2.2. Электризация топлива

При перевозках нефти и нефтепродуктов водным и железнодорожным транспортом, во время перекачки, налива и слива, а также при заправке техники бензином, реактивным и дизельным топливами бывают случаи "за­гадочных" взрывов и пожаров, поскольку обязательным условием для вспышки или взрыва является наличие источника теплового импульса. В качестве такового обычно выступает открытый огонь или искра.

Однако, одним из источников теплового импульса, приводящего к вспышке или взрыву паров нефтепродуктов, яв­ляется и разряд статического электричества.

Нефтепродукты – ди­электрики и обладают очень малой электрической проводимос­тью. Во время перекачки нефтепродуктов при их интенсивном перемешивании или фильтровании в результате трения возника­ют заряды статического электричества. Трение жидкого топлива о твёрдую поверхность трубопровода и фильтра, прохождение че­рез слой топлива пузырьков воздуха, паров, твердых частиц, ка­пель воды или снежинок – всё это вызывает возникновение за­рядов статического электричества. Такой заряд вследствие малой электрической проводимости нефтяных топлив может накапли­ваться. При накоплении зарядов статического электричества воз­можен их разряд с образованием искры, достаточной для вспыш­ки, воспламенения и взрыва смеси паров топлива с воздухом.

В 1969 г. мир был потрясён происшедшими взрывами на трёх больших танкерах, перевозивших сырую нефть. Истинные причины взрывов не установлены, но связывают их с возникнове­нием статического электричества.

Причиной взрывов на больших танкерах могут быть моющие машины, водяные струи которых под высоким давлением вызывают возникновение статического электричества в количестве, достаточном для вос­пламенения газовой смеси. Существует также мнение, что причиной взрывов может быть плескание нефти во время транспортирования в не полностью залитом тан­кере, в результате чего также образуется статическое электричество, приводящее к взрыву.

В условиях эксплуатации электризация топлива может наблюдаться в следующих случаях:

• при прокачке топлива по рукавам и трубопрово­дам;

• при разбрызгивании топлива в воздухе, например, когда при неправильном способе налива струя падает с высоты и разбивается на мелкие капли; а также при ударе струи топлива о твёрдую поверхность и распыле­нии топлива (рис. 2);

• при прохождении топлива через пористые и сетча­тые перегородки (фильтры, капиллярные трубки);

• при пропускании воздуха или газов через всю массу топлива и при разрыве пузырьков газа над по­верхностью топлива;

• при перемешивании топлива с водой, при взмучи­вании механических примесей со дна цистерны;

• при трении о шёлковые и шерстяные ткани.

Рис. 2. При сливе топлива открытой струёй возникает

электрический заряд

Время истечения, с: 0 30 60 120

Электрический разряд, В: 0 120 514 927

Заземление резервуаров, трубопроводов и всей металлической арматуры перекачивающих и заправочных средств способствует быстрому отводу зарядов статического электричества. Несмотря на небольшую электрическую проводимость нефтяных топлив, образовавшийся заряд вскоре после окончания перекачки или заправки рассеивается, то есть уходит в заземленные стенки ём­кости. Однако даже самое надёжное заземление не исключает опасности накопления электрических зарядов и взрыва в случае нарушения правил безопасной перекачки топлив (несоблюдения установленной скорости перекачки, заполнения емкостей «пада­ющей» струей, использование определённых фильтрующих мате­риалов, большой продолжительности перекачки).

От разряда статического электричества может взорваться толь­ко такая смесь паров топлива с воздухом, которая при обычных температурах находится в пределах взрываемости. Поэтому наи­более опасны керосиновые фракции нефти — топлива для реак­тивных двигателей. В воздушном пространстве резервуаров над бензинами при обычных температурах содержится количество паров выше верхнего предела взрываемости, и поэтому взрыва может не произойти даже при электрическом разряде. В резер­вуаре над дизельным топливом углеводородных паров недоста­точно, поэтому опасность взрыва также невелика.

Для снижения электризации топлив для реактивных двигате­лей, особенно при больших скоростях заправки тяжёлых, много­местных самолётов с большим запасом горючего, разработаны специальные антистатические присадки, повышающие электропроводимость топлива, в результате чего образующиеся заряды очень быстро «стекают» на заземлённые металлические детали и опасность разряда и взрыва практически исчезает.

Электризация топлива может происходить даже в спокойном состоянии в тех случаях, когда из него осаж­даются твёрдые частицы (окалина, механические приме­си), вода.

Статическое электричество, как известно, накапливается на наружной поверхности проводника. Наэлектризо­ванные частицы топлива отдают свои заряды поверхно­сти ёмкости. Если последние не заземлены, то на их поверхности может скопиться статическое электричество с напряжением в несколько тысяч и даже несколько де­сятков тысяч вольт. Для человека такое напряжение неопасно, так как сила тока при этом ничтожно мала. В пожарном же отношении напряжение в 300–500 В яв­ляется опасным, поскольку возникающая при раз­ряде искра имеет температуру, способную воспламенить смесь паров топлива с воздухом. Минимальная энергия искры разряда статического электричества, вызывающая взрыв паров нефтяных топлив, составляет 5-6 МДж.

Степень электризации нефтяных топлив зависит от скорости их движения по трубопроводам или рукавам, от материала, с которым контактируют топлива (например, филь­тров), содержания воды, влажности и температуры воздуха и многих других факторов. Чем выше ско­рость и продолжительность перекачки топлива, тем больший заряд статического элек­тричества в нём накапливается.

С повышением влажности воздуха опасность скопле­ния зарядов статического электричества уменьшается вследствие того, что влажный воздух является проводни­ком электричества и по нему заряды статического электричества уходят в землю. При очень высокой влажности воздуха исключается накопление зарядов статического электричества.

С повышением температуры воздуха также устраня­ется опасность образования больших потенциалов. Опас­ность скопления зарядов статического электричества зимой больше, чем летом (рис. 3).

Рис. 3. Опасность возникновения больших электрических

потенциалов зимой больше, чем летом

Электризация топлив зависит и от их фракционного состава: низкокипящие углеводороды электризуются сла­бее, чем высококипящие; например, бензины электризу­ются слабее, чем дизельные и реактивные топлива.

На электризацию топлив большое влияние оказывает содержание механических примесей: чем больше механи­ческих примесей в топливе, тем оно сильнее электризует­ся. Оказывает влияние и состав механических примесей, так, например, присутствие тысячных и десятитысячных долей асфальтенов^* резко увеличивает электризацию топ­лива.

При перекачках горючего заземление только трубо­провода, по которому прокачивается горючее (без зазем­ления резервуара), не устраняет опасности образования электростатических зарядов на резервуаре.

Неоднократно отмечались случаи пожаров, возникавших, когда наполнение горючим цистерны заканчивалось. Это происходит потому, что при определённых условиях налива горючего статическое электричество может образовываться быстрее, чем отводиться через заземление. Это связано с тем, что топливо очень слабо проводит электрический ток, и поэ­тому образовавшиеся при перекачке заряды статического электричества рассеиваются сравнительно медленно.

В таких случаях с увеличением наполнения ёмкости топливом напряжение статического электричества в топ­ливе будет постепенно увеличиваться и может достигнуть такой величины, при которой в момент приближения по­верхности топлива к стенкам горловины вследствие раз­ности потенциалов произойдёт электрический разряд, способный вызвать взрыв или пожар.

Плавающий на поверхности топлива посторонний предмет – «поплавок» также может послужить источником пожара, так как, приобретая заряды статического электричества, он при соприкосновении с заземлёнными стенками резервуара может вызвать иск­ровые разряды.

Для предупреждения возникновения взрыва, пожара от разрядов, вызываемых статическим электричеством, необходимо осуществлять следующие мероприятия:

• тщательно заземлять все перекачивающие средст­ва, трубопроводы и резервуары;

• при наличии фильтров и огневых предохранителей корпуса коробок и устройств, к которым они крепятся, заземлять независимо от заземления трубопроводов;

• при наличии в резервуарах «поплавков» заземлять их на стенку резервуара с помощью цепочек или гибкого проводника;

• не допускать налива топлива открытой струей и разбрызгивания топлива;

• не допускать перемешивания топлива с воздухом, паром или газом и с механическими примесями (избегать взмучивания механических примесей со дна цистерны; не допускать попадания воздуха в топливо при закачке в резервуар);

• при заполнении автомобильных и железнодорож­ных цистерн наливная труба должна доходить до днища цистерны и, пока нижний конец трубы не погрузится в топливо, скорость заполнения цистерны топливом долж­на быть минимальной;

• соблюдать осторожность, когда в резервуаре имеет­ся подтоварная вода; опасно перекачивать водонефтяные смеси или вытеснять топливо из трубопровода водой.

Опасность электризации эффективно устраняется при содержании в топливе антистатической присадки.