天然氣處理廠凝析油裝車過程中靜電的產(chǎn)生、危害與預(yù)防措施探討

王永剛 牛國萍 胡靖平（長慶油田分公司安全環(huán)保監(jiān)督部）

鄭書杰（長慶油田分公司第四采氣廠）

王 平（長慶油田蘇里格南作業(yè)分公司）

引言

蘇里格氣田是長慶油田天然氣主產(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，需要通過裝車棧臺使用汽車槽車進(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)計防火規(guī)范》火災(zāi)危險性分類標(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)于一個分子直徑的數(shù)量級，其所帶電荷與界面上固體一側(cè)的電荷符號相反，稱為緊密層；另一部分的電荷與緊密層電荷符號相反，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)流動時靜電荷的分布情況。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形成液流電流，電流的大小在數(shù)值上等于單位時間內(nèi)通過管道橫截面的電量。如果管道接地，在電流流動過程中，接地的途徑上也有相應(yīng)的電流流過；如果管道是由絕緣材料制成或者是對地絕緣，則在管道上會積累大量靜電電荷。

圖1 液體在管道內(nèi)流動時靜電荷的分布情況

2.液體-氣體界面起電

液體在噴霧和發(fā)泡時能產(chǎn)生大量的靜電和較高的電動電位，起電原理和液體在管道中流動產(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，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）流動帶電。液體在流動中的摩擦帶電是工業(yè)生產(chǎn)中頗為常見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，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，飛濺起的小液滴同樣會在空間形成電荷云。

（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，當(dāng)它們向下沉降過程中也有靜電產(chǎn)生。

天然氣凝析油在管道輸送過程中，與金屬管壁摩擦?xí)a(chǎn)生大量靜電、裝車過程中油品與空氣摩擦也會產(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)生的幾個因素

（1）管道材料和管道內(nèi)壁狀況對液流電流的影響。管線材質(zhì)對的電阻率差異很大，對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 不同管材對油品靜電的影響

（2）液體所含水分等雜質(zhì)對靜電產(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)流動時是不容易帶電的。這是因為一般的石油輕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源于其中所含的雜質(zhì)，當(dāng)這些雜質(zhì)離解時就產(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，產(chǎn)生的靜電量與流速成正比，且與管線內(nèi)徑大小無關(guān)。紊流時，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）流體流動狀態(tài)的影響。實驗指出，流動的液體由層流變?yōu)橥牧鲿r，其帶電量會有顯著的增加。其理由是，當(dāng)液體處于湍流狀態(tài)時，一方面由于增大了液體分子熱運(yùn)動和相互碰撞，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，因此會使液流中帶有更多的電量。

圖3 不同流動狀態(tài)下流速的分布

三、凝析油裝車過程靜電危害分析

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火能就能引燃。靜電放電產(chǎn)生的電火花，其能量大大超過天然氣凝析油蒸氣的最小點火能，當(dāng)蒸氣與空氣混合達(dá)到爆炸極限時，靜電火花可立即點燃油氣混合物引發(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)萬伏。靜電電擊雖然不會直接使人致命，但是因為電擊易引起墜落、摔倒等二次事故。

3.影響生產(chǎn)

不消除靜電可能會會影響生產(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，防止裝車過程中靜電荷大量積聚，每年至少對接地電阻值進(jìn)行一次檢測，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）裝車棧臺附近宜設(shè)置專門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)格控制裝車時油品流速

（1）限制初始流速

油品浸沒裝車鶴管前裝車油品流速稱為初始流速。美國石油學(xué)會標(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。實際操作時，主要通過控制裝油流量的手段來控制裝油速率，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

美國石油學(xué)會標(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

實際操作時，主要通過控制裝油流量的手段來控制最大裝油速率，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，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；裝車過程中嚴(yán)禁頻繁大幅調(diào)整流量。

在凝析油裝車臺處設(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

在天然氣凝析油裝車過程中靜電的產(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，消除裝車過程中產(chǎn)生的靜電電荷，可以實現(xiàn)安全裝車。

[1]王進(jìn)，錢進(jìn)華，輕質(zhì)油品裝車過程中靜電的產(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安全風(fēng)險分析及對策：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》編寫組，機(jī)械與電氣安全知識：中國勞動社會保障出版社.

[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)計防火規(guī)范》.

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