李攀瑜，王風(fēng)翔，胡登明

（上海船舶設(shè)備研究所，上海 200031）

0 引言

橡膠軟管具有彎曲性能優(yōu)異、抗腐蝕性能突出、保養(yǎng)維護(hù)簡(jiǎn)易等優(yōu)點(diǎn)，在油氣輸送領(lǐng)域應(yīng)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(dòng)時(shí)，會(huì)受到管壁的摩擦作用，油品中的分子會(huì)失去電子，進(jìn)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(fù)電荷泄漏慢、積累快，從而在管壁表面形成負(fù)電荷層。由于異性電荷相互吸引，負(fù)電荷層會(huì)進(jìn)一步誘導(dǎo)形成擴(kuò)散雙電層[1-2]。由于油品一直流動(dòng)，管壁處的流體處于連續(xù)更新狀態(tài)，擴(kuò)散層內(nèi)的電荷容易被帶走，進(jìn)而使油流帶電。然而，積聚在管壁上的靜電荷難以及時(shí)釋放到地面，易引發(fā)靜電放電。為及時(shí)將軟管管壁電荷導(dǎo)出，最直接有效的方式是降低靜電泄放電阻。國(guó)內(nèi)外均針對(duì)軟管的導(dǎo)電性能制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范，用于指導(dǎo)軟管的設(shè)計(jì)、制造、驗(yàn)收和使用。

本文對(duì)國(guó)內(nèi)外各類橡膠軟管標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范中的導(dǎo)電性要求進(jìn)行全面梳理，并對(duì)各標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范中導(dǎo)電性要求的差異性進(jìn)行具體分析。

1 國(guó)內(nèi)各類橡膠軟管標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的導(dǎo)電性要求

國(guó)內(nèi)制定的橡膠軟管標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范主要針對(duì)飛機(jī)加油、船岸間吸排油、加油站及油槽車輸油等方面。各標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范對(duì)導(dǎo)電性的具體要求見(jiàn)表1。

表1 標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范對(duì)導(dǎo)電性的具體要求

根據(jù)電阻率的不同，橡膠軟管可分為電連接軟管和導(dǎo)靜電軟管。各標(biāo)準(zhǔn)均對(duì)橡膠軟管電阻值的大小進(jìn)行了明確要求，但部分標(biāo)準(zhǔn)未指定導(dǎo)電介質(zhì)。

2 國(guó)外主要橡膠軟管標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的導(dǎo)電性要求

EN 1765: 2016 標(biāo)準(zhǔn)[12]主要具有如下要求：1）M 級(jí)軟管的電阻值不得超過(guò)100 歐姆/根；2）? 級(jí)軟管的電阻值不得超過(guò)106歐姆/根；3）非連續(xù)導(dǎo)電軟管的電阻值不得小于2.5×104歐姆/根。

EN 12115: 2011 標(biāo)準(zhǔn)[13]主要具有如下要求：1）M 級(jí)軟管組合件的電阻值不應(yīng)超過(guò)100 歐姆/根；2）? 級(jí)軟管組合件的電阻值應(yīng)小于106歐姆/根；3）當(dāng)存在靜電耗散安全要求時(shí)，M 級(jí)、? 級(jí)軟管的管壁電阻不應(yīng)超過(guò)109?，并標(biāo)記為M/T 級(jí)或?/T 級(jí)。

ISO 1825: 2010 標(biāo)準(zhǔn)[14]、EN 1361: 2004 標(biāo)準(zhǔn)[15]與國(guó)內(nèi)GB/T 10543—2014 標(biāo)準(zhǔn)要求一致。

3 導(dǎo)電性標(biāo)準(zhǔn)分析

綜合分析國(guó)內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范對(duì)橡膠軟管導(dǎo)電性要求，可得出如下結(jié)論：

1）對(duì)于M 級(jí)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(dǎo)電的電連接軟管，其電阻要求通常為≤100 歐姆/根。

2）對(duì)于? 級(jí)軟管，即依靠導(dǎo)靜電橡膠層導(dǎo)電的導(dǎo)靜電軟管，各標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范對(duì)電阻的要求不盡一致。大部分標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求的電阻上限為106?/m或106歐姆/根，但僅有部分標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范對(duì)電阻下線提出要求。

3）對(duì)于非連續(xù)導(dǎo)電軟管，即含有靜電導(dǎo)線或?qū)щ娤鹉z層但軟管接頭與靜電導(dǎo)線或?qū)щ娤鹉z絕緣的軟管，其電阻要求通常為≥2.5×104歐姆/根，僅有部分標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范對(duì)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(nèi)流動(dòng)時(shí)會(huì)形成沖流電流，部分電荷隨管壁泄漏形成泄漏電流。當(dāng)電荷的泄漏和增長(zhǎng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，液體電量飽和，形成穩(wěn)定的沖流電流[16]。橡膠軟管的電阻值較大，其管壁往往會(huì)積累大量與沖流電流相反的電荷。

當(dāng)靜電場(chǎng)的強(qiáng)度超過(guò)管材的擊穿場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，可能發(fā)生2 種形式的靜電放電[17]：1）在管內(nèi)壁雙電層和管道周圍導(dǎo)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(dǎo)體之間的刷形放電，多次的刷形放電會(huì)造成管道表面腐蝕，減少管道壽命，若周圍有爆炸性可燃?xì)怏w聚集，可能引起更大災(zāi)害。

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

4.1 導(dǎo)電介質(zhì)/電阻率的影響

M 級(jí)軟管交叉纏繞2 根低電阻金屬導(dǎo)線，依靠該導(dǎo)線可快速實(shí)現(xiàn)電荷的轉(zhuǎn)移、中和，避免靜電荷積聚，目前大部分軟管標(biāo)準(zhǔn)中均有該類型軟管。然而，在能快速產(chǎn)生大量靜電荷的場(chǎng)合，該型軟管的金屬絲常因電阻率較低而產(chǎn)生較大電流，還會(huì)有產(chǎn)生火花的隱患。此外，在靜電泄放電流過(guò)大時(shí)，還可能導(dǎo)致靜電導(dǎo)線熔斷，進(jìn)而將導(dǎo)電軟管變?yōu)榻^緣管。該型軟管當(dāng)多次彎折時(shí)，還可能導(dǎo)致金屬導(dǎo)線斷裂，從而造成電連接斷路的不利情況。

? 級(jí)軟管在膠料的內(nèi)膠層/外膠層摻加導(dǎo)電炭黑、金屬粉、金屬纖維等導(dǎo)電材料，將絕緣的膠料改性為靜電導(dǎo)體來(lái)進(jìn)行導(dǎo)電，其電阻率受導(dǎo)電材料材質(zhì)、含量、分布形式的影響。該型軟管的電阻通常要高于金屬導(dǎo)線，其導(dǎo)電膠層在整根軟管圓周及長(zhǎng)度方向均勻分布，故不會(huì)發(fā)生靜電泄放通道斷路的風(fēng)險(xiǎn)。由于該型軟管電阻值較高，其靜電泄放電流較減小，能平穩(wěn)、緩和地導(dǎo)出靜電。

M 級(jí)軟管和? 級(jí)軟管均屬于靜電導(dǎo)體，能安全、有效地導(dǎo)出靜電，但必須接地。若需要限制靜電導(dǎo)體對(duì)地的放電電流，則優(yōu)先推薦使用? 級(jí)軟管。

4.2 導(dǎo)電膠層的影響

根據(jù)靜電發(fā)生原理，液體在管內(nèi)的流動(dòng)會(huì)造成電荷分離，隨油流動(dòng)的電荷形成沖流電流，而相反的電荷則積聚在管道內(nèi)壁上。橡膠軟管的內(nèi)膠層直接與油品接觸，其導(dǎo)電性能會(huì)對(duì)加油過(guò)程的油品靜電產(chǎn)生較大影響。當(dāng)絕緣管外壁附有接地導(dǎo)電層時(shí)，管壁上徑向等效電阻會(huì)遠(yuǎn)小于軸向等效電阻，通過(guò)徑向泄漏的電荷量遠(yuǎn)大于通過(guò)軸向泄漏的電荷量，徑向接地導(dǎo)電層能明顯降低管壁面的電場(chǎng)強(qiáng)度。因此，外膠導(dǎo)電是一種行之有效的靜電導(dǎo)除方法。

對(duì)于某些安全要求較高的環(huán)境，若軟管內(nèi)壁不導(dǎo)靜電，則當(dāng)外部電荷大量聚集時(shí)，軟管內(nèi)部可能會(huì)被擊穿。這種情況下推薦選用EN 12115: 2011 標(biāo)準(zhǔn)定義的?/T級(jí)軟管，既能有效控制靜電泄放電流，又能防止管壁靜電過(guò)度積累。國(guó)內(nèi)暫無(wú)該型軟管標(biāo)準(zhǔn)，亟須對(duì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂。

5 結(jié)論

本文總結(jié)了國(guó)內(nèi)外各類橡膠軟管標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范中的導(dǎo)電性要求，對(duì)軟管的靜電安全性、電阻率以及導(dǎo)電膠層的影響進(jìn)行了討論，可為國(guó)內(nèi)導(dǎo)靜電軟管的設(shè)計(jì)、開發(fā)提供一定參考。各標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范關(guān)于導(dǎo)靜電軟管電阻范圍的要求不盡一致，為使軟管生產(chǎn)、檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)化，應(yīng)逐步研究、討論軟管的靜電安全問(wèn)題，將標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的要求統(tǒng)一起來(lái)。