何佳林 萬 黎 劉傳國

（1．中電建路橋集團(tuán)有限公司，四川 成都 610213；2．四川渝蓉石化能源有限公司，四川 成都 610015）

1 靜電的產(chǎn)生與危害

1.1 靜電的產(chǎn)生

大部分物體都帶有正負(fù)極相同數(shù)量的電荷，因此物體基本處于平衡與穩(wěn)定的狀態(tài)。當(dāng)外部環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，例如2個(gè)具有穩(wěn)定電荷的物體相互接觸時(shí)，正負(fù)極電荷會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)移，使某一方聚集過多的電荷，從而破壞原有的穩(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)兩個(gè)物體從接觸狀態(tài)變?yōu)榉蛛x時(shí)將形成電位差導(dǎo)致產(chǎn)生外部電場，進(jìn)而形成靜電。由此可以發(fā)現(xiàn)，靜電能產(chǎn)生具有兩個(gè)必要條件，其一是物體之間具有物理接觸，其二是物體之間發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移[1]。

1.2 靜電的危害

人們在生活中經(jīng)常能感受到靜電現(xiàn)象，例如冬天脫掉毛衣時(shí)會(huì)聽見放電的聲音，若在夜間還會(huì)有細(xì)小火光。對普通人來說，靜電帶來的是不舒適的感覺；但對石油化工行業(yè)尤其是加油站來說，將會(huì)帶來巨大的安全風(fēng)險(xiǎn)，對社會(huì)穩(wěn)定會(huì)造成極大的影響。

在加油站運(yùn)營期間，靜電帶來的危害主要在于電擊形成的火花引起站內(nèi)油品的燃燒與爆炸。國內(nèi)外由于靜電引發(fā)火災(zāi)的事故時(shí)有發(fā)生，日本平均每年因靜電引發(fā)火災(zāi)約50起，西方歐美國家每年也發(fā)生大量靜電災(zāi)害事故，我國六盤水市水城縣一加油站爆炸事故、成都市天回鎮(zhèn)104油庫爆炸事故等均造成大量人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失。

2 加油槍靜電特性研究

2.1 加油槍保護(hù)套現(xiàn)狀調(diào)查與分析

眾所周知，物體表面電阻率越小，聚合物抗靜電作用越好，反之越差。通過對我國西南地區(qū)多個(gè)不同環(huán)境條件下的加油站進(jìn)行加油槍保護(hù)套材料的表面電阻率進(jìn)行調(diào)查檢測，分析當(dāng)前加油站內(nèi)使用的加油槍材料是否滿足防靜電要求，形成調(diào)查檢測結(jié)果見表1。

由表1可知，所調(diào)查的加油站中，大部分加油站內(nèi)使用的加油槍保護(hù)套表面電阻率超過1×1011Ω，根據(jù)《防止靜電事故通用導(dǎo)則》（GB 12158—2006）中的規(guī)定，在任何條件下，表面電阻率等于或大于1×1011Ω的固體屬于靜電非導(dǎo)體，不具備防靜電的功能[2]。

表1 加油槍保護(hù)套材料表面電阻率調(diào)查統(tǒng)計(jì)表

2.2 加油槍出口油品靜電分析

加油槍出口是人們在加油站最容易接觸到油品的部位，也是在加油過程油品靜電風(fēng)險(xiǎn)較大的部位，通過對加油槍出口油品靜電進(jìn)行分析，可以判斷其是否存在的風(fēng)險(xiǎn)，并采取相應(yīng)措施進(jìn)行控制。

2.2.1 加油槍出口油品電荷密度調(diào)查分析

油品電荷密度是表征單位體積內(nèi)油品帶電量的重要參數(shù)，能直觀體現(xiàn)油品的帶電情況[3]。采用現(xiàn)場調(diào)查測試的方式，對我國西南地區(qū)多個(gè)不同環(huán)境條件下的加油站進(jìn)行測試調(diào)查，測試方法采用法拉第筒法，將油品注入法拉第筒內(nèi)，通過測試其電荷量并計(jì)算出電荷密度，試驗(yàn)示意如圖1所示，形成測試記錄成果見表2。

圖1 法拉第筒法油品靜電測試系統(tǒng)示意圖

由表2的調(diào)查測試結(jié)果可知，加油站在正常加油過程中，油品最大電荷密度為107.3μc/m3，此時(shí)聚集在加油槍出口處的油品電荷量非常大，對加油站、汽車以及相應(yīng)人員均存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)，因此需要對加油槍出口處油品靜電進(jìn)行控制。

表2 加油槍出口油品電荷密度調(diào)查統(tǒng)計(jì)表

2.2.2 油品流速與電荷密度關(guān)系研究

油品在流動(dòng)過程中，油品分子之間、油品與其他物質(zhì)之間的摩擦?xí)a(chǎn)生靜電，同時(shí)隨著摩擦的加劇而增大，即油品流速越快靜電越大。通過對加油槍出油口的油品流速進(jìn)行監(jiān)測，并對不同流速下油品的帶電量運(yùn)用法拉第筒法進(jìn)行檢測，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，同一環(huán)境下，油品內(nèi)的電荷密度隨著油品流速的增加呈現(xiàn)出先緩后快的上升趨勢，結(jié)合《汽車加油加氣加氫站技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50156—2021）中的規(guī)定[4]，加油站運(yùn)營過程中可將加油槍出油流速上限值設(shè)為50 L/min。

圖2 不同油品流速下電荷密度變化圖

3 油罐車卸油靜電特性研究

3.1 油罐車卸油前靜置時(shí)間研究

為直觀地反映油罐車靜置時(shí)間內(nèi)的靜電危險(xiǎn)性，通常采用罐車內(nèi)油品的油面電位進(jìn)行判斷，油面電位是指油罐車內(nèi)油面和地面的電位差。根據(jù)《輕質(zhì)油品裝油安全油面電位值》（GB 6951—1986）規(guī)定，罐車卸油前的油面電位值上限為12000 V。

對油品的油面電位檢測采用EST202油面電位測量系統(tǒng)，應(yīng)當(dāng)在油罐車離開油庫前將測量系統(tǒng)安裝完畢，試驗(yàn)人員隨車進(jìn)行測試，記錄油罐車行駛過程及停放后的油面電位數(shù)值最大值。測量系統(tǒng)安裝示意如圖3所示，測試結(jié)果見表3。

圖3 油面電位測量系統(tǒng)安裝示意圖

由表3可知，測試結(jié)果中油面電位最大值為450 V，遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的安全油面電位限值，說明油品在行駛及停放過程中，靜電產(chǎn)生放電現(xiàn)象的概率較低。為研究罐車停車后油面電位變化規(guī)律，選取停車后260 V這一組進(jìn)一步分析，得到油面電位隨時(shí)間變化曲線如圖4所示。

表3 油罐車行駛中及停車后的油面電位測量記錄

通過圖4的變化曲線可以看出，油罐車停車后，罐內(nèi)油品的油面電位經(jīng)歷短時(shí)間波動(dòng)變化后，逐漸下降并保持穩(wěn)定，因此，油罐車應(yīng)當(dāng)在油面電位處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)進(jìn)行卸油作業(yè)。由此可知，油罐車卸油前的靜置時(shí)間應(yīng)當(dāng)是從停車后到油面電位趨于穩(wěn)定的時(shí)間，由測試結(jié)果可知，這段時(shí)間約為3 min～4 min。

圖4 停車后油面電位隨時(shí)間變化曲線

3.2 卸油過程油品靜電特性研究

3.2.1 油罐車對地電阻檢測

一般情況下，油罐車輪胎材質(zhì)為橡膠，屬于絕緣體，而罐體是金屬，將導(dǎo)致罐體的對地電阻較大。根據(jù)《汽車導(dǎo)靜電橡膠拖地帶》（JT/T 230—2021）的要求，危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸車輛必須設(shè)置導(dǎo)靜電橡膠拖地帶[5]，通過調(diào)查統(tǒng)計(jì)與檢測油罐車對地電阻，分析油罐車是否具有靜電風(fēng)險(xiǎn)，調(diào)查檢測結(jié)果見表4。

表4 油罐車對地電阻調(diào)查檢測統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)《防止靜電事故通用導(dǎo)則》（GB 12158—2006）規(guī)定，罐車對地電阻應(yīng)小于1×106Ω。由表4檢測結(jié)果可以看出，油罐車對地電阻均小于規(guī)定值，說明只要按規(guī)定配備導(dǎo)靜電橡膠拖地帶，油罐車未經(jīng)歷劇烈顛簸，其自身帶來的油品靜電風(fēng)險(xiǎn)較低。

3.2.2 不同卸油高度油品電荷密度對比分析

加油站新油進(jìn)場后，在進(jìn)行卸油作業(yè)時(shí)，油品下落高度過高，將會(huì)對儲(chǔ)油罐中的原油產(chǎn)生較大沖擊，增大靜電產(chǎn)生的概率，通過對卸油方式進(jìn)行分析，通過控制卸油的方式減少靜電。

選取不同余量的儲(chǔ)油罐分別測定其卸油時(shí)油品的電荷密度變化，儲(chǔ)油罐余量分組示意如圖5所示，電荷密度變化曲線如圖6所示。

圖5 儲(chǔ)油罐余量分組示意圖

圖6 卸油過程中罐內(nèi)油品電荷密度變化曲線

由圖6檢測數(shù)據(jù)可知，不同高度卸油時(shí)，油品電荷密度變化規(guī)律基本一致，都呈現(xiàn)出卸油開始后油品內(nèi)的電荷密度快速增加，卸油開始約10 min后趨于穩(wěn)定，卸油結(jié)束后約15 min電荷密度持續(xù)減少最后保持穩(wěn)定。當(dāng)儲(chǔ)油罐內(nèi)原有油品越少（即卸油時(shí)高度越高），油品內(nèi)電荷密度變化幅度越大，由此可知，在加油站日常運(yùn)營中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)儲(chǔ)油罐剩余油量及經(jīng)營要求，合理選擇時(shí)間進(jìn)行新油的補(bǔ)充。

4 結(jié)論

通過對我國西南地區(qū)多個(gè)加油站調(diào)查及運(yùn)營過程中的靜電風(fēng)險(xiǎn)分析研究，得出以下4個(gè)結(jié)論：1）大部分加油站內(nèi)使用的加油槍保護(hù)套表面電阻率超過1×1011Ω，屬于靜電非導(dǎo)體，不具備防靜電的功能，靜電電荷無法從加油槍有效釋放，應(yīng)當(dāng)選用符合規(guī)定的防靜電材料，其表面電阻率應(yīng)小于1×1011Ω。2）在正常加油過程中，加油槍出口油品最大電荷密度為107.3μc/m3，此時(shí)在加油槍出口處聚集了大量的靜電，存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。而油品內(nèi)的電荷密度具有隨著油品流速的增加呈現(xiàn)出先緩后快的上升趨勢，通過控制油品流速可達(dá)到控制電荷量的目的，結(jié)合檢測數(shù)據(jù)結(jié)果，加油槍出油流速上限值設(shè)為50L/min可滿足規(guī)范要求，保障運(yùn)營安全。3）規(guī)范對罐車卸油前的安全油面電位值上限為12000 V，測試結(jié)果中油面電位最大值為450 V，說明油品在行駛及停放過程中，靜電產(chǎn)生放電現(xiàn)象的概率較低。同時(shí)，油罐車停車后，罐內(nèi)油品的油面電位經(jīng)歷短時(shí)間波動(dòng)變化后逐漸下降并保持穩(wěn)定，變化及下降時(shí)間約為3min～4min，由此得出，基于檢測誤差及安全考慮，罐車卸油前靜置時(shí)間至少為5 min。4）油罐車按規(guī)定配備導(dǎo)靜電橡膠拖地帶，同時(shí)運(yùn)輸過程中未經(jīng)歷劇烈顛簸，此時(shí)罐車的對地電阻均小于1×106Ω，其自身帶來的油品靜電風(fēng)險(xiǎn)較低。5）不同高度卸油時(shí)，油品的電荷密度變化都呈現(xiàn)出卸油開始后快速增加，然后暫時(shí)保持穩(wěn)定至卸油完成，然后持續(xù)下降直至最終保持穩(wěn)定這一相同的變化規(guī)律，當(dāng)儲(chǔ)油罐內(nèi)原有油品越少（即卸油時(shí)高度越高），油品內(nèi)電荷密度變化幅度越大，由此可知，在加油站日常運(yùn)營中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)儲(chǔ)油罐剩余油量及經(jīng)營要求，合理選擇時(shí)間進(jìn)行新油的補(bǔ)充。