王要森 曲芳 徐彬 黨玉 梁爽 王德祥

摘 要：燃油中靜電荷的存在會(huì)在油面形成較高的靜電電壓，誘導(dǎo)發(fā)生靜電放電，在環(huán)境條件不利的情況下極可能引發(fā)火災(zāi)爆炸事故。本論文以航空煤油為研究燃油，通過設(shè)計(jì)和搭建模擬加油循環(huán)實(shí)驗(yàn)及測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)量相關(guān)靜電參數(shù)及觀察靜電行為，主要研究了燃油流量與靜電電壓及靜電時(shí)間常數(shù)等的關(guān)系，證實(shí)了燃油箱油面靜電電壓和加油管道中心靜電電壓均與油品流量成正比，這些都為后續(xù)研究提供了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)參考。

關(guān)鍵詞：航空煤油;靜電電壓;靜電積累

1 航空燃油循環(huán)加油系統(tǒng)靜電特性的國(guó)內(nèi)外研究背景

為揭示飛機(jī)燃油系統(tǒng)靜電風(fēng)險(xiǎn)，國(guó)內(nèi)外在理論研究的基礎(chǔ)上，開展了大量的試驗(yàn)研究工作。德國(guó)空軍飛行試驗(yàn)中心在1984年就進(jìn)行了飛機(jī)加油靜電的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。而美國(guó)也曾完成與德國(guó)相似的試驗(yàn)，試驗(yàn)用槽車模擬了飛機(jī)燃油箱。

國(guó)內(nèi)方面，在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《輕質(zhì)油品裝油安全油面電壓值》中給出了輕質(zhì)油品表面安全電壓12000V的安全條件。但是關(guān)于航空燃油系統(tǒng)抑爆方面的內(nèi)容中涉及靜電的內(nèi)容較少，缺乏對(duì)于極限狀態(tài)——即燃油系統(tǒng)對(duì)地絕緣狀態(tài)下分析與比較，目前石油工業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)是高速裝運(yùn)，而且在現(xiàn)代空戰(zhàn)中，要充分提高飛機(jī)的利用率就必須大幅度縮短空中及地面加油時(shí)間，就要求加油流量與流速盡可能大。

2 循環(huán)加油系統(tǒng)中靜電積累和消散理論模型的搭建

根據(jù)經(jīng)典靜電理論模型并結(jié)合圖1所示實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)圖，燃油靜電電壓的積累與消散可以等效的看做一個(gè)電容器的充電過程與放電過程。

2.1 實(shí)驗(yàn)方案

實(shí)驗(yàn)具體方案為：燃油流量分別設(shè)置為1500L/min、2000L/min和2500L/min，循環(huán)加油過程實(shí)驗(yàn)時(shí)間為15min～20min。實(shí)驗(yàn)過程中記錄內(nèi)容包括：燃油電導(dǎo)率值、燃油溫度、環(huán)境溫度、濕度、實(shí)驗(yàn)持續(xù)時(shí)間、燃油流量、燃油箱油面靜電電壓及循環(huán)管道中心靜電電壓隨時(shí)間變化曲線，以及是否有靜電放電現(xiàn)象。每個(gè)流量進(jìn)行二至三次實(shí)驗(yàn)。每次實(shí)驗(yàn)間需要保持至少20 min的靜置時(shí)間，用來釋放電荷。

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

通過參考美國(guó)埃索公司油品帶電傾向評(píng)估試驗(yàn)裝置，設(shè)計(jì)了一套包含燃油電荷密度檢測(cè)設(shè)置的循環(huán)燃油靜電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，具體如圖1所示。為了保證對(duì)地絕緣，系統(tǒng)與大地間絕緣電阻應(yīng)不小于1014?。燃油箱與其支撐和固定結(jié)構(gòu)以聚四氟乙烯做成的螺栓墊圈和塊來實(shí)現(xiàn)絕緣，燃油箱及循環(huán)管道與油泵間的絕緣，用聚四氟乙烯環(huán)狀管段隔離實(shí)現(xiàn)。

2.3 實(shí)驗(yàn)流程

首先檢查實(shí)驗(yàn)設(shè)備是否完好，有無漏油現(xiàn)象，確保數(shù)據(jù)記錄儀表、計(jì)算機(jī)運(yùn)行良好，然后進(jìn)行靜電電壓表調(diào)零，最后調(diào)整油泵頻數(shù)以保證實(shí)驗(yàn)流量，打開配電柜開關(guān)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，通過EST軟件和各種測(cè)量?jī)x器對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄直至實(shí)驗(yàn)完成，關(guān)閉油泵，整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。待油品冷卻，間隔至指定時(shí)間再開始下一組實(shí)驗(yàn)。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與擬合處理分析

在所完成的實(shí)驗(yàn)過程中均未發(fā)生靜電放電現(xiàn)象，對(duì)于航空煤油分別給出代表性流量1500L/min、2000L/min和2500L/min，每個(gè)流量的靜電電壓最大值見表1。表2分別給出了各流量的燃油靜電電壓變化曲線。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可知隨著燃油流量的增加，燃油箱油面靜電電壓和管道中心靜電電壓均上升，與流量變化成正比，且通過對(duì)比不同流量的油面電壓跟管道中心的靜電電壓變化趨勢(shì)，可以看出油面電壓變化幅度較為劇烈，其靜電電壓數(shù)值比管道中心靜電電壓高。

4 結(jié)論

靜電危害的控制離不開緩沖設(shè)計(jì)、靜置、跨接與接地、抗靜電添加劑等，本實(shí)驗(yàn)通過對(duì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的搭建，實(shí)驗(yàn)過程與條件的控制，數(shù)據(jù)的測(cè)量及處理等過程得出以下結(jié)論：

（1）通常實(shí)驗(yàn)條件下，油面靜電電壓跟管道中心靜電電壓的積累和消散跟時(shí)間都成正比。（2）在不同流量下，消散時(shí)間常數(shù)也會(huì)出現(xiàn)隨流量上升而上升的趨勢(shì)，說明需對(duì)輸油流量進(jìn)行控制且加油完成后應(yīng)留足夠的靜置時(shí)間以保證安全。（3）在所實(shí)驗(yàn)流量中，燃油箱油面靜電電壓均比管道中心靜電電壓高，危險(xiǎn)性更大，因此在今后的研究中應(yīng)更加注重油面靜電電壓的控制。（4）在實(shí)驗(yàn)過程中，等效燃油箱油面靜電最高電壓為-8757.6V，沒有達(dá)到點(diǎn)燃油品蒸氣混合物的危險(xiǎn)電位。

參考文獻(xiàn)：

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