南京金凌石化工程设计有限公司 江苏南京 210042
摘要：本文以某项目为例，分析了玻璃钢管道使用中存在的问题，对专家提出的两种防静电接地的解决方案进行了比较，选择了分段静电间接接地的防静电解决方案，经权威机构认证并具体实施，运行良好；解决了静电非导体类非金属管道（如玻璃钢管道）的防静电问题，且经济合理、安全可靠，对类似工程有指导意义，具有良好的推广价值。
关键词：玻璃钢管道；防静电接地；解决措施
一、项目概况
某公司新建污水处理场和隔油系统恶臭治理项目，为环保治理项目，由污水处理场均质池、隔油池、浮选池等的废气收集单元、恶臭治理装置及系统配套、新增配电间等组成。恶臭治理装置包括废气自污水处理场废气管道输至阻火器，经碱洗塔、脱硫及总烃浓度均化罐、废气过滤器送至换热-加热-催化燃烧单元，然后再将换热-加热-催化燃烧单元排出的净化气体送至排气筒放空，达到恶臭治理，达标排放的目的。
由于从污水处理场均质池、隔油池、浮选池等收集的废气中含有多种有毒有害物质，根据该公司污水处理场的恶臭气体组成见表1和表2。综合废气数据，废气中总烃按2000～8000μL/L，总硫最大按150mg/m3设计。其中“三苯”、硫化氢、有机硫等气体，对人体的危害极大，属于腐蚀介质环境。该项目设计时在污水处理场均质池、隔油池、浮选池等上面加装玻璃钢盖板密封，再由玻璃钢管道集气后经管架接至恶臭治理装置；玻璃钢集气管道设计共选用DN350×7、DN300×7、DN250×5、DN200×5、DN150×4、DN100×4等不同口径玻璃钢管道(HG-T21633-1991)约1千米（要求防静电）；和与之配套的弯头、三通、四通、法兰、阀门等管件若干，以及铜质防静电法兰、跨接导线、接线端子等若干，每隔一定距离设置铜质防静电法兰，利用跨接导线和接线端子进行跨接并接地。设计要求所有的管件与管道连接处均采用法兰连接，直管段部分除图中所示位置采用法兰连接外，其余位置均采用承插接口。
表1 某公司污水场废气采样分析结果-烃类（单位：mg/m3）及其爆炸性混合物点燃危险性
表2 某公司污水场废气采样分析结果-硫化物（单位：mg/m3）及其爆炸性混合物点燃危险性
二、玻璃钢集气管道存在问题
（1）详细设计施工图纸会审时，对设计采用“每隔一定距离设置铜质防静电法兰，利用跨接导线和接线端子进行跨接并接地”，作为玻璃钢集气管道的防静电措施，提出疑虑；理由：（A）铜质防静电法兰价格较贵，很大程度抵消了玻璃钢管道的价格优势，（B）由于集气管道内输送的废气中H2S的浓度达150mg/Nm3，与铜发生化学反应，腐蚀铜质防静电法兰，存在安全风险；（C）由于污水处理池在工厂边界比较偏僻处，铜质防静电法兰也容易被偷盗。存在安全风险，不建议采取该防静电措施。
（2）现场安装时，到货的玻璃钢集气管道，送国家权威机构进行材料的单位长度电阻和表面电阻率检测，实测结果如下表3：
表3 玻璃钢管道单位长度电阻和表面电阻率检测结果
依据GB12158-2006《防止静电事故通用导则》3术语与定义3.3静电非导体定义：在任何条件下，体电阻率≥1X1010Ω.m(即电导率≤1X1010S/m)的物体及表面电阻率≥1X1011Ω的固体表面。上述送检样品-玻璃钢集气管道应为静电非导体。不能起到防静电的作用。
（3）玻璃钢集气管道输送的是烃类、苯类、硫化物（主要H2S）等废气，它们的电阻率都在1011-1014Ω.cm，都很容易产生和积累静电。虽然接触起电一般发生在固体-固体、液体-液体或固体-液体的分界面上。通常情况下，纯净的气体是绝缘体，不能由接触起电方式带电，但由于废气中有悬浮状态的颗粒云、液滴云或雾均可以在输送过程中由接触方式带电，且都能将它们的电荷保持很长时间而与其自身的电导率无关；从而使上述玻璃钢集气管道及废气能够携带静电电荷。
（4）电阻率是静电能否积聚的条件，玻璃钢集气管道根据实测结果为静电非导体，由于玻璃钢集气管道材料本身的高电阻而使电荷保持在绝缘体上；被绝缘的导体也使电荷保持在导体上，二者均称为静电的积聚创造了条件。
（5）玻璃钢集气管道输送的是烃类、苯类、硫化物（主要H2S）等废气，组分含量及其爆炸性混合物点燃危险性见表1，表2；从表中可知总烃含量最高达10600mg/m3=10.6mg/L，各烃类物质的爆炸下限在26~44 mg/L之间，总烃物质可能出现的最高浓度已达各烃类物质的爆炸下限的24.1~40.8%，超过爆炸下限的10%；存在静电放电引燃废气爆炸性混合物的可能，必须采取防静电措施。
由于玻璃钢集气管道存在的上述问题，为不间断导走废气流动时产生的静电荷，必须选择合适的有效的防静电措施。
三、防静电方案的比选
为解决玻璃钢集气管道输送废气的防静电问题，经多方讨论研究，提出了以下两种解决方案：
1、总管出口段安装管道静电消除器的防静电方案
为解决上述问题该项目工程处邀请了国内行业领先的几位专家，会同该公司安环处、设计单位、施工单位等进行专题讨论，提出了在总管的出口段安装管道静电消除器防静电方案：（1）由于本项目中废气为负压运行，流速较慢，在管道进口及中间段产生静电积聚及释放的可能性不大，只要在总管的出口段安装管道式静电消除器，就能起到消除系统静电的作用；（2）在总管的出口段拆除一段玻璃钢集气管道，用于安装管道式静电消除器；（3）为确保静电消除器的可靠运行,在静电消除器两侧加装在线检测和消电随机调节设备。
2、玻璃钢管道采取分段静电间接接地的防静电方案
在玻璃钢管道直线段每隔长度≤12m分段静电间接接地（玻璃钢管道制造长度为每段6m）的防静电方案，有两种实现形式：（1）将玻璃钢法兰之间的垫片更换为一片静电导体材料的橡胶垫片，用不锈钢防静电接地管道夹具加紧橡胶垫片后静电间接接地；（2）将玻璃钢法兰之间的垫片更换为两片静电导体材料的橡胶垫片，两片玻璃钢法兰之间用两片静电导体材料的橡胶垫片夹一片厚度≥4mm带接地耳的不锈钢垫片密封，经不锈钢垫片所带接地耳静电间接接地。
鉴于项目现场玻璃钢管道已经安装完毕，且管道之间连接方式主要为法兰连接，为尽量不影响进出管道位置，分段静电间接接地的防静电方案应优先选择形式一。
3、防静电方案的选择
针对总管出口段安装管道静电消除器的防静电方案及分段静电间接接地的防静电方案，由业主组织国内行业领先的专家、会同该公司安环处、设计单位、施工单位等专家进行了讨论评审，并交由国内防静电权威机构认证，认为：（1）静电放电能否引燃易燃、易爆混合物，取决于混合物的成分和温度、放电能量以及能量随时间的分布和在空间的分布。引燃源经常是导体的火花放电。该项目玻璃钢集气管道输送的废气含有的烃类、苯类、硫化物（主要为H2S）等气体的最小引燃能量都在几0.009~0.28mJ之间。其中H2S在空气中的最小引燃能量是0.068mJ，乙烯为0.07mJ，其最小引燃能量比较小；输送上述废气的玻璃钢集气管道，合计长度约1千米，阀门几十个，法兰几百个，仅在总管出口段安装管道静电消除器的防静电方案不是很稳妥，存在泄漏释放风险；当带电电位较高的静电非导体与导体间发生刷形放电时，一般每次放电能量不超过4mJ，即可导致静电放电引燃、引爆废气的风险；（2）分段静电间接接地的防静电方案实施简单、对各管段内废气流动引起的静电荷，均可通过分段静电间接接地导走积聚的静电荷，使静电荷尽快地消散；使玻璃钢集气管道内的静电荷得不到大量积聚，即使积聚也只是少量的短时的积聚，从而使静电荷的带电电位达不到静电放电的条件；（3）分段静电间接接地的防静电方案不需要借助设备和检测仪器，运行维护简单可靠。
经专家组充分讨论一致推荐该项目采用分段静电间接接地的防静电方案，并得到国内防静电权威机构的认可。
四、方案的具体实施
（1）为确保该项目的安全运行，根据总部《加强各类油品储罐、含硫污水储罐安全运行管理的通知》文件精神，在玻璃钢集气管道入口段增设了9个阻火器，并将阻火器接地。
（2）根据GB12158-2006《防止静电事故通用导则》非金属静电导体与金属导体相互联接时，其有效紧密接触的面积应≥20cm2，由于该项目使用的玻璃钢管道最小直径为DN100×4，经计算确定需要的橡胶垫片的最小厚度为6.4 mm，考虑到一定裕度，橡胶垫片厚度统一选取8mm。
（3）根据GB12158-2006《防止静电事故通用导则》静电导体定义：在任何条件下，体电阻率≤1×106Ω（即电导率≥1×10-6S/m）的物料及表面电阻率≤1×107Ω的固体表面。橡胶垫片体电阻率及表面电阻率按此静电导体定义确定。
（4）采购符合上述（1）（2）要求的橡胶板，并送国家及行业权威机构检测，检测结果见表4橡胶板表面电阻率、体积电阻率检测报告：
表4 橡胶板表面电阻率、体积电阻率检测报告
（5）将符合要求的橡胶板加工成外径大于不同管径的玻璃钢法兰外径~2 mm橡胶垫片；并用此更换原有垫片。
（6）用25X4镀锌扁钢或不锈钢制作防静电接地管道夹具或卡箍（金属导体），由防静电接地管道夹具或卡箍夹紧橡胶垫片（非金属导体），进行间接放静电接地；为减少金属导体与非金属导体二者间的接触电阻，在二者间涂导电性涂料或导电膏，并确保二者紧密接触不得滑落；为防止静电集聚，所有玻璃钢管线上的金属部件均要求静电接地。
（7）利用防静电接地管道夹具或卡箍与接地干线进行静电接地。接地干线采用40x4镀锌扁钢或不锈钢，每隔30m引下接地。 具体安装见防静电接地图1、图2：
图1 防静电接地
图2 防静电接地
五、实施效果分析
该项目按分段静电间接接地的防静电方案实施后，经各方评价验收，于2014年底投入运行，具体见防静电接地效果图图3、图4；至今已运行三年多，一直保持安、稳、长、满、优运行，未发生因静电产生的事故，达到了预期的效果，证明该分段静电间接接地的防静电方案，适用于解决静电非导体类非金属管道（如玻璃钢管道）的防静电问题，且经济合理、安全可靠，对类似工程有指导意义，具有良好的推广价值。
图3防静电接地效果 图4防静电接地效果
参考文献：
[1]《防止静电事故通用导则》（GB12158-2006）
[2]《石油化工粉体料仓防静电燃爆设计规范》（GB50813-2012）
[3]《固体绝缘材料体积电阻率和表面电阻率试验方法》（GB/T1410-2006）
[4]《石油化工静电接地设计规范》（SH/T3097-2017）
论文作者:杭明
论文发表刊物:《基层建设》2018年第23期
论文发表时间:2018/10/1
标签：静电论文; 防静电论文; 管道论文; 废气论文; 电阻率论文; 玻璃钢论文; 垫片论文; 《基层建设》2018年第23期论文;