加油站油流靜電在線監(jiān)測技術(shù)及應用
相關(guān)鏈接： 中國安全網(wǎng) 中國質(zhì)量網(wǎng) 中國論文網(wǎng) 中國資訊網(wǎng)
李亮亮1,2，孫立富1,2，劉全楨1,2，李義鵬1,2，張云朋1,2，修德欣1，2
（1．化學品安全控制國家重點實驗室，山東青島266071;
2．中國石油化工股份有限公司青島安全工程研究院，山東青島266071）
摘要：為提高加油站安全作業(yè)水平，分析了卸油、加油過程中油流靜電起電因素和常用檢測方法。根據(jù)高斯定理從理論上探討了通過測量輸油管道內(nèi)中心電位得到油流靜電電荷密度的檢測原理，并基于桿球傳感器以及壓電傳感器技術(shù)設計開發(fā)了油品靜電在線監(jiān)測儀，實現(xiàn)了對加油槍前后、加油機內(nèi)部管線及過濾器油品帶電情況的在線監(jiān)測。測試結(jié)果表明：基于此靜電監(jiān)測技術(shù)，建立加油站油流電荷監(jiān)測與聯(lián)鎖控制措施，可有效避免油品靜電燃爆事故的發(fā)生，保障加油站安全生產(chǎn)。
關(guān)鍵詞：加油站；油流帶電；靜電安全；油流靜電在線監(jiān)測；油品電荷密度
中圖分類號：X937 doi: 10. 11731/j．issn．1673-193x．2016. 01. 025
0 引 言
靜電問題是加油站卸油加油過程中面臨的首要安全風險。近年來，我國汽車行業(yè)發(fā)展迅猛，成品油銷售量大、面廣、交易頻繁，而新設備、新工藝不斷采用．加油站在防靜電設施、技術(shù)措施方面存在的問題日漸突出，油品裝卸過程中的靜電事故時有發(fā)生。2011年1月河北廊坊及2011年12月山東濟南各有一座加油站在卸油過程中發(fā)生靜電火災事故，造成一定經(jīng)濟損失和不良影響。油品銷售企業(yè)若在管輸油流靜電起電突然加大的情況下停止裝卸，就可有效預防靜電燃爆事故的發(fā)生。
加油站對油流靜電的檢測主要集中在帶電油品的靜電電位以及加油槍口油品的電荷密度，檢測方法相對滯后。及時準確地對油品靜電量進行監(jiān)測，是確保加油站安全運營的重要手段。目前，尚無針對加油站作業(yè)過程的油流靜電監(jiān)測手段，因此，有必要開展加油站管輸油品帶電情況的靜電在線監(jiān)測研究工作。
1 加油站油流靜電起電因素
1)加油站油罐車卸油時，油品與卸油管、罐壁以及地罐內(nèi)的雜質(zhì)（水分、鐵銹）等劇烈摩擦、油品中微量的雜質(zhì)在油品中沉降，均會產(chǎn)生靜電，若油品所帶靜電不能及時耗散，就會在埋地儲罐內(nèi)形成靜電積聚。
2)加油站進行加油作業(yè)時，油品在管道內(nèi)流動形成沖流起電；為保證油品質(zhì)量，防止卸油激起的雜質(zhì)進入汽車油箱，精細過濾裝置是加油機必備部件，但濾芯的使用勢必帶來油品帶電量的增加。
3)車輛加油時，油品經(jīng)加油槍口噴出，此時油滴霧化、噴濺帶電。
4)油品與防盜網(wǎng)摩擦帶電。研究表明油品通過帶塑料框架的金屬防盜網(wǎng)，防盜網(wǎng)靜電電位高達-1.91 kV。
2 加油站油流帶電情況常用檢測方法
2.1 油品電位測量
油面電位是指帶電油品流入容器，油面對地的電位差。若此電位差足夠大，就可能發(fā)生油面與油罐、油箱內(nèi)壁等金屬體間的靜電放電，引燃油氣混合物。目前，按照GB 6951 - 1986《輕質(zhì)油品裝油安全油面電位值》對油面電位的測量規(guī)定，一般通過EST202油面電位測量系統(tǒng)，將作為集電電極的絕緣銅球置于被測油面，測試銅球電位就是銅球所在位置的油面電位。EST202油面電位測量系統(tǒng)使用的空心銅球，其直徑約100 mm，同時空心銅球易在油面上浮動，因此，EST202油面電位測量系統(tǒng)不適合測試管道、油箱內(nèi)油品的靜電帶電情況。
2.2 油流電荷體密度測量
利用法拉第筒，可以測量加油站加油槍出口、汽車罐車卸油管等流動油品帶電量的大小和極性。為測量準確，管道口、加油槍口要深入法拉第筒內(nèi)部將油品注入到法拉第筒內(nèi)，同時注油速度不能太快，防止油液噴濺。加油站輸油管道內(nèi)油品處于流動狀態(tài)，利用法拉第筒測試管輸油品的帶電情況很不方便，難以實現(xiàn)對加油站油品帶電情況的實時監(jiān)測。
3 管輸油流靜電監(jiān)測儀設計原理
3.1 管輸油流靜電電荷密度檢測原理
3.2 靜電監(jiān)測儀設計原理
利用壓電陶瓷作為電容器極板材料，可制備壓電陶瓷一金屬雙迭片彎曲型壓電傳感器。壓電陶瓷圓片在外電場的作用下會產(chǎn)生形變而發(fā)生諧振，且諧振頻率f r的經(jīng)驗公式為：
式中：h為壓電陶瓷片厚度；R和E分別是金屬膜片的半徑和材料抗拉壓彈性模量；p為金屬膜片和壓電陶瓷片的復合等效密度；μ為泊松比；K是待定系數(shù)，可通過測試獲得。外電場作用可導致電容值因極板間距變化而變化，產(chǎn)生一個交變振蕩的交變信號。
靜電場中的平板電容電容值C(t)，電容兩極間的電勢差U(t)受待測靜電在其周圍空間產(chǎn)生的電場決定。假設U(t)固定，則電容極板上電荷Q(t)受電容值C(t)的變化而產(chǎn)生微弱電流，電流的大小間接反映了待測靜電的電壓值。
根據(jù)上述壓電陶瓷和交變電容的靜電測量原理，設計油品靜電監(jiān)測儀用于測量輸油管道中心的油品電位。油品監(jiān)測儀結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，整個靜電監(jiān)測儀通過法蘭接入輸油管道，桿球傳感器的直桿部分通過絕緣密封組固定在連接孔上，球頭部分置于管道中央，采集帶電油流帶電信息。壓電陶瓷耦合諧振裝置采集的帶電信息，經(jīng)過放大、轉(zhuǎn)換輸出電流信號并傳輸?shù)较乱患墐x表進行數(shù)據(jù)處理與存儲等。
靜電監(jiān)測儀經(jīng)特殊防爆設計，符合GB 3836.1 -2010《爆炸性環(huán)境第1部分：設備通用要求》和GB3836.4 - 2010《爆炸性環(huán)境第4部分：由本質(zhì)安全型“i”保護的設備》防爆標準要求。
當帶電油品在管道內(nèi)流動時，使管道絕緣的桿球充電，電位逐漸升高，并開始向管壁泄漏。當充電電流等于泄漏電流，桿球電位達到穩(wěn)定值。利用非接觸式的壓電陶瓷耦合諧振裝置，將帶電油品的靜電信息傳輸至監(jiān)測系統(tǒng)的信號處理系統(tǒng)，獲得管輸油品的靜電體電荷密度數(shù)據(jù)。
4 靜電監(jiān)測儀在加油站油流檢測中的應用
4.1 加油槍口前后油流電荷密度檢測
試驗系統(tǒng)：試驗設備包括帶油氣回收功能的靜電監(jiān)測儀、法拉第筒、ME284數(shù)字電荷量表、MLA900電導率儀和溫濕度計等。
測試方法和試驗結(jié)果：加油槍口附近油流電荷密度測試如圖2所示，帶油氣回收功能的靜電監(jiān)測儀（含油氣回收管線），可直接安裝于非Healy螺紋的油氣回收膠管和加油槍之間，測試加油槍前端油流電荷密度；法拉第筒、ME284數(shù)字電荷量表用于測量加油槍口油流電荷密度。利用搭建的試驗系統(tǒng)在某加油站開展試驗：啟動加油機，使用加油槍流速最大檔（流量為40 L/min），油品先后經(jīng)靜電監(jiān)測儀和加油槍進入法拉第筒，記錄靜電監(jiān)測儀穩(wěn)定最大示數(shù)，同時根據(jù)加油機上的加油體積，計算油流的體電荷密度，并測試油流的電導率。試驗油品為93#汽油，測試溫度7.9 0C，相對濕度25. 8%試驗結(jié)果見表1。
利用油品靜電監(jiān)測儀對加油槍前端油由品帶電情況進行現(xiàn)場測試，對比表1中的數(shù)據(jù)可知，靜電監(jiān)測儀測試的油流體電荷密度數(shù)據(jù)均為負值，能從本質(zhì)上反應油品的帶電情況，油流靜電荷密度均在-30μC/m3左右，說明靜電監(jiān)測儀可以完美對油流體電荷密度進行檢測，尤其可以應用于管輸油品的靜電體密度變化的監(jiān)測。靜電監(jiān)測儀測試數(shù)據(jù)在數(shù)值上比法拉第筒測試的體電荷密度數(shù)值略小，這可能與汽油從加油槍口噴出過程中，形成一定量的噴射起電有關(guān)。
4.2 加油機管線油流電荷密度實時監(jiān)測
靜電（在線）監(jiān)測儀的傳感器與驅(qū)動電路實現(xiàn)油品靜電信號的采集，處理后的數(shù)據(jù)經(jīng)無線傳輸?shù)椒⻊掌鹘K端，實現(xiàn)油品體電荷密度的實時監(jiān)測。
過濾器能有效過濾油品中的雜質(zhì)，保證油品質(zhì)量，但油品流經(jīng)加油機過濾器時，油品與濾芯摩擦會造成油品靜電帶電量的增加。因此，將兩臺油品靜電監(jiān)測儀分別安裝在加油機內(nèi)部過濾器前、后兩端（靜電監(jiān)測儀分別標記為1#和2#，如圖3所示），現(xiàn)場檢測油品流過過濾器前后的靜電帶電情況。
圖4是利用靜電監(jiān)測儀對加油機過濾器前端（進油端，1#靜電監(jiān)測儀）和后端（出油端，2#靜電監(jiān)測儀）油品體電荷密度的現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)。A為加油站汽車正常加油階段，當汽車加油時，由于汽油在管道內(nèi)流動，過濾器前后油流體電荷密度均陡然上升并趨于穩(wěn)定；當加油
完成后關(guān)閉加油槍，油品停止流動，油品體電荷密度隨之迅速下降。另外，油品流過加油機過濾器后，油品與普通防水濾芯不斷摩擦，造成油流靜電帶電量高達- 68.6μC／m3，表明濾芯能顯著影響油品的靜電起電特性。B階段，開啟加油槍，靜電監(jiān)測儀示數(shù)立即變化，表
明靜電監(jiān)測儀在監(jiān)測油流靜電帶電情況時表現(xiàn)出極高的靈敏度。
5 結(jié)束語
本文根據(jù)高斯定理從理論上探討了通過測量輸油管道內(nèi)中心電位得到油品電荷密度的基本原理，基于桿球傳感器以及雙迭片彎曲型壓電傳感器靜電測量技術(shù)，設計開發(fā)了油品靜電監(jiān)測儀，首次開展加油站油流靜電在線監(jiān)測技術(shù)應用試驗研究。從靜電監(jiān)測儀在加油站應用結(jié)果看，油品靜電監(jiān)測儀有其突出特點：①監(jiān)測參數(shù)為反映油品帶電本質(zhì)的電荷密度；②受周圍條件的影響較小，可安裝在管道任意位置；③易于實現(xiàn)在線監(jiān)測且靈敏度高。若基于此管輸油流體電荷密度監(jiān)測技術(shù)，建立油流靜電在線監(jiān)測與聯(lián)鎖控制系統(tǒng)，在加油站油流靜電起電突然加大的情況下采取停止裝卸等控制措施，就可有效避免油品靜電燃爆事故的發(fā)生，保障安全生產(chǎn)。因此，該靜電在線監(jiān)測儀，具有很好的推廣價值和應用前景。
下一篇:返回列表
