加油站边卸油边加油过程中的静电风险*

李义鹏，刘全桢，孙立富，孟 鹤

(1．化学品安全控制国家重点实验室，山东青岛 266071；2．中国石化安全工程研究院，山东青岛 266071)

加油站边卸油边加油过程中的静电风险*

李义鹏1，2，刘全桢1，2，孙立富1，2，孟 鹤1，2

(1．化学品安全控制国家重点实验室，山东青岛266071；2．中国石化安全工程研究院，山东青岛266071)

针对加油站边卸油边加油过程，开展油品静电起电研究，在地罐卸油前、卸油中及卸油后，测量加油枪出口油品的静电参数。共完成7座加油站边卸油边加油的静电检测工作，其中有2座加油站油品带电量变化较大，体电荷密度增大1倍以上，且超过60 μC/m3。从检测结果来看，加油站边卸油边加油过程，油品的静电风险增大，加油站应该采取必要的防静电措施，才能实行边卸油边加油。

加油站 加油 卸油 静电 体电荷密度

近年来，国内外加油站在加油过程中的静电事故时有发生。2012年2月，一辆柴油大货车在北京某座加油站加油时，油箱因静电引发闪爆事故。为防止此类加油事故的发生，在卸油过程中，国家标准要求地罐卸油后稳油15min[1]，有的销售企业明文规定加油站不得边卸油边加油操作。但随着我国汽车保有量的持续增长，加油站加油业务越来越繁忙[2]，加油机停止作业对加油站销售影响较大。在这个背景下，许多加油站尝试采取边向地罐卸油边向汽车加油的措施提高加油站工作效率。就静电角度而言，稳油时间有两个必要性：一是可以使卸油过程中产生的静电充分泄放，避免其通过加油机进入用户车辆；二是可以使卸油过程中激起的杂质充分沉降，避免其混入油品中，产生更多的静电[3-4]。从静电角度而言，加油站可否边卸油边加油，国内外尚未发现有相关数据结论可供参考，本文将通过试验，开展相关研究工作，揭示加油站边卸油边加油过程中的静电风险，为加油站安全作业提供指导。

1 静电检测方案

分析加油站边卸油边加油的操作过程，选取油品电荷量及油品电导率作为最主要的静电检测参数[5]。地罐中的杂质主要是水，由于水的电导率远高于油品的电导率，当油罐车内油品电导率及试验前地罐内油品电导率低于测试油品电导率时，油品电导率的增大将预示着油品中含水杂质的增多，使用EMCEE1152电导率仪测量油品的电导率[6]。

地罐卸油中及卸油后，每5 min测量一次加油枪口油品电荷密度和油品电导率。实际测量时，还注意了以下几个方面。

a)检测过程涉及地罐卸油前、卸油中及卸油后，通过数据对比，了解边卸油边加油过程对油品静电起电的影响，同时卸油后的静电检测数据也为合适的稳油时间提供数据参考。而电导率检测还涉及了油罐车内油品的电导率。

b)加油站边卸油边加油过程的极端情况是加油机一直在从事加油操作，加油枪出口油品在管线中不存在静止缓和过程[7]，并且可能是多枪加油，因此需准备两个200 L的接地金属桶，一把加油枪测量时，另一把加油枪可以把油品注入金属桶中。

c)加油枪与地罐间使用金属管线连接，其长度从几米到几十米不等，为了准确反映卸油过程地罐中油品的静电特性，每次测量前，需先清理管线中的残油油品。为此，将这些油品注入200 L金属桶中。

d)每次测量时，加油枪使用相同的档位，并且加油数量接近，以减小油品冲击对静电测量的影响。

e)每次测量时，加油枪枪嘴离法拉第筒顶部的距离保持在150 mm左右，加油枪枪嘴不能伸入到法拉第筒内部，以避免加油枪枪嘴上的静电对油品电荷量测量产生影响。

2 加油枪出口油品静电参数检测

为确保检测结果贴近实际，选择在加油站开展试验。分析边卸边加过程中增加的静电风险，其主要出现在加油枪加油过程中，因此在试验过程中尽量减少加油量，并备好灭火器以预防着火事故的发生。

共完成5个省份7座加油站边卸油边加油过程静电检测工作，这5个省份涵盖了中国南北方、内陆及沿海，具有一定的代表性。每座加油站卸油前油品的静电参数及整个检测过程中油品静电参数最大值(绝对值)见表1，油罐车内油品的电导率也列在表1中。

3 检测数据分析

从表1的检测结果来看，边卸油边加油过程中，汽油及柴油均出现油品带电量增大现象，下面分别对表1中序号5(陕西省柴油地罐)及序号7(北京市汽油地罐)的数据进行整理分析。

3.1 陕西省某加油站柴油地罐静电数据分析

该加油站边卸油边加油过程中，油品电荷密度及油品电导率皆发生了较大变化，油品电荷密度变化趋势见图1，油品电导率变化趋势见图2。该加油站使用非防水滤芯，其中时间零点代表着卸油前的静电检测数据。检测时温度12 ℃，湿度26.4%RH。

表1 边卸油边加油静电检测结果

图1 陕西某加油站柴油地罐油品电荷密度变化趋势

图2 陕西某加油站柴油地罐油品电导率变化趋势

从检测数据来看：

a)边卸油边加油时，加油枪出口油品的静电带电量激增。卸油前油品体电荷密度小于1 μC/m3；卸油过程中，油品体电荷密度达到-68.7 μC/m3，起电量大大增加，油品静电危险性较大。

b)边卸油边加油时，加油枪出口油品的电导率出现较大变化。卸油前地罐油品电导率为3 pS/m，油罐车内油品电导率为2 pS/m；卸油过程中，油品电导率最高为72 pS/m，说明边卸油边加油过程中，油品杂质含量增多。

c)卸油完毕15 min后，加油枪出口油品的静电带电量比卸油过程中有明显减小，油品体电荷密度已经由卸油结束时的-67.5 μC/m3，减少到-8.9 μC/m3。

3.2 北京市某加油站汽油地罐静电数据分析

该加油站边卸油边加油过程中，油品电荷密度发生较大变化，其油品电荷密度变化趋势见图3；油品电导率未发生较大变化，在180 pS/m左右。该加油站使用防水滤芯，其中时间零点代表着卸油前的静电检测数据。检测时温度23.6℃，湿度40.9%RH。

从检测数据来看：

a)边卸油边加油时，加油枪出口油品的静电带电量出现较明显的极性反转现象，卸油前油品体电荷密度-26.9 μC/m3；卸油过程中，油品体电荷密度最大达到73.6 μC/m3，油品静电危险性较大。

图3 北京某加油站汽油地罐油品电荷密度变化趋势

b)边卸油边加油时，加油枪出口油品的电导率未发现较大变化，可能跟油品自身电导率高以及加油机使用了防水滤芯有一定关系。

c)卸油完毕10 min后，加油枪出口油品的静电带电量极性恢复到与卸油前相同。

4 加油站边卸油边加油静电风险分析

加油站作业的各个环节都会有静电的产生[8-12]，根据边卸油边加油过程中的静电产生机理及静电检测结果，对加油站边卸油边加油的静电风险进行分析。

4.1 加油站设施对静电的影响

地罐等加油站设施的以下特点会影响边卸油边加油过程中的油品静电特性。

a)加油站地罐的清理周期一般为3～5年，地罐底部容易聚集水等比油品密度高的杂质，有时甚至会沉积铁锈或砂砾等杂质。

b)地罐与加油机之间用金属管线连接，其长度从几米到几十米不等，油品在管道中会有一定的静电缓和；但管道上存在的弯头会引起油品流动状况的变化，导致静电的产生。

c)为保证油品质量，加油机一般都安装了孔径为几十微米的精细过滤器，以滤除油品中的杂质，小孔径的过滤器很容易导致静电的产生。

d)加油枪胶管一般采用绝缘橡胶，其长度在3 m左右，油品通过绝缘橡胶管后会导致静电的产生[13-15]。

4.2 边卸油边加油过程静电产生机理

加油站边卸油边加油过程，以下原因会导致加油枪出口油品的静电带电量比非边卸油边加油时要大。

4.2.1卸油过程中静电的产生

油罐车卸油过程中，地罐中主要有以下几种静电起电方式：油品流动起电、油品搅动起电、杂质沉降起电等。油品流动起电是指油罐车卸油过程中，油品与卸油管及输油管道间摩擦起电并流动到地罐后产生静电积聚。影响油品流动起电的因素主要包括管道材质、输送速度等。油品搅动起电主要是指油品从卸油口进入地罐后，带动地罐内的油品运动而产生电荷，特别是底部水杂质等被激起后，油品运动会产生大量静电。杂质沉降起电主要是指油品中的杂质在沉降过程中与油品分离而产生静电[16]。

加油站边卸油边加油，地罐中因卸油产生的静电没有通过地罐及输油管线充分缓和就从加油枪喷出，导致加油枪出口油品的静电带电量增大。

4.2.2加油过程中静电的产生

卸油过程导致了地罐底部的杂质被激起，含杂质的油品在经过管线、加油机滤芯、绝缘胶管后产生较多静电。地罐中的杂质主要成分是水，相关试验表明，当油品中含水量为1%～6%时，油品输送过程中极易产生静电并引发静电事故[4]。

4.3 边卸油边加油过程油品静电变化趋势

对油品电导率而言，从图2可以看出，边卸油边加油开始后，加油枪出口油品的油品电导率上升，油品中的杂质含量增多，并且该现象一直持续到卸油结束后，说明整个卸油过程对地罐底部的杂质都是一个激起的过程。卸油结束后，地罐中油品的运动并不会马上停止，电导率出现略有上升后开始下降的趋势。从时间来看，杂质沉降维持时间较长，因此应尽量避免地罐底部杂质的存在。

对油品体电荷密度而言，从图1及图3可以看出，边卸油边加油开始后，加油枪出口油品的油品体电荷密度迅速产生变化，大约15 min左右达到了体电荷密度的最大值；卸油完毕后，加油枪出口油品体电荷密度出现下降的趋势，但即使卸油完毕15 min后，加油枪出口油品的体电荷密度也未恢复到卸油前的水平，这种现象与油品杂质变化情况相符。

4.4 汽车油箱内静电危险性分析

根据相关标准，安全油面电位为12 000 V[17]，而油面电位与油品电荷密度有如下关系[16]：

(1)

式中：V——油面最大电位，V；

ρ——油品体电荷密度，μC/m3；

γ——容器半径，m；

ε——介电常数，ε=ε0εr，ε0是真空介电常数，ε0=8.85×10-12F/m，εr是相对介电常数，汽油的相对介电常数为2，柴油的相对介电常数为2.1。

一般的汽油汽车油箱容量为60 L，其尺寸为30 cm×40 cm×50 cm，对油箱而言，可以认为r为15 cm。汽车加汽油时，卸油前检测到的最大电荷密度是7.2 μC/m3，对应的油面电位是2 286 V；而边卸油边加油过程中检测到的最大电荷密度是73.6 μC/m3，对应的油面电位是23 365 V，远大于安全油面电位，静电风险较大。

柴油汽车其油箱容量一般超过120 L，尺寸为40 cm×50 cm×60 cm，对油箱而言，可以认为r为20 cm。汽车加柴油时，卸油前检测到的最大电荷密度是13.4 μC/m3，对应的油面电位是4 051 V；而边卸油边加油过程中检测到的最大电荷密度是-68.7 μC/m3，对应的油面电位是36 926 V，远大于安全油面电位，静电风险很大。

4.5 加油站边卸油边加油过程的静电风险

从以上分析可以看出，边卸油边加油可能导致加油枪出口油品静电带电量出现较大增加，会使汽车油箱内出现危险油面电位，存在静电安全隐患。在不采取相应措施的情况下，不建议加油站边卸油边加油，除非该加油站已经进行了严格的静电风险评估。

5 结论与措施

本文通过试验，对加油站现有条件下边卸油边加油过程的静电特性进行了研究，得到了以下结论。

5.1 结论

a)边卸油边加油会导致加油枪出口油品静电带电量增大较多，柴油边卸油边加油过程中，检测到的电荷密度最大值是-68.7 μC/m3，对应的油面电位是36 926 V，远大于安全油面电位，静电风险很大。

b)边卸油边加油会激起地罐底部杂质，导致加油过程静电风险进一步加大。

5.2 措施

根据加油站地罐、管线、加油机的特点，以下措施可能会降低边卸油边加油过程中的静电风险。

a)对地罐进行改造，增大地罐进油管线与出油管线之间的距离，使进入地罐的带电油品经过较充分的缓和再进入加油机。目前在销售企业有部分地罐为双人孔，出油管线与进油管线分别位于两个人孔盖上，可以起到类似的作用。

b)在进油管线与出油管线间设置缓冲装置，避免地罐卸油过程对油品的扰动，减少油品杂质。

c)设置水杂质监测装置，定期对地罐底部杂质进行清理，尽量减少地罐底部水等杂质的存在。

d)增大输油管线管径或在输油管线上安装缓和罐，增加油品在管线中的输送时间，使油品静电得到较充分的缓和。

e)优化加油机、地罐滤网，使其远离加油枪出口，降低其对油品静电起电的影响。

f)采用地罐潜泵替代加油机自吸泵，使油品通过泵后产生的静电在管线中得到一定的缓和。

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TestontheElectrostaticRiskFactorsinPetrolFillingStationwhenFillingandUnloadingOil

Li Yipeng1,2, Liu Quanzhen1,2, Sun Lifu1,2, Meng He1,2

(1.State Key Laboratory for Safety Control of Chemicals, Shandong, Qingdao，2660712.SINOPEC Research Institute of Safety Engineering, Shandong, Qingdao，266071)

We have done some test in petrol filling station when filling oil meanwhile unloading oil. We test the charge of the oil when it come out of the nozzle, and then calculate the volume charge density of the oil, which can indicate the electrostatic risk of the oil. The testing of the conductivity can indicate the impurity profile of the oil. We have tested seven petrol filling station. According to the data, the volume charge density can increase more one times and reach to more than 60 μC/m3. From our testing we can conclude that filling oil meanwhile unloading oil can increase the electrostatic risk in the petrol filling station.

petrol filling station；filling oil；oil unloading；static electricity；volume charge density

2016-01-05

李义鹏，硕士，工程师，2007年毕业于山东大学电气工程学院电力系统及自动化专业，主要从事静电雷电电气以及相关的工作。

中国石化科技部项目“加油站卸油加油安全控制整体解决方案研究” ，315037。