车用乙醇汽油储运静电危险性分析及防护重点*

孙立富，刘全桢，秦国明，赵清山，李亮亮，李义鹏

(1.中国石化青岛安全工程研究院化学品安全控制国家重点实验室，山东青岛 2661002.中国石化山东石油分公司，山东济南 2500143.中海油山东销售有限公司，山东青岛 266061)

0 引言

车用乙醇汽油是通过变性燃料乙醇与汽油组分油调合而成的内燃机燃料。中国自2001年起，先后有11个省份试点应用了车用乙醇汽油并取得良好应用效果。然而，车用乙醇汽油在调合、灌装及使用过程中存在静电放电引燃风险，如江苏、河北等地先后发生多起向油罐车灌装乙醇汽油时静电放电引燃事故[1,2]。为了避免事故发生，原国家安全生产监督管理总局于2013年发布了AQ 3045《车用乙醇汽油储运安全规范》。为进一步优化能源结构、改善生态环境，2017年9月，国家发展改革委、国家能源局、财政部等十五部门联合印发了《关于扩大生物燃料乙醇生产和推广使用车用乙醇汽油的实施方案》。根据方案，到2020年，全国范围内将基本实现车用乙醇汽油全覆盖。本文对有关静电燃爆的重点参数进行探讨，明确车用乙醇汽油储运过程静电风险，对保障车用乙醇汽油的推广应用安全具有重要意义。

1 静电燃爆重点参数

1.1 火灾危险性

根据GB 18351-2017《车用乙醇汽油》规定，我国使用的乙醇汽油中变性燃料乙醇体积分数含量为10%(E10)，其中组分油与燃料乙醇在罐车装车时在管道中完成二者的调合。

乙醇汽油及汽油爆炸极限的测试结果见表1，该测试结果是在(32±1)℃条件下取得的。乙醇汽油由于乙醇加入量较少，与汽油相比，其爆炸极限、引燃温度、闪点等火灾爆炸危险性参数没有明显变化。从已研究结果看，车用乙醇汽油作为燃料乙醇与组分油的混合物，其火灾危险性分类为甲类，其危险性参数接近于汽油[3]。因此，车用乙醇汽油油库、加油站的库(站)址选择、总平面布置、罐区、装卸设施、消防设施和电气装置的设计间接引用GB 50074-2014《石油库设计规范》、GB 50156-2012《汽车加油加气站设计与施工规范》的各项条款。

表1 不同汽油爆炸极限测试结果

1.2 蒸气压、水分和杂质

爆炸性气体环境的形成与液体蒸气压的高低有关，API RP 2003《防止静电、闪电和杂散电流引燃的措施》对防静电燃爆措施作了较为明确的规定。变性燃料乙醇的蒸气压为18 kPa，但加入汽油后汽油蒸气压增加。当加入7.7%变性燃料乙醇后，汽油蒸气压增加了4.8 kPa[4]。

水分和杂质的含量对油品静电起电特性影响很大。一般来说，当混入的水分在1%～5%时油品较容易带电。水不是直接与油品作用增加静电，而是通过对油品内所含杂质的作用起间接的影响。由于轻质油品中水的溶解能力很低，一般低于300 μg/g，因此水易于从汽油中分离，导致乙醇汽油分层现象。在组分汽油中加入10%变性燃料乙醇后，乙醇与水完全互溶，与汽油部分互溶，因此在水、乙醇、汽油同时存在时，将形成三元体系。乙醇汽油吸水性显著增加，试验结果表明，装有乙醇汽油的容器敞口放置48 h后，其含水量将增加1倍；如果环境温度降低，将很快出现水杂与汽油的相分离[5]。

基于以上原因，变性燃料乙醇、车用乙醇汽油调合组分油、车用乙醇汽油的蒸气压、水分和杂质含量应符合相关国标标准并要求对其进行定期检测，不符合要求应采取相应措施。

2 油库储存、调合、装卸过程静电危险性及防护重点

2.1 储存

车用乙醇汽油的生产主要包括调合和灌装2个工艺流程，管道中调合后直接通过鹤管灌装入汽车罐车，并送往各加油站使用[5,6]。因此，油库仅储存变性燃料乙醇和调合组分油。

基于防水等要求，变性燃料乙醇和调合组分油应采用内浮顶罐储存，新建或改建储罐应保证罐底坡向排水孔，而且人孔、量油孔结构应进行防渗漏试验。

根据防静电常规要求，储罐内壁应光滑，罐内不应存在易引起放电的突出物和未接地的浮动物。

2.2 调合

车用乙醇汽油的调合方式一般有喷溅调合、罐车调合和管线调合3种[6]。我国目前采用管线调合方式，即调合组分油和变性燃料乙醇在管线中(混合器)完成调合。该工艺使油品装车静电燃爆事故明显增多,为了找出事故原因，对河北某油库乙醇汽油装车过程中油品静电起电量进行了测试，结果见图1[1]。

图1 某乙醇汽油灌装过程中油品静电量测试数据

测试过程中，总装车时间28 min(约1 035 L/min)，经计算平均流速为3.44 m/s。在装车过程中，从7 650 L到8 200 L，用了30 s，平均流速为3.65 m/s，从10 170 L到10 690 L用了30 s，平均流速为3.45 m/s，说明装油速度是基本均匀的。装车过程调合组分油和变性燃料乙醇不是同时结束，后者比前者早4～5 min，变性燃料乙醇刚加完时电荷密度突然增大，达到峰值20 μC/m3。

通过对装车过程的多次测试发现，调合组分油和变性燃料乙醇如果不是同时结束，后者比前者早几分钟，变性燃料乙醇刚加完时油品电荷密度会突然增大。这可能源于乙醇汽油灌装作业中，变性燃料乙醇刚加完时，少量变性燃料乙醇以杂质的性质出现，即变性乙醇与组分油调配的不同步性导致汽油中乙醇含量波动加大了油品静电起电量[9]。为此，乙醇汽油调合过程应连续、均匀和稳定。另外，乙醇汽油调合是通过车用乙醇汽油混合器实现的，这就要求其结构应有防静电措施。

2.3 装卸

设施方面，特别要求装卸栈台应设置防雨设施，并按GB 13348-2009《液体石油产品静电安全规程》及SHQ 003-2001《〈石油库设计规范〉车用乙醇汽油调合设施补充规定》要求装卸车，鹤管、管道、罐车应跨接和接地，并采用带有报警功能的防爆型静电接地装置等。

为保证乙醇汽油灌装作业安全，根据GB 13348要求，乙醇汽油采用浸没式装油，鹤管管口应深入到距罐车底部200 mm以内，同时鹤管口未浸没前，装油初始流速不应大于1 m/s，当鹤管口浸没200 mm后，可逐步提高流速，但最大装油流速不大于4.5 m/s。装油作业完成，罐车需静置2 min以上，方能进行采样、测温、检尺作业等。

在此特别强调油罐车内及装卸口不应有金属突出物。在车用乙醇汽油装车静电燃爆事故现场发现有的油罐车上安装了计量用标尺，但固定标尺的金属螺丝有长1.5 cm、直径3 mm左右突出在灌装口内壁；有的油罐车内上部罐口盖上发现有三角形金属突出物；有的鹤管上有长1 cm、直径3 mm左右的金属螺丝。这些突出物都可能成为静电放电点，发生火花放电并引燃挥发性油气。

3 油罐车输送过程静电危险性及防护重点

车用乙醇汽油的输送应采用专用的汽车罐车，不应使用铁路罐车和长距离管道进行输送，以避免车用乙醇汽油周转时间过长以及周转次数增加，防止车用乙醇汽油在运输过程中造成水含量增加和产生相分离[7]。

普通汽车槽车用于车用乙醇汽油运输时其垫片应进行改造，并做好防腐工作。汽车槽车需密闭良好，消除内部突出物，做好防静电检查。

检测油面电位可获得油罐车内油品静电带电情况。在油罐车驶出油库前安装好油面电位测量系统，实时记录油罐车行驶中及停车后的油面电位[8]。11辆不同油罐车行驶中及停车后罐内最大油面电位检测结果见表2。

从表2中可以看出，油罐车行驶中和停车后，油面电位检测最高值是450 V，低于GB 6951-1986《轻质油品装油安全油面电位值》规定的12 000 V的安全油面电位，油面电位变化不大，油面本身与罐壁等部位发生静电放电的概率较低。但消除油罐车内部突出物，做好防静电检查，对于罐车装卸安全仍具有重要意义[9]。

表2 油罐车行驶中和停车后的罐内最大油面电位

4 加油站内卸油、储存、加油过程静电危险性及防护重点

4.1 卸油

加油站在油罐车检尺、采样及控油根等操作中都发生过静电燃爆事故。这与人体静电和油罐车行驶中静电积聚有关。

参考GB 13348要求，加油站卸油场所应设置带有报警功能的防爆型静电接地装置，卸油前应先接好接地线，与卸油罐相关的加油机应停止加油，静置2 min后开始卸油。卸油完毕静置2 min后拆除接地线，可以开始加油。雨、雪天气应采取相应防水措施或停止卸油作业。

4.2 储存

加油站车用乙醇汽油储存要解决水的问题。罐底水应及时清理，通气管应设置干燥设施，操作井应采取防水措施，罐区地坪不应积水。

4.3 加油

加油时的静电燃爆事故，近年来多有报导。对汽油加油站加油枪口出口油品静电量和电导率检测分析加油站油品静电风险，中国石化青岛安全工程研究院曾对国内不同地区加油站加油过程中加油枪口油品静电量进行测试，共计完成45站次加油站油品静电起电量测试，表3是不同测试站次加油站加油作业加油枪口油品静电起电量多次测量的绝对最大值范围[10]。

从表3可以看出，加油站加油枪口油品静电电荷量绝对值范围在0～70 μC/m3，其中4站次在售油品为乙醇汽油，且乙醇汽油电导率均大于10 000 pS/m。通过汽车槽车向加油站内埋地罐卸油的同时，模拟汽车加油作业，测试获得加油枪口出口油品静电量不高于10 μC/m3，就目前测试结果看未发现乙醇汽油加油作业时加油枪口油品静电偏高现象，可见乙醇汽油加油时油品静电量较低[9]。但乙醇汽油加油站仍需重点防范人体静电，如自助加油站等加油枪应采取防静电措施，或在加油机旁设置人体静电消除装置。

表3 加油作业油品静电起电量测试数值范围 μC/m3

5 结论

乙醇的加入改变了车用乙醇汽油的静电起电特性，调合等储运环节的静电燃爆危险性增大。因此，乙醇汽油混合器应具有防静电结构，其它环节的防静电措施也应加强。另外，储存、输送变性燃料乙醇及车用乙醇汽油所用储罐、泵、管道、阀门、垫片等材质应保证其对于介质的适应性，应采用抗溶性泡沫灭火剂、灭火系统以及其他必要措施保证车用乙醇汽油储运安全。未来随着车用乙醇汽油在全国范围内使用，可能会出现新的安全问题需要研究并加以解决，车用乙醇汽油储运安全问题不容忽视。