一起傾倒汽油導(dǎo)致的靜電燃爆事故分析

李義鵬

(中國(guó)石化青島安全工程研究院化學(xué)品安全控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島 266071)

2019年8月9日，深圳市龍崗區(qū)一汽修店員工在將拆卸油箱內(nèi)的汽油倒入塑料桶，移動(dòng)塑料桶時(shí)，引發(fā)靜電燃爆事故并蔓延成災(zāi)。此類事故雖然易發(fā)生在油庫(kù)、加油站[1]，但其他易燃易爆場(chǎng)所同樣不應(yīng)被忽視。事實(shí)上GB12158-2006《防止靜電事故通用導(dǎo)則》對(duì)該類操作有明確的規(guī)定：在使用小型便攜式容器灌裝易燃絕緣性液體時(shí)，宜用金屬或?qū)ъo電容器，避免采用靜電非導(dǎo)體容器，對(duì)金屬容器及金屬漏斗應(yīng)跨接并接地。該事故的發(fā)生說(shuō)明了人們靜電風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)的淡薄，本文將針對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)條款開(kāi)展相關(guān)試驗(yàn)研究，識(shí)別其中的靜電風(fēng)險(xiǎn)，以期引起人們對(duì)燃爆場(chǎng)所靜電風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)注。

1 靜電的起電機(jī)理

1.1 固體的靜電起電機(jī)理

固體的起電模式主要是摩擦起電，可以通過(guò)摩擦帶電的靜電序列表來(lái)評(píng)判不同材料電荷產(chǎn)生的情況。另外，固體間剝離、固體破裂、感應(yīng)、吸附等都可能引起固體帶電。當(dāng)固體自身為絕緣材質(zhì)時(shí)，靜電帶電后不易消除，會(huì)引起靜電風(fēng)險(xiǎn)。

1.2 油品的靜電起電機(jī)理

油品與固體或氣體接觸時(shí)，會(huì)在兩相分界面處出現(xiàn)符號(hào)相反的兩層電荷，被稱為偶電層，當(dāng)油品運(yùn)動(dòng)時(shí)，偶電層處的正負(fù)電荷分離，導(dǎo)致油品帶電。油品中微粒沉降、油品噴射、油品沖擊板或壁、油品噴濺等都會(huì)導(dǎo)致油品帶電，而這些起電現(xiàn)象也都可以看做偶電層被破壞而導(dǎo)致的靜電起電。

1.3 人體的靜電起電機(jī)理

人體自身是靜電導(dǎo)體，但人穿著的衣服、鞋、襪、帽等常常由絕緣材料制成，鞋襪使人成了一個(gè)對(duì)地絕緣的導(dǎo)體，這樣人體這個(gè)特殊的靜電系統(tǒng)就形成一個(gè)電容器，可以儲(chǔ)存靜電能量。人行走、人體與衣服之間摩擦、人體接近其他帶電體、人與沙發(fā)等接觸分離都會(huì)導(dǎo)致人體帶電，人體帶電的極端值高達(dá)60 kV[2]，具有較大的靜電風(fēng)險(xiǎn)。

2 塑料桶的靜電風(fēng)險(xiǎn)

試驗(yàn)系統(tǒng)如圖1所示。通過(guò)加油槍將16 L汽油加注到塑料桶中，使用DZ24靜電電壓表測(cè)量塑料桶上的靜電電位(6次)。試驗(yàn)結(jié)果分別為4.5,3.4,3.1,4.7,3.2,4.3 kV?？梢钥闯觯芰贤吧系淖罡唠娢粸?.7 kV。該試驗(yàn)過(guò)程中靜電起電機(jī)理主要有2種:①汽油帶電，導(dǎo)致盛裝的塑料桶帶電；②汽油與塑料桶摩擦、剝離，從而導(dǎo)致汽油與塑料桶相互帶電[3]。

圖1 塑料桶加注汽油示意

利用圖1所示的塑料桶，將其放置在聚四氟乙烯板上面，塑料桶在聚四氟乙烯板上輕微摩擦，提起塑料桶后使用DZ24靜電電壓表測(cè)量塑料桶底部的靜電電位(6次)，試驗(yàn)結(jié)果分別為7.4,8.6,9.1,8.3,8.7,9.4 kV。可以看出，塑料桶底的最高電位為9.4 kV。該試驗(yàn)過(guò)程中靜電起電機(jī)理是：塑料桶與聚四氟乙烯板間摩擦、剝離，從而導(dǎo)致塑料桶與聚四氟乙烯板帶電。

以上兩種試驗(yàn)中，塑料桶與加油槍槍嘴或其他金屬體、甚至是人體間會(huì)發(fā)生刷形放電，放電能量最大4 mJ，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于汽油的最小點(diǎn)火能[4]，可能引發(fā)靜電燃爆事故。

3 不接地金屬容器的靜電風(fēng)險(xiǎn)

使用類似圖1所示的試驗(yàn)系統(tǒng)，只是將塑料桶換成了與地絕緣的金屬桶，向金屬桶中加注汽油16 L,測(cè)試4次，試驗(yàn)結(jié)果分別為-14.3，-12.5，-15.1，-15.4 kV?？梢钥闯觯饘偻吧系淖罡唠娢贿_(dá)到-15.4 kV，金屬桶與金屬體間可發(fā)生高能量的火花放電，從而引發(fā)靜電燃爆事故。該試驗(yàn)過(guò)程中金屬桶與地絕緣，油品攜帶的靜電無(wú)法泄放，在金屬桶中累積，從而導(dǎo)致金屬桶上產(chǎn)生較高的靜電電位。

4 塑料與金屬混用的靜電風(fēng)險(xiǎn)

油品加注過(guò)程中，為實(shí)現(xiàn)過(guò)濾等目的會(huì)使用各種濾網(wǎng)，對(duì)圖2所示濾網(wǎng)使用過(guò)程中的靜電風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行測(cè)試。該濾網(wǎng)以塑料為框架、金屬為網(wǎng)。汽油經(jīng)過(guò)濾網(wǎng)直接進(jìn)入法拉第筒中，使用DZ24靜電電壓表測(cè)量金屬網(wǎng)上的靜電電位，使用ME284數(shù)字電荷量表測(cè)量油品的電荷量。

圖2 經(jīng)濾網(wǎng)加注汽油示意

使用加油槍將10 L汽油直接加注至法拉第筒里，4次測(cè)量汽油電荷量，結(jié)果分別為-10.4,-11.3，-8.7，-9.2 nC，經(jīng)計(jì)算，汽油的電荷密度最高為-1.13 μC/m3。

汽油經(jīng)過(guò)濾網(wǎng)后，4次測(cè)量汽油電荷量，結(jié)果分別為104.6,96.2,109.7,98.5 nC。經(jīng)計(jì)算，汽油電荷密度最高為10.97 μC/m3。

使用DZ24靜電電壓表測(cè)量金屬網(wǎng)上的靜電電位(4次)，試驗(yàn)結(jié)果分別為-1.5，-1.9，-0.8，-1.2 kV?？梢?jiàn)，金屬網(wǎng)上的電位最高為-1.9 kV。

該試驗(yàn)過(guò)程中汽油經(jīng)過(guò)濾網(wǎng)后，起電量急劇增加。濾網(wǎng)上的金屬網(wǎng)由于與大地絕緣，產(chǎn)生了較高的靜電電位，極易與加油槍槍嘴等金屬間發(fā)生火花放電。

5 人體的靜電風(fēng)險(xiǎn)

采用人體動(dòng)態(tài)電位演示儀對(duì)人在普通地面上行走過(guò)程中的靜電電位進(jìn)行測(cè)試。人穿著防靜電服、防靜電鞋時(shí)，人體的最高靜電電位為-700 V；人穿著非防靜電服、絕緣鞋時(shí)，人體的最高靜電電位為-2 260 V?？梢钥闯鰝€(gè)體靜電防護(hù)用品可以極大地降低人體的靜電風(fēng)險(xiǎn)[5]。

6 深圳龍崗事故分析

通過(guò)分析，在該事故中存在以下靜電起電的可能：①拆卸及移動(dòng)油箱時(shí)，因晃動(dòng)導(dǎo)致油箱內(nèi)的汽油產(chǎn)生靜電。如果油箱是目前普遍使用的塑料油箱，汽油的起電量會(huì)更高。②油箱內(nèi)的汽油傾倒入塑料桶后，汽油與塑料桶間摩擦而導(dǎo)致塑料桶帶電。③現(xiàn)場(chǎng)采用了絕緣地面，塑料桶跟地面間摩擦、分離導(dǎo)致靜電產(chǎn)生。

事故中的疑似放電點(diǎn)也有兩處：①員工用手與塑料桶接觸時(shí)，塑料桶與人體間靜電放電；②塑料桶與絕緣地面分離時(shí)，塑料桶與地面間靜電放電。

汽油的最小點(diǎn)火能僅有0.2 mJ，除電暈放電外，其他靜電放電形式皆可引燃汽油蒸氣[2]，從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以推斷，深圳龍崗事故是由靜電放電引發(fā)。

7 結(jié)論及建議

本文通過(guò)試驗(yàn)，研究了灌裝易燃絕緣性液體時(shí)采用靜電非導(dǎo)體容器、金屬容器及金屬濾網(wǎng)不接地時(shí)的靜電風(fēng)險(xiǎn)，并推斷深圳龍崗事故是由靜電放電引發(fā)。在燃爆環(huán)境中，應(yīng)嚴(yán)格按照GB12158-2006的相關(guān)規(guī)定操作，避免靜電燃爆事故的發(fā)生，同時(shí)應(yīng)做好個(gè)人的靜電防護(hù)[6]。

針對(duì)此類風(fēng)險(xiǎn)，為確保安全生產(chǎn)，提出以下建議：①不使用絕緣材料制作的容器盛裝易燃易爆的液體；②金屬容器盛裝易燃易爆的液體時(shí)要確保接地，且注意動(dòng)作的輕緩，避免油品噴濺；③所有金屬物體應(yīng)接地，某些絕緣材料內(nèi)起支撐、強(qiáng)化等作用的金屬物體也應(yīng)接地；④加強(qiáng)員工靜電安全培訓(xùn)，提高員工靜電防護(hù)意識(shí)，做好個(gè)人的靜電防護(hù)[6]。