GB 6951-86轻质油品装油安全油面电位值 |
Safe surface voltage of light fuel oil in tank filling operation 国家标准局1986-10-09发布, 1987-09-01实施 本标准规定了汽油、煤油、柴油等轻质油品装入油罐、铁路槽车、油罐汽车等金属容 器时的安全油面电位值。 本标准不适用于金属容器内上部空间或油面上悬有任何对地绝缘的导体、金属容 器内存在任何固体绝缘物体及油面上含有氢气成分的情况。 1 定义 1.1 油面电位 轻质油品在输送过程中，由于与管壁及过滤器等摩擦而产生的静电荷，随油品流 入容器内，使油品对地产生电位差，油面对地的电位差称之为油面电位。 1.2 ..大油面电位 油品装入金属容器内，油面电容..小部位的电位为..大油面电位。 1.3 安全油面电位 当..大油面电位不大于安全油面电位值时，为安全油面电位。该电位即使发生油 面对地放电也不会使在爆炸浓度范围内油气与空气混合物引燃或爆炸。 2 安全油面电位值 安全油面电位值为12000V。 3 油面电位测量方法 3.1 原理 本方法系将一绝缘铜球置于被测油面，作为集电电极。当铜球及其测试系统的对 地绝缘电阻大于10＾（14）Ω以及对地电容小于100pF时，测得的铜球电位就是铜球 所在位置的油面电位。 3.2 仪器设备 3.2.1 超高阻计：绝缘电阻测量范围为1×10＾（7）--10＾（15）Ω，误差不超 过±10%。 3.2.2 小电容测量仪：测量范围为1－100pF,误差小于±1%×读值。 3.2.3 电导率测量仪：..小可测1pS/m，误差不大于满度值的±5%。 3.2.4 静电电位计：输入阻抗大于1014Ω，输入电容小于20pF，误差不大 于满度值的±5%。 3.2.5 铜球：直径为90mm、表面光滑(镀铬或银)、内部空心的铜球。中心部位有 一直径为8mm的直孔。 3.2.6 尼龙绳：直径5mm左右，表面绝缘电阻大于10＾（12）Ω/cm。 3.2.7 铅锤：重量等于5.5－6.5kg。 3.2.8 聚四氟乙烯环：外圆直径为40mm，内孔直径为20mm，厚10mm3个。 3.2.9 绝缘杆：木杆中部缠绕20cm宽的聚四氟乙烯薄膜，距杆中心5－10cm处设有 一直径约为10mm的圆孔，并在孔内装入一个壁厚约2mm，直径约4mm的聚四氟乙烯管作 为引出焊在铜球上的测量导线用。 3.2.10 聚四氟乙烯滑轮：直径80mm，厚15mm，槽深10mm，槽宽5mm。轮的中心， 有一直径6mm圆孔。 3.2.11 平衡锤：重量为0.6kg左右。 3.2.12 聚氯乙烯绝缘铜导线。 3.3 试剂 无水乙醇或丙酮。 3.4 测量前准备及设备组装 3.4.1 将聚氯乙烯绝缘铜导线与铜球焊牢，并为了减轻导线焊接处所受拉力，将导 线紧固在铜球的焊架上)。 3.4.2 零部件清洗：尼龙绳、聚四氟乙烯环及滑轮等一切绝缘部件，用无水 乙醇清洗2－3次，晾干后使用。其他部件如铅锤、铜球等也需保持清洁。 3.4.3 将穿过铜球中心直孔内的尼龙绳，在容器的上、下部固定。 3.4.4 将铜球上引出的导线与静电电位计输入端相接，并在导线上挂上平衡锤 。 3.5 测量前的检验 3.5.1 设备安装完毕后，检查测量系统的对地绝缘电阻R及对地电容C，使 R≥10＾（13）Ω，C≤100pF。若不符合要求则重复3.4.2进行清洗，或调整导线 位置，直到满足要求。 3.5.2 测量绝缘液体电导率。 3.5.3 记录环境温度和相对湿度。 3.6 测量步骤 3.6.1 接通静电电位计电源，校准零位。 3.6.2 将被测油料输入容器内，待铜球接触油面后，即可开始测量并记录读数。即 可相隔数十秒或当电位出现明显变化时，记取自油料输入容器起的时间及其相应的电 位值。 3.7 测量报告包括下列内容。 a. 环境温度、相对湿度。 b. 被测容器容积及高度。 c. 液体静止电导率。 d. 铜球浮在空气中的对地绝缘电阻R及对地电容C。 e. 油面电位取其..大值。 《轻质油品装油安全油面电位值》 编制说明 一、制订目的和任务来源 1. 制订目的 轻质油品均属绝缘液体，在其输送、灌装过程中，由于与油泵、管壁、过滤器等 摩擦，产生并积聚静电荷，随油流进各种接收容器内，使油面对地产生电位差。当油 面电位高到一定值，便会对地发生静电放电，以致在可燃气适合时发生爆炸。但到底 多高油面电位会构成危险?又应限制在什么数值才能保证安全，这是目前国内外都需解 决，且已进行了长期研究尚未有结论的课题。一旦确定了安全油面电位值以后，就可 以为流速、管径、过滤器安装的距离，以及装油操作的要求等，提供设计和科学管理 依据，为防止静电事故发挥积极作用。这就是我们编制此标准的目的。同时有了此标 准，就能进一步确定油料的安全电荷密度界限并为配置相应的自动监控装置创造条件。 2. 任务来源 本任务由国家劳动人事部提出，列入国家标准制订计划(1982－1985年)。 二、制订标准主导思想 我们制订的主导思想是，对于已有国际标准并与我国国情相符的可直接采用。对 尚未有国际标准而有美国、英国、联邦德国、日本等先进工业国家的国家标准，也可 积极引入结合我国国情参照采用。对国外尚未有国际及国家标准的，则可参考国外研 究成果及国内试验结果，以及结合我国国情来制订我国国家标准。 我们制订的轻质油品装油安全油面电位值国家标准，是属于..后一种情况。同时 要求规定的电位数值不仅要能充分保证安全，而且要切实可行。三、有关国内外资料 的简要情况 1. 国外历年来有关油面放电及引燃试验的研究情况 国外对上述试验已进行了数十年，目前仍在进行，前期的试验重点在油面静电放 电的特性和条件，70年代后开始作油面放电引燃性试验，但对引燃电位的试验结果差 别较大，尚未有一致的认识，其主要代表性资料见下表。 ━━━━━━━━━━━━━━━━━┯━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 论著名称，发表日期，作者姓名及国别│ 主 要 论 点 《如何控制商业油罐的静电》1957年 │当液面有波浪时，油面的曲率较大，此时 W.M.Busfin等。荷兰 │油面电位达到18KV时，就会发生放电。 │ 《对静电提出一个新观点》1963年 │用不同形状的接地电极，试验了油面放电的 Lawrence Wright等。美国 │特点，重点研究油面放电电位，认为..低的 │油面放电电位要大于20kV 《油面的静电放电》1967年 │油面与接地金属电极间的放电有三种形式、 J.T.Leonard等。美国 │针形电极为电晕放电，60°的锥尖可能发 │生能量较大的火花放电，直径为1/4in。以 │上的球电极为刷形放电。 《从油料的电气性能谈安全装油》 │试验证明，油面电位至少要20kV，才能在离油 1968年W.L.Bulkley and l. Gins │面1in。以上的间隙中发生放电，而且刚开始 burgh 美国 │放电的能量很小，要有更大的能量才能引燃。 《关于带电油面放电的能量》 │1970年森田曲豆日本当油面电位在30kV以上，放 │电能量就大于0.2mJ，若油料的电导率不同，则 │电导率高的油料，放电能量较大。 《防止汽车、铁路槽车装油时的静电危│可用电位或电场两种参数来确定安全界限。 险》1975年，H.Strauson and A.R │对于带电液体，大体上要到45kV才能点燃 .Lyle 美国 │可燃气与空气的混合物。 《罐车安全灌装规定——评价静电危险│不同大小的接地球形电极，有不同的开始放电 的理论及实验研究》1977年H.kramer │电位。对于某一种可燃气，可定出临界半径， 等。 联邦德国 │小于此值就不产生引燃性放电，对烃类可燃气， │其临界值是5－7mm。此时相应的油面电位约40kV。 │ 《带电液面与金属电极间放电对蒸气及│当油面上全部是蒸气时，放电的电荷转移量达 液滴的引燃性》1977年J.K.Johnson │0.1μC时可引燃；当油面上65%空间为液滴时， 英国 │电荷转移达1μC可引燃；而当95%空间为液滴 │时，电荷转移量达2μC才能引燃。 《带电油面静电放电的引燃性》1979年│对接地的不同直径的球电极及椭圆电极进行引 H.Kramer、K.Asano 联邦德国、日本│燃性试验。引燃时的放电电荷转移量通常在 │0.1μC左右，其对应于球电极的油面电位为 │58kV。椭圆电极的电位为62kV。 《油罐顶部装油和铁路槽车装油中流速│试验油面放电对丙烷气的引燃性。结果表明 的安全极限值》1981年W.D.Rees 英国│负电位在25kV能引燃，正电位高达80kV尚未 │引燃，在有利条件下放电电荷转移为75μC时 │可引燃。 《液体与金属间的放电特性》1982年 │在同样电位条件下，负油面放电电荷转移量比 L.G.Britton and T.J.Williams英国 │正油面时要大一个数量级。负电位在25kV以上 │可以引燃丙烷气。 ━━━━━━━━━━━━━━━━━┷━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 2. 国内外有关测量油面静电电位方法的情况 (1) 1972年北京劳保所和沈阳消防所，曾在汽车罐车装油静电专项试验中对油面 电位测量电极的形状和尺寸作了反复试验，..后认为用直径9cm的空心球电极较为合理。 因为球电极可以免除静电荷向尖端积聚带来的误差，同时也有利于随着油面上升而保 持浮在油面。此后又在各装油现场进行反复测试，也证明此项方法既方便又稳定，并 在一次用记录器测量装油中油面电位时，看到记录器可以将脉动变化的油面电位迅速 表示出来，说明此方法是相当灵敏的。 (2) 美国自1961年开始采用，一直沿用到现在。并在有关报导中指出，罐车在装 油过程中使用探极法测量油面电位，具有方法简单，可用来测出局部油面电位，在充 满油雾的地方也可使用等优点。 (3) 日本也一直采用浮球法测油面电位，并对此作了论证研究。如在1973年日本 电气学会杂志刊登的“流动带电时绝缘液体中的电位和电荷”一文中指出：“在带电 绝缘液体中，放置一个导体球，由球电位和漏电电流的关系可求得液体中放置球位置 处的液体真电位……。即当球电极漏电流为零时的球电位，就是球位置处的液面真电 位”。 在实际测量中要做到球电极测量系统对地电阻为无穷大，使漏电电流为零是做不 到的。一般轻质油料的电阻率为10＾（10）--10＾（12）Ω·m，测量系统的对地电 阻可以达到10＾（10）--10＾（12）Ω。因此测得球电位可能比油面实际电位低10%。 要求测量系统的对地电容小于100pF，其目的是使测量系统有较好的反应灵敏度， 能随着油面电位变化而相应变化，一般情况是不难达到的。 3. 国内装油静电实测概况 在对各类装油油面电位进行广泛现场实际测量之前，首先通过试验确定了采用直 径为9cm的空心铜球作为测量装油全过程中收集油面电位的电极和有关的测量方法。然 后在全国北方到南方各炼油厂和其他装油单位，对装油过程中的油面电位作了实际测 量。其内容包括各种不同条件如鹤管直径从63－200mm，各型铁路罐车和汽车罐车，汽、 煤、柴等不同油种以及不同的装置和气象等累计约100多次，取得了较为充分的实际数 据。归纳起来其基本情况是测得的油面..高电位大部分在10000V左右及以下，汽车罐 车一般比铁路罐车小，只有个别场所有超过20000V的。经分析其原因主要是航空煤油 用的精细过滤器装设在装油站台上离鹤管出口过近，或者鹤管口径较大(200mm)且其 流速比国外推荐的油料流速参考标准超过很多。 4. 在发生着火爆炸事故条件下的现场实测情况 1974年在某机场，当向油罐汽车内灌装航空煤油时发生着火。事后在同样油料同 样条件下测得油料带负电，油面电位在-28000V时即不断出现放电现象，因此油面电 位不再增大。 1976年某炼油厂在向铁路罐车罐装柴油时(罐车内遗留有一些未卸清的汽油)，两 天内在同样条件下连续发生两起爆炸事故，事后按照事故时的同样情况测得..大油面 电位为-28000V左右时也出现放电现象，表针指针有大幅度摆动，并有放电声响。 5. 国内油面放电实验室试验情况 由于实验室内的放电引燃试验国外资料较多，但其所得结果差别较多，因而我们 对试验设备和测试方法都作了认真的分析和比较，特别注意考虑了由于放电电极的出 现，可使其下方相应位置的原来油面电位有明显下降的实际情况，在实验中对锥形和 直径为3mm至50mm的球形放电电极作了系统的测试，用波形法计测放电的电量和能量， 并按不同放电电极的尺寸在各种油面电位下发生放电时的放电电量关系绘制了相应的 曲线群。再根据此曲线群绘出其总外包曲线，这总外包线就是试验所取得的..大 放电电量曲线。从目前基本公认的对油料蒸汽可以引燃的..小放电电量为0.1μC，在 曲线上查得对应的..低油面引燃电位为23000V，今若进一步按10倍安全系数的要求， 即以0.01μC放电电量来确定安全油面电位，则从同一曲线上查得其相应的电位为 13000V。今若按其1/10放电能量(安全系数为10)，即为0.016μC放电电量来确定安全 油面电位，则从同一曲线上查得其相应的电位为13kV。 四、安全油面电位值的确定 安全油面电位值，即当..大油面电位不大于此数值时，即使发生油面对地放电也 不会使在爆炸浓度范围内的油气与空气混合物引燃或爆炸。据上述资料与介绍，引燃 油气的..小放电电量为0.1μC，其相应油面电位为23KV，今若按其1/10放电能量(安 全系数为10)，即以0.016μC放电电量来确定安全油面电位，在曲线上查得其值为13 kV，此外又综合分析补充考虑了在实际测量中可能引进的误差以及初次确定安全标准 还是从严掌握较好，因而提出了以12kV作为装油安全油面电位值。 虽然正极性的油面电位在很高数值时仍未发生引燃，但因为油料的静电极性是可 能变化的，目前尚不能人为控制，因此不区别其极性。 以上所提安全油面电位值与现场不同条件下测得的实际装油电位比较，绝大部分 是低于此项规定值，个别由个设计上的某些问题有超过此规定值的，要设法改进也并 不困难，因此此项标准是切合实际的。 五、标准内容的补充说明 1. 对于非金属容器，金属容器内部存在对地绝缘的导体或其他固体绝缘体时，发 生放电的条件就有变化，因此本标准就不适用。 2. ..大油面电位可理解为油面电容..小部位的电位，也就是油面离接地金属体较 远的部位。 3. 进行油面电位实际测量时，环境湿度会有影响。虽湿度一般不会直接影响油料 的起电，但对测量系统的绝缘性能可能有所影响，所以一般不宜在湿度较大时进行。 4. 在现场测量时，测量系统可能带有较高的电位(数千至1万伏以上)，因此该系 统与地和其他人体物体等应保持较大的距离，这样既可减少测量系统的电容，又能防 止发生接地短路等意外事件。 5. 由于油面静电的数值与许多因素有关，为了使测量结果能反映被测装置上可能 出现的较高起电水平，因而在测量时应将有关的可控条件，控制在起电较大的状态， 如流速等。 |
