電現(xiàn)象，對(duì)打撈工程危害極大，引起油輪燃爆風(fēng)險(xiǎn)極高。

2.2 國(guó)內(nèi)外油輪靜電的研究現(xiàn)狀

2．2．1 國(guó)內(nèi)油輪靜電研究現(xiàn)狀

自20世紀(jì)70年代起，國(guó)內(nèi)對(duì)油輪靜電的產(chǎn)生原理、發(fā)生規(guī)律、防護(hù)舉措開展了大量實(shí)驗(yàn)、推測(cè)、對(duì)比和研究。其中，武漢交通科技大學(xué)的韓德恩分析油輪靜電災(zāi)害的形成原因,提出了裝卸作業(yè)中油輪靜電防護(hù)的舉措建議。大連遠(yuǎn)洋公司的劉雷分析了靜電在油輪中的產(chǎn)生過程，提出了防護(hù)措施。邱云明等人從環(huán)境、人為和油輪因素等角度詳細(xì)分析了油輪靜電產(chǎn)生機(jī)理及原因。工業(yè)自動(dòng)化部的羅宏昌對(duì)洗艙中的儲(chǔ)油艙進(jìn)行靜電測(cè)試，分析得出洗艙會(huì)使儲(chǔ)油艙內(nèi)產(chǎn)生帶電油水霧和帶電油水霧云團(tuán)的結(jié)論。同時(shí)，隨著研究深入，油輪靜電防護(hù)相關(guān)安全技術(shù)法規(guī)也陸續(xù)制定出臺(tái)。特別在以下方面取得了突出成就：一是關(guān)于靜電放電危害防護(hù)的理論已基本涵蓋靜電產(chǎn)生機(jī)理和危害形式各方面。二是防靜電重要參數(shù)的測(cè)量?jī)x器系統(tǒng)不斷發(fā)展。三是關(guān)于靜電領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)的制定工作進(jìn)展喜人，現(xiàn)已發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)包括有民用標(biāo)準(zhǔn)如GB 2439-81《導(dǎo)電和抗靜電橡膠電阻率（系數(shù)）的測(cè)定方法》和GB 6950-86《輕質(zhì)油品安全靜止電導(dǎo)率》等。

2．2．2 國(guó)外油輪靜電研究現(xiàn)狀

19世紀(jì)以來，隨著工業(yè)化發(fā)展，靜電對(duì)航運(yùn)業(yè)產(chǎn)生諸多影響，越來越多人開始關(guān)注船舶靜電。其中，美國(guó)殼牌石油公司基于自身業(yè)務(wù)原因，早在1956年就開始研究。隨后由于1969年，在短短一個(gè)月內(nèi)發(fā)生了多起巨型油輪靜電燃爆事故，越來越多的研究機(jī)構(gòu)開始著手對(duì)油輪靜電燃爆防護(hù)問題進(jìn)行研究。其中原子武器研究科學(xué)院、皇學(xué)院等均在油輪靜電防爆研究中取得了突破。同時(shí)，在相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)體系研究方面，國(guó)外一些靜電研究機(jī)構(gòu)制定了一系列相應(yīng)ESD 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如《操作靜電放電敏感器件的要求》《靜電敏感器件的標(biāo)記和符號(hào)》等。

系統(tǒng)分析國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，不難發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有油輪靜電問題的研究主要集中在油輪貯藏、運(yùn)輸和裝卸貨等方面，尚沒有針對(duì)油輪打撈工程中的靜電防爆問題研究。本文主要對(duì) “長(zhǎng)航探索”打撈工程中的靜電起火隱患進(jìn)行了系統(tǒng)分析，結(jié)合工程概況、現(xiàn)場(chǎng)探摸結(jié)果、工程主要操作，提出了“長(zhǎng)航探索”油輪打撈工程中的靜電防爆措施和手段。

3 “長(zhǎng)航探索”打撈工程靜電起火隱患分析

打撈工程施工作業(yè)復(fù)雜，應(yīng)用機(jī)械設(shè)備繁多，必須充分考慮靜電起火的各種風(fēng)險(xiǎn)隱患，既要考慮接觸、物理效應(yīng)、靜電感應(yīng)等靜電起電隱患，也要考慮電暈、火花等靜電放電風(fēng)險(xiǎn)，既要統(tǒng)籌考慮打撈作業(yè)環(huán)境和現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)溫度因素，也要特別注意工程機(jī)械和工具的材料屬性。

3.1 靜電起電隱患分析

（1）接觸起電。“長(zhǎng)航探索”船尾浸水，甲板上有水，風(fēng)浪較大時(shí)，甲板上的水與甲板產(chǎn)生摩擦、碰撞，水與甲板緊密接觸，相距小易產(chǎn)生電子轉(zhuǎn)移，引起接觸起電。

（2）物理效應(yīng)起電。“長(zhǎng)航探索”上外置有發(fā)電機(jī)、抽油泵等機(jī)械設(shè)備，因船舶搖晃和自身震動(dòng)將產(chǎn)生靜電，靜電依附在設(shè)備外殼表面凸起部位，一旦場(chǎng)強(qiáng)過強(qiáng)，空氣電離，將發(fā)生尖端放電現(xiàn)象。

（3）靜電感應(yīng)起電。船舶周圍存在復(fù)雜電磁場(chǎng)，當(dāng)打撈工程中對(duì)講機(jī)、手機(jī)、雷達(dá)等設(shè)備運(yùn)行時(shí)，將產(chǎn)生磁場(chǎng)，導(dǎo)致感應(yīng)生電。

3.2 靜電放電隱患分析

在“長(zhǎng)航探索”打撈工程中，除靜電起電之外，靜電放電的現(xiàn)象也要高度警惕。表2是幾種常見的油輪放電現(xiàn)象，其中以電暈放電和火花放電的現(xiàn)象最為普遍。

表2 各類ESD 的發(fā)生條件與特點(diǎn)

（1）電暈放電。“長(zhǎng)航探索”上存在大量尖銳導(dǎo)體，如艙門上的金屬把手等。當(dāng)工作人員與這些導(dǎo)體接觸，易發(fā)生電暈放電的現(xiàn)象。

（2）火花放電。由于現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)浪環(huán)境比較惡劣，工程隊(duì)需對(duì)機(jī)械設(shè)備和浮筒進(jìn)行二次加固，涉及焊接等操作，這種火花放電很容易引起“長(zhǎng)航探索”船上可燃性混合氣體的爆炸。

4 “長(zhǎng)航探索”打撈工程靜電防爆措施研究

油輪打撈工程中,要注意不能同時(shí)滿足以下兩條靜電燃爆條件：一是油輪產(chǎn)生靜電釋放大量能量；二是可燃性氣體和氧氣融合達(dá)到相應(yīng)燃爆濃度。條件允許時(shí)，施工人員應(yīng)盡量同時(shí)避免兩種情況產(chǎn)生。

4.1 惰化艙室

惰化艙室是降低油輪油艙內(nèi)氧氣濃度最為有效的方式，需要工程施工人員在抽油操作前，利用打撈工程船舶上的外置制氮裝置對(duì)貨油艙進(jìn)行充氮操作。一般情況下惰化艙室需要持續(xù)反復(fù)向油艙內(nèi)充入足量氮?dú)猓敝梁趿拷档?%以下，才能有效降低靜電燃爆風(fēng)險(xiǎn)。

4.2 原貨油泵打氣

利用原貨油泵打氣，可使壓縮空氣從海水中冒出，目的是防止壓縮空氣產(chǎn)生靜電及對(duì)壓縮空氣進(jìn)行放電。

4.3 靜電接地

為防止發(fā)生靜電燃爆現(xiàn)象，需要通過靜電接地的方式利用導(dǎo)體將油輪上船體、管線、機(jī)械設(shè)備、金屬裝具等各種物體上所帶電荷盡快泄除。此次施工過程中，因汽油電阻率較高，不能簡(jiǎn)單通過船體接地來泄除電荷，采用了液體靜電安全網(wǎng)的方法。

4.4 控制抽送油速度

由于輸油速度越快，電荷分離產(chǎn)生的電荷越大，發(fā)生靜電燃爆的風(fēng)險(xiǎn)越高。因此，在抽送汽油過程中，要控制油管內(nèi)的線性流速不能超過1m*s。抽送油結(jié)束后，必須靜置0.5-2h 后再執(zhí)行后續(xù)操作，以進(jìn)一步降低燃爆幾率。

4.5 汽油處理管路設(shè)置應(yīng)合理

處理汽油應(yīng)使用金屬導(dǎo)電材料；抽油軟管末端應(yīng)有導(dǎo)體法蘭盤，軟管內(nèi)有末端焊接在法蘭盤的導(dǎo)線，形成放泄回路。

4.6 接地操作應(yīng)遵循安全順序

對(duì)汽油接觸金屬進(jìn)行接地操作時(shí)，必須要按照先接地線，后接軟管；先拆軟管，后拆地線的順序進(jìn)行操作。

4.7 防止人體帶電

現(xiàn)場(chǎng)施工人員應(yīng)穿著質(zhì)量合格的專業(yè)防靜電鞋和服裝，避免穿著尼龍化纖材質(zhì)工作服，出入船舶艙口時(shí)必須要先觸摸靜電泄漏板。

4.8 禁止明火作業(yè)

施工過程嚴(yán)禁焊接、打火等明火作業(yè)。工作人員要攜帶防爆對(duì)講機(jī)，嚴(yán)禁攜帶手機(jī)、打火機(jī)等物品。

5 小結(jié)

大型油輪打撈工程作為打撈工程中難度和危險(xiǎn)性都較高的重大難題，其難點(diǎn)和危險(xiǎn)性主要體現(xiàn)在如何在打撈工程中有效預(yù)防靜電的起電和放電。本文通過深入研究析國(guó)內(nèi)外油輪靜電防爆發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合工程現(xiàn)場(chǎng)情況和施工方案，提出了“長(zhǎng)航探索”輪打撈工程中靜電防爆的具體措施，為我國(guó)大型油輪的打撈工程提供了理論支持。