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油庫安全技術——防毒與防靜電

		點擊數：	更新時間： 2021年09月26日
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第二節 站庫防毒
一、站庫中的有毒物質
二、油庫毒源對人體的危害
三、防毒措施
一、站庫中的有毒物質
在油庫及煉油企業中，有毒的物質很多，如H2S，SO2，CO，汽油、瀝青、四乙基鉛、石油焦等。
與我們油品儲運最直接的是各類油品及其蒸氣以及含鉛汽油等。

二、油庫毒源對人體的危害
當它們侵入人體后，
1.破壞中樞神經系統（如全身無力、頭昏、惡心、記憶減退、肢體麻木、動作遲緩、意識模糊、甚至出現呼吸抑制而死亡）；
2.損傷呼吸系統（如咳嗽、痰中帶血絲、甚至會轉變成肺氣腫、哮喘、氣管炎、鼻炎或肺炎）；
3.侵犯消化系統（如肝大、脾大、肝功能異常、逐漸轉變為急、慢性肝炎）。

4.造成視覺系統的損傷。
5.造成局部皮膚的損傷。
三、防毒措施
為了防止發生人身中毒事故，就必須：
1.加強管理和檢查監督，對工作人員加強防毒安全教育，定期測定工作場地空氣中有毒氣體含量，使其不超過最大允許濃度。
2.保證技術設備的嚴密性，改進和加強通風設備，嚴格遵守安全技術操作規程。
3.加強個人防護：

1）在沒有安全措施的情況下，禁止工作人員進入罐內清除底油。
2)嚴禁用嘴從膠管里吸取油品，禁止用含鉛汽油洗手、洗機械零件、洗刷衣服或用作其它日常生活需要。
3）工作完畢后，脫下的衣服應在專門的地點保管，不準穿工作服回家、吃飯等。在吃東西、吸煙前必須用熱水和肥皂仔細洗手，必要時應用漂白粉溶液消毒。

4）定期進行身體檢查，發現問題及時治療。作業中發現頭昏、嘔吐、不舒服等時，也應立即停止工作、休息或治療。如發現急性中毒應立即搶救。

第三節 石油靜電與防護
一、液體帶電的雙電層理論
二、油品起電途徑
三、非導電性介質中電荷的流散和積累
四、管內流動液體帶電的理論方程
五、影響靜電產生和積累的因素
六、靜電放電和引爆
七、防止靜電事故的措施
一、液體帶電的雙電層理論
液體介質產生靜電荷的原因主要是通過雙電層理論來解釋的。液體本身是電中性的，但是與固體接觸后并發生流動，就會使液體帶電。
1.雙電層的形成
2.雙電層示意圖
3.靜電的形成
1.雙電層的形成
當液體與固體接觸時，就會形成雙電層。固體會帶上某種極性的電荷。
現在我們假設固體帶正電，由于靜電力的吸引，在靠近固體附近必然吸引著與固體所帶電荷極性相反的離子——負電荷。被吸引在固體壁面附近的這一負電荷層的厚度大約是一個分子直徑大小，稱為緊密層（或束縛液層）。另一種極性、未被吸引的正電荷則分布在靠液體的一邊，這部分電荷的密度隨著距固體壁面距離的增大而逐漸減小，處于一種擴散狀態，稱為擴散層。如圖。
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固體壁面
流動層
擴散層
緊密層
2.雙電層示意圖
3.靜電的形成
如果發生流體的流動，緊靠近壁面的一部分流體實際上是不流動的，即固定層。也就是說靠近壁面的負電荷還被吸附在壁面附近，這樣流動的液體就會帶有正電性，這樣液體就帶有了靜電。
1.油品管路流動起電
二、油品起電途徑
1.油品管路流動起電
2.水滴、雜質在油品中的沉降起電
3.油品沖擊起電
4.噴射起電
3.油品沖擊起電
4.噴射起電
2.水滴、雜質在油品中的沉降起電
三、非導電性介質中電荷的流散和積累
1.介質中電荷的流散
2.介質內部電荷的積累
1、介質中電荷的流散
在一均勻介質中，帶有電荷、介質的相對介電常數為   。任取一閉合曲面S（高斯曲面），則應用高斯定理來進行推導。
靜電場中電荷流散規律為：
式中：
Q0,ρ0—t=0時刻所具有的電量、電荷密度；
Q,ρ—t時刻所具有的電量、電荷密度；

—介質放電的時間常數，s；
      —介質的相對介電常數；
      —真空介電常數；
K —介質電阻率。
討論：
從公式中可以看出，介質中電荷量或電荷密度是以指數規律減少的，而且時間常數值越小，電荷流散越快。

t=τ時，               ，即：

τ為電量泄漏到原電量的1/e時所需的時間。
電荷泄漏的快慢僅與介質的性質有關。
另外在許多情況下，我們還用半期值這個概念來反映介質中電荷流散的快慢。半期值（半值時間、半衰時間）的定義如下：介質內部的電荷量泄漏到初始電荷量的一半時所用的時間。
用     表示，它與時間常數的關系為：

即：
2.介質內部電荷的積累
電荷的積累是在電荷的產生、流散過程中逐步形成的，
即：積累=產生-流散。
這就是介質內部電荷積累的規律（按指數規律變化）。
t=0時ρ=0；
t=∞時ρ→ρs。
剛開始的一段時間，電荷積累較快，曲線較陡。
介質內部電荷積累規律
四、管內流動液體帶電的理論方程
1.管內流動介質流動電流方程 
2.討論：
1.管內流動介質流動電流方程 
液體流動，帶走擴散層中的電荷，使液體帶電。電荷隨介質流動形成流動電流。
取一半無限長的管路，半徑為r，液體，K，起點流動電流。
在距起點l處取一微元體dl，在dl處，油品向單位管壁面積泄放的電流為ia（即電流密度），is為起電電流密度（常數）。則dl段內，流動介質的流動電流變化量為：
 
取微元體邊界面（即微元段的圓柱面和兩個底面）為高斯面，則有（S曲面上）的流動電流為：（從閉合曲面流出的電流是同一曲面中電流密度的積分）
其結果為：

曲線表示為：
討論：
流動電流I按指數規律增加，I值與管長l有關，l越大，則I值增加越快；l越小，則I值增加慢。
l→∞時
（飽和值）。
而在實際應用中，一般認為l=(3~5)   時，I就達到飽和值了。因此定義Lb=
稱Lb為飽和長度。
五、影響靜電產生和積累的因素
實際上在前面公式里面已經都提到了這些因素，我們在把它歸納一下。
1.介質電阻率對靜電產生、積累的影響
2.管線材質及管壁粗糙度對介質帶電的影響
3.管路中設備、附件對帶電的影響
4.流動狀態的影響

1.介質電阻率對靜電產生、積累的影響
當K處于1010~1012Ω﹒m時，油品放電次數最多，即最易積累靜電，達到放電的電場強度。
當K<109 Ω﹒m ，K>1013 Ω﹒m時，靜電放電次數很少，即不易積累靜電。
影響油品電阻率K的幾個主要因素
⑴油品所含雜質的影響
⑵介電常數對電阻率的影響
⑶液體粘滯性對電阻率的影響
⑷混合溶質對電阻率的影響

2、管線材質及管壁粗糙度對介質帶電的影響
液體帶電主要是雙電層中電荷的分離，不同的管線材質使液體中產生的雙電層是不一樣的，產生的流動電流也就不同。管壁粗糙度對靜電產生也有影響，粗糙度大，則接觸面積大，沖刷、分離電荷的機會較多，沖流電流較大。 
3、管路中設備、附件對帶電的影響
油品在管線中流動時，若通過泵、過濾器、閥、彎頭等設施時，油品帶靜電量會急劇增大，產生階躍式的劇增。因此經過這些設備后，要有足夠的管長讓靜電消散出去。
4、流動狀態的影響
通常是紊流條件下流動電流比層流大。 
  在實際工程管線上，由于管壁障礙、轉彎、變徑等情況的存在都會使液體處于紊流的狀態。這種流動狀態的改變，一方面由于本身熱運動和碰撞可能產生新的空間電荷。另一方面，因速度梯度的變化使擴散層電荷趨向管中心，從而使整個管線的電荷密度比層流時提高了，就會使液體帶有更多的電量。
六、靜電放電和引爆
1.靜電放電類型
2.放電能量 
3.影響靜電放電的因素
4.靜電的引爆  
1.靜電放電類型
⑴電暈放電
⑵火花放電
⑶刷形放電
⑴電暈放電
電暈放電通常都是在一些小的尖端、毛刺兒等的周圍出現微弱的輝光，尖端附近的空氣電離產生放電。一般發生在電極相距較遠、帶電體或接地體表面有突出部分或棱角的地方。
⑵火花放電
火花放電是兩電極間的氣體被擊穿而形成放電通路，但該通路沒有分叉，其放電在電極上有明顯的集中點，放電時伴有短爆裂聲，有明亮的光束，在瞬間內能量集中釋放，放電能量比較大，
 因而危險性大。火花放電
 發生在兩個電極均為導體，
 相距又比較近的情況下。 
⑶刷形放電
一般發生在油面相對于平板或球形電極之間。
其特點是兩極間因氣體擊穿而形成放電通路，其擊穿通路在金屬端較集中，其后分出很多分叉，散落在油面上。
因此，此種放電不集中在某一點上，而是分布在一定的空氣范圍內。該放電在單位空間內釋放的能量較小，但具有一定的危險性，比電暈放電引起災害的幾率高。
刷形放電是氣體的不完全擊穿，是不完全的火花放電，如果電場再增強，刷形放電火花達到對面電極則轉變為完全的火花放電。

上述三種形式的靜電放電，其危險程度由大到小依次是：
火花放電 > 刷形放電 > 電暈放電
絕緣體帶有靜電時，較易產生刷形放電，也可能產生火花放電。
金屬電極之間或對地容易產生火花放電。
2.放電能量
兩金屬帶電體之間的放電能量為 ：
式中：
C—兩金屬組成的電容器的電容，F；
U—兩帶電體間電位差，V；
Q—帶電體的帶電量，C。
3.影響靜電放電的因素
⑴電場均勻程度的影響 
⑵電極形狀和極性的影響 
⑶氣體狀態 
⑷電壓作用時間 
⑴電場均勻程度的影響 
不均勻的電場容易引起局部放電，并由局部放電發展成火花放電。
⑵電極形狀和極性的影響 
①電極形狀
電極末端曲率半徑越小，越容易引起放電。因為尖端附近的場強較大，空氣容易擊穿，擊穿電壓較小。
②極性
正尖端比負尖端更容易引起放電，也就是說油品帶負電荷更容易放電。即：負極性油面容易放電（罐內突起物為正極）。
⑶氣體狀態 
這里所說的氣體狀態是指兩電極間氣體的壓力、溫度和濕度。
當氣體的壓力降低或溫度升高時，其電暈放電電壓和擊穿電壓都降低，容易產生火花放電。濕度增加，則擊穿電壓上升。
⑷電壓作用時間 
氣體的擊穿放電，不僅需要足夠的場強，還需要一定的電壓作用時間。電壓作用時間越短，所需的擊穿電壓越高。
4.靜電的引爆
靜電放電引起爆炸和火災事故的四個必要條件是：
⑴有靜電產生的來源
⑵靜電能積累到放電的程度
⑶靜電放電能量達到爆炸性混合物最小引燃能量。例如：甲烷0.28mJ，汽油0.2mJ
⑷放電空間里有處于爆炸極限范圍之內的可燃氣體。
上述四個條件，任何一個條件不具備時，都不會引起靜電危害 
最小引燃能量
最小點火能是指能夠觸發初始燃燒化學反應所需釋放的最小引燃能量。
它是表達可燃物（尤其是氣體、蒸汽、霧滴和粉末）的爆炸危險性的重要參數。
如果引燃源的能量低于這個臨界值，一般情況下不能著火。

最小點火能位于10-2mJ的可燃氣體有氫氣、乙炔、乙烯、二硫化碳等，它們屬于爆燃危險性極大的氣體。
位于10-1mJ級的有氣態烷烴、苯、丙酮等。

５.靜電的危害
  ⑴接地容器內部的靜電引爆 
   當灌裝油品時，因為容器接地，外壁電荷已導入地殼，容器內部帶電油品與容器內壁之間產生電位差而導致容器內可燃氣體被擊穿而產生火花放電，可能引起爆炸。

⑵噴射含微粒氣體時的靜電引爆 
⑶灌裝絕緣容器時的靜電引爆：
   用帶電油品灌裝絕緣油品時，其危險性比灌裝接地容器更大。因外壁積聚了感應電荷，它們容易與接地體（或人體）產生放電。
七、防止靜電事故的措施
1.減少靜電的產生
2.增強電荷的流散
3.消除危險放電
4.消除爆炸性混合氣體
1.減少靜電的產生
⑴控制流速
　已知油品在管線中流動所產生的流動電流和電荷密度的飽和值與油品流速的二次方成正比，故控制流速是減少靜電產生的一個有效辦法。
　我國規范規定，汽油、煤油、清柴油等油品的灌裝速度不大于4.5m／ｓ。
⑵控制加油方式
　加油時宜從底部注入，實驗表明，從頂部噴濺裝油產生靜電量與底部進油產生的靜電量之比為２：1。采用上部裝油時，鶴管要插到罐底并且為了減少注油時產生的靜電，也可改變鶴管頭的形狀。
⑶防止不同油品相混或油品中含有空氣和水分
⑷油品經過過濾器后，要有足夠的靜電泄漏時間
　經過過濾器的油品，由于與過濾器發生劇烈摩擦，大大增加了接觸和分離的強度，可能使油品的電壓增加10~100倍，因此過濾器大大增加了油品靜電。

2.增強電荷的流散
⑴接地與跨接
⑵加抗靜電劑
⑶設置靜電消除器（消靜電器）
⑷設置靜電緩和器
⑴接地與跨接
接地：是指把設備容器及管線通過金屬導線和接地體與大地連通形成等電位。
　這是消除靜電危害最常見的措施，主要是用來消除導體上的電荷。
　
跨接是將金屬設備、管線之間用導線連接構成等電位體，避免彼此間的放電。
⑴接地與跨接
⑴接地與跨接
⑵加抗靜電劑
加抗靜電劑，可以大大減小介質電阻率，使靜電荷易于泄漏，減少靜電的積累。

⑶設置靜電消除器（消靜電器）
又稱靜電中和器，它產生和油品帶電極性相反的電荷，從而使油品中的電荷被中和掉。

消電原理：
　設管內流動的油品帶正電，插入的針尖感應出負電荷，因為曲率半徑越小處的感應電荷密度越大，因而針尖處的電荷密度最大，針尖附近的電場最強。當場強大到足以電離其附近的油品時，針尖產生電暈放電，電暈放電的負離子中和油中的正電荷。
⑷設置靜電緩和器
靜電緩和器：是一個裝在管線上的金屬容器，可看成一個擴大直徑的直管段。使油品進入容器前，在緩和器中停留t≥3τ的時間，使大部分電荷趨向管壁流向大地。

3.消除危險放電
　最危險的靜電放電是火花放電。對于油罐來說，接地只能消除罐外壁電荷，內部仍然有與油品電荷極性相反的電荷，仍有可能與油面放電。為此：
裝油前清理油罐中的雜質、可飄浮導體及罐體上的突起物；
取樣要在量油管內進行，罐中盡量減少金屬附加物；
測溫、量油要在進油30分鐘以后進行。因為從進油結束到最大電位的出現有一延遲時間。
4.消除爆炸性混合氣體
⑴泵房等加強通風；
⑵控制油品操作溫度，使蒸氣濃度不在爆炸極限范圍之內；
⑶用惰性氣體覆蓋油面。

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