采油厂原油装卸静电防护

采油厂原油装卸静电防护

王纪红

中石化中原油田分公司采油四厂安全科河南濮阳457001

摘要：由于各种原因导致采油厂目前一些低产低能井产油无法直接进入输油系统，需要通过车辆转运方式进入联合站，这就需要增加一些装卸油设施，而装卸油作业一直是油气田生产中的高风险环节。通过对油田生产企业的事故案例分析发现，装卸油设施及作业过程进行调查，发现了许多安全事故的祸源均是原油装卸设施的静电未及时消除导致。本文通过对静电产生、积聚和放电进行分析，找出静电危害形成的基本条件及防护措施，将静电防护理论全面应用于原油装卸设施，提出了原油装卸设施安全方面的完善思路、方法和措施，力求提高原油装卸作业的安全性。

关键词：原油装卸静电防护

1引言

由于原油装卸过程的特殊性，装卸油操作一直是油气田生产过程中最危险的环节之一，从装卸油火灾事故调查情况看，大多数事故是由装卸过程中的静电放电造成的，因此，装卸油设施的静电防护一直是油气田生产中非常重要的问题。本文仅从防静电技术角度对汽车装卸油设施的安全问题做一探讨。

2静电的产生

液体介质的带电主要归结为双电层的存在、固相本身的电离或是吸附液相中的一种离子等原因而带电。液体在管道中流动，与管道壁接触面形成“双电层”，在湍动冲击和热运动的作用下，部分带电荷的液体分子离去时，在管壁上就吸附着一层极薄的不随液体移动的正离子，而负离子就在液体内向管道中心扩散。当液体流动时，这些负离子就随着液体一起移动。如果液体属于非静电导体，液体就会带有静电，而且会随着流动距离的增加而愈积愈多。

原油在管道中流动，其流速对静电的产生影响是很大的。事实上，由于金属管道的导电性，原油在具有良好接地的金属管道中的静电电位并不高。但如果带电原油被倾倒、泵送或其他方法输入储罐或容器，进入的流束以飞溅或喷射形式流动或空气或气体气泡穿过液体，容器内可能发生进一步的分离，从而产生表面电荷，液体内的同类符号的单位电荷将会彼此排斥朝向液体的外表面。这不仅包括与容器壁接触的表面，如果有空气空间，还包括邻接空气空间的上表面。后者常被称为“表面电荷”，这种“表面电荷”是非常危险的，在很多情况下人们最关心这种电荷。

3静电的积聚和放电

3.1静电的积聚

一般来讲，在管道中流动的易燃易爆液体，即使有较高的电荷密度，也会由于管道内有较大的电容作用而不显示出较高的静电电压，且在正常生产的管道中由于没有空气存在，所以不会引燃和爆炸。但对于原油装卸设施，由于管道中的液体离开管道进入容器空间，特别是在出油口未浸入液面之前，由于液体成飞溅、喷射状态与空气剧烈摩擦，容器内将积累大量的电荷。

3.2静电放电

静电放电是由于两极间的电场强度超过其间介质的击穿场强而发生的，它以静电积聚为前提，必须同时具备以下两个条件：

（1）积聚起来的电荷能形成具有足以引起火花放电的静电电压；

（2）有适宜的放电间隙。

静电放电主要有以下三种形式：

（1）电晕放电电晕放电发生在带电体尖端附近或其他曲率半径很小处附近的局部区域。在这很小的区域内，电场强度很高，使气体分子发生电离，形成电晕放电。较强的电晕放电伴有嘶嘶声和淡紫色光。由于这种放电能量很小，一般不会引燃着火。

（2）刷形放电刷形放电是火花放电的一种，其放电通道有很多分支，而且不集中于一点，放电时伴有啪啪声响。虽然刷形放电的火花能量比较分散，但对于点火能较小的爆炸性混合气体，也具有一定的引燃危险性。

（3）火花放电这里所说的火花放电是指放电通道集中的火花放电，即电极上有明显的放电集中点的放电。火花放电时有短促的爆裂声和明亮的闪光，多发生在导体之间。由于放电能量集中，其引燃危险性大。

由于轻烃等高电阻油品，非常容易积聚电荷，且释放困难。这类放电的放电能量往往比较大，因此，轻烃类油品的危险性更大。但对于原油装卸设施来讲，由于大部分原油的电阻率较低，当容器具有良好的接地时，一般不会产生静电积聚，因此，其装置防静电接地的可靠性尤显重要。

3.3静电危害形成的基本条件及防护原理

通过大量的案例和静电理论研究，可以看出静电危害的形成应同时具备以下三个基本条件，只要控制其中的一个条件不成立，就不会造成静电危害。

（1）某处产生并积累足够的静电量，形成了“危险静电源”，使局部电场强度达到或超过周围介质的击穿场强，发生静电放电。

（2）危险静电源存在的场所有易燃易爆气体混合物并达到爆炸极限浓度。

（3）危险静电源与静电易爆易损物质之间能够形成能量耦合并且放电能量等于或大于物质的点火能。

对于装卸油设施来讲，由于其生产操作环境的特殊性，其装卸油口附近存在易燃易爆气体是必然的，其浓度也必然超过其爆炸极限，因此，条件（2）无法控制。

对于条件（3）来讲，由于其易燃易爆气体主要成分甲烷的最小点火能只有0.28mJ，而乙烷的最小点火能更小，仅为0.24mJ，因此，控制该条件也是非常不易的。

如前所述，我们只能从控制条件（1）来考虑其静电防护措施。而对于条件（1）来讲，由于装卸油过程中产生静电是必然的，且易燃易爆气体主要成分甲烷的击穿场强很小，仅为2.2MV/m，因此，只能从防止静电积聚这一途径来考虑原油装卸设施的静电防护，从源头上消除点火源。

4装卸油设施中的常见问题

通过大量事故案例和统计资料分析发现，大部分原油装卸点主要存在以下问题。

4.1卸油箱常见安全问题

（1）卸油箱罐顶上直接开口作为卸油口，油气挥发、扩散较快，区域较大，且无法控制，遇到明火极易引起火灾甚至爆炸。

（2）流体直接冲击液面，在没有消除静电或消除静电不利的情况下，卸油箱和拉油车罐之间存在的静电电位差，很容易在卸油过程中放电，引燃或引爆油气而发生安全事故。

4.2装卸油鹤管常见问题

采用内镶钢丝输水管作为装卸油鹤管，在长期反复弯折过程中，内部钢丝断裂。另外，大部分装卸油鹤管安装时，没有将内部的金属线与装油管线（或拉油车油罐）进行可靠的导电连接，鹤管出口端面的金属线没有漏在外面与液体充分接触。

4.3静电接地装置中的常见安全问题

（1）由于有的装卸油装置经过多次改造，没有建立整体接地装置，装卸油点罐、管、箱分别接地。在此情况下，如果土壤的电阻率较大，静电释放比较困难，使得罐——管之间、罐——箱之间存在电位差，易引发静电放电。

（2）装车鹤管的静电接地点没有尽量靠近管道出口，影响静电消散效果。

（3）多数运油罐车表面不干净，接地线夹易沾油污，无法保证可靠的导电连接。

4.4装卸油操作中的常见问题

由于考虑装车时间问题，装卸过程中普遍缺乏速度控制。如：有的装车点，采用顶部装车方式，鹤管在未浸入液面时，流速达到1.8～2.8m/s，远超过国家规定的1m/s上限。

6结束语

虽然，原油装卸作业是一个非常危险的环节，但只要其静电防护措施正确，操作规范，就可以将爆炸火灾危险性降低到最小。随着科技进步，安全性能更加完善的装卸油装置及技术不断应用于油气田生产中，这种危险将会越来越小。

参考文献：

[1]《石油静电的防护》[J]．地质勘探安全．1999年．第3期．38

[2]《石油工业的静电防护》[J]．消防科技．1996年．第4期．39

[3]《电气安全工程》[M]．化学工业出版社．2004年5月第1版．2004年5月北京第1次印刷．143—155

[4]GB12158-90《防止静电事故通用导则》[S]

[5]GB13348-1992《液体石油产品静电安全规程》[S]

[6]GB50074-2002《石油库设计规范代替》[S]