鐵路是我國成品油運輸最重要的工具,每年通過鐵路運輸?shù)某善酚驼计漭斔涂偭康?0%以上,這中間又以車用汽油等輕質油品占絕大多數(shù)。成品油充裝過程是鐵路油罐車運輸?shù)闹匾h(huán)節(jié),因此,在鐵路油罐車充裝過程中要重點考慮其防火防爆問題。成品油充裝過程中發(fā)生的火災爆炸事故具有較大的危險性,因為成品油閃點、燃點和自燃點較低,具有比煤炭、木材等物質易燃燒的特性,成品油熱值越大,火焰溫度就越高,輻射熱強度也越大,油蒸氣的大量排放更是火災、爆炸等惡性事故的隱患。油品的蒸氣在空氣中達到爆炸極限時,遇火即能爆炸。爆炸極限越低,危險性就越大。著火過程中,燃燒和爆炸又往往交替進行。一般是先發(fā)生爆炸,然后轉為燃燒。超過爆炸上限時,遇火源先燃燒,待濃度下降到爆炸極限時,即會發(fā)生爆炸?;饒黾捌涓浇挠凸捃囀艿交鹧孑椛錈岬淖饔茫绮患皶r冷卻,也會因膨脹爆裂增加火勢,擴大災害范圍。強熱輻射易引起相鄰油罐及其他可燃物燃燒,還嚴重影響滅火戰(zhàn)斗行動,因此對鐵路油罐車充裝過程火災爆炸危險性分析是十分必要的。
1 鐵路油罐車的充裝過程危險性分析
1.1鐵路油罐車的充裝工藝
根據(jù)我國鐵路油罐車的現(xiàn)狀,擔負運輸?shù)闹餍凸捃囍饕蠫6、G9、G10、G11、G12、G14、G15、G17、G17A、G50、G60等10余種,鐵路油罐車裝油方式大體分為:①底部裝油或稱潛流裝油;②上部裝油或稱噴濺裝油。前者較為合理,但底部裝油也可能產(chǎn)生新電荷,特別是當容器底部有沉積水或有其他品種的殘余油品時,也會產(chǎn)生很高的靜電電位。后者更易產(chǎn)生靜電,因為當油品從鶴管高速噴出時,將因發(fā)生液體分離而產(chǎn)生電荷,當油品沖出到容器壁還會造成噴濺飛沫而產(chǎn)生靜電。同時上部裝油促進油霧的產(chǎn)生,也易使油氣、霧氣混合物達到爆炸濃度范圍。此外,頂部裝油還會使油面局部電荷集中,容易產(chǎn)生放電。因此,在裝油工藝中,應盡量采用潛流裝油,要控制流速,還要在裝油前清理干凈容器。但是目前國內(nèi)在用的鐵路油罐車裝油方式多采用噴濺裝油,一般裝油時鶴管僅伸入槽車口1m左右。開啟油儲罐的放油閥門,啟動裝油車油泵,油品經(jīng)輸油管送到鐵路裝車棧橋總管,由罐裝工人放好鶴管后,開啟鶴管閥門,油品輸送入罐車測量油位符合要求后,關閉鶴管閥門,充裝結束。充裝油品工藝如圖1。
1.2鐵路油罐車的充裝過程火災爆炸事故樹分析
通過鐵路專用線油罐車充裝油品過程火災爆炸事故樹模型分析“可知,構成其火災爆炸事放發(fā)生的基本事件見表1。
根據(jù)事故樹的結構重要度分析,每一基本事件的重要順序可以排列為:
由上述所得事故樹的結構重要度大小順序可知,基本事件X7,X8、X9、X10、X11、X12重要順序大于其他基本事件,而這6個基本事件正是引起靜電火花產(chǎn)生的主要原因,因此,對鐵路罐車充裝過程火災爆炸的預防,應重點考慮對靜電火花的控制。
2 鐵路油罐車充裝過程靜電危害危險性分析
2.1靜電引燃起因
據(jù)統(tǒng)計國內(nèi)較大的成品油靜電事故中,鐵路油罐車裝油事故占首位,其次是油儲罐裝油事故,因而對鐵路油罐車裝油時的靜電要特別注意。成品油產(chǎn)品在流動、過濾、混合、霧、噴射沖洗、加注、晃動等情況下,由于靜電荷的產(chǎn)生速度高于靜電荷的泄漏速度,從而積聚靜電荷。當積聚的靜電放電的能量大于可燃混合物的最小引燃能,并且在放電間中油品蒸氣和空氣混合物處于爆炸極限范圍時,將引起靜危害。
2.2噴濺裝油靜電危險性分析
目前我國鐵路油罐車車型比較復雜。它們的容積一般為50~60m3,如G50及G60型。油罐車多為上裝上卸,只新生產(chǎn)的G17型黏油、輕油兩用車有下卸口。上裝上卸的式對防止靜電事故是個不利因素。通過對潛流裝油和噴濺裝油這2種充裝方式下各環(huán)節(jié)產(chǎn)生的靜電荷量值可以看出,潛流裝油系統(tǒng)產(chǎn)生的電荷從泵開始大量地產(chǎn)生,在過濾器處達到高峰,然后進入管線,最后進入槽車。如果管線較長的話,高峰可能小一些。噴濺裝油系統(tǒng)與泵式不同之處在于沒有因泵而使靜電荷急劇增加的環(huán)節(jié),這使得進入過濾器的初始電荷值較小。兩者都存在著過濾器位置的設計問題,一般希望把它置于離裝油棧臺100m以外,以便有充裕的時間逸散電荷,或者設法降低流速以減少電荷的產(chǎn)生。
在噴濺裝油的過程中,活動套筒式小鶴管可以伸到槽車底部裝油,但在實際操作中一為方便,二為減少油品損失(鶴管頭不深入油內(nèi)造成鶴管里阻力增加,油會從套管間溢出),所以都沒有把鶴管插入槽車底部。甚至有的單位明確規(guī)定鶴管頭要離開油面200mm以上,顯然這是很不妥當?shù)?。因為這會使鶴管口附近的油面上集聚更多的電荷,電位梯度增大,容易放電。應該采用底部裝油或將鶴管伸至接近罐底,理由是:可以避免油柱流車經(jīng)體中部電容最小位置時(此時油在管內(nèi))所產(chǎn)生的最大電位。在裝油后期油面電位達到最大值時,油面上部沒有突出接地體,可避免局部電場增高。在局部范圍內(nèi)可避免因油柱集中下落形成較高的油面電荷密度。減少噴濺、泡沫,從而減少新產(chǎn)生的靜電荷。減少油品的霧化及蒸發(fā),可避免在低于閃點溫度時點燃。
2.3鶴管類型及其產(chǎn)生靜電情況分析
目前我國鐵路罐車裝油臺使用的鶴管按口徑可分為2大類。Dg100mm以下的稱為小鶴管,Dg200mm的稱為大鶴管。小鶴管按車位布置平均12m左右設置1臺,可以同時裝車30多臺;大鶴管一般設置2個鶴位集中裝油。小鶴管雖然管徑較小,但由于多臺同時裝充,所以裝車流速并不算高,
一股在3.5~4m/s裝1臺時間大致是35min左右,裝1列車約需30~120min。由于操作上的種種原因,滿車順序總有先后。因此,1列車中總有部分車位出現(xiàn)流速不均勻,有時可達6~8m/s,有時甚至高達13m/s,這是小鶴管在操作中要特別注意的時刻。對于大鶴管,由于管徑大,流量大,5~8min就可以裝完2臺車,相對而言流速較高。所以,大鶴管裝車時槽車油面電位較高。大鶴管雖然使用的歷史不長范圍不廣,但出現(xiàn)的事故較多,應該給予充分的注意。
2.4油罐車內(nèi)靜電分析
油料的電導率較大時,車內(nèi)各部分油料的電荷密度容易趨向均勻。因電荷有同性排斥的作用,油中的電荷有流向油面的趨勢,又因液體表面張力的緣故,油面電荷較多,這就是所謂的趨表效應。由于油罐車內(nèi)各點電容不同,因而同樣數(shù)量的電荷在電容較小的部位就會有較高的電位。較高電位處的電荷將向低電位處流動而使電位趨向平衡。當油品流動較慢時,車內(nèi)各部位的電位易趨向均勻,而電荷不均勻的現(xiàn)象較明顯。但在油品流動較快時,各部分電荷易趨向均勻,電位差別較大的現(xiàn)象就增加。鶴管裝油時接近油面,其管口末端形成的不同對局部電容有不同的影響,從而引起電荷密度及電位的差異。油罐車在裝油的整個過程中,油面電位是隨著液面上而變化。最高電位出現(xiàn)在1/2~3/4容積處。油面電位的數(shù)值,主要取決于所在位置電荷和電容數(shù)值的大小。一般說來,在鶴管油柱下落處的電荷密度較大,在車內(nèi)中部位置電容較小(有爬梯時稍有增加),所以油罐車中心部位電位較高。