孟 鶴，李義鵬，孫立富，劉全楨，宮 宏

(1.化學(xué)品安全控制國家重點實驗室，山東青島 2660712.中國石化安全工程研究院，山東青島 266071)

高速加油槍靜電危險因素分析與研究

孟 鶴1，2，李義鵬1，2，孫立富1，2，劉全楨1，2，宮 宏1，2

(1.化學(xué)品安全控制國家重點實驗室，山東青島2660712.中國石化安全工程研究院，山東青島266071)

對國內(nèi)外高速加油槍的現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)研和多方面試驗研究，根據(jù)檢測結(jié)果，提出了針對高速加油槍的防靜電建議。

高速加油槍 油品 防靜電 濾芯

加油槍加油過程中，油品流速越快，油品流量越大，其靜電起電量就越高，容易引發(fā)靜電事故。2004 年2 月，美國一座自助加油站里，一顧客拔出加油槍時，身上的靜電引燃了汽油蒸氣并引發(fā)大火。2007 年11 月，美國某自助加油站內(nèi)又發(fā)生一起顧客接觸加油槍導(dǎo)致起火的事件。為限制靜電的產(chǎn)生，避免靜電事故的發(fā)生，國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)對加油槍加油時一般都有流量的限制[1-3]。油品流速的限制，雖然在很大程度上保證了加油站的作業(yè)安全，但是增加了加油時間，降低了加油站的工作效率。通過此次靜電試驗檢測，將探索油速可提高的空間，這對于在保障加油站的靜電安全的前提下,提高加油站的加油速度及提高企業(yè)的工作效率有重要的現(xiàn)實意義。

1 高速加油槍加油過程中的靜電危險因素

通過分析高速加油槍加油的整個過程以及加油槍的組成結(jié)構(gòu)，認(rèn)為高速加油槍在加油過程中有以下幾種靜電危險因素。

a)當(dāng)高速加油槍護(hù)套(包括槍套和手柄)所使用材料為非靜電亞導(dǎo)體時，其不具有防靜電性能，故不能及時泄放人體靜電，使得人體在接觸或者靠近加油站內(nèi)金屬體時發(fā)生靜電放電。

b)當(dāng)高速加油槍的輸油膠管單位長度電阻不滿足防靜電要求時，會導(dǎo)致加油槍及其自身所帶靜電不能及時導(dǎo)入大地。

c)當(dāng)高速加油槍加油流速過高時，高速流動的油品所帶靜電使得油品本身就存在靜電安全隱患，這可以根據(jù)電偶層理論來解釋[1]。

2 高速加油槍的防靜電性能檢測

2.1 高速加油槍護(hù)套材料靜電性能檢測

加油槍護(hù)套應(yīng)當(dāng)用具有防靜電性能導(dǎo)靜電材料制成。目前國內(nèi)加油站使用的防靜電加油槍有十幾種品牌，包括ZVA、Husky、VR 等。首先對加油站目前使用的加油槍進(jìn)行防靜電檢測，然后抽取了國內(nèi)外十幾種防靜電加油槍進(jìn)行了防靜電性能檢測。檢測內(nèi)容包括槍套和槍托材料的表面電阻率。

靜電亞導(dǎo)體的表面電阻率在107～1011Ω之間，所以加油槍護(hù)套的表面電阻率應(yīng)當(dāng)在1011Ω以下，我國標(biāo)準(zhǔn)中[2]建議固體器件的表面電阻率在108Ω以下。從加油站所使用加油槍的檢測結(jié)果來看，部分加油槍的防靜電性能不符合防靜電相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，存在一定的安全隱患。從國內(nèi)外加油槍樣品的抽檢結(jié)果來看，絕大部分加油槍的皮套和槍托防靜電性能滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2.2 高速加油槍膠管靜電特性檢測

對幾個加油站隨機(jī)抽樣的防靜電加油槍膠管的單位長度電阻進(jìn)行檢測，并和自行采購的防靜電加油槍膠管的檢測結(jié)果進(jìn)行對比。然后用阻值不同的膠管分別作為加油槍膠管，檢測膠管的電阻特性對油品靜電起電的影響，即加油槍出口油品所帶靜電量。加油槍膠管的檢測結(jié)果見表1，加油槍膠管的電阻對油品靜電起電影響的檢測結(jié)果見表2。

表1 加油槍膠管電阻性能測試

我國標(biāo)準(zhǔn)[2]中還規(guī)定，在靜電危險場所使用的軟管及繩索的單位長度電阻應(yīng)在1×103～1×106Ω/m之間。測試表明，加油站所用檢測的加油槍膠管不能滿足防靜電的要求，而從市場上采購的加油槍膠管的防靜電性能也是良莠不齊，合格率不高。加油槍膠管的電阻特性對油品靜電起電的影響較為明顯，加油槍出口油品的電荷量隨著加油槍膠管單位長度電阻值的增加而增大，存在靜電安全隱患。

表2 加油槍膠管不同阻值加油槍出口油品的靜電特性

注：環(huán)境條件為溫度14.3 ℃，濕度34.7%RH。

3 油品流速、油品種類對油品靜電起電的影響

為限制靜電的產(chǎn)生，避免靜電事故的發(fā)生，加油槍加油時一般都有流量的限制。例如，美國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定加油時，加油槍流量不得超過37.85 L/min；日本相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，加油時，加油槍流量不得超過50 L/min。國標(biāo)GB 50156 -2012《汽車加油加氣站設(shè)計與施工規(guī)范》中規(guī)定加油槍宜采用自封式加油槍，流量不應(yīng)大于50 L/min。

為了驗證油品流速以及電導(dǎo)率對油品靜電起電情況的影響，進(jìn)行了在同一流速下不同電導(dǎo)率油品的靜電起電檢測，以及同一油品在不同流速下靜電起電檢測。

3.1 不同油品在相同流速情況下靜電起電測試

在北京加油站檢測的油品型號是92號汽油、95號汽油以及0號柴油，在青島加油站檢測的油品型號是93號汽油、97號汽油以及0號柴油，分別在各自加油站進(jìn)行同一流速下不同油品的靜電帶電量檢測。

加油站現(xiàn)有加油機(jī)的加油速度只有2個檔，即高速檔和低速擋。為了使得檢測結(jié)果的對比更加明顯，選擇高檔流速進(jìn)行對比檢測，即50 L/min。為了使兩組檢測結(jié)果更加具有對比性，在兩所加油站檢測時的自然環(huán)境(溫度及濕度)必須接近。青島加油站檢測結(jié)果見表3，北京加油站檢測結(jié)果見表4。

表3 不同電導(dǎo)率、相同流速下的油品電荷密度檢測(青島加油站) μC/m3

注：環(huán)境條件為溫度20 ℃,濕度46.0%RH，油品流速50 L/min。

從檢測數(shù)據(jù)來看，93 號汽油以及92 號汽油靜電起電量最大，0號柴油的靜電起電量最小，而其中0號柴油的電導(dǎo)率最低。說明在外界條件相同的情況下，油品的靜電起電量并不是隨著油品電導(dǎo)率的下降而升高，油品電導(dǎo)率并不是唯一決定油品靜電起電量的內(nèi)在因素。

表4 不同電導(dǎo)率、相同流速下的油品電荷密度檢測(北京加油站) μC/m3

注：環(huán)境條件為溫度18 ℃,濕度39.0%RH，油品流速50 L/min。

3.2 相同油品在不同流速情況下靜電起電測試

在青島加油站對93號汽油在兩檔流速下的油品靜電起電量進(jìn)行了檢測。檢測結(jié)果見表5。從檢測結(jié)果可以看出，油品靜電帶電量隨著油品流速的增加而顯著增加。

表5 相同電導(dǎo)率、不同流速下的油品電荷密度檢測

注：環(huán)境條件為溫度21 ℃，濕度55.0%RH，油品電導(dǎo)率36 pS/m(26.4 ℃)。

3.3 加油站模擬實驗裝置靜電檢測

為了更好的研究相同油品不同流速下油品的靜電起電特性，建立了模擬實驗平臺用以模擬加油站的加油過程。模擬實驗平臺包括包括埋地油罐(含潛油泵)、加油機(jī)(含過濾器，自吸泵需要時可開通)、模擬油箱等基本設(shè)施，見圖1。

圖1 實驗平臺流程模擬

加油槍流速共分3檔，因2、3 檔流速較接近，約為50 L/min；1 檔流速約為30 L/min。所使用油品為93 號汽油，所檢測參數(shù)是靜電電荷密度(在線靜電檢測儀1、2、3)。靜電監(jiān)測儀1用來監(jiān)測前段管路中油品的靜電電荷量，使用閥8～10可以接入/接出前置過濾器；靜電監(jiān)測儀2、3分別監(jiān)測自吸泵及自吸泵濾芯前后油品的電荷量。檢測結(jié)果見表6、表7。

表6 自吸泵加油模擬實驗結(jié)果 μC/m3

表7 潛泵加油模擬實驗結(jié)果 μC/m3

從實驗數(shù)據(jù)來看，在相同情況下，油品的靜電帶電量隨著流速的增加而增加，并且可以看出油品流速的增加是從第一個靜電檢測儀就開始了，當(dāng)油品經(jīng)過加油機(jī)濾芯之后，靜電量增加最為明顯。

4 結(jié)論與建議

從加油站油品檢測結(jié)果來看，0 號柴油產(chǎn)生的靜電量始終起電量小，93 號汽油和92 號汽油相對于97 號和95 號汽油來說起電量高一些，但大多數(shù)未超過30 μC/m3的上限值。油品的電導(dǎo)率是指決定了油品靜電消散的速率，而油品成分本身決定了其起電的速率，二者共同決定了油品的靜電起電量。

從加油站流速檢測結(jié)果來看，油品靜電起電量隨油品流速的增加呈現(xiàn)非正比關(guān)系，但所檢測樣品的最高值并未超過30 μC/m3的規(guī)定值，在靜電安全范圍內(nèi)。

從模擬實驗平臺檢測結(jié)果來看，加油機(jī)濾芯是增加油品靜電帶電量的一個重要因素，管道內(nèi)油品流速越快，電量增加越明顯，部分油品靜電電荷密度的檢測結(jié)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了30 μC/m3的規(guī)定值。這是因為流速越大，油品與加油槍管道的摩擦越大，起電量越高，特別是當(dāng)油品經(jīng)過過濾器時，摩擦程度更劇烈，靜電量驟然升高。

通過以上測試分析提出以下建議。

a)為了保證加油操作時人體靜電能夠及時的通過人體與加油槍接觸部分得到及時泄放，建議油槍本的槍套、槍托的表面電阻率值在108～1010Ω之間，加油槍膠管的單位長度電阻在103～106Ω/m之間。

b)應(yīng)對加油機(jī)濾芯進(jìn)行防靜電處理，比如使用防靜電材料或者使濾芯與加油機(jī)內(nèi)部金屬部分保持電氣連通，以及時消除油品經(jīng)過濾芯時產(chǎn)生的大量靜電。

c)根據(jù)加油站現(xiàn)場檢測結(jié)果來看，0 號柴油有提高加油速度的空間和可能性。

d)建議對加油站油品管道進(jìn)行實時在線靜電電荷密度檢測，通過靜電實時值控制加油操作。

e)建議研發(fā)在加油站油品管道內(nèi)安裝的感應(yīng)式靜電消除裝置，以及時消除由于流速過快或者雜質(zhì)過多時油品內(nèi)靜電量增加。

f)建議根據(jù)物質(zhì)靜電序列針對油品特性選擇合適的管道材料及濾芯材料，從源頭上減少靜電量的產(chǎn)生。

[1] 劉尚合，武占成,等．靜電放電及危害防護(hù)[M]．北京：北京郵電大學(xué)出版社，2004: 47-51．

[2] GB 12158-2006 防止靜電事故通用導(dǎo)則 [S].

AnalysisandResearchofHigh-speedRefuelingGunElectrostaticRiskFactors

Meng He1,2，Li Yipeng1,2，Sun Lifu1,2， Liu Quanzhen1,2，Gong Hong1,2

(1.State Key Laboratory of Chemical Safety and Control, Shandong, Qingdao 266071 2.SINOPEC Research Institute of Safety Engineering, Shandong, Qingdao 266071)

Through the investigation and multifaceted experimental research of the status of high-speed refueling guns at home and abroad, proposals for high-speed refueling gun anti-static according to test results.

high-speed nozzle; oils; anti-static; filter cartridge

2016-02-19

孟鶴，工程師，2010年畢業(yè)于復(fù)旦大學(xué)物理系，理學(xué)碩士學(xué)位，現(xiàn)在中國石化安全工程研究院從事防雷防靜電相關(guān)科研工作。