橡膠軟管導電性標準分析1

李攀瑜，王風翔，胡登明

（上海船舶設備研究所，上海 200031）

0 引言

橡膠軟管具有彎曲性能優異、抗腐蝕性能突出、保養維護簡易等優點，在油氣輸送領域應用廣泛。然而，橡膠作為一種非金屬材料，其電阻率較高。油品在橡膠管道中流動時，會受到管壁的摩擦作用，油品中的分子會失去電子，進而積累在非金屬壁面上。非金屬材料的電阻率非常高，管壁上的負電荷泄漏慢、積累快，從而在管壁表面形成負電荷層。由于異性電荷相互吸引，負電荷層會進一步誘導形成擴散雙電層[1-2]。由于油品一直流動，管壁處的流體處于連續更新狀態，擴散層內的電荷容易被帶走，進而使油流帶電。然而，積聚在管壁上的靜電荷難以及時釋放到地面，易引發靜電放電。為及時將軟管管壁電荷導出，最直接有效的方式是降低靜電泄放電阻。國內外均針對軟管的導電性能制定了相應的標準或規范，用于指導軟管的設計、制造、驗收和使用。

本文對國內外各類橡膠軟管標準、規范中的導電性要求進行全面梳理，并對各標準、規范中導電性要求的差異性進行具體分析。

1 國內各類橡膠軟管標準和規范的導電性要求

國內制定的橡膠軟管標準和規范主要針對飛機加油、船岸間吸排油、加油站及油槽車輸油等方面。各標準和規范對導電性的具體要求見表1。

表1 標準和規范對導電性的具體要求

根據電阻率的不同，橡膠軟管可分為電連接軟管和導靜電軟管。各標準均對橡膠軟管電阻值的大小進行了明確要求，但部分標準未指定導電介質。

2 國外主要橡膠軟管標準和規范的導電性要求

EN 1765: 2016 標準[12]主要具有如下要求：1）M 級軟管的電阻值不得超過100 歐姆/根；2）? 級軟管的電阻值不得超過106歐姆/根；3）非連續導電軟管的電阻值不得小于2.5×104歐姆/根。

EN 12115: 2011 標準[13]主要具有如下要求：1）M 級軟管組合件的電阻值不應超過100 歐姆/根；2）? 級軟管組合件的電阻值應小于106歐姆/根；3）當存在靜電耗散安全要求時，M 級、? 級軟管的管壁電阻不應超過109?，并標記為M/T 級或?/T 級。

ISO 1825: 2010 標準[14]、EN 1361: 2004 標準[15]與國內GB/T 10543—2014 標準要求一致。

3 導電性標準分析

綜合分析國內外相關標準、規范對橡膠軟管導電性要求，可得出如下結論：

1）對于M 級軟管，即依靠低電阻金屬絲（一般為2 根交叉纏繞的金屬絲）導電的電連接軟管，其電阻要求通常為≤100 歐姆/根。

2）對于? 級軟管，即依靠導靜電橡膠層導電的導靜電軟管，各標準和規范對電阻的要求不盡一致。大部分標準和規范要求的電阻上限為106?/m或106歐姆/根，但僅有部分標準和規范對電阻下線提出要求。

3）對于非連續導電軟管，即含有靜電導線或導電橡膠層但軟管接頭與靜電導線或導電橡膠絕緣的軟管，其電阻要求通常為≥2.5×104歐姆/根，僅有部分標準和規范對該種軟管提出要求。

4 橡膠軟管靜電安全性探討

油品在管道內流動時會形成沖流電流，部分電荷隨管壁泄漏形成泄漏電流。當電荷的泄漏和增長達到動態平衡時，液體電量飽和，形成穩定的沖流電流[16]。橡膠軟管的電阻值較大，其管壁往往會積累大量與沖流電流相反的電荷。

當靜電場的強度超過管材的擊穿場強時，可能發生2 種形式的靜電放電[17]：1）在管內壁雙電層和管道周圍導體之間的火花放電，所釋放的能量能熔融壁面材料，造成管壁穿孔；2）在管道外壁和管道周圍導體之間的刷形放電，多次的刷形放電會造成管道表面腐蝕，減少管道壽命，若周圍有爆炸性可燃氣體聚集，可能引起更大災害。

為有效消除靜電，軟管需采用嵌導電線或改善自身材料導電性等措施來減小靜電泄漏電阻，避免電荷積聚。

4.1 導電介質/電阻率的影響

M 級軟管交叉纏繞2 根低電阻金屬導線，依靠該導線可快速實現電荷的轉移、中和，避免靜電荷積聚，目前大部分軟管標準中均有該類型軟管。然而，在能快速產生大量靜電荷的場合，該型軟管的金屬絲常因電阻率較低而產生較大電流，還會有產生火花的隱患。此外，在靜電泄放電流過大時，還可能導致靜電導線熔斷，進而將導電軟管變為絕緣管。該型軟管當多次彎折時，還可能導致金屬導線斷裂，從而造成電連接斷路的不利情況。

? 級軟管在膠料的內膠層/外膠層摻加導電炭黑、金屬粉、金屬纖維等導電材料，將絕緣的膠料改性為靜電導體來進行導電，其電阻率受導電材料材質、含量、分布形式的影響。該型軟管的電阻通常要高于金屬導線，其導電膠層在整根軟管圓周及長度方向均勻分布，故不會發生靜電泄放通道斷路的風險。由于該型軟管電阻值較高，其靜電泄放電流較減小，能平穩、緩和地導出靜電。

M 級軟管和? 級軟管均屬于靜電導體，能安全、有效地導出靜電，但必須接地。若需要限制靜電導體對地的放電電流，則優先推薦使用? 級軟管。

4.2 導電膠層的影響

根據靜電發生原理，液體在管內的流動會造成電荷分離，隨油流動的電荷形成沖流電流，而相反的電荷則積聚在管道內壁上。橡膠軟管的內膠層直接與油品接觸，其導電性能會對加油過程的油品靜電產生較大影響。當絕緣管外壁附有接地導電層時，管壁上徑向等效電阻會遠小于軸向等效電阻，通過徑向泄漏的電荷量遠大于通過軸向泄漏的電荷量，徑向接地導電層能明顯降低管壁面的電場強度。因此，外膠導電是一種行之有效的靜電導除方法。

對于某些安全要求較高的環境，若軟管內壁不導靜電，則當外部電荷大量聚集時，軟管內部可能會被擊穿。這種情況下推薦選用EN 12115: 2011 標準定義的?/T級軟管，既能有效控制靜電泄放電流，又能防止管壁靜電過度積累。國內暫無該型軟管標準，亟須對相關標準進行修訂。

5 結論

本文總結了國內外各類橡膠軟管標準、規范中的導電性要求，對軟管的靜電安全性、電阻率以及導電膠層的影響進行了討論，可為國內導靜電軟管的設計、開發提供一定參考。各標準、規范關于導靜電軟管電阻范圍的要求不盡一致，為使軟管生產、檢驗標準化，應逐步研究、討論軟管的靜電安全問題，將標準、規范的要求統一起來。