天然气处理厂凝析油装车过程中静电的产生、危害与预防措施探讨

王永刚 牛国萍 胡靖平（长庆油田分公司安全环保监督部）

郑书杰（长庆油田分公司第四采气厂）

王 平（长庆油田苏里格南作业分公司）

引言

苏里格气田是长庆油田天然气主产气区，所产天然气含液量较高，主要成分是凝析油和水，属典型凝析气田。长庆苏里格气田凝析油稳定装置每天生产合格稳定凝析油约70 m3，需要通过装车栈台使用汽车槽车进行装车外运。

一、凝析油介绍

天然气凝析油是指从凝析气田天然气中凝析出来的液相组分，又称天然汽油，主要成分是C 5-C 8的烃类混合物，含有少量C 8及以上的重烃和其他硫醚等杂质，馏分多在20℃-200℃之间，挥发性好，是优质的化工原料，稳定凝析油甚至可以直接生产添加汽油。天然气稳定凝析油的饱和蒸汽压（37.8℃）在夏季＜74K Pa，在冬季＜88 K Pa，其理化性质与汽油相近，按照G B 50183-2004《原油和天然气工程设计防火规范》火灾危险性分类标准，属于甲B类液体。

二、静电的产生

1.液体-固体界面形成偶电层

液体与固体界面处形成偶电层的直接原因是正、负离子转移，从而形成电动电位。液体在固体表面的电荷层由两部分组成：一部分是紧贴在固体表面的电荷层，厚度只相当于一个分子直径的数量级，其所带电荷与界面上固体一侧的电荷符号相反，称为紧密层；另一部分的电荷与紧密层电荷符号相反，厚度则为分子直径的几十倍至几百倍，称为扩散层。

如图1所示，为液体在管道内流动时静电荷的分布情况。固体界面上是一层正电荷，在液体中紧密层内是负电荷，而在扩散层内是正电荷。正电荷随着液体流动形成液流电流，电流的大小在数值上等于单位时间内通过管道横截面的电量。如果管道接地，在电流流动过程中，接地的途径上也有相应的电流流过；如果管道是由绝缘材料制成或者是对地绝缘，则在管道上会积累大量静电电荷。

图1 液体在管道内流动时静电荷的分布情况

2.液体-气体界面起电

液体在喷雾和发泡时能产生大量的静电和较高的电动电位，起电原理和液体在管道中流动产生的静电不完全一样。

（1）液体与气体间的偶电层位于接近气体的液体表面之下。

（2）带电是由于从表面剥出的微小液滴而产生的，这些带电粒子产生于很薄的表面层里。

（3）当液滴破碎时，大小不等的液滴相比较，小液滴带负电，大液滴带正电。

3.静电产生形式

（1）流动带电。液体在流动中的摩擦带电是工业生产中颇为常见的一种静电带电形式。

（2）喷射带电。当液体从管口喷出后在与空气接触时，它将被分散成许许多多的小液滴。较大的液滴很快地沉降，而另外一些微小的液滴停滞在空气中形成雾状的小液滴云，带有大量的电荷。

（3）冲击带电。当液体从管口喷出后遇到器壁或挡板的阻碍时，飞溅起的小液滴同样会在空间形成电荷云。

（4）沉降带电。当轻质油品等绝缘液体中含有固体颗粒杂质或水分时，当它们向下沉降过程中也有静电产生。

天然气凝析油在管道输送过程中，与金属管壁摩擦会产生大量静电、装车过程中油品与空气摩擦也会产生大量静电。凝析油的电阻率一般大于1011Ω·m，属于静电非导体，产生的静电电荷极易堆积而导致电荷积聚，在一定条件下进行静电放电而酿成事故。

4.影响油品静电产生的几个因素

（1）管道材料和管道内壁状况对液流电流的影响。管线材质对的电阻率差异很大，对其静电的消散有显著的影响，从而明显影响液流电流的大小。管道内壁粗糙程度对液流电流也有影响，内壁越粗糙，静电产生量越大。

图2 不同管材对油品静电的影响

（2）液体所含水分等杂质对静电产生量的影响。非常纯净的高度精炼石油产品在管道内流动时是不容易带电的。这是因为一般的石油轻油制品的分子是非极性分子，一般都不能直接电离。液体中的离子主要来源于其中所含的杂质，当这些杂质离解时就产生了正、负离子。

（3）流速的影响。流体流速越大，产生的静电量越大。层流时，产生的静电量与流速成正比，且与管线内径大小无关。紊流时，产生的静电量与流速的1.75次方成正比，与管线内径的0.75次方成正比。

（4）流体流动状态的影响。实验指出，流动的液体由层流变为湍流时，其带电量会有显著的增加。其理由是，当液体处于湍流状态时，一方面由于增大了液体分子热运动和相互碰撞，可能产生新的空间电荷；另一方面因速度梯度的变化，使得流体在偶电层的扩散层处的流速变大，因此会使液流中带有更多的电量。

图3 不同流动状态下流速的分布

三、凝析油装车过程静电危害分析

1.爆炸和火灾

容易导致爆炸和火灾事故是静电可能造成的的最大危害。天然气凝析油闪电低，挥发性强，其蒸气的最小点火能小于0.1mJ，爆炸极限为1.1—8.7%，其蒸气与空气混合后形成的爆炸性混合气体只需要极小的点火能就能引燃。静电放电产生的电火花，其能量大大超过天然气凝析油蒸气的最小点火能，当蒸气与空气混合达到爆炸极限时，静电火花可立即点燃油气混合物引发闪爆事故。

2.电击

一般情况下，静电的能量较小，但产生的电压极高，甚至高达数万伏。静电电击虽然不会直接使人致命，但是因为电击易引起坠落、摔倒等二次事故。

3.影响生产

不消除静电可能会会影响生产或降低产品质量。此外，静电还可能引起电子元件误动作，引发二次事故。

四、静电预防和消除

1.静电接地

（1）凝析油装车台所有设备、管道，特别是装车鹤管，均应采取可靠接地措施，防止装车过程中静电荷大量积聚，每年至少对接地电阻值进行一次检测，确保接地电阻小于10 Ω。

（2）凝析油拉运罐车车体必须使用专用可靠的静电接地装置进行接地，并确保接地电阻小于10 Ω，接地线严禁采用缠绕方式连接。

（3）装车栈台附近宜设置专门的人体静电消除装置，消除作业人员自身产生、携带的静电电荷。

2.优化装油方式

装车流程宜优先采用密闭、底部装车模式；对于采用槽车顶部装车模式的，鹤管必须深入距离槽车底部不大于200 mm，并在鹤管出油管口安装变流挡板，防止油品直接猛烈冲击车底而产生大量静电电荷。

3.严格控制装车时油品流速

（1）限制初始流速

油品浸没装车鹤管前装车油品流速称为初始流速。美国石油学会标准A PI 2003-1991《防止静电、闪电和杂散电流引燃的措施》规定：初始流速应限制在1m/s以下。实际操作时，主要通过控制装油流量的手段来控制装油速率，具体关系如下表：

表1 输送管径与初始流速关系表

100 1 28150 1 63

（2）控制装车正常流速

当装车鹤管完全浸没在油品液面以下后，可以按照正常流速进行装车。按照G B12158-2006《防止静电事故通用导则》规定，其最大流速控制应满足如下关系式：

V D≤0.5

美国石油学会标准A PI 2003-1991《防止静电、闪电和杂散电流引燃的措施》规定：装车鹤管浸没后正常灌装速度：V=0.5/D，但不得大于7 m/s。

式中：V——油品流速的数值，m/s

D——鹤管内径，m

实际操作时，主要通过控制装油流量的手段来控制最大装油速率，具体关系如下表：

表2输送管径与最大流速关系表

鹤管内径/mm 计算流速/ms-1控制流速/ms-1允许最大流量/m3h-1

4.其他

升降操作装车鹤管进行凝析油装车时，严禁大幅度升降鹤管作业，避免鹤管与车体猛烈撞击产生静电火花；经常检查装车鹤管胶皮垫层是否完好；装车过程中严禁频繁大幅调整流量。

在凝析油装车台处设置醒目的安全操作提示牌，提示操作人员谨慎操作、严禁穿化纤服饰和佩戴金属饰品进行作业、装车台严禁私自带入烟火、经常检查罐车排气管安装的防火罩等。

选用合格的管材，确保油品管道和装车鹤管内壁光滑，减少摩擦产生静电；装完车后至少静置2分钟后拆除车体静电接地线。

结束语

在天然气凝析油装车过程中静电的产生是多方面的，必须采取有效安全措施才能消除和预防静电危害。从消除人体静电、槽车和装车栈台静电接地、优化装油方式、控制装车速率等多方面入手，消除装车过程中产生的静电电荷，可以实现安全装车。

[1]王进，钱进华，轻质油品装车过程中静电的产生、危害及预防：当代化工，2003年第32卷第4期.

[2]安汝文，高洪波，液体化工罐区静电产生的原因及防范措施：安全、健康和环境，2002年第2卷第11期.

[3]潘永东，李官全，油气田轻油（凝析油）装车安全若干问题探讨,：石油化工安全环保技术，2010年第26卷第4期.

[4]郭明忠，液化石油气装车栈台安全风险分析及对策：科技创业月刊，2010年1月.

[5]《绿十字安全生产教育培训丛书》编写组，机械与电气安全知识：中国劳动社会保障出版社.

[6]GB12158-2006《防止静电事故通用导则》.

[7]GB6950-2001《轻质油品安全静止电导率》.

[8]GB 50183-2004《原油和天然气工程设计防火规范》.

[9]美国石油学会标准API 2003-1991《防止静电、闪电和杂散电流引燃的措施》.