王永剛 牛國(guó)萍 胡靖平（長(zhǎng)慶油田分公司安全環(huán)保監(jiān)督部）

鄭書(shū)杰（長(zhǎng)慶油田分公司第四采氣廠）

王 平（長(zhǎng)慶油田蘇里格南作業(yè)分公司）

引言

蘇里格氣田是長(zhǎng)慶油田天然氣主產(chǎn)氣區(qū)，所產(chǎn)天然氣含液量較高，主要成分是凝析油和水，屬典型凝析氣田。長(zhǎng)慶蘇里格氣田凝析油穩(wěn)定裝置每天生產(chǎn)合格穩(wěn)定凝析油約70 m3，需要通過(guò)裝車棧臺(tái)使用汽車槽車進(jìn)行裝車外運(yùn)。

一、凝析油介紹

天然氣凝析油是指從凝析氣田天然氣中凝析出來(lái)的液相組分，又稱天然汽油，主要成分是C 5-C 8的烴類混合物，含有少量C 8及以上的重?zé)N和其他硫醚等雜質(zhì)，餾分多在20℃-200℃之間，揮發(fā)性好，是優(yōu)質(zhì)的化工原料，穩(wěn)定凝析油甚至可以直接生產(chǎn)添加汽油。天然氣穩(wěn)定凝析油的飽和蒸汽壓（37.8℃）在夏季＜74K Pa，在冬季＜88 K Pa，其理化性質(zhì)與汽油相近，按照G B 50183-2004《原油和天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》火災(zāi)危險(xiǎn)性分類標(biāo)準(zhǔn)，屬于甲B類液體。

二、靜電的產(chǎn)生

1.液體-固體界面形成偶電層

液體與固體界面處形成偶電層的直接原因是正、負(fù)離子轉(zhuǎn)移，從而形成電動(dòng)電位。液體在固體表面的電荷層由兩部分組成：一部分是緊貼在固體表面的電荷層，厚度只相當(dāng)于一個(gè)分子直徑的數(shù)量級(jí)，其所帶電荷與界面上固體一側(cè)的電荷符號(hào)相反，稱為緊密層；另一部分的電荷與緊密層電荷符號(hào)相反，厚度則為分子直徑的幾十倍至幾百倍，稱為擴(kuò)散層。

如圖1所示，為液體在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)靜電荷的分布情況。固體界面上是一層正電荷，在液體中緊密層內(nèi)是負(fù)電荷，而在擴(kuò)散層內(nèi)是正電荷。正電荷隨著液體流動(dòng)形成液流電流，電流的大小在數(shù)值上等于單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)管道橫截面的電量。如果管道接地，在電流流動(dòng)過(guò)程中，接地的途徑上也有相應(yīng)的電流流過(guò)；如果管道是由絕緣材料制成或者是對(duì)地絕緣，則在管道上會(huì)積累大量靜電電荷。

圖1 液體在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)靜電荷的分布情況

2.液體-氣體界面起電

液體在噴霧和發(fā)泡時(shí)能產(chǎn)生大量的靜電和較高的電動(dòng)電位，起電原理和液體在管道中流動(dòng)產(chǎn)生的靜電不完全一樣。

（1）液體與氣體間的偶電層位于接近氣體的液體表面之下。

（2）帶電是由于從表面剝出的微小液滴而產(chǎn)生的，這些帶電粒子產(chǎn)生于很薄的表面層里。

（3）當(dāng)液滴破碎時(shí)，大小不等的液滴相比較，小液滴帶負(fù)電，大液滴帶正電。

3.靜電產(chǎn)生形式

（1）流動(dòng)帶電。液體在流動(dòng)中的摩擦帶電是工業(yè)生產(chǎn)中頗為常見(jiàn)的一種靜電帶電形式。

（2）噴射帶電。當(dāng)液體從管口噴出后在與空氣接觸時(shí)，它將被分散成許許多多的小液滴。較大的液滴很快地沉降，而另外一些微小的液滴停滯在空氣中形成霧狀的小液滴云，帶有大量的電荷。

（3）沖擊帶電。當(dāng)液體從管口噴出后遇到器壁或擋板的阻礙時(shí)，飛濺起的小液滴同樣會(huì)在空間形成電荷云。

（4）沉降帶電。當(dāng)輕質(zhì)油品等絕緣液體中含有固體顆粒雜質(zhì)或水分時(shí)，當(dāng)它們向下沉降過(guò)程中也有靜電產(chǎn)生。

天然氣凝析油在管道輸送過(guò)程中，與金屬管壁摩擦?xí)a(chǎn)生大量靜電、裝車過(guò)程中油品與空氣摩擦也會(huì)產(chǎn)生大量靜電。凝析油的電阻率一般大于1011Ω·m，屬于靜電非導(dǎo)體，產(chǎn)生的靜電電荷極易堆積而導(dǎo)致電荷積聚，在一定條件下進(jìn)行靜電放電而釀成事故。

4.影響油品靜電產(chǎn)生的幾個(gè)因素

（1）管道材料和管道內(nèi)壁狀況對(duì)液流電流的影響。管線材質(zhì)對(duì)的電阻率差異很大，對(duì)其靜電的消散有顯著的影響，從而明顯影響液流電流的大小。管道內(nèi)壁粗糙程度對(duì)液流電流也有影響，內(nèi)壁越粗糙，靜電產(chǎn)生量越大。

圖2 不同管材對(duì)油品靜電的影響

（2）液體所含水分等雜質(zhì)對(duì)靜電產(chǎn)生量的影響。非常純凈的高度精煉石油產(chǎn)品在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)是不容易帶電的。這是因?yàn)橐话愕氖洼p油制品的分子是非極性分子，一般都不能直接電離。液體中的離子主要來(lái)源于其中所含的雜質(zhì)，當(dāng)這些雜質(zhì)離解時(shí)就產(chǎn)生了正、負(fù)離子。

（3）流速的影響。流體流速越大，產(chǎn)生的靜電量越大。層流時(shí)，產(chǎn)生的靜電量與流速成正比，且與管線內(nèi)徑大小無(wú)關(guān)。紊流時(shí)，產(chǎn)生的靜電量與流速的1.75次方成正比，與管線內(nèi)徑的0.75次方成正比。

（4）流體流動(dòng)狀態(tài)的影響。實(shí)驗(yàn)指出，流動(dòng)的液體由層流變?yōu)橥牧鲿r(shí)，其帶電量會(huì)有顯著的增加。其理由是，當(dāng)液體處于湍流狀態(tài)時(shí)，一方面由于增大了液體分子熱運(yùn)動(dòng)和相互碰撞，可能產(chǎn)生新的空間電荷；另一方面因速度梯度的變化，使得流體在偶電層的擴(kuò)散層處的流速變大，因此會(huì)使液流中帶有更多的電量。

圖3 不同流動(dòng)狀態(tài)下流速的分布

三、凝析油裝車過(guò)程靜電危害分析

1.爆炸和火災(zāi)

容易導(dǎo)致爆炸和火災(zāi)事故是靜電可能造成的的最大危害。天然氣凝析油閃電低，揮發(fā)性強(qiáng)，其蒸氣的最小點(diǎn)火能小于0.1mJ，爆炸極限為1.1—8.7%，其蒸氣與空氣混合后形成的爆炸性混合氣體只需要極小的點(diǎn)火能就能引燃。靜電放電產(chǎn)生的電火花，其能量大大超過(guò)天然氣凝析油蒸氣的最小點(diǎn)火能，當(dāng)蒸氣與空氣混合達(dá)到爆炸極限時(shí)，靜電火花可立即點(diǎn)燃油氣混合物引發(fā)閃爆事故。

2.電擊

一般情況下，靜電的能量較小，但產(chǎn)生的電壓極高，甚至高達(dá)數(shù)萬(wàn)伏。靜電電擊雖然不會(huì)直接使人致命，但是因?yàn)殡姄粢滓饓嬄洹⑺さ沟榷问鹿省?/p>

3.影響生產(chǎn)

不消除靜電可能會(huì)會(huì)影響生產(chǎn)或降低產(chǎn)品質(zhì)量。此外，靜電還可能引起電子元件誤動(dòng)作，引發(fā)二次事故。

四、靜電預(yù)防和消除

1.靜電接地

（1）凝析油裝車臺(tái)所有設(shè)備、管道，特別是裝車鶴管，均應(yīng)采取可靠接地措施，防止裝車過(guò)程中靜電荷大量積聚，每年至少對(duì)接地電阻值進(jìn)行一次檢測(cè)，確保接地電阻小于10 Ω。

（2）凝析油拉運(yùn)罐車車體必須使用專用可靠的靜電接地裝置進(jìn)行接地，并確保接地電阻小于10 Ω，接地線嚴(yán)禁采用纏繞方式連接。

（3）裝車棧臺(tái)附近宜設(shè)置專門(mén)的人體靜電消除裝置，消除作業(yè)人員自身產(chǎn)生、攜帶的靜電電荷。

2.優(yōu)化裝油方式

裝車流程宜優(yōu)先采用密閉、底部裝車模式；對(duì)于采用槽車頂部裝車模式的，鶴管必須深入距離槽車底部不大于200 mm，并在鶴管出油管口安裝變流擋板，防止油品直接猛烈沖擊車底而產(chǎn)生大量靜電電荷。

3.嚴(yán)格控制裝車時(shí)油品流速

（1）限制初始流速

油品浸沒(méi)裝車鶴管前裝車油品流速稱為初始流速。美國(guó)石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)A PI 2003-1991《防止靜電、閃電和雜散電流引燃的措施》規(guī)定：初始流速應(yīng)限制在1m/s以下。實(shí)際操作時(shí)，主要通過(guò)控制裝油流量的手段來(lái)控制裝油速率，具體關(guān)系如下表：

表1 輸送管徑與初始流速關(guān)系表

100 1 28150 1 63

（2）控制裝車正常流速

當(dāng)裝車鶴管完全浸沒(méi)在油品液面以下后，可以按照正常流速進(jìn)行裝車。按照G B12158-2006《防止靜電事故通用導(dǎo)則》規(guī)定，其最大流速控制應(yīng)滿足如下關(guān)系式：

V D≤0.5

美國(guó)石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)A PI 2003-1991《防止靜電、閃電和雜散電流引燃的措施》規(guī)定：裝車鶴管浸沒(méi)后正常灌裝速度：V=0.5/D，但不得大于7 m/s。

式中：V——油品流速的數(shù)值，m/s

D——鶴管內(nèi)徑，m

實(shí)際操作時(shí)，主要通過(guò)控制裝油流量的手段來(lái)控制最大裝油速率，具體關(guān)系如下表：

表2輸送管徑與最大流速關(guān)系表

鶴管內(nèi)徑/mm 計(jì)算流速/ms-1控制流速/ms-1允許最大流量/m3h-1

4.其他

升降操作裝車鶴管進(jìn)行凝析油裝車時(shí)，嚴(yán)禁大幅度升降鶴管作業(yè)，避免鶴管與車體猛烈撞擊產(chǎn)生靜電火花；經(jīng)常檢查裝車鶴管膠皮墊層是否完好；裝車過(guò)程中嚴(yán)禁頻繁大幅調(diào)整流量。

在凝析油裝車臺(tái)處設(shè)置醒目的安全操作提示牌，提示操作人員謹(jǐn)慎操作、嚴(yán)禁穿化纖服飾和佩戴金屬飾品進(jìn)行作業(yè)、裝車臺(tái)嚴(yán)禁私自帶入煙火、經(jīng)常檢查罐車排氣管安裝的防火罩等。

選用合格的管材，確保油品管道和裝車鶴管內(nèi)壁光滑，減少摩擦產(chǎn)生靜電；裝完車后至少靜置2分鐘后拆除車體靜電接地線。

結(jié)束語(yǔ)

在天然氣凝析油裝車過(guò)程中靜電的產(chǎn)生是多方面的，必須采取有效安全措施才能消除和預(yù)防靜電危害。從消除人體靜電、槽車和裝車棧臺(tái)靜電接地、優(yōu)化裝油方式、控制裝車速率等多方面入手，消除裝車過(guò)程中產(chǎn)生的靜電電荷，可以實(shí)現(xiàn)安全裝車。

[1]王進(jìn)，錢(qián)進(jìn)華，輕質(zhì)油品裝車過(guò)程中靜電的產(chǎn)生、危害及預(yù)防：當(dāng)代化工，2003年第32卷第4期.

[2]安汝文，高洪波，液體化工罐區(qū)靜電產(chǎn)生的原因及防范措施：安全、健康和環(huán)境，2002年第2卷第11期.

[3]潘永東，李官全，油氣田輕油（凝析油）裝車安全若干問(wèn)題探討,：石油化工安全環(huán)保技術(shù)，2010年第26卷第4期.

[4]郭明忠，液化石油氣裝車棧臺(tái)安全風(fēng)險(xiǎn)分析及對(duì)策：科技創(chuàng)業(yè)月刊，2010年1月.

[5]《綠十字安全生產(chǎn)教育培訓(xùn)叢書(shū)》編寫(xiě)組，機(jī)械與電氣安全知識(shí)：中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社.

[6]GB12158-2006《防止靜電事故通用導(dǎo)則》.

[7]GB6950-2001《輕質(zhì)油品安全靜止電導(dǎo)率》.

[8]GB 50183-2004《原油和天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》.

[9]美國(guó)石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)API 2003-1991《防止靜電、閃電和雜散電流引燃的措施》.