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摘要：简述静电产生的原因、产生的类型、流动带电量的计算和静电火灾形成的条件。根据油品的最小引燃能量和流动带电量，提出如何面预防油库静电火灾的措施。为油品的储藏运输提供更有效的安全保障。
关键词：油品，静电计算，引燃能，预防措施
1.油品运输静电的产生
油品流动过程中，流经泵、管线，尤其是过滤器等都会产生静电。静电事故多发生在油品的装卸、取样、混合、喷射和调合等过程中。这是由于液体和固体界面处形成了双电层[2]，产生了静电核而引起的静电现象。根据双电层理论，任何两种不同属性的物质相接触时，由于物质得失电子的能力不同，在两相间产生电势。两相各有过剩的电荷，电量相等，正负号相反，相与吸引，形成双电层。由此可知任何两种不同物质接触时都会产生静电，因此油品储运过程中静电是不可避免的。
2.油品静电产生的类型
1)流动带电
液体流动摩擦带电是工业生产中常见的一种静电带电形式，在石油工业中尤为常见，油品集输系统的金属管道中，由于油品的流动而使金属管壁带负电荷，从而产生静电。
2)喷射带电
当带有压力的油品从管口喷出后呈束状，在与空气接触时分裂成许许多多的小油滴，其中比较大的油滴很快沉降，其余微小的油滴停滞在空气中形成雾状小油滴云，这个小油滴云即是带有大量电荷的电荷云。
3)冲击带电
油品从管道口喷出后遇到罐壁，使液体向上飞溅形成许多微小液滴，这些液滴会带上电荷，并在其间形成电荷云。这种带电类型在石油产品的储运过程中经常遇到，如轻质油品经过顶部注入口给储油罐装油，当油柱下落时对罐壁或油面发生冲击，引起飞沫、气泡和雾滴而带电。
4)沉降带电
油田产出液体中成分比较复杂，在储运过程中，由于固体颗粒杂质或水分掺杂其中，这些固体颗粒或聚集成的大水滴向下沉降也会发生静电带电现象。
以上四种油品起电方式，在油品运输中最重要的是流动带电。而油品主要在管道中流动，因此本文主要对油品在管道中流动带电进行讨论。
3.油品在管道中流动带电的影响因素
1)管道长度
不带电的油品在管道流动会产生冲流电流。冲流电流使油品内的电荷密度逐渐增大，使其具有电动势，从而产生电荷运动，形成了向管壁的放电电流。假设管道入口处的油品流速为常量，则冲流电流随管道长度的变化式为:
2)油品中水和其它杂质
油品中存在杂质，会使管道中流动的油品产生明显的静电。油品中杂质含量达到0.2%～0.6%范围内，产生的静电才能对油品有影响。如果油品中杂质含量太多或太少，产生的静电可忽略。油品中含水后，会增加油品的带电量。当油品内混入的水在1%～5%时，增加的带电量最大。
3)油品电导率
油品的导电性能常用电导率r表示，单位是西门子每米（S/m），电导率是电阻率的倒数，它是衡量油品导电性能好坏的物量参数。当油品的电导率处于10-1710-13S/m范围内，容易产生静电；油品的电导率在10-1510-14S/m范围内时，产生的静电量最大。
4)管道材质及管壁粗糙度
不同材质的管道，其导电性能有所不同。在其他条件相同的情况下，管道的电导率越高，油品的带电量越小；反之油品的带电量越大。此外，管道内壁越粗糙，接触面积越大，冲击和分离的机会越多，油品的冲流电流越大，带电程度越高。
5)油品流动状态
实验表明，紊流的油品比层流的油品带电量大得多。当油品流动状态改变时，一方面，由于本身热运动和碰撞可能产生新的空间电荷；另一方面，油品从层流到紊流，油品内部的速度分布发生变化。层流时，油品流速沿管径的分布呈抛物线状; 而在紊流时，液体流速在管道的中间是均匀的。在靠近管壁处紊流比片流有较大的速度梯度。速度梯度的变化使扩散层上更多的电荷趋向管道的中心，从而使整个管道的电荷密度比层流时提高了，并使油品带有较多的电量。
4.静电起火的要素
要想确定油品流速对流动带电的影响，就要先了解静电起火的要素，这样才能进一步确定油品的流速。以下为静电起火的四要素：
1)有产生静电的来源；
2)必须满足静电积聚的条件，使静电强度超过30KV/cm的空气击穿临界值；
3)静电放电的火花能量达到油气的最小引燃能量0.2mJ；
4)在静电积聚区必须存在油品爆炸极限范围内的由油品蒸气和空气混合成的适当比例的混合气。
当以上四个条件同时满足时才能引发火灾爆炸等，否则不会发生静电危害。
5.油品的最小引燃能量
油品的最小引燃能量就是油品蒸气与空气混合物引燃所必需的能量临界值，也称最小点火能。如果静电火花的能量低于这个临界值时，油品一般不会被点燃。
石油气体属碳氢化合物，碳氢化合物及其衍生物的最小引燃能量是0.02mJ；而对双键碳氢化合物可能低于0.2mJ(雪花从空中飘落时，与空气摩擦产生的静电能量可达0.25mJ以上)；对于氢气，最小引燃能量为0.019mJ；对于二硫化碳最小燃能量仅0.009mJ。应当注意，当气体的温度和压力变化时，最小引燃能量会稍有变化，温度升高或压力增大，最小引燃能量就变小。通过以上资料了解了油品的最小点火能，这可以帮助我们进一步确定油品的限制流速。
6.油品流动带电的计算
1)理论公式
如果油品流经的管道为导体材料时，其油流电流的理论公式为：
油品运输绝大多数都在金属管道中，故不考虑油品在非导体材料中的情况。
2)经验公式
Schon在1965年使用甲苯作液流所得经验公式：
式中，为计算系数，对煤油、汽油等碳氢化合物液体，在长直管道内流动时，取；为油品的流速；为管道直径；、针对不同的管道取不同的值。
7.油品静电的预防措施
石油静电主要由油品内所含杂质引起，要使石油达到无杂质储运是非常困难的，也很不经济。对于防止石油静电灾害来讲，不是完全消除静电荷的产生，而在于控制各项指标值不致引发灾害。从上面的各种计算方法得知，主要是控制
液体流速、管线长度及直径，输送液体的黏度、扩散系数等。
1)控制液体流速
液体在管道中流动所产生的流动电流与液体流速成正比例，因此控制液体流速是减少静电负荷产生的重要措施。虽然控制液体流速与目前石油工业发展的高速运转有矛盾，但研究成果表明应对液体最大流速加以限制。
2)控制油面空间的混合气体
为防止爆炸混合气体的形成，在油面空间充满惰性气体。
3)减少管道材料和管道内粗糙程度的影响
通过试验表明，对于金属材料的管材，静电随液流流速的增大而迅速增大；对于聚乙烯管等塑料管道，起始电流较大，随时间增大逐渐达到最小稳定值，但管道内壁的偶电层电荷密度较大。在管线焊接时要保证平滑，同时防止杂物散落其中。
4)避免湍流
液体从层流到湍流将会产生更多的静电，因而在实际操作过程中应避免湍流的产生。
8.结论
油品在储运过程中易于产生静电且危害极大，虽然发生爆炸事件的次数不多，但后果严重，因此加强静电预防尤其重要。要建立静电安全管理体系，定期测定现场安全状况，加强静电的研究与教育，普及防静电知识，做到防患于未然，确保油品储运安全平稳运行。
参考文献：
[1]李虞庚.石油安全工程.北京：石油工业出版社.1991，126127
[2]王长英，陈良欣，石油化工静电防火与防爆.天津：天津科学技术出版社.1996，9596
作者简介：梁爽（1984.4.2）男，汉族，主要从事石油化工工作。
论文作者:梁爽
论文发表刊物:《防护工程》2018年第26期
论文发表时间:2018/12/19
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