油品静电产生机理及其防护技术_油品如何防止静电

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油品静电产生机理及其防护技术

上海海事大学,电磁场与微波技术专业

摘要：本文综合国内外有关石油静电的研究成果，论述了油品在生产、储存、运输过程中静电的起电机理，给出油品注入各类容器时静电起电方程，指出气相间放电现象及类型，最后讨论了油品静电隐患的一些防护措施。

关键词：油品静电起电机理；静电起电方程；气相间放电；防护措施

The Electrostatic Generation Mechanism and Protection Technology of Oil Abstract: This article comprehensive domestic and foreign oil electrostatic research results, discues the generation mechanism of oil in the the progre of production, storage and transport.An equation of static electrification is presented for the oil injected into various types of containers, pointe out that the phenomenon and type of discharge phenomena and finally discues some of the oil electrostatic hazard precautions.Key word: Electrostatic electrification mechanism;static electricity equation;gas phase discharge;preventive measure

0.引言

石油产品中，汽油、煤油、柴油属于易燃油品，系非导电性物质，其体积电阻通常在10111015m范围之内。具有这样高绝缘性的易燃油品，在其生产、贮运、加注、使

用的诸工序中，极易产生静电荷。由于静电荷的释放速度相当慢，当静电荷积聚到一定程度时，便会产生静电火花，点燃爆炸性混合气，酿成重大的灾害事故。由于石油静电问题，国际上油轮、油库，汽车、油槽车等爆炸事故很多。我国石油系统，自1968年一1986年近20年间发生的静电灾害事故就有18起之多[1]。本文将主要针对石油制品，探讨其静电产生机理以及防护措施。1.油品静电起电机理

两种物质的相互摩擦是产生静电的一种特殊方式，但不是唯一方式。除摩擦外，当两种不同物质紧密接触后再分离、物质受热或受压、物质发生电解或其他带电体的感应等，均可产生电荷。固—液相间、液—气相间、互不相容液相之间由于流动、搅拌、沉降、过滤、冲刷、喷射、飞溅、剧烈晃动以及发泡等接触分离的相对运动，均会在介质中产生静电[2]。

带电油品进入油罐后，油品静电通过静电感应将在油罐内外两壁产生感应电荷，如图1所示。如果油品带正电，则在油罐内壁产生大小与油品电荷相同、性质相反的负电荷，油罐外壁产生正电荷，大小则根据油罐外壁绝缘性质确定，若罐外壁与大地完全绝缘，则与油品内电荷相等。油罐内油品电荷和油罐内壁电荷相互吸引束缚，若遇火花促发物，则会发生火灾爆炸事故，油罐外壁为自由电荷，可以通过静电接地直接导入大地。

图1 油品进罐后电荷分布

2.油品注入容器时静电起电方程

油品属非导电性液体.它的起电方式主要是摩擦分离起电.液体在起电的同时还伴有电荷的泄漏，其起电方程为[3]：

dQ(QsQ)Q

dt

（1）

式中Qs为不计泄漏时的饱和带电量，为起电系数，为泄漏系数。在油品注入金属容器时，存在三种泄漏途径，可令泄漏系数；

123，其中，1为通过接地导线导向大地的2为通过跨接导线导向周围不等电位物体(比加输油管)的泄漏系数；3为通过空气的泄漏系数，当空气击穿时，泄漏表现为气体放电形式。

351010 金属容器是导体。人的阻抗在欧姆之间。对静电而言，也相当于导体(静电导体)，其起电方式主要是感应起电，应满足高斯定理：

QsDds

（2）

D其中为电位移矢量，J为体电流密度。以上(1)(2)两式即为油品注入容器时的静电起电方程。

对(1)式积分可得油品中电荷聚散规律为：

Q(t)

Qs(1e()t)Qm(1et/)

（3）

Qm式中Qs为油品最大带电量，1 称为弛豫时间。

QQ0且

考虑起电停止后未发生气体放电时油品中电荷的泄漏过程，即

30。在容器内作包围油品任一闭合面，泄漏电流：

因为

其中方程：

dQIjdsdts

（4）

D0rE

JE

0和r分别为真空和相对介电系数，为油品电导率。与(2)式联立可得电荷泄漏

QQ0et/

（5）



由于不同油品的12（6）

r值相差不大，而即使是同一种油品，由于杂质含量不同，电导率会有明显差异，因此，值几乎完全由决定。如对石油类制品，815油品，电导率由10S/m至10S/m。

r2.0，从原油至精制3.油罐中气相间的放电现象

当储罐内的油品带电时，就会对油品内或储罐内的气相空间产生电气作用。这种电气作用就是电场，其大小称为电场强度。这种电场和磁铁周围的磁场作用相类似，能吸引较轻的物体，引起放电现象。通常气相空间发生放电，会比油品内放电更容易引起灾害。

研究表明，储罐内油品发生的放电，按放电的发光形式来分类，大致可分为电晕放电、刷形放电和火花放电三种[4]：

（1）电晕放电是在曲率半径小的突起部份或棱角的地方发生的伴有微弱发光的放电，此种放电能量比较小，如图2所示。（2）刷形放电是在形状比较园滑的对置电极与带电油面间发生的，并伴有兰白色发光和破坏声响的树枝状放电。此种放电不够集中，所以在单位空间内释放的能量也较小，如图3所示。（3）火花放电是在平滑形状的对置电极和带电油面之间的距离接近时发生的，伴有线状强烈发光和破坏声响的放电。此种放电在瞬间内能量集中释放，因而危险性最大，如图4所示。

图2.电晕放电

图3 刷形放电

图4 火花放电

99%以上的能量在产生放电的气相空间会变成为热能而消耗掉。因此，气相空间达到爆炸混合浓度时，由于热能而使温度上升，结果引起燃烧反应，并发展到点火、爆炸，如果带电油品的放电能量超过可燃性混合气体的点火能量时，这种放电就会成为点火源，从而引起爆炸火灾。

4.油品静电隐患的防护措施

减少静电的产生，主要有以下几方面措施：(1）控制流速

已知油品在管道流动所产生的电流和电荷密度的饱和值与油品流速的二次方成正比，可见控制流速是减少静电产生的一种有效方法。可燃和易燃油品的电阻率各不相同，而其允许流速与电阻率有十分密切的关系。因此，有的国家根据油品的电阻率限制允许流速，其推荐值如下[5]：电阻率 105m时，允许流速10m/ s；电阻率105109m时，允许流速 5m/ s；电阻率109m时，允许流速1.2m/ s 总之在确定流速时，不仅要考虑管道的直径，还要考虑油品的性质 所含杂质的数量和成分，管道的材质等各种因素的影响。

（2）控制加油方式

油罐从顶部喷溅装油时，油品必然要冲击罐内油品，使静电量急剧增加。如某厂对500m油罐试验时，将柴油以2.6m/ s的速度从顶部喷溅，5分钟后，罐内油面电位从190V升到7000V。若改用从罐底（流速相同）注油，油面电位下降到2000V。另外，顶部注油还会使油面电荷较为集中，容易发生静电放电[6]。（3）防止不同的油品相混合及防止油品含水和空气

油品中含水5% 10%时，会使起电效应增大10倍50倍。另一类危险是混油现象，当向汽油或其他轻油容器底注入重油，由此引起的事故在油库和炼油厂多有发生。原因是轻

质油为低蒸汽压油品，其闪点都在38C 以上，在正常情况下，在低于其闪点温度下输送3不会有火灾危险。但是，如果将这种油品注入装有低闪点油品的容器中，重油会吸收轻质油的蒸汽而减少容器内气体空间混合气中油蒸汽的浓度，使得未充满液体的空间由原来充满轻质油气体（超过爆炸上限）转变成合乎爆炸浓度的油蒸汽和空气的混合气体，所以为安全和保证油品质量，必须防止不同油品相混合[7]。（4）进行有效的防静电接地

油罐管道、过滤器鹤管、装卸平台等防静电设备的有效接地，电阻值应满足要求：接地导线30m以下着不大于10，超过30m者不大于5，单独导出静电装置的接地回路电阻不大于100。

5.结束语

静电的存在非常隐蔽和抽象，事故前不易发觉，一旦发生静电事故，后果十分严重。我们必须充分根据静电产生的机理，采取行之有效的防护措施，以减少和控制静电事故的发生。同时，由于静电研究涉及的问题很多，机理复杂，特别是各种突然干扰的因素较多，其理论认识和实际措施都远非准确完善，大量的研究工作还有待于进一步去做。参考文献：

[1] 甘建坤.石油产品的静电性能及其预防措施[J].天然气与石油，1994 [2] 胡灯明.加油站静电事故的机理分析及控制措施[J].储运安全，2007，7 [3] 游佩林.轻质油品安全静止电导率的研究[J].长沙铁道学院学报，1991,6 [4] 孟庆金.石油产品运输中静电的起因与预防[J].技术论文，[5] Keping Sun,Geifei Yu.Sminulation test research on incenntion ESD in tanker cargo[J],2005,6 [6] 孙可平，宋广成． 工业静电［M］． 北京: 中国石化出版社，1994 [7] 王军． 油库、加油站静电引燃爆炸危险及防范［J］． 电气防爆，2003(2): 1-7．