油庫靜電放電（ESD）的危害與安全預(yù)防

■ 臧俊瑋

0 引 言

一般意義上所說的靜電，是指靜電荷或靜電場。所謂靜電荷，是指相對于觀察者而言靜止的電荷或帶電體。無論是靜電荷或帶電體，都會在空間激發(fā)出靜電場。靜電場是靜電荷或帶電體的物理本質(zhì)。因為其對外表現(xiàn)是通過靜電場來實現(xiàn)的。靜電場是一種物質(zhì)存在，有能量，有動量，對其中的其他帶電體施加力的作用。

靜電放電（Electro-Static discharge, 簡寫為ESD）則是另外不同的物理概念或物理過程。因為伴隨著靜電放電，往往有電量的轉(zhuǎn)移、電流的產(chǎn)生和電磁場輻射。

隨著工業(yè)化程度的發(fā)展，高分子物質(zhì)的不斷研究和利用，多種運輸設(shè)備及被輸送的運動速度大大增加。絕緣電阻高的物質(zhì)，在高速運轉(zhuǎn)中，由于摩擦產(chǎn)生了非常多的電荷，在有易燃易爆混合物氣體存在的工作環(huán)境中，由于靜電火花放電，會給安全生產(chǎn)帶來了嚴重的危害。由于靜電事故的日益增多，人們對靜電現(xiàn)象、靜電的運用以及靜電的危害有了深刻的認識。

油庫是儲存、運輸、中轉(zhuǎn)石油產(chǎn)品的基地，所儲存的汽、煤、柴等油品，屬于易燃液體或可燃液體。對于這類物質(zhì)，當環(huán)境溫度升高時，它們所揮發(fā)出來的蒸氣與空氣混合就形成了爆炸性混合物。此時一旦有點火源出現(xiàn)，就可能發(fā)生火災(zāi)和爆炸。作為點火源的一種——靜電放電產(chǎn)生的火花為爆炸和火災(zāi)危害埋下了潛在的因素。因此，研究液體、介質(zhì)靜電的起電機理, 掌握靜電積聚、導(dǎo)除，以及預(yù)防措施等，對油庫的安全是十分重要和必要的。

1 油品靜電的產(chǎn)生

油品的靜電是由于油在裝卸或運輸?shù)倪^程中，油與管線或盛裝容器的內(nèi)壁發(fā)生摩擦，接觸面產(chǎn)生電子轉(zhuǎn)移，由此形成了靜電。在靜電的產(chǎn)生過程中影響因素如下：

1）物體的種類。接觸分離的兩物質(zhì)的種類及組合不同，會影響靜電產(chǎn)生的大小和極性。

2）物體的電阻率。物體上產(chǎn)生了靜電，能否積聚起來主要取決于電阻率。靜電導(dǎo)體難以積聚靜電，而靜電非導(dǎo)體在其上能積聚足夠的靜電而引起各種靜電現(xiàn)象，靜電亞導(dǎo)體介于其中。一般汽油、苯、乙醚等物質(zhì)的電阻率在1010～1013Ω·m之間，它們?nèi)菀追e聚靜電。金屬的電阻率很小，電子運動快，所以兩種金屬分離后，顯不出靜電。

3）物質(zhì)的介電常數(shù)。接觸分離的兩物質(zhì)的種類及組合不同，會影響靜電產(chǎn)生的大小和極性。

4）雜質(zhì)的影響。任何油品都不同程度地含有各種雜質(zhì)，有的雜質(zhì)是自然存在的，有的是加工時加入的，也有的是在貯運過程中難免混入的。雜質(zhì)的存在，不僅影響帶電程度，還影響到帶電極性。

5）接觸面積、接觸壓力。接觸面積關(guān)系到靜電產(chǎn)生的范圍，所以油品與金屬管道及油罐接觸面積越大，靜電產(chǎn)生就越大，接觸壓力越大，靜電產(chǎn)生就越大。

6）分離速度。油品中的水分在油品中的沉降分離的速度越快，產(chǎn)生的靜電越大。

7）環(huán)境的溫度。油品溫度的不同直接影響表面電阻率及電場的分布。如果具備了足夠的泄漏消散條件，即使靜電電荷產(chǎn)生了也是積累不起來的，當靜電電荷的產(chǎn)生速度高于靜電荷的泄漏速度時，便形成同性電荷的靜電積聚。油庫油品屬低電導(dǎo)率，汽油的電阻率為2.5 × 1013Ω·m，煤油、柴油的電阻率均為7.3 ×1014Ω·m，都比較容易產(chǎn)生和積聚靜電。

2 靜電的積聚

油品在裝卸過程中產(chǎn)生靜電，流入油罐的帶電油品越多，帶電量就越大。（靜電荷通過接地等途徑也在泄漏）。靜電荷的積累與許多因素有關(guān)，其主要因素決定于油品本身的導(dǎo)電系數(shù)和大氣濕度。油品的導(dǎo)電系數(shù)越大，靜電荷消散越快，越不容易積聚；油品越凈化（即所含雜質(zhì)越少），導(dǎo)電系數(shù)就越小。輕質(zhì)油品導(dǎo)電系數(shù)都很小，其中噴氣燃料的導(dǎo)電系數(shù)比其他油品更小，因而也較容易造成靜電積聚。大氣濕度對油品靜電積聚也有重要影響，由于空氣中的水分能導(dǎo)走靜電，因此大氣濕度越大，油品靜電消散就越快。

3 靜電的放電及引燃條件

靜電并不可怕，可怕的是靜電的放電和引燃。靜電放電是帶電體周圍的場強超過周圍介質(zhì)的絕緣擊穿場強時，因介質(zhì)電離而使帶電體上的電荷部分或全部消失的現(xiàn)象。靜電能量變?yōu)闊崃俊⒙曇?、光、電磁波等而消耗，這種放電能量較大時，就會成為火災(zāi)、爆炸的點火源。

2002年3月7日，江蘇南通一化工廠內(nèi)，一輛罐車正在灌裝甲乙酮，當罐裝至12 s時即發(fā)生了爆炸。經(jīng)過專家進行的事故檢查發(fā)現(xiàn)：由于押運員將汽車靜電接地線掛在了生銹螺栓上，導(dǎo)致靜電不能及時導(dǎo)除，同時駕駛員擅自將閥門全部打開，導(dǎo)致靜電大量積聚，導(dǎo)致槽車罐口與導(dǎo)電膠管之間發(fā)生火花放電而引起爆炸。

3.1 靜電放電類型

根據(jù)現(xiàn)代靜電放電理論可知，放電形式大體可分為電暈放電、刷形放電、火花放電、傳播型刷形放電、粉堆放電、雷狀放電、電場輻射放電等7種。現(xiàn)就常見的電暈放電、刷形放電、火花放電進行分析。

1）電暈放電。是在不均勻電場強度很高的部分發(fā)生局部電離的放電。電暈放電有時有聲光，氣體介質(zhì)在物體尖端附近局部電離，并不形成放電通道。帶電體有針狀突出部分，兩電極相距較遠時常常發(fā)生電暈放電。對于兩極間的靜電放電，只有當某一電極或兩個電極本身的尺寸比起極間距離小得多時才會出現(xiàn)電暈放電。另外，處在空氣中的帶電體及接地表面上有突起或楞角部分，當其帶電體的電位足夠高時也會產(chǎn)生電暈放電。這種放電有時又稱尖端放電。

2）刷形放電。往往發(fā)生在導(dǎo)體與帶電絕緣體之間。帶電絕緣體可以是固體、氣體或低電導(dǎo)率液體。產(chǎn)生刷型放電時形成的放電通道在導(dǎo)體一端集中在某一點上，而在絕緣體一端有較多分叉，分布在一定空間范圍內(nèi)。當絕緣體相對于導(dǎo)體電位的極性不同時，其形成的刷型放電所釋放的能量和在絕緣體上產(chǎn)生的放電區(qū)域及形狀是不一樣的。當絕緣體相對導(dǎo)體是正電位時，在絕緣體上產(chǎn)生的放電區(qū)域為均勻的圓狀，放電面積較小，釋放的能量也較少。而當絕緣體相對于導(dǎo)體是負電位時，在絕緣體上的放電區(qū)域是不規(guī)則的星狀區(qū)域，面積比較大，釋放的能量也較多。另外，刷型放電還與參與放電的導(dǎo)體的線度及絕緣體的表面積的大小有關(guān)。在一定范圍內(nèi)，導(dǎo)體線度越大，絕緣體的帶電面積越大，刷型放電釋放的能量也越大。

3）火花放電。是由于分隔兩電極的空氣或其它電介質(zhì)材料突然被擊穿，使電流急劇上升，電壓急劇下降，引起的放電。放電時有聲光，放電通道一般不形成分叉，電極上有明顯放電集中點，釋放能量比較集中，引燃能力很強，主要發(fā)生在相距較近外形較光滑的帶電金屬間。

火花放電是產(chǎn)生工業(yè)靜電危害的主要放電形式之一。 當靜電電位比較高的帶電導(dǎo)體或人體，靠近其它導(dǎo)體、人體或接地導(dǎo)體時，便會引發(fā)靜電火花放電。火花放電是一個瞬變的過程。放電時兩導(dǎo)體間的空氣被擊穿，形成“快如閃電”的火花通道。與此同時，還伴隨著劈啪的爆裂聲。爆裂聲是由火花通道內(nèi)空氣溫度的急劇上升形成的沖擊波造成的。在發(fā)生火花放電時，靜電能量瞬時集中釋放，其引燃、引爆能力較強。

一般來說，電暈放電能量較小，危險性小；刷形放電也能引燃，有一定危險性；而火花放電能量較大，危險性最大。

3.2 靜電放電著火的條件

油庫儲油罐內(nèi)壁凸出部位、焊疤、焊接施工留存物、油面漂浮金屬物、懸空導(dǎo)體（測量盒、取樣器、量油尺等）以及輸油管口與容器均可發(fā)生靜電火花放電。靜電放電是否能把可燃氣或易燃液體蒸氣引燃，取決于2個主要條件：

1）放電能量是否大于該氣體的最小引燃能量。點燃油蒸氣的最小點燃能量約為0.25 mJ（雪花從空中飄落時，與空氣摩擦產(chǎn)生的靜電能量可達0.25 mJ以上），靜電放電能量一般都超過最小點燃能量。

2）可燃氣體或蒸氣的體積濃度是否在爆炸范圍以內(nèi)。即使有足夠的放電能量，如果可燃氣體的體積濃度不在爆炸范圍內(nèi)，也不能發(fā)生爆炸或燃燒。不同的油品有不同的爆炸著火濃度和不同的爆炸著火溫度。當油溫低于爆炸著火溫度下限時，蒸發(fā)緩慢，混合氣體中油蒸氣的體積濃度低于爆炸著火濃度下限；當油溫高于爆炸著火溫度上限時，蒸發(fā)快，混合氣體中油蒸氣的體積濃度高于爆炸著火體積濃度上限，這2種情況均不能發(fā)生靜電爆炸著火。

4 油庫靜電事故的預(yù)防

4.1 控制油品裝卸作業(yè)中的靜電產(chǎn)生

在現(xiàn)場實際裝卸操作中，發(fā)現(xiàn)在如下幾個接觸部位容易產(chǎn)生靜電：

① 液面與罐壁；

② 液面與鶴管；

③ 液面絕緣導(dǎo)體與罐壁；

④ 接地不良罐車與鶴管、導(dǎo)電膠管、人體；

⑤ 未接地的膠管夾、油槍與接地體；

⑥ 采樣器、檢尺器具、人體與接地體；

⑦ 非導(dǎo)體器材與接地體、人體。

1）控制輸送油品的流速。油品流動靜電的產(chǎn)生量與流速、管徑成正比，要控制油品流動產(chǎn)生的靜電量，就必須控制油品的流速。

2）跨接接地。裝車前一定要把接地線接到油槽車上，鶴管首尾端均需良好接地，各活接套筒之間要接觸良好。

3）采用液下裝油。將鶴管或膠管插人距底部100 ～ 200 mm處，當油面沒有漫過管口前，采取低流速操作，流速不大于l t/h，當油面高出管口后，適當提高流速。

4）改變注油管口（鶴管頭）的形狀, 實驗證明45 °切口型的管口較其它形狀管口產(chǎn)生的油面電位低。

5）采用膠管輸油或裝油時，應(yīng)有導(dǎo)靜電措施。橡膠管或塑料管均屬絕緣體，如用其輸油或裝油時，應(yīng)使用耐油并壓有導(dǎo)靜電接地線的膠管，且可靠接地。如果采用沒有導(dǎo)靜電接地線的膠管，應(yīng)在管外用導(dǎo)線連接并可靠接地。

6）裝卸油結(jié)束后，不應(yīng)馬上測量或取樣。根據(jù)油品靜電泄漏規(guī)律，裝卸油結(jié)束后其所帶靜電要靜置一段時間，才能泄漏到安全范圍。

4.2 油罐防靜電措施

1）對于內(nèi)浮頂油罐的上部有兩根或多根紫銅導(dǎo)線，順扶梯接到艙壁上。油品一般為高絕緣體，電導(dǎo)率很低，靜電荷在油品中的泄漏很慢。當安裝上金屬浮頂之后，油品所帶大量的靜電荷就可以導(dǎo)至浮頂上，然后順導(dǎo)線導(dǎo)走，避免了靜電荷的大量積聚。

2）浮頂與罐壁之間的密封結(jié)構(gòu)均用橡膠制品。為了使這項措施在防靜電方面起到更好的效果，可以改用導(dǎo)靜電橡膠制品，使浮頂?shù)膶?dǎo)靜電通路不僅限于幾根導(dǎo)線，而且可以通過環(huán)形密封橡膠將靜電導(dǎo)走。

3）控制注油方式。采用底部注油方式，底部注油之所以油面電位較低，是由于下面幾項原因：在局部范圍內(nèi)可避免因油柱集中下落形成較高的油面電荷密度；減少了噴濺、泡沫，從而減少了新電荷的產(chǎn)生；減少了油品的霧化及蒸發(fā)，從而避免低于閃點溫度時的點燃；油面上部沒有突出接地體，從而避免了局部電場的增高。

4）控制裝油速度。曾對裝柴油的油艙做過實驗，開始流量較低時，靜電起電并不明顯。例如，流量為2 ～ 3 t/h時，0.5 h后測得靜電電位剛剛升到870 V。若將流量提高到15 t/h，約經(jīng)6 min靜電電位從190 V上升到7 000 V?？梢?，控制液體流速，是減少靜電產(chǎn)生的有效方法。因此在裝油2 m以下高度時，流速應(yīng)放慢至l t/h。

5）避免將任何油水混合物，以劇烈的攪拌狀態(tài)裝人油罐。

6）新建、大修油罐時，內(nèi)壁不應(yīng)遺留突出物，特別是焊瘤、焊疤、支架等，還應(yīng)避免油品表面有漂浮物、雜物。

4.3 人體防靜電

人體電位一般可達幾千伏、上萬伏，最高可達到6萬V。人體ESD的瞬間功率可達幾十瓦?？梢鹩推坊馂?zāi)、爆炸。所以操作工人在裝卸油品前應(yīng)先消除所帶靜電。

5 結(jié) 語

在油庫爆炸危險場所工作的人員應(yīng)穿著防靜電服或棉布工作服與防靜電鞋；爆炸危險場所應(yīng)設(shè)人體排靜電裝置；爆炸危險場所不準梳頭，穿、脫、拍打衣服等。在采取防靜電措施的同時， 還應(yīng)防止靜電放電引燃條件——爆炸性氣體的形成。如密閉儲、輸油；防止跑冒、滴、漏、加強爆炸危險場所的通風等。靜電對油庫安全是一大威脅，只要了解它，認識它，采取有效的防范措施，就能預(yù)防靜電所帶來的災(zāi)害。