車用乙醇汽油儲運靜電危險性分析及防護重點*

孫立富，劉全楨，秦國明，趙清山，李亮亮，李義鵬

(1.中國石化青島安全工程研究院化學品安全控制國家重點實驗室，山東青島 2661002.中國石化山東石油分公司，山東濟南 2500143.中海油山東銷售有限公司，山東青島 266061)

0 引言

車用乙醇汽油是通過變性燃料乙醇與汽油組分油調合而成的內燃機燃料。中國自2001年起，先后有11個省份試點應用了車用乙醇汽油并取得良好應用效果。然而，車用乙醇汽油在調合、灌裝及使用過程中存在靜電放電引燃風險，如江蘇、河北等地先后發生多起向油罐車灌裝乙醇汽油時靜電放電引燃事故[1,2]。為了避免事故發生，原國家安全生產監督管理總局于2013年發布了AQ 3045《車用乙醇汽油儲運安全規范》。為進一步優化能源結構、改善生態環境，2017年9月，國家發展改革委、國家能源局、財政部等十五部門聯合印發了《關于擴大生物燃料乙醇生產和推廣使用車用乙醇汽油的實施方案》。根據方案，到2020年，全國范圍內將基本實現車用乙醇汽油全覆蓋。本文對有關靜電燃爆的重點參數進行探討，明確車用乙醇汽油儲運過程靜電風險，對保障車用乙醇汽油的推廣應用安全具有重要意義。

1 靜電燃爆重點參數

1.1 火災危險性

根據GB 18351-2017《車用乙醇汽油》規定，我國使用的乙醇汽油中變性燃料乙醇體積分數含量為10%(E10)，其中組分油與燃料乙醇在罐車裝車時在管道中完成二者的調合。

乙醇汽油及汽油爆炸極限的測試結果見表1，該測試結果是在(32±1)℃條件下取得的。乙醇汽油由于乙醇加入量較少，與汽油相比，其爆炸極限、引燃溫度、閃點等火災爆炸危險性參數沒有明顯變化。從已研究結果看，車用乙醇汽油作為燃料乙醇與組分油的混合物，其火災危險性分類為甲類，其危險性參數接近于汽油[3]。因此，車用乙醇汽油油庫、加油站的庫(站)址選擇、總平面布置、罐區、裝卸設施、消防設施和電氣裝置的設計間接引用GB 50074-2014《石油庫設計規范》、GB 50156-2012《汽車加油加氣站設計與施工規范》的各項條款。

表1 不同汽油爆炸極限測試結果

1.2 蒸氣壓、水分和雜質

爆炸性氣體環境的形成與液體蒸氣壓的高低有關，API RP 2003《防止靜電、閃電和雜散電流引燃的措施》對防靜電燃爆措施作了較為明確的規定。變性燃料乙醇的蒸氣壓為18 kPa，但加入汽油后汽油蒸氣壓增加。當加入7.7%變性燃料乙醇后，汽油蒸氣壓增加了4.8 kPa[4]。

水分和雜質的含量對油品靜電起電特性影響很大。一般來說，當混入的水分在1%～5%時油品較容易帶電。水不是直接與油品作用增加靜電，而是通過對油品內所含雜質的作用起間接的影響。由于輕質油品中水的溶解能力很低，一般低于300 μg/g，因此水易于從汽油中分離，導致乙醇汽油分層現象。在組分汽油中加入10%變性燃料乙醇后，乙醇與水完全互溶，與汽油部分互溶，因此在水、乙醇、汽油同時存在時，將形成三元體系。乙醇汽油吸水性顯著增加，試驗結果表明，裝有乙醇汽油的容器敞口放置48 h后，其含水量將增加1倍；如果環境溫度降低，將很快出現水雜與汽油的相分離[5]。

基于以上原因，變性燃料乙醇、車用乙醇汽油調合組分油、車用乙醇汽油的蒸氣壓、水分和雜質含量應符合相關國標標準并要求對其進行定期檢測，不符合要求應采取相應措施。

2 油庫儲存、調合、裝卸過程靜電危險性及防護重點

2.1 儲存

車用乙醇汽油的生產主要包括調合和灌裝2個工藝流程，管道中調合后直接通過鶴管灌裝入汽車罐車，并送往各加油站使用[5,6]。因此，油庫僅儲存變性燃料乙醇和調合組分油。

基于防水等要求，變性燃料乙醇和調合組分油應采用內浮頂罐儲存，新建或改建儲罐應保證罐底坡向排水孔，而且人孔、量油孔結構應進行防滲漏試驗。

根據防靜電常規要求，儲罐內壁應光滑，罐內不應存在易引起放電的突出物和未接地的浮動物。

2.2 調合

車用乙醇汽油的調合方式一般有噴濺調合、罐車調合和管線調合3種[6]。我國目前采用管線調合方式，即調合組分油和變性燃料乙醇在管線中(混合器)完成調合。該工藝使油品裝車靜電燃爆事故明顯增多,為了找出事故原因，對河北某油庫乙醇汽油裝車過程中油品靜電起電量進行了測試，結果見圖1[1]。

圖1 某乙醇汽油灌裝過程中油品靜電量測試數據

測試過程中，總裝車時間28 min(約1 035 L/min)，經計算平均流速為3.44 m/s。在裝車過程中，從7 650 L到8 200 L，用了30 s，平均流速為3.65 m/s，從10 170 L到10 690 L用了30 s，平均流速為3.45 m/s，說明裝油速度是基本均勻的。裝車過程調合組分油和變性燃料乙醇不是同時結束，后者比前者早4～5 min，變性燃料乙醇剛加完時電荷密度突然增大，達到峰值20 μC/m3。

通過對裝車過程的多次測試發現，調合組分油和變性燃料乙醇如果不是同時結束，后者比前者早幾分鐘，變性燃料乙醇剛加完時油品電荷密度會突然增大。這可能源于乙醇汽油灌裝作業中，變性燃料乙醇剛加完時，少量變性燃料乙醇以雜質的性質出現，即變性乙醇與組分油調配的不同步性導致汽油中乙醇含量波動加大了油品靜電起電量[9]。為此，乙醇汽油調合過程應連續、均勻和穩定。另外，乙醇汽油調合是通過車用乙醇汽油混合器實現的，這就要求其結構應有防靜電措施。

2.3 裝卸

設施方面，特別要求裝卸棧臺應設置防雨設施，并按GB 13348-2009《液體石油產品靜電安全規程》及SHQ 003-2001《〈石油庫設計規范〉車用乙醇汽油調合設施補充規定》要求裝卸車，鶴管、管道、罐車應跨接和接地，并采用帶有報警功能的防爆型靜電接地裝置等。

為保證乙醇汽油灌裝作業安全，根據GB 13348要求，乙醇汽油采用浸沒式裝油，鶴管管口應深入到距罐車底部200 mm以內，同時鶴管口未浸沒前，裝油初始流速不應大于1 m/s，當鶴管口浸沒200 mm后，可逐步提高流速，但最大裝油流速不大于4.5 m/s。裝油作業完成，罐車需靜置2 min以上，方能進行采樣、測溫、檢尺作業等。

在此特別強調油罐車內及裝卸口不應有金屬突出物。在車用乙醇汽油裝車靜電燃爆事故現場發現有的油罐車上安裝了計量用標尺，但固定標尺的金屬螺絲有長1.5 cm、直徑3 mm左右突出在灌裝口內壁；有的油罐車內上部罐口蓋上發現有三角形金屬突出物；有的鶴管上有長1 cm、直徑3 mm左右的金屬螺絲。這些突出物都可能成為靜電放電點，發生火花放電并引燃揮發性油氣。

3 油罐車輸送過程靜電危險性及防護重點

車用乙醇汽油的輸送應采用專用的汽車罐車，不應使用鐵路罐車和長距離管道進行輸送，以避免車用乙醇汽油周轉時間過長以及周轉次數增加，防止車用乙醇汽油在運輸過程中造成水含量增加和產生相分離[7]。

普通汽車槽車用于車用乙醇汽油運輸時其墊片應進行改造，并做好防腐工作。汽車槽車需密閉良好，消除內部突出物，做好防靜電檢查。

檢測油面電位可獲得油罐車內油品靜電帶電情況。在油罐車駛出油庫前安裝好油面電位測量系統，實時記錄油罐車行駛中及停車后的油面電位[8]。11輛不同油罐車行駛中及停車后罐內最大油面電位檢測結果見表2。

從表2中可以看出，油罐車行駛中和停車后，油面電位檢測最高值是450 V，低于GB 6951-1986《輕質油品裝油安全油面電位值》規定的12 000 V的安全油面電位，油面電位變化不大，油面本身與罐壁等部位發生靜電放電的概率較低。但消除油罐車內部突出物，做好防靜電檢查，對于罐車裝卸安全仍具有重要意義[9]。

表2 油罐車行駛中和停車后的罐內最大油面電位

4 加油站內卸油、儲存、加油過程靜電危險性及防護重點

4.1 卸油

加油站在油罐車檢尺、采樣及控油根等操作中都發生過靜電燃爆事故。這與人體靜電和油罐車行駛中靜電積聚有關。

參考GB 13348要求，加油站卸油場所應設置帶有報警功能的防爆型靜電接地裝置，卸油前應先接好接地線，與卸油罐相關的加油機應停止加油，靜置2 min后開始卸油。卸油完畢靜置2 min后拆除接地線，可以開始加油。雨、雪天氣應采取相應防水措施或停止卸油作業。

4.2 儲存

加油站車用乙醇汽油儲存要解決水的問題。罐底水應及時清理，通氣管應設置干燥設施，操作井應采取防水措施，罐區地坪不應積水。

4.3 加油

加油時的靜電燃爆事故，近年來多有報導。對汽油加油站加油槍口出口油品靜電量和電導率檢測分析加油站油品靜電風險，中國石化青島安全工程研究院曾對國內不同地區加油站加油過程中加油槍口油品靜電量進行測試，共計完成45站次加油站油品靜電起電量測試，表3是不同測試站次加油站加油作業加油槍口油品靜電起電量多次測量的絕對最大值范圍[10]。

從表3可以看出，加油站加油槍口油品靜電電荷量絕對值范圍在0～70 μC/m3，其中4站次在售油品為乙醇汽油，且乙醇汽油電導率均大于10 000 pS/m。通過汽車槽車向加油站內埋地罐卸油的同時，模擬汽車加油作業，測試獲得加油槍口出口油品靜電量不高于10 μC/m3，就目前測試結果看未發現乙醇汽油加油作業時加油槍口油品靜電偏高現象，可見乙醇汽油加油時油品靜電量較低[9]。但乙醇汽油加油站仍需重點防范人體靜電，如自助加油站等加油槍應采取防靜電措施，或在加油機旁設置人體靜電消除裝置。

表3 加油作業油品靜電起電量測試數值范圍 μC/m3

5 結論

乙醇的加入改變了車用乙醇汽油的靜電起電特性，調合等儲運環節的靜電燃爆危險性增大。因此，乙醇汽油混合器應具有防靜電結構，其它環節的防靜電措施也應加強。另外，儲存、輸送變性燃料乙醇及車用乙醇汽油所用儲罐、泵、管道、閥門、墊片等材質應保證其對于介質的適應性，應采用抗溶性泡沫滅火劑、滅火系統以及其他必要措施保證車用乙醇汽油儲運安全。未來隨著車用乙醇汽油在全國范圍內使用，可能會出現新的安全問題需要研究并加以解決，車用乙醇汽油儲運安全問題不容忽視。