汽车加油过程中油品静电危害的实验分析及预防措施

2018-11-02戴丽平娄仁杰

石油库与加油站 2018年4期

戴丽平娄仁杰

〔中国石油集团安全环保技术研究院有限公司大连分院辽宁大连 116031〕

随着经济的发展和生活水平的提高，汽车已走进了越来越多的家庭，对机动车燃油的需求量也大幅增加，因此，汽车加油站发挥着越来越重要的作用。由于经营的需要，加油站多分布于人口密集的区域，数量多，分布广，加油站中的汽油属于易燃易爆的危险物质，如果在加油过程中处理不当，很可能会引发火灾爆炸事故，威胁人们的生命财产安全，尤其是随着自助加油的不断推广和普及，在降低成本和提供便利的同时，也增加了加油过程中面临的安全风险。近年来，不断有加油静电事故的发生[1]，因此，研究加油过程中静电危害的原因，采取相应的预防措施，对预防加油站发生着火事故有着十分重要的意义。

国内关于汽车加油过程中存在的静电风险做过一些实验研究[2-4]，本文实验选取电荷密度和静电电压为两个最主要的测量参数[5]，计算放电能量，得出相关结论。

1 实验系统

实验在中石油四川销售公司的几座加油站内进行，主要测量了加油站加油过程中加油枪喷出油品的电荷密度，另一个是在油箱接地和不接地状态下静电电压和油面静电电压的变化，考察加油过程中的静电危险。

1.1 油品电荷密度测量

油品电荷密度的测量，有接触式和非接触式两种方法[6]。接触式是利用法拉第筒的原理测量电荷密度，即法拉第法[7-8]。非接触式测量是通过测量静电感应出电荷所产生的电位来达到对静电的量化[9-10]。实验采用法拉第法测量油品的电荷密度，是因为法拉第法操作简单，且测量进入油箱的油品电荷密度符合法拉第法的测试条件，不会增加测量的误差。

油品电荷密度测量系统主要由法拉第筒、电荷量表ME284、温湿度仪testo623、电导率测试仪EMCEE 1152组成，电荷密度测试系统如图1所示，法拉第筒用于收集从加油枪喷出的油品；电荷量表用来测量喷出油品的带电量；电导率测试仪用来测量油品的电导率；温湿度仪用来记录环境的温度和湿度。油品电荷密度测试系统示意见图1所示。

图1 油品电荷密度测试系统示意图

1.2 静电电压测量

实验采用轻质油品装油安全油面电位[11]规定并改进了方法进行油面电位测量，使其更易于操作。

油品静电电压测量系统主要由绝缘油箱、集电球、电极板、静电场场强计Stat-Arc2 282IS、温湿度仪testo623、电导率测试仪EMCEE 1152和电容表VC6013组成，如图2所示。绝缘油箱模拟实际加油的汽车油箱，容量为50L，油箱底部用绝缘垫块绝缘，油箱通过接地夹与接地体连接来实现；集电球用于收集油面电荷通过导线与电极板实现等电压连接；静电电压表用于测量油面和油箱的静电电压，电容表用于测量油箱的对地电容。见图2。

图2油品静电电压测试系统示意图

2 实验部分

2.1 油品电荷密度测量实验

2.1.1 测量步骤

(1)按照图1所示，将电荷量表连接到法拉第筒上，电荷量表接地；

(2)用电导率测试仪测试油品的电导率并记录，记录测试环境的温湿度；

(3)以正常加油速度，用加油枪向法拉第筒内加入被测试油品；

(4)读取电荷量表上的电量值并记录；

(5)将法拉第筒中的油品清空，将电荷量表归零；

(6)重复(3)、(4)、(5)进行下一组测量，取10组测量数据取平均值。

2.1.2 实验数据

(1)不同滤芯油品电荷密度测量。

实验条件：温度16.1℃，湿度(RH)59.0%，油品0号柴油，油品电导率127pS/m。实验采用了三种不同的滤芯，分别编号为1，2，3，测量加油枪出口的油品电荷密度(如表1所示)。从测量数据可以看出滤芯的种类对加油起电电荷密度影响不大。

表1 不同滤芯油品电荷密度的测量值

(2)有滤芯、无滤芯油品电荷密度测量。

实验条件：温度13.1℃，湿度(RH)86.0%，油品93号汽油，油品电导率53pS/m，测量加油枪出口油品电荷密度(如表2所示)。从测量的数据可以看出，油品在经过滤芯过滤和不经过滤芯过滤时，油品的电荷密度变化不大。

表2 有无滤芯油品电荷密度的测量值

(3)卸油、不卸油状态下油品电荷密度测量。

实验条件：温度15.5℃，湿度(RH)71.7%，油品93号汽油，油品电导率185pS/m，测量加油枪出口油品电荷密度(如表3所示)。从表1～3中的数据可以看出，向加油站油罐卸油的同时用加油机给汽车加油，不会增加油箱内油品的电荷密度。

表3 卸油、不卸油状态下油品电荷密度测量值

2.2 油箱内静电电位测量实验

2.2.1 测量步骤

(1)按照图2所示，将集电球通过导线与电极板连接，调整静电电压表的位置，使其距离电极板1英寸(25.4 mm)；

(2)用电导率测试仪测试油品的电导率并记录，记录测试环境的温湿度；

(3)以正常加油速度，用加油枪向油箱内加油；

(4)读取静电电压表上的数据，并记录电压值和加油量；

(5)将油箱内的油品清空，电压表调零；

(6)重复(3)(4)(5)，进行下一组测量。

2.2.2 实验数据

(1)油箱、油面电位测量。

实验条件：温度16.6℃，湿度(RH)64.1%，油箱加油量34L。

在槽车向加油站油罐卸油、无卸油；有滤芯、无滤芯；在接地、无接地状态下测量了油箱及油面的电位，测量数据见表4。从表中的数据可以看出，在卸油、无卸油；有滤芯、无滤芯状态下给汽车油箱加油，当油箱不接地时，加油时测量油箱壳体静电电位为3.8～8.7 kV，油箱内油面静电电位为3.7～7.6kV；当油箱壳体接地时，油箱壳体静电电位为0，油箱内油面静电电位为0～0.35kV，可见汽车加油时油箱带电电位与油品状态(卸油或非卸油)或是否经过过滤器的关系不大，而是与油箱接地状态(接地或不接地)有关。油箱不接地时，最危险的是油箱带电，按油箱静电电位3.8～8.7 kV，现场测量油箱对地电容为C=118PF，油箱放电能量由公式：W=1/2CV2[12]，计算得出放电能量为0.83～4.35mJ，该能量足以把最小点火能为0.26mJ油气点燃。油箱电位和油面电位测量值见表4。

表4 油箱电位和油面电位测量值

3 实验总结

(1)当油品电导率大于50pS/m[13]，进入加油箱油品的电荷密度与卸油状态、滤芯类型、有无滤芯的关系不大，向油品内添加防静电剂会增大油品的电导率。实验表明，油品电导率增大不会降低油品起电电荷密度，但会使油品内静电释放速度大大加快，因此在油箱和加油枪接地的情况下，只要控制标准规定的油品电导率大于50pS/m或油品入口电荷密度小于30μC/m3，就不会有油品静电危险。

(2)随着油品电导率的增加，油品电荷释放速度会增加。因此，油箱接地时油箱电位为0V，油面电位也几乎为0V，但当油箱没有接地时，油品内的静电电荷无法释放。从实验数据可以看出，油箱和油面电位都可以达到数千伏，通过计算可知油箱发生放电的放电能量足以点燃油气，因此，当油品的电导率符合标准要求时，加油过程中的静电危险不在于滤芯的类型，也不在于是否边卸油边加油，而在于汽车油箱的接地状态，如果油箱和加油枪没有有效接地，会使油箱壳体带电，此时如果人体接触油枪就会发生静电放电，如果油箱口附近存在可燃气体，极易发生静电引燃事故。