简介:关于本文可作为相关专业静电电荷论文写作研究的大学硕士与本科毕业论文静电电荷论文开题报告范文和职称论文参考文献资料。
文/尹 皓 田 强
摘 要：静电问题一直威胁着油品的储存和运输安全,在近几十年的时间里,国内外专家对此做了大量的研究,总结出了一套防静电的安全措施,取得了较好的效果,但是由于静电影响因素较多,偶发性较强,作用机理复杂,导致油品静电时有发生,为了油品的储运安全,对于油品静电问题还需进一步研究,掌握其规律,本文将阐明油品静电的研究背景,综述油流带电研究的意义和研究的现状,介绍本论文的研究目的对静电起电机理进行简要概述.
关键词：油品；储运场所；静电；防护措施
1.研究意义
2500年前左右,古希腊哲学家塔勒斯（公元前640-546）在研究天然磁石的磁性时发现用丝绸、法兰绒摩擦琥珀之后也有类似于磁石吸引轻小物体的性质.塔勒斯成为历史记载的第一位静电实验者[1].静电现象早已被人们熟知,有时用及其简单的方法也能对它进行某种程度的测量,它的存在往往容易被人忽略.
随着工业的发展,静电问题给各个行业带来了很论文范文烦,并引起了人们关注,譬如,静电问题一直威胁着石油安全储运.事实上碳氢化合物和其他低电导率的油品一样,在其生产、运输、贮存、使用等诸工序中常常伴有摩擦、冲击、碰撞、挤压、喷射、过滤、剥离等一系列接触分离现象[2],导致静电电荷不断的产生,积累乃至放电,酿成火灾、爆炸事故,给石化造成不可估量的损失.
我国近年来在石化企业曾发生多起较大的静电事故,其中损失达百万元以上的就有数起.例如,海门油库在接卸油时发生爆炸,油库主任被炸飞,当场死亡,重伤一人,过火面积3000平方米,直接损失70万余元.大连石化公司添加剂车间发生的重大静电火灾爆炸事故,山东某石化公司的胶渣罐,抚顺某石化公司的航煤罐等都因静电造成了严重火灾、爆炸事故.
安全生产的需要为科学技术进步提供了强大动力.在上个世纪50年论文范文始许多科学家做了大量的研究,总结出了一套预防静电的安全措施,取得了较好的效果,然而静电涉及到的问题面广,偶发性因素较多,导致油品静电事故时有发生.到现阶段为止,我们对静电采用的方法也还是以防治为主,我国在管道油品静电积聚情况方面的研究主要还是停留在定性分析上,相关参数对油品静电的积聚影响不是很明确.
2.历史状况概述
十九世纪以来对静电的研究日益广泛,1879年赫尔霍姆提出静电的偶电层理论后推动了静电研究的发展,在20世纪五六十年代时,许多工业发达的国家开始对管线油流带电情况经行了研究,到七十年代时已取得初步的成果,研究人员借助各种各样的实验装置对油流带电现象进行了广泛的研究,许多实验方法、实验成果和油流带电的数学物理模型通过学术会议,期刊论文的形式得到了广泛的交流和传播.
我国对于油品静电的研究起步相对较晚,在20世纪60年代左右开始了一些静电研究工作,在后续的二十年里,由于输油过程中事故的频繁出现促使人们开始研究抗静电添加剂、静电消除器、静电测试仪等.到了90年代,随着变压器容量和等级的增加,变压器油的事故不断的发生,人们又开始加紧研究变压器油道内的静电问题,在这个方面研究得比较多是中国电力科学院、华北电力大学、清华大学等科研院所.
但是无论是管线油流静电问题还是变压器静电问题都还停留在实验研究和经验积累阶段,关于某一个因素对于静电积累影响的精确测量和计算文献尚属少见.在文献[3]中也提到油品的温度、速度对于油品静电积聚的影响,其研究和实验方法值得借鉴,但该实验室是在外加交流电场的情况下对于油纸界面的油流静电进行的研究,这与输油管道的情况还是具有较大的差别.
3.油流的起电机理
在管道输送的过程中,油品的流动使得固/液界面附近的双电层内的电荷发生分离,经过电荷的迁移、积累和消散等过程,最后达到静电的动态平衡,这就是油流带电的宏观过程.然而油流带电微观过程却是一个很复杂的过程,尽管各国的学者在这方面做了几十年的研究,可是到目前为止对于油流起电的微观机理并没有形成共识,所以很多学者提出了诸多不同的理论,基于这些理论的机理模型建立的数学物理模型也是多种多样,目前主要有几种比较典型的起电机理.
G论文范文is J等人认为油在管道中的流动使得固/液界面形成扩散层,而油中的负离子在固/液界面能对管壁发生基于氧化还原反应的放电作用,这就会导致界面处的负离子浓度降低,在液体内部形成负离子的浓度梯度,从而使得大量的负离子在浓度差扩散力的推动下从油的内部不断地越过扩散层达到界面并对界面放电,最后油中的正离子过剩使得油品带正电,管壁表面带负电.
Chen和Touchard应用化学腐蚀机理解释油流的起电过程[4,5],油中存在的微量杂质离解为正、负离子,当油品和管壁接触时,由于管壁材料对油中的不同极性的电荷具有不同的吸附作用,使得一种符号的电荷被吸附在管壁上,被吸附在管壁上的电荷将会发生基于氧化还原反应的电荷转移,被消耗的电荷将在固/液界面形成一电流,而另一极性的电荷将留在油品中,这样油品就带上了电,随着油品的流动形成冲流电流.
静电现象 元电荷:选修3-1 （静电场） 1-1电荷及其守恒定律
3.1液体双电层理论
洁净的油品产生的静电很少,然而在输送油品过程中不可避免地混进一些杂质,而这些杂质可以解离为正负自由离子,这就是静电产生的根源[2].输送油品的过程中不论是在非金属还是金属管道中,油品流动时会在管壁上形成双电层.双电层的产生是液体中正负离子移动的结果,简单的来说就是其中一种极性的离子紧紧吸附在固体表面上,使固体带有电荷,另一种极性的电荷过多地存在于液体中,从而使液体带有相反的电荷,如图1所示.
固液界面处双电层的形成是一个复杂的物理化学过程,其中人们用很多模型来解释这种现象.较早的模型是在1904年由佩兰（J. Perrin）提出,现在比较被人们所接受的模型是1924年斯特恩（O. Stern）改进的模型.1976年阿达姆松（Adamson）对双电层进行了数学处理,提出了扩散层厚度的概念,这个厚度被称之为德拜长度（Debye length）.双电层的组成结构如图1所示,分别是紧贴在管壁上电荷单一的是紧密层（compact layer）和电荷稀疏的扩散层（diffuselayer）.油品在流动时,容易将扩散层内的电荷带走,形成冲流电流（streaming current）,而沿管壁流向大地的电流叫做逸散电流（relaxation current）.
图1
3.2双电层的形成机理
固液两相界面的双电层是一个复杂的物理化学过程,不同的研究员对此有着不同的理解,总的来说比较为人们所接受的理论有Touchard的腐蚀机理.Touchard应用电化学腐蚀机理来解释油流起电过程.油品中的微量杂质可以电离成为正、负电荷.
当液体的油品和管壁相接触时,固体材料对油中不同电荷的吸附能力大小不同,使得某一种电荷过多地吸附在管壁上,而液体中滞留另一种极性相反的电荷.吸附的电荷和管壁材料将会发生氧化还原反应,在反应中实现电荷的转移,而另一种符号的电荷积聚在油内可以随着油品的流动形成冲流电流.
4.油品静电的来源
4.1摩擦起电
油品在流动时与管壁接触分离的过程中,由于一种电荷“牢牢”地束缚在管壁上,而另一种电荷留在油品内使得油品带电.油品在经过泵和过滤器时,由于固液两相接触分离激烈,这些设备是静电产生的重点区域.例如管道内的精密过滤器会使得油品内的静电产生量增加10~200倍,因为过滤器具有很大的表面积,油品流经过滤器相当与很大面积的界面摩擦产生大量的静电.
在实验中还发现不同材质的滤芯产生的静电电荷量和静电的极性不同,通过选择合适的材料做滤芯可以在一定程度上控制静电的产生,所以摩擦起电的多少与油品接触的材料有关.与光滑的管壁相比,管壁粗燥的管道输送油品所产生的静电电荷更多,这是因为粗燥的管壁上层流层被破坏,加剧了油品自身摩擦而产生静电电荷.
4.2水滴或杂质的沉降起电
微量的水和杂质可以使油品内的电荷极大地升高,在油罐内部当水滴杂质和油品做相对运动时,带走了自身吸附的电荷,使得油品带上异号电荷.油品的含水和杂质的多少对油品起点性能有加大的影响.
4.3油品的喷溅起电
油品从管道喷射出来液体快速离开管壁时,油品将双电层中的扩散层中的电荷大量地带走,从而引起异号电荷在喷嘴处的积聚.油品喷溅的剧烈程度与静电起电性能直接相关,喷溅越剧烈,所产生的静电就越多.
5.防护措施
油料场所防静电主要措施包括：减少静电的产生,加速静电的泄放；防止静电的积聚,防止爆炸性气体的形成,防止人体带电等几种方法.
5.1减少静电产生的措施
减少油品静电的产生,这是防止发生静电事故的源头,减少油品静电的产生应从控制油品的流速、改进灌装的方式、防止不同闪电的油料混合机避免杂质、流经过滤器后的油品有足够长的时间来泄流 、防止油料中混入水分、减少管路弯头和阀门、选择合适的鹤管来进行收发油等方面来考虑.
5.2防止静电积聚设计
在防止静电积聚这一环节即是对已产生的静电进行消除和释放掉,避免发生不可控制的放电现象击穿腐蚀或击穿管道,易燃油蒸汽引发火灾或者爆炸等安全事故,所以如减少静电事故采取以下措施：对设备设施进行接地和跨接,在管路上安装消静电器和静电缓和器.
5.3抑制爆炸性气体的形成
由于油品具有挥发性,其所产生油蒸汽与空气混合后就会形成可燃性混合气体.混合性气体浓度只有在一定的条件下才会发生爆炸事故,低于混合气体的爆炸下限或高于混合气体的爆炸上限都不会引起爆炸.因此应加强通风或采用通风装置及时排除可燃性气体,使其浓度低于着火爆炸范围以下,以防止静电火灾事故的发生.
对于储罐可采用惰性气体防止可燃性混合气体的形成.例如前苏联的图144超音速客机和英美等国的军用飞机,为了防止油箱燃料发生静电事故,就在油箱的蒸汽空间注入惰性气体阻隔氧气,抑制可燃性混合气体的形成.
另外对于固定的储罐还可以采用浮顶罐来消除油罐浮盘以下的空间,且在罐顶安装呼吸阀等都能有效地减少空气的进入,抑制可燃性混合气体的形成.
5.4人体防静电要求
预防人体静电的危害,必须加强对作业区的管理,如美军对油料加注操作人员的服装有严格要求和规定,凡是能摩擦起电的物料都不能使用,并且禁止在现场更换衣服.
我国也要求进入油库等危险爆炸场所的人员必须穿着防静电服或棉布工作服以及防静电鞋,工作现场严禁梳理头发和拍打衣物.在危险爆炸场所入口应设立静电接地桩,每个进入危险爆炸场所的人员都必须触摸静电接地桩以排出体内积聚的静电,危险爆炸场所的地面应为导电性地面.
6.小结
静电安全涉及的领域涵盖了石油天然气、电力（变电站绝缘油品的带电失效）、微电子（静电放电）等学科,每年因静电事故给生产带来的损失多达上亿元,而且一些灾难性的事故会给人民群众的生命财产安全造成很大的损失,虽然静电看不见摸不着,但是只要对其有足够深刻的认识就可以根据这些规律采取防范措施以有效地提高安全水平.可见,对静电的研究不但具有基础性,而且还能直接提高这些行业的静电安全性.
（作者单位：总后驻中石油锦西石化分公司军事代表室）
参考文献：
[1] 叶如格.石油静电,石油工业出版社,1983：1~200.
[2] 孙可平.工业静电,中国石化出版社,1994:200~300
[3] 罗宏昌.静电灾害及其分析,人民交通出版社, 1988：6~12.
[4] 涂愈明. 超高压变压器油流静电带电的计算模型及实验研究. 清华大学硕士学位论文,1998.
[5] Touchard G. Streaming currents developed in laminar andturbulent flow through a pipe. Journal of electrostatics, 1978, 5:463~476.
[6] Touchard G, Dumargue P. Streaming current in stainlesssteel and nickel pipes for heptane and hexane flows. Journal ofElectrostatics, 1983, 14(2): 209~223.
总结：该文是关于静电电荷论文范文，为你的论文写作提供相关论文资料参考。
静电现象 元电荷引用文献:
[1] 静电场和电场强度研究生毕业论文范文 静电场和电场强度方面本科论文怎么写3000字
[2] 油烟净化器和静电毕业论文模板范文 油烟净化器和静电相关电大毕业论文范文2万字
[3] 航空和静电论文如何写 关于航空和静电方面毕业论文怎么写2500字
