油品静电产生机理及其防护技术资料

油品静电产生机理及其防护技术

上海海事大学,电磁场与微波技术专业

摘要：本文综合国内外有关石油静电的研究成果，论述了油品在生产、储存、运输过程中静电的起电机理，给出油品注入各类容器时静电起电方程，指出气相间放电现象及类型，最后讨论了油品静电隐患的一些防护措施。

关键词：油品静电起电机理；静电起电方程；气相间放电；防护措施

The Electrostatic Generation Mechanism and

Protection Technology of Oil

Abstract: This article comprehensive domestic and foreign oil electrostatic research results, discusses the generation mechanism of oil in the the progress of production, storage and transport .An equation of static electrification is presented for the oil injected into various types of containers, pointe out that the phenomenon and type of discharge phenomena and finally discusses some of the oil electrostatic hazard precautions.

Key word: Electrostatic electrification mechanism; static electricity equation; gas phase discharge;

preventive measure

0.引言

石油产品中，汽油、煤油、柴油属于易燃油品，系非导电性物质，其体积电阻通常在1115

1010m

~Ω∙范围之内。具有这样高绝缘性的易燃油品，在其生产、贮运、加注、使

用的诸工序中，极易产生静电荷。由于静电荷的释放速度相当慢，当静电荷积聚到一定程度时，便会产生静电火花，点燃爆炸性混合气，酿成重大的灾害事故。由于石油静电问题，国际上油轮、油库，汽车、油槽车等爆炸事故很多。我国石油系统，自1968年一1986年近20年间发生的静电灾害事故就有18起之多[1]。本文将主要针对石油制品，探讨其静电产生机理以及防护措施。

1.油品静电起电机理

两种物质的相互摩擦是产生静电的一种特殊方式，但不是唯一方式。除摩擦外，当两种不同物质紧密接触后再分离、物质受热或受压、物质发生电解或其他带电体的感应等，均可产生电荷。固—液相间、液—气相间、互不相容液相之间由于流动、搅拌、沉降、过滤、冲刷、喷射、飞溅、剧烈晃动以及发泡等接触分离的相对运动，均会在介质中产生静电[2]。

带电油品进入油罐后，油品静电通过静电感应将在油罐内外两壁产生感应电荷，如图1所示。如果油品带正电，则在油罐内壁产生大小与油品电荷相同、性质相反的负电荷，油罐外壁产生正电荷，大小则根据油罐外壁绝缘性质确定，若罐外壁与大地完全绝缘，则与油品内电荷相等。油罐内油品电荷和油罐内壁电荷相互吸引束缚，若遇火花促发物，则会发生火灾爆炸事故，油罐外壁为自由电荷，可以通过静电接地直接导入大地。

图1 油品进罐后电荷分布

2.油品注入容器时静电起电方程

油品属非导电性液体.它的起电方式主要是摩擦分离起电.液体在起电的同时还伴有电荷的泄漏，其起电方程为[3]：

()s dQ Q Q Q

dt αβ=-- （1） 式中s Q 为不计泄漏时的饱和带电量，α为起电系数，β为泄漏系数。在油品注入金属容器时，存在三种泄漏途径，可令

123ββββ=++，其中，1β为通过接地导线导向大地的泄漏系数；2β为通过跨接导线导向周围不等电位物体(比加输油管)的泄漏系数；3β为通过空气的泄漏系数，当空气击穿时，泄漏表现为气体放电形式。

金属容器是导体。人的阻抗在351010~欧姆之间。对静电而言，也相当于导体(静电

导体)，其起电方式主要是感应起电，应满足高斯定理：

s Q D d s =∙⎰ （2） 其中D 为电位移矢量，J 为体电流密度。以上(1)(2)两式即为油品注入容器时的静电起电方程。

对(1)式积分可得油品中电荷聚散规律为：

()/()(1)(1)

t t s m Q t Q e Q e αβτααβ-+-=

-=-+ （3） 式中m s

Q Q ααβ=

+为油品最大带电量， 1ταβ=+ 称为弛豫时间。

考虑起电停止后未发生气体放电时油品中电荷的泄漏过程，即0Q Q =且30αβ==。

在容器内作包围油品任一闭合面，泄漏电流：

s dQ I j d s dt =-

=∙⎰ （4） 因为

0r D E εε= J E σ= 其中

0ε和r ε分别为真空和相对介电系数，σ为油品电导率。与(2)式联立可得电荷泄漏

方程： /0t Q Q e τ-= （5）

211τββ=

+ （6） 由于不同油品的r ε值相差不大，而即使是同一种油品，由于杂质含量不同，电导率σ会有明显差异，因此，τ值几乎完全由σ决定。如对石油类制品，

2.0r ε≈ ，从原油至精制

油品，电导率由810/S m -至1510/S m -。 3.油罐中气相间的放电现象

当储罐内的油品带电时，就会对油品内或储罐内的气相空间产生电气作用。这种电气作用就是电场，其大小称为电场强度。这种电场和磁铁周围的磁场作用相类似，能吸引较轻的物体，引起放电现象。通常气相空间发生放电，会比油品内放电更容易引起灾害。

研究表明，储罐内油品发生的放电，按放电的发光形式来分类，大致可分为电晕放电、 刷形放电和火花放电三种[4]：

（1）电晕放电是在曲率半径小的突起部份或棱角的地方发生的伴有微弱发光的放电，此种放电能量比较小，如图2所示。

（2）刷形放电是在形状比较园滑的对置电极与带电油面间发生的，并伴有兰白色发光和破坏声响的树枝状放电。此种放电不够集中，所以在单位空间内释放的能量也较小，如图3所示。

（3）火花放电是在平滑形状的对置电极和带电油面之间的距离接近时发生的，伴有线状强烈发光和破坏声响的放电。此种放电在瞬间内能量集中释放，因而危险性最大，如图4所示。

图2. 电晕放电 图3 刷形放电 图4 火花放电 99%以上的能量在产生放电的气相空间会变成为热能而消耗掉。因此，气相空间达