裝卸鶴管對儲(chǔ)罐內(nèi)電荷的泄漏速度和油面電位的影響進(jìn)行了分析

      要說裝卸鶴管在很多石油企業(yè)選擇中使用非常重要。然而，很多企業(yè)都喜歡在百度中搜索“裝卸鶴管廠家排名”，或者是國內(nèi)裝卸鶴管排名這樣的信息，這都可以理解，畢竟品牌知名度在那里，質(zhì)量肯定比“三無產(chǎn)品”要好很多。下面我們就分析為什么要購買裝卸鶴管產(chǎn)品，它的安裝給用戶帶來哪些益處。
      裝卸鶴管對儲(chǔ)罐內(nèi)電荷的泄漏速度和油面電位的影響進(jìn)行了分析。將裝卸鶴管等效為儲(chǔ)罐對稱軸上的接地導(dǎo)體，推導(dǎo)了電廠邊值問題的解析解。利用解析解，分析裝卸鶴管對電荷泄漏速度和油面電位影響后所得到的結(jié)論是：裝卸鶴管不能加快罐內(nèi)電荷的泄漏速度，但能降低油面電位，影響程度和儲(chǔ)罐的形狀及接地導(dǎo)體的半徑有關(guān)。
      當(dāng)帶電油品注入儲(chǔ)罐內(nèi)，其內(nèi)所含電荷將在油/氣界面上形成一電勢。隨著罐內(nèi)電荷的積累，該電勢不斷上升，當(dāng)超過一定界限，將會(huì)發(fā)生火花放電，若放電能量足夠大，就有可能引燃儲(chǔ)罐內(nèi)的爆炸性混合氣體而發(fā)生爆炸。油品加注結(jié)束后，一般不允許立刻進(jìn)行液位測量、測溫和取樣等操作，通常需要很長的置時(shí)間，主要是因?yàn)橛蛢?nèi)的電荷需要很長一段時(shí)間泄漏到大地。因此掌握加油結(jié)束后儲(chǔ)罐內(nèi)的電勢以及電荷消散規(guī)律對儲(chǔ)油罐的安全操作具有重要的指導(dǎo)作用。
      目前常用的加油方式或從容器底部進(jìn)油，或從頂部注油。采用頂部注油時(shí)，從電角度要求裝卸鶴管深入容器底部，距罐底約20cm，這樣做一方面可減少油品噴濺，從而減少電荷的產(chǎn)生；另一方面可減少油霧的產(chǎn)生。同時(shí)要求裝卸鶴管連同容器一起接地，加油結(jié)束后不能立刻移走。裝卸鶴管的存在如同在儲(chǔ)罐內(nèi)引入接地導(dǎo)體，勢必影響罐內(nèi)電荷的泄漏速度和電勢分布，本文就此問題進(jìn)行了研究。針對目前儲(chǔ)油設(shè)備中較多采用儲(chǔ)油罐，本文選擇此類型的儲(chǔ)罐作為研究對象，而裝卸鶴管可近似等效為儲(chǔ)罐對稱軸上的接地導(dǎo)體。
自由液面對電荷泄漏的影響
      一般地說，有關(guān)儲(chǔ)罐電問題的研究重點(diǎn)是電荷在罐內(nèi)的消散規(guī)律。通常假定電荷毫不受阻地從液體表面“逃離”。事實(shí)上，電荷不能通過自由液面泄漏，而且加油結(jié)束后油流的紊流擾動(dòng)作用消失，油體內(nèi)電荷在電導(dǎo)作用下有可能暫時(shí)聚集在自由液面上，然后這部分電荷逐漸沿液面移到罐壁處而泄漏到大地。但其緩和過程和儲(chǔ)罐的形狀、罐內(nèi)已裝液體。
      介質(zhì)的含量和油品的固有松弛時(shí)間常數(shù)等因素有關(guān)，其緩和時(shí)間常數(shù)一般要比液體介質(zhì)固有時(shí)間常數(shù)大得多，特別是當(dāng)儲(chǔ)罐接近裝滿時(shí)，自由液面上的電荷和儲(chǔ)罐頂上的感應(yīng)電荷構(gòu)成的電容效應(yīng)非常強(qiáng)烈，嚴(yán)重影響自由液面上的電荷的泄漏速度。則進(jìn)一步研究了面電導(dǎo)率對這部分電荷緩和速度的影響。
      以上這些影響的存在延長了罐內(nèi)存在放電可能性的時(shí)間。因此在建立數(shù)學(xué)模型時(shí)，需把這些因素考慮在內(nèi)。
計(jì)算與分析
      裝卸鶴管對Tn的影響式的電勢表達(dá)式是無窮項(xiàng)Bessel級數(shù)的疊加，其中起主導(dǎo)作用的是前面幾項(xiàng)，故僅對前幾項(xiàng)的Tn進(jìn)行分析。選取一容量為l0m3圓柱形儲(chǔ)油罐作為研究對象。在分析之前，需強(qiáng)調(diào)指出的是：無論油/氣界面上有無電荷，分布在油體內(nèi)部電荷的松馳時(shí)間永遠(yuǎn)都是油品的固有松馳時(shí)間T，僅和油品的電導(dǎo)率和介電常數(shù)有關(guān)；而Tn指的是積聚在自由液面上電荷的松馳時(shí)間。
圖2示出了當(dāng)k=R2/Rl=50和儲(chǔ)罐內(nèi)有無裝卸鶴管時(shí)，Tn/T隨油品電導(dǎo)率的變化曲線，其中罐裝容量百分比f=b/(a+b)=50%，油品的面電導(dǎo)率為l0-l2s/m2。
圖3和圖4則分別反映了罐裝容量百分比f和儲(chǔ)罐的縱橫比x(x=(a+b)/2R2)對Tl的影響。
從圖2~4中可以看出，油品的面電導(dǎo)率0s和油品的體電導(dǎo)率0對Tn/T的影響剛好相反，Tn/T隨前者的增加而減少，而隨后者的增加而增加，這一點(diǎn)可以從Tn的計(jì)算公式推知。無論在何種條件下，裝卸鶴管對Tn的影響并不明顯，也就是不能加快界面上電荷的泄漏速度。同時(shí)也可以看到，雖然儲(chǔ)罐的縱橫比和罐裝容量對罐內(nèi)電荷的泄漏速度有一定的影響，但主要的影響因素仍是油品的電導(dǎo)率。
裝卸鶴管對油面電位的影響
      目前已述及，油面電位的高低和電放電有很大的關(guān)聯(lián)。對儲(chǔ)油罐安全操作規(guī)范，目前國際上普遍接受的就是規(guī)定油面高電位不超過某一值。下面就裝卸鶴管對油面電位的影響進(jìn)行分析。
      裝卸鶴管時(shí)，油面上的高電位就在油面的中心點(diǎn)；而有裝卸鶴管時(shí)，高油面電位偏離中心點(diǎn)，并且隨著裝卸鶴管半徑的減少而逐漸向?qū)ΨQ軸靠近。裝卸鶴管能降低油面電位，對不同形狀的儲(chǔ)油罐，其影響程度不同。對“扁平形”的儲(chǔ)油罐，因其橫截面積大，裝卸鶴管對油面電位的影響并不顯著，而對“瘦高型”的儲(chǔ)罐，則反之，毫無疑問，油面電位同時(shí)受裝卸鶴管大小的影響。裝卸鶴管的半徑越小，對油面電位的影響越不明顯。對一罐容為10m3的儲(chǔ)罐，當(dāng)x=1和C=50時(shí)，裝卸鶴管能降低油面電位約30%。
      將裝卸鶴管近似為儲(chǔ)罐對稱軸上的接地導(dǎo)體，推導(dǎo)出帶有裝卸鶴管的儲(chǔ)罐內(nèi)電廠的解析解，并且就裝卸鶴管對儲(chǔ)罐內(nèi)的電荷泄漏速度和油面電位的影響進(jìn)行了分析。根據(jù)所得到的解析解，通過在不同條件下分析裝卸鶴管的作用，所得到的結(jié)論是：裝卸鶴管的存在對電荷的泄漏速度影響甚微，但能降低油面電位，因此在一定程度上能抑制事故的發(fā)生。裝卸鶴管對油面電位影響的大小和儲(chǔ)罐的形狀和接地導(dǎo)體的大小等因素有關(guān)；和“扁平形”儲(chǔ)罐相比，裝卸鶴管對“瘦高型”儲(chǔ)罐內(nèi)的油面電位影響更顯著。