航空煤油靜電特性實驗研究

摘要：本論文以RP-5航空煤油為研究，通過設計和搭建模擬加油循環實驗及測量系統，分析相關靜電參數及觀察靜電行為，主要包括燃油流量與靜電電壓的關系，靜電的積累與消散的過程。證實了燃油箱油面電壓及管道沖流電流均與油品流量成正比，有可能為后續研究提供理論和數據參考。

關鍵詞：航空煤油；靜電電位；電荷密度；沖流電流

物質都是由分子構成，分子是由原子構成，原子又由帶正、負電荷的質子構成。在一般狀況下，一個原子的質子數與電子數量相同，正負平衡，所以對外表現出不帶電的現象。電子環繞于原子核周圍，一經外力即脫離軌道。靜電是由物質接觸、感應、介質極化和帶電微粒附著等物理過程而產生，處于一種相對穩定狀態宏觀上暫時停留在某處的電荷。靜電主要引起電場效應，而磁場效應可以忽略不計。為了防止靜電危險源的產生，需要通過各種措施及測量方法來進行對定量分析，除此之外還要結合定性分析，評估靜電危險源的危險程度，以及采取相關預防措施的有效性，分析采取預防措施后危險是否在可接受范圍之內。

本文通過自行設計的實驗裝置模擬航空煤油在管道中輸送之后靜電的積累現象，使用靜電電壓表、液體電導率測試儀、電荷密度測試儀、電容表、溫濕度儀、溫度計等來測量靜電積累與放電過程中的相關參數，通過改變防爆油泵的轉速來控制液體流量，使用聚四氟乙烯來對主要部件之間的絕緣從而實現靜電積累，測得不同流量工況之下的數據，并對進行擬合分析，估計在實驗條件之下不能實現的工況之下靜電電位、電荷密度等變量隨著時間、電導率、流速等因變量數據的變化后果，并結合實際的實驗結果進行危險性分析，最終得出預防措施降低危險水平，減少事故的發生次數，延長事故發生時間間隔。

一、試驗模型的建立

為了評估航空煤油在簡單長管道流動狀態下的靜電誘導、積累特征，為燃油安全使用提供參考依據，本文參考埃索公司石油靜電評估試驗裝置設計了一套燃油循環靜電測試試驗系統，模擬飛機燃油箱大管徑硬管加油過程工況。該系統包括燃油儲存及油面電位測試用燃油箱，燃油運動驅動泵組，以及燃油靜電評估管路及電荷密度測試裝置。

二、實驗結果與討論

對于RP-5燃油分別給出1500L/min、2000L/min、2500L/min流量的代表性燃油表面及管道中心靜電電位隨時間變化曲線，具體如圖1。可以初步看出：不管是油面還是管道中心的電位都呈現同一個趨勢，從一開泵起，電壓值不斷地上升，然后出現小范圍噪聲的波動平穩過程，停泵之后，出現電位值較快的下降并接近零電位平穩，與預計的靜電積累消散模型描述的基本一致。期間雖然油溫、環境溫濕度、電導率變化會對電位產生影響，但并不影響油面電壓的穩定值和最大值并與流量呈現正比的關系；管道中心的電壓穩定值沒有產生較大的變化，這說明管道中心的電荷密度在當前情況之下已經出現了飽和情況。

實驗測試中觀察到：（1）燃料油油面電位與管路系統中心電位在一定流量的范圍內同時為正或者同時為負，但是在一定的條件下管道中心電位會發生電荷翻轉；（2）靜電誘導過程的極性變化：就積極角度看，這種“電位翻轉”過程對控制燃油應用過程中的總體靜電水平還是有利的，負性電位說明液體得電子，正電位說明液體在失去電子，實際工程中如果可以重現這種過程，負電位的危險性便可以得到降低。

三、結語

靜電是一個在生產生活之中經常出現的物理現象，靜電危害的控制離不開跨接、接地、屏蔽、添加抗靜電劑。作者經過對實驗設備系統的安裝搭建，子系統的改進，傳感器的設計，實驗工況的控制，數據的測量及處理等過程得出以下結論：（1）油面靜電穩定電位隨著流量上升而上升，油面電位的積累主要來自于管道不斷地沖體處于紊流狀態會導致R增大；刷、攪拌過程帶來的靜電，于此同時，桶體不斷地向外界漏電，這是一個類似“動態平衡”的過程；（2）管道沖流電流與油品流速成正比關系。低流速時電流值比較低，管道沒有泄漏太多電荷，當流速漸漸提高的時候，管道達到了更高的泄漏電位水平，因而沖流電流小于飽和電流值；（3）通過對比積累和消散時間常數，靜電積累的速率比消散慢，液體內部靜電消散比表面靜電消散速率慢。由時間常數τ=RC解釋來說，系統電容C不會產生較大變化，而對于電阻率R，則會因為流動變化過程中，液體中會混入氣泡，所以開泵時靜電積累比停泵之后靜電消散慢。

參考文獻：

李勇武，劉尚合等.工業靜電與雷電防護手冊[M].北京：中國石化出版社，2016（06）.

菅義夫.靜電手冊[M].北京：科學出版社，2010，（09）.

蔣耀庭，潘麗娜.油品靜電評價及防護對策[J].海軍航空工程學院學報，2011，（06）：683-686.

孫志強.油品在油罐車運輸中靜電放電的防治研究[D].上海海事大學，2011，（01）.

羅志會.飛機空中加油設備分析研究[J].航空科學技術，2013，（06）：10-13.

韓婷婷.基于介電常數的電容式油品傳感器設計[D].江蘇：南京理工大學，2015，（10）.

李小月，吳鋒，劉德俊，高吉慶.大型油罐入口管油品防靜電安全流速的確定[J].當代化工，2014，（01）：146-148.

田強，周紹騎，劉凱.管輸油品靜電測量方法研究[J].中國儲運，2011，（06）：121-122.