基于改进LEC法的危化企业静电点燃危险评价*

蒋漳河 王良旺

(1.广州特种机电设备检测研究院 广州 510760；2.国家防爆设备质量监督检验中心(广东) 广州 510760)

0 引言

危化企业静电火灾爆炸事故极易造成严重的后果，国内外越来越多的学者进行危化企业静电危害评价相关研究。高玲等[1]对粉体生产过程中典型的静电放电实际点燃危险性进行定量评价，并将粉体静电点燃危险性分为4个等级。周本谋等[2]通过研究静电放电火花点燃能量，对生产过程中静电点燃危险性进行了评价。蒋耀庭等[3]采用模糊评价方法建立了火工品静电评价模型。针对化工企业内静电危害评价， BALOG E等[4]提出应用模糊逻辑来确定静电危害评价中一些不易获得的基本事件发生的概率。但是，上述文献并没有给出工业现场静电放电点燃危险综合评价的应用案例。本文综合考虑化工企业实际工艺过程中有效静电点燃源形成可能性、爆炸性气体/粉尘环境形成可能性以及静电点燃危险源监控措施的有效性能，建立基于改进LEC的静电点燃源危险评价方法。

1 危化企业静电危险分析

危化企业在对易燃易爆液体、固体(粉尘)、气体进行储罐充装、管道输送、传送带输送等作业时，由于碰撞、摩擦等产生并积聚静电荷，静电荷产生位置、静电荷积聚量、环境条件等的差异可能引发不同的静电放电类型。

1.1 静电起电与放电形式

目前研究已经发现的液体静电起电方式包括管道内液体的流动起电、液体中杂质粒子的沉降起电、液体从管道出口、裂缝喷出形成的喷射起电、液体泼洒过程形成的泼溅起电等[5]。粉体静电起电主要是粉体传输过程中粉体与输送设备之间、粉体颗粒之间摩擦、碰撞、分离过程使得接触面处静电双电层分离产生的接触-分离起电[6]。固体静电起电方式包括摩擦起电、压电起电、感应起电、吸附起电等。气体静电起电方式主要是高压气体喷出过程的喷射起电。人体静电起电方式主要是感应起电、摩擦起电等。

静电电荷的产生一般都伴随着静电电荷的逸散，当静电电荷产生速率大于逸散速率时，就会产生电荷积聚并可能引起静电放电，不同静电放电形式所释放的点燃能量也不相同，如表1所示。

危化企业涉及固体、粉体、液体生产、输送、储存等典型工艺过程中主要的静电起电、静电放电形式如表2所示。

表2 危化企业产生静电危害的主要工艺过程、静电荷来源及放电形式

1.2 静电危险源分类

危险源是可能导致事故的潜在不安全因素，是危险的根源。危化企业中静电危险源主要是液体、粉体、固体等在生产、运输、储存过程中可能引起静电火灾爆炸事故的不安全因素等，具体可以分为3个方面：爆炸性环境即液体/粉体/固体介质的易燃易爆危险性、静电点燃源和监控与控制措施的缺失或失效。

2 基于改进的LEC静电点燃危险评价

2.1 改进的LEC评价方法

作业条件危险性评价法是一种半定量评价方法，该方法考虑3个因素：发生事故或危险事件的可能性、暴露于这种危险环境的频率、事故一旦发生可能产生的后果[7-8]。LEC法用公式表示为

D=L×E×C

(1)

式中，D为作业条件的危险性，L为事故或危险事件发生的可能性，E为暴露于危险环境的频率，C为发生事故或危险事件的可能后果。

根据危化企业静电来源及点燃事故的特殊性，静电放电点燃事故发生的可能性考虑静电点燃源形成的可能性与爆炸性环境形成的可能性；静电点燃源与爆炸性环境同时出现的概率考虑对静电和爆炸性环境监控和控制措施的有效性；静电点燃事故后果考虑发生火灾爆炸造成的人员伤亡、财产损失等后果。提出的改进LEC评价方法计算公式为

式中，R为静电点燃危险评价结果，n为企业中危险单元的数量，Li1为第i个危险单元中爆炸性混合气体/粉尘环境形成的可能性，Li2为第i个危险单元中静电点燃源形成的可能性，Ei为第i个危险单位中对爆炸性环境与静电点燃源的监控与控制措施的有效性，Ci为第i个危险单元发生静电火灾爆炸事故后果严重程度。

2.2 评价指标及量化

依据LEC法量化分级准则和有关标准，对式(1)中各项参数进行量化赋值。

(1)爆炸性环境Li1的量化。根据《爆炸性环境 第14部分：场所分类 爆炸性气体环境》(GB 3836.14—2014)和《可燃性粉尘环境用电气设备 第3部分：存在或可能存在可燃性粉尘的场所分类》(GB/T 12476.3—2017)中对爆炸性环境的分区规定，将爆炸性气体环境分为0区、1区、2区，爆炸性粉尘环境分为20区、21区、22区[9]。依据分区结果对爆炸性环境危险性进行量化分级，如表3所示。

表3 爆炸性环境指标量化(Li1)

考虑最严重事故后果，在对危险单元进行分析时若危险单元中存在不同的分区值，则以最危险值计算，如危险单元中同时存在0区和1区，则该危险单元中爆炸性环境危险性量化取值为10。

(2)静电点燃源Li2的量化。对危险单元中所有工艺过程进行分析，得出该危险单元中可能产生的静电放电类型及放电能量。分析危险单元中可能出现的爆炸性气体/粉尘的最小点火能，当静电放电能量大于气体/粉尘最小点火能时，计算为一种有效静电放电形式。有效静电放电种类与点燃源危险性之间关系如表4所示。

表4 静电点燃源指标量化(Li2)

(3)监控与控制措施Mi的量化。为了避免静电点燃源与爆炸性混合环境同时形成并引起火灾爆炸事故，企业都会采取措施对静电点燃源、爆炸性混合环境进行监控与控制，其采取的主要监控与控制措施如表5所示。

表5 静电火灾爆炸事故监控与控制措施

对危险源的监控以及根据监控结果所采取措施的有效性决定了对静电火灾爆炸事故预防与控制的效果。危险单元中对爆炸性环境与静电点燃源的监控与控制措施的有效性量化如表6所示。

表6 监控与控制措施指标量化(Ei)

(4)事故后果严重度Ci的量化。危化企业中静电放电引起的事故可能是池火灾事故、喷射火、蒸汽云爆炸，不同事故类型造成的事故后果也不相同。事故后果主要是造成人员伤亡损失、财产损失、职业病损失以及环境破坏损失。事故后果严重度Ci的量化直接取LEC法中事故后果C的赋值准则，为1～100[8]。

2.3 评价结果量化分级

根据式(2)即可计算出被评价企业静电点燃危险的分值，再依据LEC法危险性等级划分标准对企业存在的静电点燃危险进行分级，如表7所示。依据评价分级结果找出企业存在的隐患及薄弱环节，并为企业静电危害预防提供决策。

表7 评估结果量化分级

3 实例应用

加油站存在汽油、柴油的装卸、储存、输送等工艺过程，极易产生静电放电并引燃爆炸性油品蒸汽，引起火灾爆炸事故。本文以某加油站装卸区危险单元为例，应用建立的改进LEC静电点燃危险评价方法对该危险单元进行评价。

3.1 静电点燃危险辨识及评价

加油站装卸区静电电荷产生过程包括：管道输送油品过程液体流动起电，储罐注入油品过程喷射起电、沉降起电，装卸区作业人员携带的静电电荷。向储罐内注入油品过程中，储罐内气相空间充满爆炸性混合气体，为爆炸性环境0区，整个装卸油作业单元按照最危险区域计算则L1取值为10。加油站油品蒸汽最小点火能按照0.2 mJ 计算，有效静电放电形式为火花放电与人体放电两种，则L2取值为3。

装卸区设置有气体浓度监测报警装置，油罐中设置有液位监测与报警装置，油罐车与输油管道上均安装有输油速率控制装置，作业区入口区设置有人体静电消除器。整个作业区通风良好，作业区内导体均可靠接地，相邻导体以及油罐车与输油管道、储罐之间均跨接，注油方式为鹤管伸入到储罐底部注油。因此装卸区监控与控制措施非常可靠，量化值E取值为0.5。

若装卸区发生静电火灾爆炸事故，可能造成一名作业人员重伤以及装卸区部分设备设施烧毁，可能造成人员伤亡损失约10万元、财产损失约20万元。因此事故后果严重度C取值为15。

3.2 评价结果分析

通过对该加油站装卸区静电点燃危险的辨识，得出了静电点燃源、爆炸性环境、监控与控制措施事故后果的量化取值，将各数值代入式(2)，得出该加油站装卸区静电点燃危险评价值R为41.08。

由评估结果量化分级表7可知，该加油站装卸区属于一般危险，需引起重视，必要时采取防护措施。

根据分项评估指标值及量化分级表：①储罐内气相空间充满爆炸性混合气体，为爆炸性环境0区，属于非常高的爆炸性危险区，但是实际作业过程中无法消除和避免；②装卸区存在火花放电与人体放电两种有效静电点燃源，属于较高危险点燃源。因此，对应的防护措施是要确保这两种静电点燃源监控与控制措施的有效性，避免监控与控制措施的失效引起静电放电。

4 结语

(1)对危化企业工艺过程进行分析，总结了液体、固体、粉体、气体、人体可能产生静电电荷的工艺过程、静电电荷来源以及静电放电形式。

(2)综合考虑危化企业中静电点燃源、爆炸性气体/粉尘环境、监控与控制措施的有效性以及静电事故后果，构建了基于LEC的危化企业静电点燃危险评价模型，并给出了各指标及评估结果的量化计算方法。

(3)以某加油站装卸区为例，对评估方法进行了应用，得出该单元静电点燃危险评价值为41.08，属于一般危险，需加强对火花放电、人体放电以及爆炸性环境的监测与控制。