原油裝卸設施的靜電防護.doc

原油裝卸設施的靜電防護潘永東摘要：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)品需要通過汽車拉運方式進入系統(tǒng)，這就需要建造諸多的裝卸油設施，而裝卸油作業(yè)一直是油氣田生產(chǎn)中的危險環(huán)節(jié)。筆者通過對國內(nèi)部分油氣田裝卸油設施及作業(yè)過程進行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)了原油裝卸設施中存在的一些安全問題。通過對靜電產(chǎn)生、積聚和放電進行分析，找出靜電危害形成的基本條件及防護措施，將靜電防護理論全面應用于原油裝卸設施，提出了原油裝卸設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。關鍵詞：原油 裝卸 靜電 防護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)、儲運過程中最危險的環(huán)節(jié)之一，從裝卸油火災事故調(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，裝卸油設施的靜電防護一直是油氣田生產(chǎn)中非常重要的問題。本文僅從防靜電技術角度對汽車裝卸油設施的安全問題做一探討。2 靜電的產(chǎn)生液體介質的帶電主要歸結為雙電層的存在、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，與管道壁接觸面形成“雙電層”，在湍動沖擊和熱運動的作用下，部分帶電荷的液體分子離去時，在管壁上就吸附著一層極薄的不隨液體移動的正離子，而負離子就在液體內(nèi)向管道中心擴散。當液體流動時，這些負離子就隨著液體一起移動。如果液體屬于非靜電導體，液體就會帶有靜電，而且會隨著流動距離的增加而愈積愈多。原油在管道中流動，其流速對靜電的產(chǎn)生影響是很大的。事實上，由于金屬管道的導電性，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罐或容器，進入的流束以飛濺或噴射形式流動或空氣或氣體氣泡穿過液體，容器內(nèi)可能發(fā)生進一步的分離，從而產(chǎn)生表面電荷，液體內(nèi)的同類符號的單位電荷將會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”是非常危險的，在很多情況下人們最關心這種電荷。3 靜電的積聚和放電3.1 靜電的積聚一般來講，在管道中流動的易燃易爆液體，即使有較高的電荷密度，也會由于管道內(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，所以不會引燃和爆炸。但對于原油裝卸設施，由于管道中的液體離開管道進入容器空間，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強度超過其間介質的擊穿場強而發(fā)生的，它以靜電積聚為前提，必須同時具備以下兩個條件：（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)，電場強度很高，使氣體分子發(fā)生電離，形成電暈放電。較強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，放電時伴有啪啪聲響。雖然刷形放電的火花能量比較分散，但對于點火能較小的爆炸性混合氣體，也具有一定的引燃危險性。（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的放電?；鸹ǚ烹姇r有短促的爆裂聲和明亮的閃光，多發(fā)生在導體之間。由于放電能量集中，其引燃危險性大。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，輕烴類油品的危險性更大。但對于原油裝卸設施來講，由于大部分原油的電阻率較低，當容器具有良好的接地時，一般不會產(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同時具備以下三個基本條件，只要控制其中的一個條件不成立，就不會造成靜電危害。（1）某處產(chǎn)生并積累足夠的靜電量，形成了“危險靜電源”，使局部電場強度達到或超過周圍介質的擊穿場強，發(fā)生靜電放電。（2）危險靜電源存在的場所有易燃易爆氣體混合物并達到爆炸極限濃度。（3）危險靜電源與靜電易爆易損物質之間能夠形成能量耦合并且放電能量等于或大于物質的點火能。對于裝卸油設施來講，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火能只有0.28mJ，而乙烷的最小點火能更小，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）來考慮其靜電防護措施。而對于條件（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強很小，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施的靜電防護，從源頭上消除點火源。4 裝卸油設施中的常見問題筆者曾對國內(nèi)部分油氣田214個裝卸油站點進行過調(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)、擴散較快，區(qū)域較大，且無法控制，遇到明火極易引起火災甚至爆炸。（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，沒有將內(nèi)部的金屬線與裝油管線（或拉油車油罐）進行可靠的導電連接，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沒有盡量靠近管道出口，影響靜電消散效果。（3）多數(shù)運油罐車表面不干凈，接地線夾易沾油污，無法保證可靠的導電連接。4.4 裝卸油操作中的常見問題由于考慮裝車時間問題，裝卸過程中普遍缺乏速度控制。如：有的裝車點，采用頂部裝車方式，鶴管在未浸入液面時，流速達到1.82.8m/s，遠超過國家規(guī)定的1m/s上限。5 原油裝卸設施的靜電防護措施根據(jù)靜電危害形成的基本條件及防護原理，結合當前原油裝卸設施中的常見問題，筆者從以下四個方面提出原油裝卸設施靜電防護系統(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軟銅絞線進行跨接，在閥門出口端設防雷、防靜電接地引下線，直接接至防雷、防靜電接地體。（2）拉油車接地應接在罐體上。對于拉運輕烴的罐車應將裝車鶴管與罐車裝油口使用不小于6mm2軟銅絞線連接。（3）使用專用導靜電鶴管，并對安裝連接后的導靜電鶴管進行電阻檢測，確保連接口在受到原油污染后，其裝車管道與導靜電鶴管出口之間電阻值低于100。對于不能保證小于100的應采取措施，在裝車管道上裝設連接卡子，用面積大于6mm2軟銅絞線連接。同時，將導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。卸油口應安裝鋼格網(wǎng)并與收油槽形成導電連接，用以過濾油品中的雜物。卸油口底部的落液管應延原油流動方向設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，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)各接地點應接至同一接地體上，保持設施內(nèi)各點等電位連結。（2）活動連接的接地線連接點處安裝靜電接地報警裝置，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，流速應控制在1m/s以下。在鶴管浸入液面200mm后，汽車裝油速度應滿足V2D 0.5。卸油速度可參照裝油過程進行控制。6 結束語雖然，裝卸油作業(yè)是一個非常危險的環(huán)節(jié)，但只要其靜電防護措施正確，操作規(guī)范，就可以將爆炸火災危險性降低到最小。隨著科技進步，安全性能更加完善的裝卸油裝置及技術不斷應用于油氣田生產(chǎn)中，這種危險將會越來越小。參照文獻：1、劉尚合，譚志良，武占成靜電防護工程的研究與進展J中國工程科學2000年11月第2卷第11期 19202、于化偉石油靜電的防護J地質勘探安全1999年第