喷气燃料静电消除技术研究

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摘要： 详细分析了喷气燃料中产生静电的原因，静电引起火灾的条件，讨论了避免静电产生的措施和消除
静电荷的办法，研究了静电消除器的设计方法、材料选择、性能特点和应用注意事项。多年的应用及测试数据证明，自
感应静电消除器能高效地消除喷气燃料输送过程中产生的静电荷，能确保喷气燃料使用中的静电安全。
关键词： 喷气燃料；静电危害；静电消除器

Abstract：The reason for electrostatic generation in petrol，the electricity factor lead to fire，the
method to avoid producing electrostatic and to eliminate electrostatic is discussed by this paper．The
electrostatic eliminator design method，material selection，performance and application caution items is also
studied．Form its application for many years and detected data，eliminating static electricity produced in jet
fuel transportation by self-induction electrostatic eliminator can be concluded．
Key words： jet fuel；electrostatic nuisances；electrostatic eliminator
0 引言
多年来，国内外石油工业的静电事故不断发生，
造成很大的生命、财产损失。许多国家，特别是发达
国家都相继加强了探索喷气燃料静电规律的研究，对
液体带电机理进行了深入的分析，得出初步结论。喷
气燃料在流动、过滤、混合、喷雾、喷射、冲洗、加注、晃
动等情况下，极易产生静电荷，特别是在输送系统中，
泵、过滤器和阀门的大量存在，更进一步加剧了静电
荷的产生⋯。通常情况下，过滤器出口处的静电荷
密度达到350—450 p。C／m”“，远高于30 wC／m’的国
际公认安全标准燃料的使用安全。当静电荷的产生
速度高于静电荷的泄漏速度时，产生的静电荷就会积
聚。通过对静电作为火源引起爆炸和燃烧的必要和
充分条件的分析得知，只要在工艺流程中控制静电产
生、积累和放电的条件，就能有效防止事故的发生。
通常，可以采用向喷气燃料中添加抗静电添加剂及安
装静电缓和器、静电消除器等方法来消除静电。目前
欧美国家普遍采用静电消除器来消除管道中喷气燃
料携带的静电荷，国内石化行业也广泛使用了管道式
静电消除器。高湿度、高盐分的恶劣舰用环境条件和
高速加油，对舰用静电消除器提出了更高的要求。
1 喷气燃料静电产生原理
众所周知，摩擦能产生静电。液态的石油产品与
固体(如管壁、舱壁)或其他液体(如水)及气体接触
时，在交界面上就会出现一层很薄的等量异号的双电
荷，如图1所示。如果油与固体分离(油在管中流
动)，与固体接触的油离子会继续粘附在固体上。而
油层失去一些离子，固体获得一些离子，油液带负电
荷，管壁带正电荷．于是便形成了静电。如果产生分
离电荷的物质具有高绝缘性或低导电率，则会引起电
荷积聚。相对来说，燃料油、水和酒精的导电率高，不
易积聚静电，丽汽油、煤油和苯的导电率低，易积聚静
电。当油液中的静电积聚到一定能避时，会呈火花状
态的电荷跳跃，跨越电场与另一物体的相反电荷复
合，于是所产生的静电火花便成为火源，给入们的生
命、财产造成极大的威胁。
图1 双电荷层模型
Fig．1 Model of electrical double layer
2 静电发生火灾的条件及防止静电起火的基
本措施
2．1 静电发生火灾的条件
喷气燃料蒸气和空气混合，可能形成爆炸性混合
气体，但是只有当暖气燃料蒸气在空气孛处予一定翦
(体积)浓度范围，并遇有足够量的静电放电时，才会
发生爆炸。
2。l。l瀑肄裰貔
油品蒸气在空气中会引起爆炸的最小浓度，称为
爆炸下限，最大浓度称为爆炸上限。上限和下限之间
称为瀑沣区阀。喷气燃耩蒸气的爆炸区下限为
1．O％，爆炸区上限为6．0％。当喷气燃料蒸气浓度
在爆炸区间，遇静电放电则会引起爆炸。
2。l。2静电放电
静电放电在喷气燃料储运工艺中主要有电晕放电
和火花放电2种。电晕放电往往发生在靠近油淹的突
出接地金属与漉箍之闻。蠢于接地金满突出物的馥率
半径小，其尖端积累了很大的电荷密度，使突出物附近
的场强大到足以击穿其附避气体。这种形式豹放电能
量很小，一般不会点燃可燃气体但也可能发展成力火
花放电。火花放电发生在两带电金属之间(自带电或
感应电)，当其嗽麓足够大避，鄹会发生火花敦电。这
种放电能量大，很可能点燃喷气燃料蒸气。点燃喷气
燃料蒸气的最小放电能量约为0．25 mJ。
2。2 防止静毫起火的基本措旄"’
由上町知，喷气燃料燃烧、爆炸要有2方面的条
件：①喷气燃料蒸气浓度要在爆炸区间；②放电能
量太予0。25 mJ。教油库防止静电事教采取盼主要
措施如下。
2．2。1控制油料的流速
喷气燃瓣在输送过程中，因摩擦和搅拌将产生大
量的静电电荷。当喷气燃料流量较小时，在泵内和管
道内所产生的液漉电流接近棚等；但流麓逐濒增加
时，液流电流虽均有上升，但管道内的毫流增加幅度
远远超过泵内的液流电流。圈内外经过实验提出了
喷气燃料管邀流速控制标准。我国规定铁路罐车装
卸油流速控制公式一。为：
秽2D≤0．8。
式中：雷为嵝气燃辩流速，m／s；D为管径，m。
控制加油速度会直接降低加油速度，在紧急情况
下，无法满足快速加油要求。
2。2。2改选装卸涤方式
储油容器包括念属油罐、油罐车、油轮及油箱、油
桶等。储油容器中静电荷大部分产生予喷气燃料进
容器蘸的管道输送系统，其余郝分爨是在装油时产生
的。装油方式大体分为底部装油或称潜流装油；上部
装油或称喷溅装油。前者较为合理，但底部装油也可
能产生巍瞧蔫，特别楚当容器疯部有沉积求或有其德
品种的残余喷气燃料时，也会产生很高的静电电位。
后者更易产生静电，因为当喷气燃料从鹤管或油枪内
高速囔毫时，将因发生液体分离悉产生电荷；当喷气
燃料冲出到容器壁还会造成喷溅飞沫而产生静电。
同时上部装油促进油雾的产生，也易使油气、雾气混
合物达到爆炸浓度藏匿。此外，上部装漓还会使’穗藩
局部电荷集中，容易产生放电。因此，在装油工艺巾，
应尽量采用潜流装油，要控制流速，还要在装油前清
理干净容器。
2．2．3 防止不同闪点的油料混合
正常情况下，在低子其闪点温度下输送唼气燃料
不会发生搴敌。但是，若将这种喷气燃料注入装有低
闪点喷气燃料的容器内，重质油就会吸收轻质油的蒸
气巍减少容器内压力，楚空气甥进入，从薅导致未宠
满液体的空间由原来充满轻质油气体转变为爆炸性
油气与空气的混合物。一旦出现火源，即可引发火灾
爆炸事故。
2．2．4设置惰性气体保护油舱
为防止能引起爆炸的混合气体的形成，设想出最
安全的瀵舱控铡方式，就是兖隋性气体，嫒油舱中气
体含氧量控制在5％以下，这样无法使油气得到助
燃，这是目前最安全的防火措施。当惰性气体含氧壤
小于5％时，霉送行装溜、麴濑、洗舱佟鼗；当孛蓦性气
体含氧量大于8％时，监视仪器发出警报，并自动停
万方数据
第6期专辑刘学民，等：喷气燃料静电消除技术研究·205·
止俸监，戳确保安全。
2．2，5使用抗静电添加荆
抗静电添加剂的作用不是“抗静电”，而是在喷气
燃料内加入微量的多组份金属化合物后，可以成倍地
增秀珏喷气燃料的导泡搴，使其电荷褥不到积聚两又不
影响喷气燃料爨鐾。我国对添搬莠j鹩使用量一般为
l×10“ms／m3。但随着时间的延长抗静电剂效果会
降低。
2．2。6使用静电消除器
静电消除嚣楚一耱离子发生器，是一耪泼产燕离
子来消除静电危鬻的设备。目前常用的静电消除器
有：感应式、高压式、放射性同位索式、启动式及组合
式等。自感应式静电消除器能根据进口静电荷密度
窦适应改变静毫蓊溃除效率，傺涯出曩处的静嗽安
全，最适宜用予暖气燃料中的静魄荷消除，也笼应用
最广泛的油品静电消除设备
2．2．7 减少静电产生的其他方式
喷气燃料灌装时产生的静电大小，不仅取决予装
漓酶流速，还与鹤篱叠位置高低、鹤管瑟形状、鹩饕耪
质等密切相关。通常鹤管口距离罐底100—200 mm。
喷气燃料在管线巾流动时，会因与管路上的弯头和阀
门接触分离而产生静电电荷，故成尽量减少管路上的
弯头程阀门。舅外，还瘟跨止瀵籽巾混入承分泼减少
静电的产生。
静电消除器原理与设计
静电消除器原理如图2掰永，主要由不锈锈外
壳、绝缘内管和消电针3部分缀成。管道内部流动的
带有电荷的喷气燃料和不锈钢外壳之间通过绝缘内
管构成电容。流动的喷气燃料作为1个电极，不锈钢
外壳作为另1个电极，当携带静电翁的喷气燃料在管
遂审滚羹时，在不锈钢外壳的嚏蹙上感应凄褪反极牲
的电荷，由于电荷在曲率半径越小的位置静电荷的密
度越高，因此内壁上的电荷会沿着消电针被注入喷气
燃料中。消电针针尖处的电荷密度最大，附近的呶场
凌最强。当针尖嬷的电场强度增大到足以击穿喷气
燃料时，就会产生放电。放电产整的离子与喷气燃料
中携带的静电荷巾和，不锈钢外壁上多余的同极性电
荷通过接地线流人大地。静电消除器的静电消除效
率与喷气燃料进瓣处的电荷密度关系很大，电穗密度
小时，针尖感应电菏少，静电消除器的静电消除效率
较低；电荷密度越大，针尖感应电荷越多，静电消除效
率也就越高。
图2静电消除器原理示意网
Fig，2 The principle of electrostatic eliminator
3．1 漓毫针
消电针是静电消除器的核心器件，它的性能和排
布方式赢接决定了静电消除器的工作效果。消电针
和喷气燃料之间产生放电，中和喷气燃料中的电荷。
潢电钤约锐稠度决定了起始敖电电藤，隽了保证在持
续放电工作状态下消电针尖端的锐利旋，应选择耐电
腐蚀的材料，一般采用钨等重金属材料，它具有击穿
电压低、耐腐蚀等多种优点。消电针必须要有一个非
常尖的顶部，还要求使予安装，以避免在安装中碰伤
尖端。均匀电场豹试骏表明，将褪糙电极抛光，霹戳
有效提高击穿电压，因此消电针穿过绝缘内管部分应
具有较高的光洁度，以避免此处放电，对绝缘内管造
成损伤。
溺泡铮深入管蠢的长度也是一个燕要参数，如果
消电针伸入绝缘内管的长度过短，放电会在消电针和
绝缘内管之间发生放电，既不能有效消除喷气燃料所
带电荷，又会对内管造成损伤；如果消电针伸入绝缘
痰管懿长度过长，壹予喷气燃糕携带的泡荷主要分布
在贴近篱壁的漓中，净咆荷清除效果就会大打折扣。
消电针布置决定了静电消除器的静电消除效率，
其布置示意图见图3。消电针的交错布置使每1根
针都能有效地感应出静瞧萄，达到击穿电压，实现放
电，产裳麓与喷气燃料巾电荷中和静电荷。在油漉的
带动下放电产生的离子能向下游移动，移动的距离与
油流的速度有关。
3．2绝缘内管
绝缘疼管登须采蹋焘绝缘耪辩，以保证囔气燃辩
与外壳之间的绝缘阻值，才能在消电针尖端积聚足够
多的电荷。由于消电针通过螺纹紧固张外壳上，又通
过绝缘内管的导孔伸入管内喷气燃料巾。因此，如果
绝缘恣管穗羚壳之闻的澎胀系数相豢过太，在温度变
化过犬时，两者之闻就会有相对位移，使消电锌变形
甚至折断，同时容易向管外渗油，发生危险。考虑到
绝缘性能、化学稳定性、尺寸稳定性和袭面光洁度等

图3消电针布鬣示意图
Fig．3 Arrange diagram of electrostatic eliminating needle
因素，一般采用聚乙烯材料，遴过专门工艺加工成型。
3．3密封件
由于喷气燃料具有一定的腐蚀性，且一鼠泄露会
有燃烧和爆炸的危险，密封份一般选择氟橡胶奉|料割
作的0型密封匿，它的耐藕缓性麓较强。
3．4性能特点、注意事项
静电消除器的消电能力随进口电荷密度的增加而
增加，进口电旖密度在宽范溺内变化时，出疆电荷密度
却变讫较，l、，慕本都在：30 p．C／m3懿安全范霞逡。
由于静电消除器出口电荷密度较稳定，因此静电
消除器的安装位置应尽可能接近喷气燃料出口处。一
般情况下不成超过10 m，以避免静电荷的羹新产生。
圭予过滤器、泵、流量计等均蹩主要薛静电产生源，应
将静电消除器立式或卧式装在这些设施以蘑管段。
3．5 消电效果
国内外对静电消除器的实验结果均表明，这种装
置消电效率较离。据报道，史密袈静电消除器可将400
强C／m3的静电璧消除蓟30 p。C／m3黻下，淡魄效率太
于90％。国产的静电消除器经实验表明∞o，流量在
500—2 000 L／min范围内，静电消除器进口电荷密度
在305～810 IxC／m3之间，如嬲电荷密度都在24 lzC／
m3以下，消瞧效率秀93％～97。8％。静电溃除器在使
用过程中，随着沉积物的增加会造成对绝缘层绝缘程
度的破坏，消静电效率会有所下降。我国有关单位曾
对装在飞机加油车上使用1年lO个月的静电消除器
送行监溺，发瑷消电效率没露大鳇变化插3。簸怎一次
测试时，在2 n13／min流量下，电荷密度被控制在11．5
—30斗c／m’之间，消电效率在90％左右。因此每年将
静电消除器内壁清洗一次，就可以保证静电荷消除效
率和静电消除器出日电荷密度的控裁要求。
实践表瞬，使用静电消除器可以有效消除喷气燃
料输送过程中产生的静电荷，确保喷气燃料输送过程
巾的安全。
4 结语
喷气燃料是非导电物质，其体积电阻在lO¨一
l§醛Q范围内，因戴在生产、贮运、加注秘使蕉过纛牵
极易产生静电荷。当积聚到一定程度时，产生的静电
火花可引燃而导致重大灾害。据统计，美国空军从
1966年到1980年间，因喷气燃料静电事故造成飞机
缫燃事故53莛，死亡7久，毁撬7架。我国扶1968
年铡1986年闻，因喷气燃料静电事故引起飞机失火
14起，油罐槽车着火20余次。因此，在预防静电事
故方面，除要加强操作人员防静电意识、提高操作人
员的专韭素质及在喷气燃辩中添加抗静电剂等防静
电措施外，在管路寒端安装静电溺除器也是必不霹少
的措施之一。目前，国内市场上使用的静电消除器在
适应高温、高湿、高盐雾等恶劣环境方面还有一定的
差距，尤其在舰用条{孛下，除满足上述环境条馋外还
共有搬漓速度快的特点。因此，为满足上述的诸多条
件因素，需以国内现有静电消除器技术为基础，同时
借罄国外一些先进技术，研制出照能适应诸多不利环
境条件的静电消除器，以拓宽国内市场，以此来降低
静电事教鲮发生。