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油庫安全技術(shù)——防毒與防靜電

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第二節(jié) 站庫防毒
一、站庫中的有毒物質(zhì)
二、油庫毒源對人體的危害
三、防毒措施
一、站庫中的有毒物質(zhì)
在油庫及煉油企業(yè)中，有毒的物質(zhì)很多，如H2S，SO2，CO，汽油、瀝青、四乙基鉛、石油焦等。
與我們油品儲運最直接的是各類油品及其蒸氣以及含鉛汽油等。

二、油庫毒源對人體的危害
當(dāng)它們侵入人體后，
1.破壞中樞神經(jīng)系統(tǒng)（如全身無力、頭昏、惡心、記憶減退、肢體麻木、動作遲緩、意識模糊、甚至出現(xiàn)呼吸抑制而死亡）；
2.損傷呼吸系統(tǒng)（如咳嗽、痰中帶血絲、甚至?xí)D(zhuǎn)變成肺氣腫、哮喘、氣管炎、鼻炎或肺炎）；
3.侵犯消化系統(tǒng)（如肝大、脾大、肝功能異常、逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榧?、慢性肝炎）?

4.造成視覺系統(tǒng)的損傷。
5.造成局部皮膚的損傷。
三、防毒措施
為了防止發(fā)生人身中毒事故，就必須：
1.加強(qiáng)管理和檢查監(jiān)督，對工作人員加強(qiáng)防毒安全教育，定期測定工作場地空氣中有毒氣體含量，使其不超過最大允許濃度。
2.保證技術(shù)設(shè)備的嚴(yán)密性，改進(jìn)和加強(qiáng)通風(fēng)設(shè)備，嚴(yán)格遵守安全技術(shù)操作規(guī)程。
3.加強(qiáng)個人防護(hù)：

1）在沒有安全措施的情況下，禁止工作人員進(jìn)入罐內(nèi)清除底油。
2)嚴(yán)禁用嘴從膠管里吸取油品，禁止用含鉛汽油洗手、洗機(jī)械零件、洗刷衣服或用作其它日常生活需要。
3）工作完畢后，脫下的衣服應(yīng)在專門的地點保管，不準(zhǔn)穿工作服回家、吃飯等。在吃東西、吸煙前必須用熱水和肥皂仔細(xì)洗手，必要時應(yīng)用漂白粉溶液消毒。

4）定期進(jìn)行身體檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時治療。作業(yè)中發(fā)現(xiàn)頭昏、嘔吐、不舒服等時，也應(yīng)立即停止工作、休息或治療。如發(fā)現(xiàn)急性中毒應(yīng)立即搶救。

第三節(jié) 石油靜電與防護(hù)
一、液體帶電的雙電層理論
二、油品起電途徑
三、非導(dǎo)電性介質(zhì)中電荷的流散和積累
四、管內(nèi)流動液體帶電的理論方程
五、影響靜電產(chǎn)生和積累的因素
六、靜電放電和引爆
七、防止靜電事故的措施
一、液體帶電的雙電層理論
液體介質(zhì)產(chǎn)生靜電荷的原因主要是通過雙電層理論來解釋的。液體本身是電中性的，但是與固體接觸后并發(fā)生流動，就會使液體帶電。
1.雙電層的形成
2.雙電層示意圖
3.靜電的形成
1.雙電層的形成
當(dāng)液體與固體接觸時，就會形成雙電層。固體會帶上某種極性的電荷。
現(xiàn)在我們假設(shè)固體帶正電，由于靜電力的吸引，在靠近固體附近必然吸引著與固體所帶電荷極性相反的離子——負(fù)電荷。被吸引在固體壁面附近的這一負(fù)電荷層的厚度大約是一個分子直徑大小，稱為緊密層（或束縛液層）。另一種極性、未被吸引的正電荷則分布在靠液體的一邊，這部分電荷的密度隨著距固體壁面距離的增大而逐漸減小，處于一種擴(kuò)散狀態(tài)，稱為擴(kuò)散層。如圖。
              +   +    +    +    +    +    +    +

+  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +
      + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 固定層

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
固體壁面
流動層
擴(kuò)散層
緊密層
2.雙電層示意圖
3.靜電的形成
如果發(fā)生流體的流動，緊靠近壁面的一部分流體實際上是不流動的，即固定層。也就是說靠近壁面的負(fù)電荷還被吸附在壁面附近，這樣流動的液體就會帶有正電性，這樣液體就帶有了靜電。
1.油品管路流動起電
二、油品起電途徑
1.油品管路流動起電
2.水滴、雜質(zhì)在油品中的沉降起電
3.油品沖擊起電
4.噴射起電
3.油品沖擊起電
4.噴射起電
2.水滴、雜質(zhì)在油品中的沉降起電
三、非導(dǎo)電性介質(zhì)中電荷的流散和積累
1.介質(zhì)中電荷的流散
2.介質(zhì)內(nèi)部電荷的積累
1、介質(zhì)中電荷的流散
在一均勻介質(zhì)中，帶有電荷、介質(zhì)的相對介電常數(shù)為   。任取一閉合曲面S（高斯曲面），則應(yīng)用高斯定理來進(jìn)行推導(dǎo)。
靜電場中電荷流散規(guī)律為：
式中：
Q0,ρ0—t=0時刻所具有的電量、電荷密度；
Q,ρ—t時刻所具有的電量、電荷密度；

—介質(zhì)放電的時間常數(shù)，s；
      —介質(zhì)的相對介電常數(shù)；
      —真空介電常數(shù)；
K —介質(zhì)電阻率。
討論：
從公式中可以看出，介質(zhì)中電荷量或電荷密度是以指數(shù)規(guī)律減少的，而且時間常數(shù)值越小，電荷流散越快。

t=τ時，               ，即：

τ為電量泄漏到原電量的1/e時所需的時間。
電荷泄漏的快慢僅與介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)。
另外在許多情況下，我們還用半期值這個概念來反映介質(zhì)中電荷流散的快慢。半期值（半值時間、半衰時間）的定義如下：介質(zhì)內(nèi)部的電荷量泄漏到初始電荷量的一半時所用的時間。
用     表示，它與時間常數(shù)的關(guān)系為：

即：
2.介質(zhì)內(nèi)部電荷的積累
電荷的積累是在電荷的產(chǎn)生、流散過程中逐步形成的，
即：積累=產(chǎn)生-流散。
這就是介質(zhì)內(nèi)部電荷積累的規(guī)律（按指數(shù)規(guī)律變化）。
t=0時ρ=0；
t=∞時ρ→ρs。
剛開始的一段時間，電荷積累較快，曲線較陡。
介質(zhì)內(nèi)部電荷積累規(guī)律
四、管內(nèi)流動液體帶電的理論方程
1.管內(nèi)流動介質(zhì)流動電流方程 
2.討論：
1.管內(nèi)流動介質(zhì)流動電流方程 
液體流動，帶走擴(kuò)散層中的電荷，使液體帶電。電荷隨介質(zhì)流動形成流動電流。
取一半無限長的管路，半徑為r，液體，K，起點流動電流。
在距起點l處取一微元體dl，在dl處，油品向單位管壁面積泄放的電流為ia（即電流密度），is為起電電流密度（常數(shù)）。則dl段內(nèi)，流動介質(zhì)的流動電流變化量為：
 
取微元體邊界面（即微元段的圓柱面和兩個底面）為高斯面，則有（S曲面上）的流動電流為：（從閉合曲面流出的電流是同一曲面中電流密度的積分）
其結(jié)果為：

曲線表示為：
討論：
流動電流I按指數(shù)規(guī)律增加，I值與管長l有關(guān)，l越大，則I值增加越快；l越小，則I值增加慢。
l→∞時
（飽和值）。
而在實際應(yīng)用中，一般認(rèn)為l=(3~5)   時，I就達(dá)到飽和值了。因此定義Lb=
稱Lb為飽和長度。
五、影響靜電產(chǎn)生和積累的因素
實際上在前面公式里面已經(jīng)都提到了這些因素，我們在把它歸納一下。
1.介質(zhì)電阻率對靜電產(chǎn)生、積累的影響
2.管線材質(zhì)及管壁粗糙度對介質(zhì)帶電的影響
3.管路中設(shè)備、附件對帶電的影響
4.流動狀態(tài)的影響

1.介質(zhì)電阻率對靜電產(chǎn)生、積累的影響
當(dāng)K處于1010~1012Ω﹒m時，油品放電次數(shù)最多，即最易積累靜電，達(dá)到放電的電場強(qiáng)度。
當(dāng)K<109 Ω﹒m ，K>1013 Ω﹒m時，靜電放電次數(shù)很少，即不易積累靜電。
影響油品電阻率K的幾個主要因素
⑴油品所含雜質(zhì)的影響
⑵介電常數(shù)對電阻率的影響
⑶液體粘滯性對電阻率的影響
⑷混合溶質(zhì)對電阻率的影響

2、管線材質(zhì)及管壁粗糙度對介質(zhì)帶電的影響
液體帶電主要是雙電層中電荷的分離，不同的管線材質(zhì)使液體中產(chǎn)生的雙電層是不一樣的，產(chǎn)生的流動電流也就不同。管壁粗糙度對靜電產(chǎn)生也有影響，粗糙度大，則接觸面積大，沖刷、分離電荷的機(jī)會較多，沖流電流較大。 
3、管路中設(shè)備、附件對帶電的影響
油品在管線中流動時，若通過泵、過濾器、閥、彎頭等設(shè)施時，油品帶靜電量會急劇增大，產(chǎn)生階躍式的劇增。因此經(jīng)過這些設(shè)備后，要有足夠的管長讓靜電消散出去。
4、流動狀態(tài)的影響
通常是紊流條件下流動電流比層流大。 
  在實際工程管線上，由于管壁障礙、轉(zhuǎn)彎、變徑等情況的存在都會使液體處于紊流的狀態(tài)。這種流動狀態(tài)的改變，一方面由于本身熱運動和碰撞可能產(chǎn)生新的空間電荷。另一方面，因速度梯度的變化使擴(kuò)散層電荷趨向管中心，從而使整個管線的電荷密度比層流時提高了，就會使液體帶有更多的電量。
六、靜電放電和引爆
1.靜電放電類型
2.放電能量 
3.影響靜電放電的因素
4.靜電的引爆  
1.靜電放電類型
⑴電暈放電
⑵火花放電
⑶刷形放電
⑴電暈放電
電暈放電通常都是在一些小的尖端、毛刺兒等的周圍出現(xiàn)微弱的輝光，尖端附近的空氣電離產(chǎn)生放電。一般發(fā)生在電極相距較遠(yuǎn)、帶電體或接地體表面有突出部分或棱角的地方。
⑵火花放電
火花放電是兩電極間的氣體被擊穿而形成放電通路，但該通路沒有分叉，其放電在電極上有明顯的集中點，放電時伴有短爆裂聲，有明亮的光束，在瞬間內(nèi)能量集中釋放，放電能量比較大，
 因而危險性大。火花放電
 發(fā)生在兩個電極均為導(dǎo)體，
 相距又比較近的情況下。 
⑶刷形放電
一般發(fā)生在油面相對于平板或球形電極之間。
其特點是兩極間因氣體擊穿而形成放電通路，其擊穿通路在金屬端較集中，其后分出很多分叉，散落在油面上。
因此，此種放電不集中在某一點上，而是分布在一定的空氣范圍內(nèi)。該放電在單位空間內(nèi)釋放的能量較小，但具有一定的危險性，比電暈放電引起災(zāi)害的幾率高。
刷形放電是氣體的不完全擊穿，是不完全的火花放電，如果電場再增強(qiáng)，刷形放電火花達(dá)到對面電極則轉(zhuǎn)變?yōu)橥耆幕鸹ǚ烹姟?

上述三種形式的靜電放電，其危險程度由大到小依次是：
火花放電 > 刷形放電 > 電暈放電
絕緣體帶有靜電時，較易產(chǎn)生刷形放電，也可能產(chǎn)生火花放電。
金屬電極之間或?qū)Φ厝菀桩a(chǎn)生火花放電。
2.放電能量
兩金屬帶電體之間的放電能量為 ：
式中：
C—兩金屬組成的電容器的電容，F(xiàn)；
U—兩帶電體間電位差，V；
Q—帶電體的帶電量，C。
3.影響靜電放電的因素
⑴電場均勻程度的影響 
⑵電極形狀和極性的影響 
⑶氣體狀態(tài) 
⑷電壓作用時間 
⑴電場均勻程度的影響 
不均勻的電場容易引起局部放電，并由局部放電發(fā)展成火花放電。
⑵電極形狀和極性的影響 
①電極形狀
電極末端曲率半徑越小，越容易引起放電。因為尖端附近的場強(qiáng)較大，空氣容易擊穿，擊穿電壓較小。
②極性
正尖端比負(fù)尖端更容易引起放電，也就是說油品帶負(fù)電荷更容易放電。即：負(fù)極性油面容易放電（罐內(nèi)突起物為正極）。
⑶氣體狀態(tài) 
這里所說的氣體狀態(tài)是指兩電極間氣體的壓力、溫度和濕度。
當(dāng)氣體的壓力降低或溫度升高時，其電暈放電電壓和擊穿電壓都降低，容易產(chǎn)生火花放電。濕度增加，則擊穿電壓上升。
⑷電壓作用時間 
氣體的擊穿放電，不僅需要足夠的場強(qiáng)，還需要一定的電壓作用時間。電壓作用時間越短，所需的擊穿電壓越高。
4.靜電的引爆
靜電放電引起爆炸和火災(zāi)事故的四個必要條件是：
⑴有靜電產(chǎn)生的來源
⑵靜電能積累到放電的程度
⑶靜電放電能量達(dá)到爆炸性混合物最小引燃能量。例如：甲烷0.28mJ，汽油0.2mJ
⑷放電空間里有處于爆炸極限范圍之內(nèi)的可燃?xì)怏w。
上述四個條件，任何一個條件不具備時，都不會引起靜電危害 
最小引燃能量
最小點火能是指能夠觸發(fā)初始燃燒化學(xué)反應(yīng)所需釋放的最小引燃能量。
它是表達(dá)可燃物（尤其是氣體、蒸汽、霧滴和粉末）的爆炸危險性的重要參數(shù)。
如果引燃源的能量低于這個臨界值，一般情況下不能著火。

最小點火能位于10-2mJ的可燃?xì)怏w有氫氣、乙炔、乙烯、二硫化碳等，它們屬于爆燃危險性極大的氣體。
位于10-1mJ級的有氣態(tài)烷烴、苯、丙酮等。

５.靜電的危害
  ⑴接地容器內(nèi)部的靜電引爆 
   當(dāng)灌裝油品時，因為容器接地，外壁電荷已導(dǎo)入地殼，容器內(nèi)部帶電油品與容器內(nèi)壁之間產(chǎn)生電位差而導(dǎo)致容器內(nèi)可燃?xì)怏w被擊穿而產(chǎn)生火花放電，可能引起爆炸。

⑵噴射含微粒氣體時的靜電引爆 
⑶灌裝絕緣容器時的靜電引爆：
   用帶電油品灌裝絕緣油品時，其危險性比灌裝接地容器更大。因外壁積聚了感應(yīng)電荷，它們?nèi)菀着c接地體（或人體）產(chǎn)生放電。
七、防止靜電事故的措施
1.減少靜電的產(chǎn)生
2.增強(qiáng)電荷的流散
3.消除危險放電
4.消除爆炸性混合氣體
1.減少靜電的產(chǎn)生
⑴控制流速
　已知油品在管線中流動所產(chǎn)生的流動電流和電荷密度的飽和值與油品流速的二次方成正比，故控制流速是減少靜電產(chǎn)生的一個有效辦法。
　我國規(guī)范規(guī)定，汽油、煤油、清柴油等油品的灌裝速度不大于4.5m／ｓ。
⑵控制加油方式
　加油時宜從底部注入，實驗表明，從頂部噴濺裝油產(chǎn)生靜電量與底部進(jìn)油產(chǎn)生的靜電量之比為２：1。采用上部裝油時，鶴管要插到罐底并且為了減少注油時產(chǎn)生的靜電，也可改變鶴管頭的形狀。
⑶防止不同油品相混或油品中含有空氣和水分
⑷油品經(jīng)過過濾器后，要有足夠的靜電泄漏時間
　經(jīng)過過濾器的油品，由于與過濾器發(fā)生劇烈摩擦，大大增加了接觸和分離的強(qiáng)度，可能使油品的電壓增加10~100倍，因此過濾器大大增加了油品靜電。

2.增強(qiáng)電荷的流散
⑴接地與跨接
⑵加抗靜電劑
⑶設(shè)置靜電消除器（消靜電器）
⑷設(shè)置靜電緩和器
⑴接地與跨接
接地：是指把設(shè)備容器及管線通過金屬導(dǎo)線和接地體與大地連通形成等電位。
　這是消除靜電危害最常見的措施，主要是用來消除導(dǎo)體上的電荷。
　
跨接是將金屬設(shè)備、管線之間用導(dǎo)線連接構(gòu)成等電位體，避免彼此間的放電。
⑴接地與跨接
⑴接地與跨接
⑵加抗靜電劑
加抗靜電劑，可以大大減小介質(zhì)電阻率，使靜電荷易于泄漏，減少靜電的積累。

⑶設(shè)置靜電消除器（消靜電器）
又稱靜電中和器，它產(chǎn)生和油品帶電極性相反的電荷，從而使油品中的電荷被中和掉。

消電原理：
　設(shè)管內(nèi)流動的油品帶正電，插入的針尖感應(yīng)出負(fù)電荷，因為曲率半徑越小處的感應(yīng)電荷密度越大，因而針尖處的電荷密度最大，針尖附近的電場最強(qiáng)。當(dāng)場強(qiáng)大到足以電離其附近的油品時，針尖產(chǎn)生電暈放電，電暈放電的負(fù)離子中和油中的正電荷。
⑷設(shè)置靜電緩和器
靜電緩和器：是一個裝在管線上的金屬容器，可看成一個擴(kuò)大直徑的直管段。使油品進(jìn)入容器前，在緩和器中停留t≥3τ的時間，使大部分電荷趨向管壁流向大地。

3.消除危險放電
　最危險的靜電放電是火花放電。對于油罐來說，接地只能消除罐外壁電荷，內(nèi)部仍然有與油品電荷極性相反的電荷，仍有可能與油面放電。為此：
裝油前清理油罐中的雜質(zhì)、可飄浮導(dǎo)體及罐體上的突起物；
取樣要在量油管內(nèi)進(jìn)行，罐中盡量減少金屬附加物；
測溫、量油要在進(jìn)油30分鐘以后進(jìn)行。因為從進(jìn)油結(jié)束到最大電位的出現(xiàn)有一延遲時間。
4.消除爆炸性混合氣體
⑴泵房等加強(qiáng)通風(fēng)；
⑵控制油品操作溫度，使蒸氣濃度不在爆炸極限范圍之內(nèi)；
⑶用惰性氣體覆蓋油面。

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