液體化工罐區儲存的化工產品大多易燃易爆。在接收、儲存、輸送這些產品的過程中,液體流動和人體作業等都會產生靜電,若不及時消除很有可能釀成重大火災爆炸事故。因此有必要就液體化工罐區靜電產生的原因及其危害性做詳細分析,提出防范措施,以保證可靠生產。
在液體化工罐區,靜電的產生主要是液體靜電、人體靜電以及少量的氣體靜電和感應靜電。
1 液體靜電
液體與固體、液體與氣體、液體與另一不相溶的液體之間,由于攪拌、沉降、流動、沖擊、飛濺等接觸及分離的相對運動,由于物質電子的逸出功不同,就會形成雙電層而產生靜電。而液體化工產品大都屬于高絕緣物質,因此,在這類非導電性液體生產和儲運過程中,就會產生和積累大量的靜電荷,靜電積累到一定程度就可產生火花放電,如果在空間內同時還存在爆炸性混合氣體,就可能引起火災爆炸。
1.1 液體靜電產生機理
a)液體在管線中流動時產生靜電:液體在管線內流動,形成液體與固體接觸、分離的條件,當液體化工產品通過管線、過濾器、機泵、鶴管等流動時,接觸和分離的現象就連續發生而產生靜電。
b)水滴、雜質在液體產品中沉降起電:液體化工產品中含有水和雜質,雜質會離解成帶電離子。因此在水平液體產品界面處也形成偶電層。當水滴與液體產品作相對運動時,水滴帶走部分吸附在水滴界面上的電荷,于是使液體產品與水滴分別帶上了不同符號的靜電。
c)濺潑起電:液體從管線口噴出后,遇到板或壁,使液體向上飛濺成許多微小的液滴,形成一層薄霧,這層薄霧包含著無數小液滴,當小液滴落在其它物體的表面上時,便在接觸面處形成偶電層。由于液滴具有慣性,碰到物體之后還要繼續滾動,于是液珠帶走偶電層之擴散層,固定層便留在物體表面上,這樣液滴和物體帶上了不同符號的靜電。
d)噴射起電:當液體從噴嘴或管口噴出時,液體微粒和噴嘴之間存在迅速接觸與分離的偶電層,也會使噴嘴與液體微粒帶動上不同符號的靜電。
1.2 影響因素
a)液體流速的影響:根據有關資料,液體在管線內流動所產生的流動電流和電荷密度的飽和值與液體流速的二次方成正比。層流時,產生的靜電量與流速成正比,且與管線內徑大小無關。紊流時,產生的靜電量與流速的1.75次方成正比,且與管線內徑的0.75次方成正比。
b)液體的電阻率的影響:液體的電阻率在1010~1012·Ωm范圍時,很容易產生靜電。而苯、醇類電阻率大多在109~1011·Ωm之間,危險性很大。
c)過濾器的影響:如果在管線上有過濾器,則液體靜電量就會明顯增加,有時會增加10~200倍,這是因為過濾器的濾芯相當于千千萬萬個平行的小管線,它將依照液體經管線起電的原理而起電。
d)裝油方式的影響:裝油方式可分為兩種,一種為液下裝油,另一種為噴濺裝油。這兩種方法相比,噴濺裝油產生的靜電量更大。不但因為液體分離而產生新的電荷,更主要的是液面沒有充分的時間張弛,所以表層電荷密度較高,同時不因為液體沖擊到罐底或槽車后噴濺飛沫而產生靜電。
e)水和雜質的影響:液體產品中含有水、雜質的量越多,產生的靜電量越大。
f)管壁粗糙度的影響:管壁粗糙度越大,管線內壁就越粗糙,液體與管線內壁接觸面積就越大,沖擊和分離的機會就越多,流動電流、靜電量就越大。
2 人體靜電
人在許多條件下能夠帶靜電,也可感應起電或吸附帶電。在有可燃混合氣體的環境中,人體靜電是個不可忽視的“危險源”。國內通常限制人體帶電不得超過1.5kV,一般可以通過防靜電地面、防靜電鞋、防靜電衣服以及防靜電接地棒或環得到解決。
3 氣體靜電及感應靜電
當氣體(蒸氣、氮氣、壓縮空氣等)從管口高速噴出時,會產生氣體靜電。由于雷電及電氣設備存在,也會產生感應帶電
消除靜電的主要途徑有兩條:一是創造條件加速靜電泄漏或中和;二是控制工藝過程,限制靜電產生。弟一條途徑包括兩種方法,即泄漏法和中和法,接地、增濕、加入抗靜電劑等均屬泄漏法;運用感應靜電消除器、高壓靜電消除器、放射靜電消除器及離子流靜電消除器等均屬于中和法。弟二條途徑即工藝控制法,包括材料選擇、工藝設計、設備結構及操作管理等方面所采取的措施。
如上所述,液體化工罐區靜電產生的主要原因是液體靜電、人體靜電、氣體靜電和感應靜電,而且在液體化工罐區儲罐、管線、機泵、鶴管很多,生產操作十分頻繁。因此,液體化工罐區防范靜電應主要采用泄漏法中的接地和工藝控制法,以及人體靜電消除法。
1 接地
接地是消除靜電災害濟簡單、濟常用的辦法。接地主要用來消除導體上的靜電,為了防止靜電火花造成事故,應采取以下接地措施:
1.1儲罐、儲槽等金屬殼體已與防雷保護、電氣保護有可靠連接時,可不必再另作靜電接地。接地體應每年定期檢測一次,保證連接完好,無斷裂、無銹蝕,接地體接地電阻不大于100Ω。儲罐、儲槽原則上要求在多個部位進行重復接地。
1.2管網接地:對于液體化工罐區的管道可通過與工藝設備的金屬外殼的接地,取得接地的條件。管網內的機泵、過濾器、緩和器等設施要設置接地連接點。管網在進出界區或室外管道每隔100m左右處,應與接地干線或專設的接地體相連接。工藝管道與伴管間除用綁扎金屬絲作跨接外,伴進氣口及回水口應與工藝管道支座相跨接。
1.3設備、管線用金屬法蘭連接時,其接角電阻不大于10Ω時,可不另裝跨接線,否則應設銅質跨接帶進行跨接。
1.4對移動設備及工具類可用鱷式夾鉗、專用連接夾頭、蝶形螺栓等連接器械與接地支、干線相連接。
1.5儲存易燃液體的內浮頂儲罐,其內浮盤應用撓性跨接線與罐體相接,連接不應少于兩處,跨接線須選用截面積不小于25mm2的軟銅絞線。
1.6裝卸棧臺:裝卸棧臺的管道、設備支架、鶴管、建構筑物的金屬體和鐵路鋼軌應連接成電氣通路并接地,鐵路槽車與鐵路鋼軌應連接成電氣通路并接地。各個鐵路槽車應按照有關規定定期測試接地,并確保達到良好狀況。汽車槽車與車體應設有接地連接板,該端板和槽體應連接成電氣通路,同時汽車槽車不宜采用金屬鏈條接地線,而應采用140~200Ω的導電拖地帶。
1.7如對設備、管道等進行局部檢修會造成有關物體靜電連接回路斷路時,應事先作好臨時性接地,檢修后及時復原,并重新測定接地電阻。
1.8儲罐、儲槽梯子進門處,應在已接地的金屬扶欄上留出1m長的裸金屬面,作為操作人員的手握接地體。
1.9液體化工罐區區域內的其他設備,如通風機械、空氣壓縮機、裝桶機、機泵及電機都必須有可靠的接地。
2 工藝控制法
2.1甲、乙類液體進入儲罐和槽車時,初始流速成不得大于1m/s,當入口管浸沒200mm后,可提高流速,但濟高不得超過6m/s。
當甲、乙類液體輸送管線上有過濾器時,液體輸送自過濾器至料口之間應有30s的緩和時間,如果滿足不了緩和時間,可配置緩和器或采取其它防靜電措施。見表1。
表1防靜電緩和器配置關系表
見表
2.2裝入易燃、可燃液體時,必須做到:嚴禁從儲罐、儲槽上部注入甲、乙類液體。在變更注入液體品種時,必須用惰性氣體置換,置換后測定空氣中的油氣濃度,使之符合可靠規定范圍。對于難以進行惰性氣體置換的桶、槽等容器,必須嚴格進行靜電接地并控制流速。
2.3鐵路槽車在裝卸車時,要采用液下密閉裝車設施,鶴管應插入槽車底部,距槽車底不大于200mm為宜。槽車浸沒裝油速度應滿足下式關系:VD≤0.8,V——油品流速,m/s;D——輸油管徑,m。
2.4汽車槽車裝卸車時,須將車體接地,裝卸車結束后,必須靜置2min后,才能進行提升鶴管、拆除接地線等作業,且浸沒裝油速應滿足下式關系VD≤0.5,V——油品流速,m/s;D——輸油管徑,m。
2.5為了減輕鶴管注油時的噴濺,減少注油時產生的靜電,改變鶴管頭的形狀,采用T形頭、錐形頭比直接圓管形頭要好。
2.6裝桶時要注意,桶體、注沒管嘴必須接地,且要注意控制流速。不準在作業現場用絕緣材料的桶充裝易燃液體。
2.7 裝卸油膠管宜采用導電膠管,且要在膠管管卡處接地。
2.8 甲、乙類液體的檢尺、測溫、采樣應遵守以下規定
a)液體進入儲罐,須經一定的靜置時間(見表2),方可進行檢尺、測溫、采樣等作業。
b)不準使用兩種不同材質的檢尺、測溫、采樣工具進行作業。
c)對固定頂油罐或內浮頂油罐在未浮起之前,進行液體測溫和采樣時,不得猛拉快提,上提速度不大于0.5m/s,下落速度不大于1m/s。
2.9 嚴禁用壓縮空氣、蒸汽進行掃線作業。
3 人體靜電消除
為防止人體帶靜電產生電擊或放電,引起可燃性物質著火、爆炸等事故,必須消除人體靜電。
表2儲罐檢尺、測溫、采樣靜置時間表
見表
3.1為使人體所帶靜電可靠泄入大地,爆炸危險場所宜將地面做成導靜電性地面,其電阻率應在1×106Ω·m左右為宜。儲罐、儲槽梯子進門處,應在已接地的金屬扶欄上留出1m長的裸金屬面,作為手握接地體。
3.2為防止人體帶電,著裝應注意:在爆炸危險場所不準穿易產生靜電的服裝和鞋靴,不準穿**服、鞋靴,不準梳頭,除雨天之外不準穿橡膠雨衣和高統皮鞋,巡檢時不得攜帶與工作無關的金屬物品,如鑰匙、硬幣、手表、戒指等。
3.3 清洗油罐時,必須穿防靜電工作服、防靜電雨衣、導電膠靴。
3.4 嚴禁用汽油、苯等易燃溶劑清洗設備。
3.5 在易燃易爆場所不準用化纖材料的拖布、抹布來拖擦物體和地面。
4 其它因素
除了嚴格遵守以上規定外,還應注意其它因素也可能引發靜電災害,如雷雨天氣易產生感應靜電,為避免靜電災害,雷雨天氣嚴禁收付油作業。
此外,靜電災害的發生與空間內是否存在可燃性爆炸性混合物、是否達到爆炸極限直接關系,因此,除了嚴格執行有關規定消除靜電外,還應加強控制空間內可燃液體蒸氣爆炸性混合物的產生,防止其達到爆炸極限,確保不發生靜電火災、爆炸事故。