原油裝卸設(shè)施的靜電防護(hù).doc

原油裝卸設(shè)施的靜電防護(hù)潘永東摘要：由于油氣生產(chǎn)企業(yè)存在大量的無法直接進(jìn)入系統(tǒng)的小型油氣田，這些小型油氣田的產(chǎn)品需要通過汽車?yán)\(yùn)方式進(jìn)入系統(tǒng)，這就需要建造諸多的裝卸油設(shè)施，而裝卸油作業(yè)一直是油氣田生產(chǎn)中的危險(xiǎn)環(huán)節(jié)。筆者通過對(duì)國內(nèi)部分油氣田裝卸油設(shè)施及作業(yè)過程進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)了原油裝卸設(shè)施中存在的一些安全問題。通過對(duì)靜電產(chǎn)生、積聚和放電進(jìn)行分析，找出靜電危害形成的基本條件及防護(hù)措施，將靜電防護(hù)理論全面應(yīng)用于原油裝卸設(shè)施，提出了原油裝卸設(shè)施安全方面的完善思路、方法和措施，力求提高原油裝卸作業(yè)的安全性。關(guān)鍵詞：原油 裝卸 靜電 防護(hù)1 引言由于原油裝卸過程的特殊性，裝卸油操作一直是油氣田生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)過程中最危險(xiǎn)的環(huán)節(jié)之一，從裝卸油火災(zāi)事故調(diào)查情況看，大多數(shù)事故是由裝卸過程中的靜電放電造成的，因此，裝卸油設(shè)施的靜電防護(hù)一直是油氣田生產(chǎn)中非常重要的問題。本文僅從防靜電技術(shù)角度對(duì)汽車裝卸油設(shè)施的安全問題做一探討。2 靜電的產(chǎn)生液體介質(zhì)的帶電主要?dú)w結(jié)為雙電層的存在、固相本身的電離或是吸附液相中的一種離子等原因而帶電。液體在管道中流動(dòng)，與管道壁接觸面形成“雙電層”，在湍動(dòng)沖擊和熱運(yùn)動(dòng)的作用下，部分帶電荷的液體分子離去時(shí)，在管壁上就吸附著一層極薄的不隨液體移動(dòng)的正離子，而負(fù)離子就在液體內(nèi)向管道中心擴(kuò)散。當(dāng)液體流動(dòng)時(shí)，這些負(fù)離子就隨著液體一起移動(dòng)。如果液體屬于非靜電導(dǎo)體，液體就會(huì)帶有靜電，而且會(huì)隨著流動(dòng)距離的增加而愈積愈多。原油在管道中流動(dòng)，其流速對(duì)靜電的產(chǎn)生影響是很大的。事實(shí)上，由于金屬管道的導(dǎo)電性，原油在具有良好接地的金屬管道中的靜電電位并不高。但如果帶電原油被傾倒、泵送或其他方法輸入儲(chǔ)罐或容器，進(jìn)入的流束以飛濺或噴射形式流動(dòng)或空氣或氣體氣泡穿過液體，容器內(nèi)可能發(fā)生進(jìn)一步的分離，從而產(chǎn)生表面電荷，液體內(nèi)的同類符號(hào)的單位電荷將會(huì)彼此排斥朝向液體的外表面。這不僅包括與容器壁接觸的表面，如果有空氣空間，還包括鄰接空氣空間的上表面。后者常被稱為“表面電荷”，這種“表面電荷”是非常危險(xiǎn)的，在很多情況下人們最關(guān)心這種電荷。3 靜電的積聚和放電3.1 靜電的積聚一般來講，在管道中流動(dòng)的易燃易爆液體，即使有較高的電荷密度，也會(huì)由于管道內(nèi)有較大的電容作用而不顯示出較高的靜電電壓，且在正常生產(chǎn)的管道中由于沒有空氣存在，所以不會(huì)引燃和爆炸。但對(duì)于原油裝卸設(shè)施，由于管道中的液體離開管道進(jìn)入容器空間，特別是在出油口未浸入液面之前，由于液體成飛濺、噴射狀態(tài)與空氣劇烈摩擦，容器內(nèi)將積累大量的電荷。3.2 靜電放電靜電放電是由于兩極間的電場(chǎng)強(qiáng)度超過其間介質(zhì)的擊穿場(chǎng)強(qiáng)而發(fā)生的，它以靜電積聚為前提，必須同時(shí)具備以下兩個(gè)條件：（1）積聚起來的電荷能形成具有足以引起火花放電的靜電電壓；（2）有適宜的放電間隙。靜電放電主要有以下三種形式：（1）電暈放電 電暈放電發(fā)生在帶電體尖端附近或其他曲率半徑很小處附近的局部區(qū)域。在這很小的區(qū)域內(nèi)，電場(chǎng)強(qiáng)度很高，使氣體分子發(fā)生電離，形成電暈放電。較強(qiáng)的電暈放電伴有嘶嘶聲和淡紫色光。由于這種放電能量很小，一般不會(huì)引燃著火。（2）刷形放電 刷形放電是火花放電的一種，其放電通道有很多分支，而且不集中于一點(diǎn)，放電時(shí)伴有啪啪聲響。雖然刷形放電的火花能量比較分散，但對(duì)于點(diǎn)火能較小的爆炸性混合氣體，也具有一定的引燃危險(xiǎn)性。（3）火花放電 這里所說的火花放電是指放電通道集中的火花放電，即電極上有明顯的放電集中點(diǎn)的放電?；鸹ǚ烹姇r(shí)有短促的爆裂聲和明亮的閃光，多發(fā)生在導(dǎo)體之間。由于放電能量集中，其引燃危險(xiǎn)性大。由于輕烴等高電阻油品，非常容易積聚電荷，且釋放困難。這類放電的放電能量往往比較大，因此，輕烴類油品的危險(xiǎn)性更大。但對(duì)于原油裝卸設(shè)施來講，由于大部分原油的電阻率較低，當(dāng)容器具有良好的接地時(shí)，一般不會(huì)產(chǎn)生靜電積聚，因此，其裝置防靜電接地的可靠性尤顯重要。3.3 靜電危害形成的基本條件及防護(hù)原理通過大量的案例和靜電理論研究，可以看出靜電危害的形成應(yīng)同時(shí)具備以下三個(gè)基本條件，只要控制其中的一個(gè)條件不成立，就不會(huì)造成靜電危害。（1）某處產(chǎn)生并積累足夠的靜電量，形成了“危險(xiǎn)靜電源”，使局部電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到或超過周圍介質(zhì)的擊穿場(chǎng)強(qiáng)，發(fā)生靜電放電。（2）危險(xiǎn)靜電源存在的場(chǎng)所有易燃易爆氣體混合物并達(dá)到爆炸極限濃度。（3）危險(xiǎn)靜電源與靜電易爆易損物質(zhì)之間能夠形成能量耦合并且放電能量等于或大于物質(zhì)的點(diǎn)火能。對(duì)于裝卸油設(shè)施來講，由于其生產(chǎn)操作環(huán)境的特殊性，其裝卸油口附近存在易燃易爆氣體是必然的，其濃度也必然超過其爆炸極限，因此，條件（2）無法控制。對(duì)于條件（3）來講，由于其易燃易爆氣體主要成分甲烷的最小點(diǎn)火能只有0.28mJ，而乙烷的最小點(diǎn)火能更小，僅為0.24mJ，因此，控制該條件也是非常不易的。如前所述，我們只能從控制條件（1）來考慮其靜電防護(hù)措施。而對(duì)于條件（1）來講，由于裝卸油過程中產(chǎn)生靜電是必然的，且易燃易爆氣體主要成分甲烷的擊穿場(chǎng)強(qiáng)很小，僅為2.2MV/m，因此，只能從防止靜電積聚這一途徑來考慮原油裝卸設(shè)施的靜電防護(hù)，從源頭上消除點(diǎn)火源。4 裝卸油設(shè)施中的常見問題筆者曾對(duì)國內(nèi)部分油氣田214個(gè)裝卸油站點(diǎn)進(jìn)行過調(diào)查，主要存在以下問題。4.1 卸油箱常見安全問題（1）卸油箱罐頂上直接開口作為卸油口，油氣揮發(fā)、擴(kuò)散較快，區(qū)域較大，且無法控制，遇到明火極易引起火災(zāi)甚至爆炸。（2）流體直接沖擊液面，在沒有消除靜電或消除靜電不利的情況下，卸油箱和拉油車罐之間存在的靜電電位差，很容易在卸油過程中放電，引燃或引爆油氣而發(fā)生安全事故。4.2 裝卸油鶴管常見問題采用內(nèi)鑲鋼絲輸水管作為裝卸油鶴管，在長期反復(fù)彎折過程中，內(nèi)部鋼絲斷裂。另外，大部分裝卸油鶴管安裝時(shí)，沒有將內(nèi)部的金屬線與裝油管線（或拉油車油罐）進(jìn)行可靠的導(dǎo)電連接，鶴管出口端面的金屬線沒有漏在外面與液體充分接觸。4.3 靜電接地裝置中的常見安全問題（1）由于有的裝卸油裝置經(jīng)過多次改造，沒有建立整體接地裝置，裝卸油點(diǎn)罐、管、箱分別接地。在此情況下，如果土壤的電阻率較大，靜電釋放比較困難，使得罐管之間、罐箱之間存在電位差，易引發(fā)靜電放電。（2）裝車鶴管的靜電接地點(diǎn)沒有盡量靠近管道出口，影響靜電消散效果。（3）多數(shù)運(yùn)油罐車表面不干凈，接地線夾易沾油污，無法保證可靠的導(dǎo)電連接。4.4 裝卸油操作中的常見問題由于考慮裝車時(shí)間問題，裝卸過程中普遍缺乏速度控制。如：有的裝車點(diǎn)，采用頂部裝車方式，鶴管在未浸入液面時(shí)，流速達(dá)到1.82.8m/s，遠(yuǎn)超過國家規(guī)定的1m/s上限。5 原油裝卸設(shè)施的靜電防護(hù)措施根據(jù)靜電危害形成的基本條件及防護(hù)原理，結(jié)合當(dāng)前原油裝卸設(shè)施中的常見問題，筆者從以下四個(gè)方面提出原油裝卸設(shè)施靜電防護(hù)系統(tǒng)的完善思路。5.1 頂部裝車方式系統(tǒng)完善（1）將裝車管道閥門兩端法蘭用面積不小于6mm2軟銅絞線進(jìn)行跨接，在閥門出口端設(shè)防雷、防靜電接地引下線，直接接至防雷、防靜電接地體。（2）拉油車接地應(yīng)接在罐體上。對(duì)于拉運(yùn)輕烴的罐車應(yīng)將裝車鶴管與罐車裝油口使用不小于6mm2軟銅絞線連接。（3）使用專用導(dǎo)靜電鶴管，并對(duì)安裝連接后的導(dǎo)靜電鶴管進(jìn)行電阻檢測(cè)，確保連接口在受到原油污染后，其裝車管道與導(dǎo)靜電鶴管出口之間電阻值低于100。對(duì)于不能保證小于100的應(yīng)采取措施，在裝車管道上裝設(shè)連接卡子，用面積大于6mm2軟銅絞線連接。同時(shí)，將導(dǎo)靜電鶴管出口端銅絲引出使之與流體充分接觸。5.2 卸油系統(tǒng)完善（1）對(duì)于非密閉式卸油，卸油口收油槽不可過深，一般不要超過200mm，以免液體落差過大。卸油口應(yīng)安裝鋼格網(wǎng)并與收油槽形成導(dǎo)電連接，用以過濾油品中的雜物。卸油口底部的落液管應(yīng)延原油流動(dòng)方向設(shè)置一定的角度伸至卸油箱底部，使原油緊貼落液管緩慢流入箱內(nèi)，盡量減少靜電產(chǎn)生，同時(shí)使卸油箱內(nèi)外形成油封。（2）將汽車卸車鶴管內(nèi)的金屬線兩端抽出，一端與車載罐采用焊接或螺栓連接，一端與流體接觸。（3）在條件允許的情況下，盡量采用密閉卸油方式，并要注意控制流速，避免原油落差過大。同時(shí)，要建立完善可靠的靜電接地系統(tǒng)。5.3 靜電接地系統(tǒng)設(shè)置（1）裝卸油鶴管與管道、罐車必須跨接和接地；系統(tǒng)內(nèi)各接地點(diǎn)應(yīng)接至同一接地體上，保持設(shè)施內(nèi)各點(diǎn)等電位連結(jié)。（2）活動(dòng)連接的接地線連接點(diǎn)處安裝靜電接地報(bào)警裝置，確保接線夾連接的可靠性。5.4 裝卸油速度控制：裝車崗位人員應(yīng)通過裝車泵回流控制裝車原油流速，裝油鶴管在浸入液面之前，流速應(yīng)控制在1m/s以下。在鶴管浸入液面200mm后，汽車裝油速度應(yīng)滿足V2D 0.5。卸油速度可參照裝油過程進(jìn)行控制。6 結(jié)束語雖然，裝卸油作業(yè)是一個(gè)非常危險(xiǎn)的環(huán)節(jié)，但只要其靜電防護(hù)措施正確，操作規(guī)范，就可以將爆炸火災(zāi)危險(xiǎn)性降低到最小。隨著科技進(jìn)步，安全性能更加完善的裝卸油裝置及技術(shù)不斷應(yīng)用于油氣田生產(chǎn)中，這種危險(xiǎn)將會(huì)越來越小。參照文獻(xiàn)：1、劉尚合，譚志良，武占成靜電防護(hù)工程的研究與進(jìn)展J中國工程科學(xué)2000年11月第2卷第11期 19202、于化偉石油靜電的防護(hù)J地質(zhì)勘探安全1999年第