原油装车作业静电危害预防装置研究 本文关键词：装车，作业，原油，静电，装置
原油装车作业静电危害预防装置研究 本文简介：【摘要】针对拉油井场原油装车作业存在静电危害及造成罐车燃爆事故的风险特点，为了预防装油时发生静电危害，通过设计防静电预警系统，控制鹤管内原油的平均流速来实现静电危害预防。【关键词】罐车；装油；防静电；预警系统1预警系统设计背景在原油转运作业时静电危害多发生在装油过程，这是由于装油时空罐内残留轻烃组分
原油装车作业静电危害预防装置研究 本文内容：
【摘要】针对拉油井场原油装车作业存在静电危害及造成罐车燃爆事故的风险特点，为了预防装油时发生静电危害，通过设计防静电预警系统，控制鹤管内原油的平均流速来实现静电危害预防。
【关键词】罐车；装油；防静电；预警系统
1预警系统设计背景
在原油转运作业时静电危害多发生在装油过程，这是由于装油时空罐内残留轻烃组分混合物、如果产生的静电不能及时释放，在罐内的原油液面处积聚形成高电位放电就会引发罐车燃爆事故。为了预防装油时发生静电危害，设计出防静电预警系统，利用感应式管道静电消除器中和掉部分流动电荷，使用流速仪、静电仪对装油鹤管内平均流速、拉运罐车壁电位差、原油液面电位进行监测并实时反馈给远程参数控制系统，通过与阈值进行比较输出控制信号来调节电磁阀的开度，从而改变鹤管内的平均流速，实现自动装油过程的静电危害预警。
2预警系统结构组成
防静电预警系统由3部分组成，包括静电量消除系统、静电位反馈系统和静电参数控制系统，如图1。
2.1静电量消除系统
静电量消除系统主要是控制鹤管内原油流动时静电荷的产生、疏导和中和，并实时接收、执行静电参数控制系统输出的指令，由添加的油溶性抗静电剂、改变鹤管内原油平均流速的电磁阀、流速仪及感应式管道静电消除器组成。抗静电剂增加原油的导电率使其内部产生的电荷及时通过接地进行疏导，增大静电释放速率；流速仪将测量参数反馈给控制系统进行判断，输出指令调节电磁阀的开度，保证鹤管内的装油速度始终低于安全临界值，减小静电生成速率；当流动电荷随着原油流经管道式静电消除器时，由于静电感应使消除器携带足量的电荷，放电针进行电晕放电中和掉原油中极性相反的电荷。
2.2静电位反馈系统
静电位反馈系统主要是监测罐体壁电位、罐内原油液面电位的变化，并实时反馈给参数控制系统，通过与临界安全电位比较向电磁阀输出紧急关断信号，实现装油过程的预警处理，由绝缘导线、电极板、探头、静电仪及反馈电路组成。罐体壁电位测试是为了实时判断外接地在装油过程中是否良好，保证静电及时疏导至大地。静电仪a测试的电极板接地并通过导线与罐体外壁一点连接，静电仪b测试的电极板与罐体外壁另一点连接，两点通过罐车壁连通，判断Ua与Ub的电位差是否为零可以得到接地是否良好。罐内原油液面电位测试是为了实时判断气液接触界面上积聚的静电位是否达到击穿气相空间中轻烃混合组分的临界值。根据漂浮在液面上的导体与液面携带电位大致相同的原理，放入一个空心铜球，通过绝缘软导线与电极板相连，静电仪c的测量值Uc就可以大致反映装油时铜球附近的原油液面电位。测量原油液面电位的空心铜球要求其体积与罐体容积相比足够小、表面光滑度高避免尖端放电；测量过程中空心铜球既不能距离罐体内壁太近也不能脱离液面，否则会引发第二、三类放电。
2.3静电参数控制系统
静电参数控制系统是防静电预警系统的信号处理模块，一方面接受来自流速仪、静电仪反馈的参数信号，另一方面将实时变化的参数与相应的阈值进行比较向电磁阀输出指令改变阀门的开度。电磁阀开度的调整引起鹤管内平均流速的变化，进而改变静电生成速率，这就使流速仪、静电仪输出的信号不断发生变化，促使控制系统及时修正指令，这种信号循环反馈回路能够实时保证自动装油预警系统处于安全运行状态。
3预警系统工作原理
陇东油田装油作业时以储油罐内原油的自重为动力，随着液面下降原油的重力势能减小，则鹤管内平均流速最大值出现在装油的初始时刻，GB6950-2001中规定灌装速度低于4.5m/s。接地良好的罐体壁，其电位与大地相同，Uab应当为零。罐车内气相空间中混合轻烃组分的击穿电压较低，则Uc应当低于5kV原油液面安全电位。
3.1装油初速度计算
装油鹤管内的流速随着储油罐内原油液面的变化而变化，当确定速度计算公式后根据储罐内液面初高度就可以计算出最大流速。为此作如下假设：电磁阀完全开启；忽略鹤管的沿程损失和局部损失；储油罐中原油的重力势能转化为鹤管内原油的动能。根据能量守恒定律，当电磁阀完全打开时，鹤管内的平均流速可表示为：v=2mgh/m0（1）式中，m—储油罐内的原油质量；h—储油罐内原油液面高度；g—重力加速度；m0—鹤管完全充满状态下的原油质量。引入原油密度ρ和储油罐、鹤管的几何尺寸，式（1）可转化为：（2）式中，S—储油罐的底面积；L—鹤管的长度；d—鹤管的内径。当容器的几何尺寸一定时，鹤管的平均流速与储油罐的液面高度成正比，因此初液面高度h0对应的流速最大，可表示为：（3）静电参数控制模块正是根据式（3）计算出装油鹤管初速度输出判断信号，若小于4.5m/s则完全开启电磁阀进行装油，若大于4.5m/s则调节电磁阀的开度，提高阀门处的局部流速使管路平均流速降至4.5m/s以下。
3.2罐体壁电位控制
装油作业时罐体外壁必须良好接地，否则参数控制模块拒绝向电磁阀发出开启指令，即使装油前接地良好，但如果在装油过程中由于罐车振动或人为操作也会造成虚接地，参数控制模块直接向电磁阀发出关闭指令，停止装油作业。具体指令如下：（1）装油前当罐体壁两点的电位差Uab=0时，说明罐车已经接地，罐体壁电位为零，与大地电位相同，此时拉运罐车接地良好，可以开启电磁阀进行装油作业。（2）装油过程中当罐体壁两点的电位差Uab0时，说明操作过程中出现虚接地现象，罐体壁的静电荷不能及时导入大地，参数控制系统发出预警信号，直接关断电磁阀，停止装油作业。
3.3原油液面电位控制
经过静电消除系统进入罐体内部的原油依然携带部分外来电荷，以及水珠沉降、气泡上升产生的再生电荷，共同向原油液面汇聚形成高电位，并随着时间增加逐渐上升，逼近或超过原油液面临界安全电位，可能造成重大静电危害。因此，在线监测并向参数控制模块实时反馈罐体内原油液面电位Uc，并与临界安全电位5kV比较输出电磁阀紧急关闭指令是预防静电事故的有效手段。基于电位反馈防静电预警系统控制原理，如图2。由图2可知，防静电预警系统控制指令分3层，第一优先级由罐体壁电位差Uab控制，作为电磁阀开启的钥匙；在系统运行初期由流速v控制，调节电磁阀的开度；随着罐内原油量增加，到装油作业后期液面积聚大量外来电荷与再生电荷，系统进入原油液面电位Uc控制阶段，若Uc＞5kV则输出预警信号，关闭电磁阀，停止装油作业，静置一段时间使Uc≤5kV后再重启自动装油系统。
4几点认识
（1）装油作业中静电带电途径有4种，放电途径有3种；与固体之间的偶电层理论相比，原油与容器壁之间的偶电层由固定层和扩散层构成，当原油与容器壁相对运动时，滑动不是直接发生在容器壁上，而是发生在固定层和扩散层之间的滑动面上，只有扩散层内的电荷随原油进入罐车内部。（2）偶电层厚度不仅与介电常数和温度有关，而且还与离子价和离子在均匀分布状态下的平均浓度有关。同质原油离子浓度越大、离子价越高偶电层越薄，不同原油介电常数越小偶电层越薄；偶电层内电位分布规律为容器壁接触界面处最高，随着与接触界面之间距离的增加呈指数规律衰减。（3）鹤管内原油流动时的冲流电流大小由原油流态、偶电层厚度、紊流边界层厚度决定。层流时与平均流速成正比，与鹤管直径无关；不太强紊流时与平均流速的1.75次方成比例，与鹤管直径的0.75次方成比例；强紊流时与平均流速的1.875次方成比例，与鹤管直径的0.875次方成比例，因此控制流速是防止流动起电的首要措施。（4）罐体内原油静电释放的能量与原油放电前的电位U1、一次性释放的电荷量Q1成正比。曲率半径越大，一次性释放的电荷量Q1越多，放电电位U1越高，静电释放的能量越大；带电电位U1相同的前提下，带负电的油面释放的能量高于带正电的油面释放的能量。（5）静电事故发生必须具备两个条件，一是气相空间积聚的混合轻烃组分浓度处于爆炸极限之内，二是静电释放的能量达到混合轻烃组分的最小点火能0.2mJ；为了预防静电事故，必须防止罐体内爆炸性混合气体富集，控制原油运动过程中静电荷生成，预防游离的静电荷在罐体内积聚。（6）对鹤管内平均流速、拉运罐车壁电位差、原油液面电位3个参数进行实时监控并根据反馈信号控制电磁阀的启停，设计出一套防静电预警系统，该系统主要由静电量消除系统、静电位反馈系统和静电参数控制系统组成。
5结束语
原油拉运过程中装车作业是一个非常危险的环节，但只要采取的静电防护措施正确，操作规范，就可以将火灾爆炸危险性降到最小。随着科技进步，安全性能更加完善的装油装置及防静电技术不断应用于油气生产过程中，这种危险会越来越小。
作者：张志强 刘沛华 赵鹏飞 徐雅頔 单位：长庆油田分公司安全环保监督部 长庆油田分公司油气工艺研
原油装车作业静电危害预防装置研究 来源：网络整理
免责声明：本文仅限学习分享，如产生版权问题，请联系我们及时删除。
