“長航探索”打撈工程中的靜電防爆研究

張立山

（交通運輸部救助打撈局，北京 116026)

近年來，隨著海上油氣運輸業不斷發展，海上行駛的油輪越來越多，隨之而來的各種油輪事故也日益增多。面對新發展階段新的海上交通運輸安全形勢要求，我國海上應急搶險打撈工作更加重視油輪打撈工程的靜電防爆工作。本文以“長航探索”油輪打撈工程為例，對施工過程中的靜電防爆內容進行了系統分析研究，提出了有效舉措。

1 打撈工程概況

1.1 “長航探索”打撈工程背景簡介

受強臺風“天鴿”影響，2017年8月23日“長航探索”油輪在竹洲仔島東面觸礁。據船東提供的資料，該輪觸礁前有8700 噸汽油，有燃油244 噸、柴油144 噸。難船觸礁海域圖和船舶擱坐情況如圖1、2 所示。

圖1 難船觸礁海域圖

1.2 現場探摸、測量情況

“長航探索”擱坐地點經緯度為21°59.84′N，113°50.16E，位于竹洲島旁邊，左傾13°，尾傾13°，左舷船尾吃水越18.2m，水面漫過甲板，潮高100cm。擱淺位置海床底質為礁石，右舷基本離空，未接觸礁石。

圖2 擱坐情況

“長航探索”貨油艙左舷6 個艙室全部破損浸水，右舷艙室完好未破損，前期已進行艙室抽油。破損艙室分布示意圖如圖3所示（帶顏色艙室均為破損艙室）：左舷貨艙的含氧量和油氣情況如表1所示。壓載艙、機艙、壓載泵艙、1#燃油艙（P）、污油水艙、艏部隔離艙和雙層底全部破損進水。

表1 “長航探索”左舷6 個艙室的氧氣量和油氣體積比情況表

圖3 破損艙室位置示意圖

“長航探索”主甲板上貨油艙區域及左舷壓載水艙透氣管頭處汽油味較重。NO.5 貨油艙（P）及NO.2 貨油艙與NO.3貨油艙相鄰處能聽到鋼板與礁石的摩擦聲。

1.3 “長航探索”打撈工程中涉及靜電防爆的施工內容

（1）“南天鵬”坐底拋錨，帶纜旁靠“長航探索”。“長航探索”打撈工程依托“南天鵬”打撈工程船和“重任1501”半潛船展開，“南天鵬”坐底“重任1501”半潛船抗風配合作業。

（2）固定難船。為出淺前穩住難船船態，在難船船尾帶2 條纜繩到岸邊，船頭帶1 條纜繩到岸邊。

（3）貨艙惰化及抽油掃艙。為保證貨艙封艙打氣的船舶安全，對“長航探索”左舷NO1—NO6 號貨油艙進行抽油掃艙。掃艙前對貨油艙進行封艙、氮氣惰化，將艙內氧氣控制在8%以內后利用TK80 抽油泵進行抽油掃艙。

（4）封艙、壓水以及打氣設備的布置和使用。施工方案將NO4 貨油艙（S）作為調載艙，因此在出淺前在NO4 貨油艙艙口位置船旁放置潛水泵，在艙室周圍配置制氮機和充氣設備用以惰化艙室。

（5）抵抗惡劣海況，加固甲板設備和浮筒。作業期間冷空氣來襲，風力較大，需對機械設備和浮筒進行二次加固，防止發生設備移位。

2 油輪靜電防爆的研究現狀

2.1 油輪靜電的產生原理

油輪作為專門裝載運輸易燃液體船舶，結構復雜，發生燃燒爆炸風險高，打撈難度大，因此汽油船“長航探索”打撈工程要對靜電起電和放電情況提高警惕。

汽油中產生靜電荷，多與存在易產生電荷的細小雜質有關。根據亥姆霍茲偶電層理論，油輪上靜電的產生原理可以分為接觸、分離和摩擦三個過程。接觸過程兩種物質和材料發生接觸形成偶電層。分離過程結束接觸發生靜電電容減少和電位的升高。摩擦過程諸多材料間接觸部位反復接觸和分離，發生電荷轉移產生不同極性帶電體。反復摩擦形成的靜電現象，對打撈工程危害極大，引起油輪燃爆風險極高。

2.2 國內外油輪靜電的研究現狀

2．2．1 國內油輪靜電研究現狀

自20世紀70年代起，國內對油輪靜電的產生原理、發生規律、防護舉措開展了大量實驗、推測、對比和研究。其中，武漢交通科技大學的韓德恩分析油輪靜電災害的形成原因,提出了裝卸作業中油輪靜電防護的舉措建議。大連遠洋公司的劉雷分析了靜電在油輪中的產生過程，提出了防護措施。邱云明等人從環境、人為和油輪因素等角度詳細分析了油輪靜電產生機理及原因。工業自動化部的羅宏昌對洗艙中的儲油艙進行靜電測試，分析得出洗艙會使儲油艙內產生帶電油水霧和帶電油水霧云團的結論。同時，隨著研究深入，油輪靜電防護相關安全技術法規也陸續制定出臺。特別在以下方面取得了突出成就：一是關于靜電放電危害防護的理論已基本涵蓋靜電產生機理和危害形式各方面。二是防靜電重要參數的測量儀器系統不斷發展。三是關于靜電領域標準的制定工作進展喜人，現已發布的標準包括有民用標準如GB 2439-81《導電和抗靜電橡膠電阻率（系數）的測定方法》和GB 6950-86《輕質油品安全靜止電導率》等。

2．2．2 國外油輪靜電研究現狀

19世紀以來，隨著工業化發展，靜電對航運業產生諸多影響，越來越多人開始關注船舶靜電。其中，美國殼牌石油公司基于自身業務原因，早在1956年就開始研究。隨后由于1969年，在短短一個月內發生了多起巨型油輪靜電燃爆事故，越來越多的研究機構開始著手對油輪靜電燃爆防護問題進行研究。其中原子武器研究科學院、皇學院等均在油輪靜電防爆研究中取得了突破。同時，在相關安全標準體系研究方面，國外一些靜電研究機構制定了一系列相應ESD 測試標準和工業標準，如《操作靜電放電敏感器件的要求》《靜電敏感器件的標記和符號》等。

系統分析國內外研究現狀，不難發現，現有油輪靜電問題的研究主要集中在油輪貯藏、運輸和裝卸貨等方面，尚沒有針對油輪打撈工程中的靜電防爆問題研究。本文主要對 “長航探索”打撈工程中的靜電起火隱患進行了系統分析，結合工程概況、現場探摸結果、工程主要操作，提出了“長航探索”油輪打撈工程中的靜電防爆措施和手段。

3 “長航探索”打撈工程靜電起火隱患分析

打撈工程施工作業復雜，應用機械設備繁多，必須充分考慮靜電起火的各種風險隱患，既要考慮接觸、物理效應、靜電感應等靜電起電隱患，也要考慮電暈、火花等靜電放電風險，既要統籌考慮打撈作業環境和現場作業溫度因素，也要特別注意工程機械和工具的材料屬性。

3.1 靜電起電隱患分析

（1）接觸起電。“長航探索”船尾浸水，甲板上有水，風浪較大時，甲板上的水與甲板產生摩擦、碰撞，水與甲板緊密接觸，相距小易產生電子轉移，引起接觸起電。

（2）物理效應起電。“長航探索”上外置有發電機、抽油泵等機械設備，因船舶搖晃和自身震動將產生靜電，靜電依附在設備外殼表面凸起部位，一旦場強過強，空氣電離，將發生尖端放電現象。

（3）靜電感應起電。船舶周圍存在復雜電磁場，當打撈工程中對講機、手機、雷達等設備運行時，將產生磁場，導致感應生電。

3.2 靜電放電隱患分析

在“長航探索”打撈工程中，除靜電起電之外，靜電放電的現象也要高度警惕。表2是幾種常見的油輪放電現象，其中以電暈放電和火花放電的現象最為普遍。

表2 各類ESD 的發生條件與特點

（1）電暈放電。“長航探索”上存在大量尖銳導體，如艙門上的金屬把手等。當工作人員與這些導體接觸，易發生電暈放電的現象。

（2）火花放電。由于現場風浪環境比較惡劣，工程隊需對機械設備和浮筒進行二次加固，涉及焊接等操作，這種火花放電很容易引起“長航探索”船上可燃性混合氣體的爆炸。

4 “長航探索”打撈工程靜電防爆措施研究

油輪打撈工程中,要注意不能同時滿足以下兩條靜電燃爆條件：一是油輪產生靜電釋放大量能量；二是可燃性氣體和氧氣融合達到相應燃爆濃度。條件允許時，施工人員應盡量同時避免兩種情況產生。

4.1 惰化艙室

惰化艙室是降低油輪油艙內氧氣濃度最為有效的方式，需要工程施工人員在抽油操作前，利用打撈工程船舶上的外置制氮裝置對貨油艙進行充氮操作。一般情況下惰化艙室需要持續反復向油艙內充入足量氮氣，直至含氧量降到8%以下，才能有效降低靜電燃爆風險。

4.2 原貨油泵打氣

利用原貨油泵打氣，可使壓縮空氣從海水中冒出，目的是防止壓縮空氣產生靜電及對壓縮空氣進行放電。

4.3 靜電接地

為防止發生靜電燃爆現象，需要通過靜電接地的方式利用導體將油輪上船體、管線、機械設備、金屬裝具等各種物體上所帶電荷盡快泄除。此次施工過程中，因汽油電阻率較高，不能簡單通過船體接地來泄除電荷，采用了液體靜電安全網的方法。

4.4 控制抽送油速度

由于輸油速度越快，電荷分離產生的電荷越大，發生靜電燃爆的風險越高。因此，在抽送汽油過程中，要控制油管內的線性流速不能超過1m*s。抽送油結束后，必須靜置0.5-2h 后再執行后續操作，以進一步降低燃爆幾率。

4.5 汽油處理管路設置應合理

處理汽油應使用金屬導電材料；抽油軟管末端應有導體法蘭盤，軟管內有末端焊接在法蘭盤的導線，形成放泄回路。

4.6 接地操作應遵循安全順序

對汽油接觸金屬進行接地操作時，必須要按照先接地線，后接軟管；先拆軟管，后拆地線的順序進行操作。

4.7 防止人體帶電

現場施工人員應穿著質量合格的專業防靜電鞋和服裝，避免穿著尼龍化纖材質工作服，出入船舶艙口時必須要先觸摸靜電泄漏板。

4.8 禁止明火作業

施工過程嚴禁焊接、打火等明火作業。工作人員要攜帶防爆對講機，嚴禁攜帶手機、打火機等物品。

5 小結

大型油輪打撈工程作為打撈工程中難度和危險性都較高的重大難題，其難點和危險性主要體現在如何在打撈工程中有效預防靜電的起電和放電。本文通過深入研究析國內外油輪靜電防爆發展現狀，結合工程現場情況和施工方案，提出了“長航探索”輪打撈工程中靜電防爆的具體措施，為我國大型油輪的打撈工程提供了理論支持。