蒲鎮(zhèn)東（中國(guó)石油管道有限責(zé)任公司西部分公司）

1 現(xiàn)狀及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介

油品儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中可能產(chǎn)生靜電積聚。油氣站場(chǎng)存在油氣泄漏可能性，易發(fā)生火災(zāi)爆炸事故[1-2]。2006 年中國(guó)石油23 起重大事故中，由靜電導(dǎo)致的有6 起，占比26%[3]。油氣站場(chǎng)靜電防御是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)性工程。管道企業(yè)應(yīng)按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，對(duì)防靜電設(shè)施進(jìn)行檢查檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患，為油氣站場(chǎng)安全運(yùn)行提供可靠的技術(shù)保障[4-5]。文中研究了美國(guó)石油行業(yè)防靜電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展趨勢(shì)。跟蹤美國(guó)石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制修訂動(dòng)態(tài)信息，對(duì)于提高我國(guó)管道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)水平具有指導(dǎo)意義[6]。

1）預(yù)防靜電領(lǐng)域具有代表性和權(quán)威性的標(biāo)準(zhǔn)是美國(guó)國(guó)家消防協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)NFPA 77—2014《Recommended Practice on Static Electricity/防靜電推薦做法》，主要內(nèi)容是靜電的產(chǎn)生、危害以及預(yù)防靜電引發(fā)火災(zāi)爆炸事故[7]。 我國(guó)石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 6340—2010 等同采標(biāo) NFPA 77—2007 （簡(jiǎn)稱2007 版）。由石油工業(yè)安全專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)歸口管理。目前最新版本是NFPA 77—2014（簡(jiǎn)稱2014 版），代表了美國(guó)石油行業(yè)認(rèn)知靜電基本原理、鑒定評(píng)估靜電危害、預(yù)防控制靜電事故的技術(shù)水平。限于篇幅，文中重點(diǎn)研究了NFPA 77—2014新修訂的重要技術(shù)條款，供國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)制修訂機(jī)構(gòu)和安全管理、技術(shù)人員借鑒參考。

2）2014 版新增美國(guó)化學(xué)工程師學(xué)會(huì)（AIChE）研究報(bào)告1 項(xiàng)《利用氧化熱評(píng)定易燃性危害》（2002 年），新增美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)1 項(xiàng)ASTM E 502《用閉杯法測(cè)定化學(xué)品閃點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法》，新增美國(guó)國(guó)家消防協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)1 項(xiàng)NFPA 654《可燃性固體顆粒的生產(chǎn)、加工和處理過(guò)程中防火和防塵爆標(biāo)準(zhǔn)》。

3） 2014 版新增電荷衰減時(shí)間（Charge Decay Time）、電荷馳張（Charge Relaxation）、感應(yīng)帶電（Induction Charging）、介電強(qiáng)度 （Dielectric Strength）、最小點(diǎn)火能 （Minimum Ignition Energy，MIE） 和最小爆炸濃度（MinimumExplosible Concentration，MEC）6 項(xiàng)術(shù)語(yǔ)和定義。

2 靜電原理

1）靜電產(chǎn)生機(jī)理。2014 版針對(duì)感應(yīng)帶電機(jī)理無(wú)變更；刪除人體感應(yīng)帶電機(jī)理；新增由于材料接觸導(dǎo)致電荷分離機(jī)理，即電荷是在材料的表面上產(chǎn)生的，不同材料接觸時(shí)，電荷從一種材料移動(dòng)到另一種材料，直到達(dá)到能量平衡（均勢(shì)條件）。這種電荷分離在液體與固體、固體與固體表面接觸時(shí)最為明顯，例如清潔氣體流過(guò)固體表面時(shí)產(chǎn)生微量電荷。

2）電荷積聚和釋放。2014 版新增了電荷在有電阻的通路上重新結(jié)合的速率，電荷重新結(jié)合的速率取決于材料的電容和電阻，可用電荷衰減時(shí)間描述，按照指數(shù)規(guī)律變化，可用式（1）表示：

式中：Qt為t時(shí)刻剩余電荷量，C；Q0為開(kāi)始時(shí)刻電荷量，C；t為經(jīng)過(guò)時(shí)間，s；τ為時(shí)間常數(shù)，s。

3）靜電放電和引燃機(jī)理。2014 版修改了靜電放電成為引燃火源的四個(gè)條件：存在電荷分離的有效方式；存在積聚分離電荷的條件，并保持一定的電位差；靜電放電釋放的能量必須足夠大；靜電放電必須發(fā)生在可引燃的混合物中。

4）2014 版引入可燃物最小點(diǎn)火能的概念及影響因素。靜電引起火災(zāi)和爆炸的條件是導(dǎo)體火花放電能量至少等于可燃物的最小點(diǎn)火能[8]。大多數(shù)飽和烴蒸氣和氣體由火花放電引燃需要0.25 MJ 的能量，不飽和烴的最小點(diǎn)火能低一些，氣體的點(diǎn)火能隨著空氣中氧氣濃度增加而降低。

3 靜電危害的評(píng)估

2014 版針對(duì)靜電著火危害評(píng)估程序圖未做變更。2014 版新增利用非接觸式電壓表和場(chǎng)強(qiáng)計(jì)測(cè)定導(dǎo)體靜電帶電量的方法；新增使用場(chǎng)強(qiáng)計(jì)和通過(guò)測(cè)定電壓差的變化或電流測(cè)定電荷的積聚或衰減速率的方法。

2014 版新增搭接和接地的評(píng)價(jià)，包括定期對(duì)搭接和接地系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，保證積聚電荷的散失；定期測(cè)試搭接和接地電阻，保證設(shè)備和人員安全。接地電阻隨接地電極接觸土壤面積的大小、土壤電阻率以及土壤濕度而變化。針對(duì)金屬材質(zhì)搭接或接地系統(tǒng)，要求接地電阻小于10 Ω 。

4 靜電危害的控制

1）靜電危害控制方法。2014 版新增一項(xiàng)靜電火災(zāi)危害控制方法，分別是：在可能產(chǎn)生靜電火花放電的區(qū)域內(nèi)，把可引燃混合物移走；減少電荷的產(chǎn)生和積聚，通過(guò)改進(jìn)工藝過(guò)程或改變材料減少電荷的產(chǎn)生和積聚；中和電荷，把孤立導(dǎo)體接地和對(duì)空氣實(shí)施電離；在易燃范圍以外區(qū)域操作。

2）可燃物控制措施。2014 版針對(duì)控制可燃物的措施無(wú)變化，分別是惰化、通風(fēng)和轉(zhuǎn)移，2014 版強(qiáng)調(diào)了轉(zhuǎn)移的重要性，即設(shè)備如無(wú)必要放置在危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)，應(yīng)將設(shè)備轉(zhuǎn)移至安全區(qū)域，替代其他防靜電方法。

3）搭接和接地。2014 版新增臨時(shí)性搭接和接地做法。臨時(shí)性連接可采用螺栓、壓力型接地線夾或其他專用夾子。壓力型接地線夾應(yīng)有足夠的壓力穿過(guò)保護(hù)層、銹層和污物，保證與金屬接觸良好。

4）電荷中和。2014 版針對(duì)感應(yīng)中和器、電中和器和放射性靜電中和器的技術(shù)條件略有變更：供應(yīng)高電壓產(chǎn)生50～60 Hz 電暈電極的場(chǎng)所，適合應(yīng)用電中和器；按照國(guó)際原子能管理委員會(huì)條例，放射性靜電中和器應(yīng)定期置換（至少每年一次）。

5）體靜電控制。2014 版針對(duì)人體靜電積聚的控制方法無(wú)變更，即導(dǎo)電底板和鞋襪、人體接地裝置和防靜電服或?qū)щ姺?014 版新增技術(shù)條款為：導(dǎo)電鞋襪設(shè)計(jì)原則是以鞋襪和地板到大地的電阻小于106Ω ，應(yīng)用在具有低點(diǎn)火能物質(zhì)的環(huán)境中，例如易燃易爆物；為防止電擊，接地電阻應(yīng)小于106Ω ； 防靜電服性能評(píng)價(jià)測(cè)試方法應(yīng)參照NFPA 99《醫(yī)療設(shè)備規(guī)范》。

5 易燃和可燃液體及其蒸氣

5.1 液體及其蒸氣的燃燒特性

為正確評(píng)估靜電引燃危害，應(yīng)掌握液體燃燒性能，包括閃點(diǎn)、可燃極限與蒸氣壓、點(diǎn)火能和氧化劑濃度[9]。2014 版重點(diǎn)針對(duì)閃點(diǎn)進(jìn)行了修訂。2008版規(guī)定由于測(cè)定閃點(diǎn)方法不同，公開(kāi)的閃點(diǎn)溫度僅是接近液體可能引燃的最低溫度，評(píng)估液體引燃危害，應(yīng)比公開(kāi)發(fā)表的閃點(diǎn)低4～9 ℃。2014 版規(guī)定評(píng)估液體引燃危害，應(yīng)比公開(kāi)發(fā)表的閃點(diǎn)低5～11 ℃。針對(duì)具有確定閃點(diǎn)的單一組分液體，閃點(diǎn)安全系數(shù)應(yīng)為5 ℃；針對(duì)多組分混合液體，閃點(diǎn)安全系數(shù)應(yīng)為11 ℃。

5.2 管內(nèi)流動(dòng)

2014 版針對(duì)管內(nèi)流動(dòng)，金屬管、絕緣管和襯里管、軟管和撓性管道的靜電安全要求未做變更。針對(duì)灌裝管，2014 版規(guī)定初始進(jìn)液速度應(yīng)控制在1 m/s以下，直至管子出口被液面浸沒(méi)2 倍管徑以上為止。針對(duì)過(guò)濾器，2014 版刪除了粗過(guò)濾器的靜電安全要求（孔隙尺寸比150 μm 大的濾網(wǎng)過(guò)濾器）。

5.3 儲(chǔ)罐

2014 版新增針對(duì)固定頂儲(chǔ)罐的靜電安全要求如下：

1）如果液體不導(dǎo)電且存在分散相，例如夾帶水滴，灌裝過(guò)程中進(jìn)口流速應(yīng)嚴(yán)格控制在1 m/s。

2）檢查儲(chǔ)罐中是否存在未接地的自由物或飄浮物，并將其清除掉（如松動(dòng)的檢尺浮子和采樣器）。

2014 版新增導(dǎo)電性儲(chǔ)罐涂層和襯里產(chǎn)品技術(shù)條件：

1）針對(duì)玻璃纖維增強(qiáng)型防腐涂層，涂層或襯里的體積電阻率應(yīng)小于1010Ω?m ，且厚度不能大于2 mm。

2）針對(duì)聚乙烯涂層，涂層或襯里的體積電阻率可大于1010Ω?m ，但其擊穿電壓小于4 kV。

關(guān)于其他設(shè)備設(shè)施的靜電安全要求，包括罐車灌裝和換裝、罐車高速公路運(yùn)輸、真空油槽車、鐵路罐車、海運(yùn)船等[10]，與長(zhǎng)輸管道行業(yè)關(guān)系不完全相關(guān)，2014 版變更內(nèi)容，不再贅述。

2014 版新增儲(chǔ)罐計(jì)量和取樣的靜置時(shí)間，大于40 m3儲(chǔ)罐，在計(jì)量或取樣前宜有30 min 的靜置時(shí)間；20～40 m3儲(chǔ)罐，在計(jì)量或取樣前靜置時(shí)間可降低至5 min；小于20 m3儲(chǔ)罐可降低到1 min。針對(duì)低電導(dǎo)率液體（電導(dǎo)率小于2 pS/m）或者含有分散相的液體（含水量大于0.5%的油品），需要更長(zhǎng)的靜置時(shí)間。

6 結(jié)束語(yǔ)

NFPA 77—2014 代表了美國(guó)石油行業(yè)認(rèn)知靜電基本原理、鑒定評(píng)估靜電危害、預(yù)防控制靜電事故的技術(shù)水平。重點(diǎn)針對(duì)靜電機(jī)理、靜電危害評(píng)估、靜電危害控制和儲(chǔ)罐靜電安全防護(hù)技術(shù)進(jìn)行了修訂，體現(xiàn)在以下方面：

1）針對(duì)靜電機(jī)理，新增材料接觸電荷分離機(jī)理，新增電荷積聚和釋放速率計(jì)算公式，修改了靜電放電成為引燃火源的條件，引入可燃物最小點(diǎn)火能的概念。

2）針對(duì)靜電危害評(píng)估，新增利用場(chǎng)強(qiáng)計(jì)測(cè)定電荷積聚或衰減的方法；新增接地電阻影響因素和定期檢測(cè)要求。

3）針對(duì)靜電危害控制，新增在易燃范圍以外區(qū)域操作，以及轉(zhuǎn)移設(shè)備至安全區(qū)域，采用本質(zhì)安全性措施替代靜電防護(hù)措施的理念；新增導(dǎo)電鞋襪設(shè)計(jì)原則和防靜電服性能評(píng)價(jià)方法。

4）針對(duì)儲(chǔ)罐靜電安全防護(hù)技術(shù)，修訂評(píng)估液體引燃危害的閃點(diǎn)安全系數(shù)；新增液體存在分散相條件下灌裝流速要求；新增導(dǎo)電性儲(chǔ)罐涂層和襯里產(chǎn)品技術(shù)條件，以及儲(chǔ)罐計(jì)量和取樣的靜置時(shí)間。

5）建立嚴(yán)格細(xì)致的防御靜電工作是提高油氣站場(chǎng)安全等級(jí)的重要舉措。 我國(guó)石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) SY/T 6340 等同采標(biāo)NFPA 77，美國(guó)石油行業(yè)防靜電技術(shù)發(fā)展很快，通過(guò)跟蹤美國(guó)管道標(biāo)準(zhǔn)的修訂信息，針對(duì)國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 6340 開(kāi)展標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)更新工作，提高我國(guó)管道行業(yè)安全管理水平。