石油化工企业管道静电接地范围探讨

石油化工企业管道静电接地范围探讨

管道的静电接地设计不容易引起人们的重视，对哪些地方需要静电接地设计人员、施工人员往往都缺乏明确清晰的界定，通常做法是根据以往的项目经验。不能否认经验在工程准备和实施过程中非常重要，但经验，也是需要甄别的。某项目在界定需要静电接地的范围时，出现了很大的争议，主流的观点认为，应该以管道的介质来界定静电接地的范围，认为可燃介质、氧气、气固管道需要静电接地，而其他如空气管道、氮气等管道，因介质不可燃，不需接地，蒸汽、锅炉水、循环水等因介质导电，也不需接地。这些观点是存在一定问题的，如果按这种观点界定管道的静电接地范围，是存在风险的。界定管道的静电接地范围应该以爆炸和火灾危险区域划分为依据，结合管道介质来确定。本文简单介绍静电定义和危害、静电预防的措施，重点论述管道静电接地的范围以及管道静电接地应注意的事项。

  1 静电的定义、危害及预防措施
  1.1静电的定义
所谓静电，就是一种处于静止状态的电荷，或者说不流动的电荷（流动的电荷就形成了电流）。当电荷聚集在某个物体上或表面时就形成了静电。当带静电物体接触零电位物体（接地物体）或与其有电位差的物体时都会发生电荷转移，就是我们日常见到火花放电现象。
  1.2 静电的危害及预防措施
  1.2.1静电危害主要表现在如下几个方面。
1）改变局部磁场，形成电磁干扰，对仪表等电子设备的正常运行造成不利影响.
2）静电集聚会使灰尘、毛皮、细小纤维等吸附在设备、管道表面。
3）静电放电形成电火花引燃可燃气体、可燃粉尘与空气（氧）的混合物，或者在纯氧状态下引燃金属管道、管件、阀门等。
4）引起人员电击，对人身造成伤害。
1.2.2 防静电危害的措施
预防静电危害的措施比较多，主要有三个方面，一是减少静电的产生，如降低介质流速、采用低静电工艺；二是减少静电集聚，如设置静电接地、增加环境湿度等，三是采用抗静电干扰仪表等等，四是设置静电消除设备，消除人体静电。管道静电接地是为了及时转移生产过程中产生的电荷，是防止静电集聚的重要的有效措施。
2 管道静电接地相关的标准规范
管道静电接地的国家和行业标准不多，主要有GB12158-2006防止静电事故通用导则、HGT20675-1990化工企业静电接地设计规程、SH3097-2000石油化工静电接地设计规范等，GB50235-2010工业金属管道工程施工规范则有专门的章节对管道静电接地实施做出规定。有些大型的过程行业生产性公司和工程设计建造企业，对管道静电接地设计有企业级的规定，如SDEP-SPT-PD2206-2008管道静电接地设计规定；这些企业级的规定，往往比较具体，可以作为管道静电接地范围界定的参考依据。

3 管道静电接地的目的及作用
管道静电接地，就是通过降低管道系统的接地电阻，及时转移电荷，避免电荷集聚，从而达到以下目的：
1）消除因静电放电引燃或引爆可燃气体、可燃粉尘与空气（氧气）的混合物的可能性；
2）消除因静电集聚对敏感仪表造成的干扰；
3）避免因静电集聚造成人员电击；
4）避免平行管道在雷击时因电位差的存在而感应放电。

4 管道静电接地的范围
4.1 如下管道应进行静电接地：
1）位于爆炸和火灾危险区内的管道应进行静电接地。在爆炸和火灾危险区内，可能存在可燃气体和可燃粉尘集聚，如果产生电火花，可能引起火灾或爆炸事故。爆炸和火灾危险区内的强、弱电设施均需要选用防爆型，就是为了防止在电气设施使用过程中产生点火花，引燃或引爆可燃气体或可燃粉尘。如果爆炸和火灾危险区内的管道不能良好接地，静电集聚到一定程度发电而产生电火花，有可能引起火灾或爆炸事故。
2）氧气管道应进行静电接地。氧气是一种特殊的介质，其本身不燃烧，却是强氧化剂，在纯氧的环境中，钢管本身是可以被点燃的。因此虽然氧气不属于可燃介质，但纯氧管道必须接地良好。
3）气固管道应进行静电接地。气固管道在运行过程中会产生大量静电，必须保证管道接地良好，快速转移电荷，防止大量静电集聚。
4）平行敷设的管道，净距小于100时，应每隔20m，设置静电跨接。近距离平行敷设的管廊，为保证两根管道等电位，需要每隔20m设置跨接。
5）管道进出装置界区处应进行静电接地，防止界外管道和装置内管道间电荷的相互转移。

4.2 关于管道静电接地范围的争议
氧气管道、气固管道、平行敷设的管道、管道进出装置界区处，因规范有明确的条文规定，其静电接地要求被普遍接受。除了上述几种情况外，还有哪些管道需要进行静电接地，在工程实施过程中，有不少争议，不少人根据经验认为，只有可燃介质才需要静电接地，非可燃介质如，仪表风、工厂风、氮气等不需要静电接地。笔者对这种观点不认同。
持上述观点的同仁认为，可燃介质有被静电放电引燃或引爆的可能，故需要设置静电接地，而非可燃介质则不存在被静电放电引燃的可能性，所以不需要静电接地。
我们知道起火或爆炸发生需要三个条件：一）存在可燃介质，二）可燃介质和氧气接触，三）存在足够引燃可燃介质和氧气混合物的火花。这三个条件缺一不可。管道中是不允许可燃介质和氧气混合的，因此不存管道内可燃介质被点燃的请可能。另外，电荷有同性相斥的特性，电荷总是集中在管道外表面，因静电集聚而放电产生电火花首先发生在管道的外表面。
由静电引发的火灾或爆炸事故，一定是由于静电放电产生电火花引燃或引爆泄漏到管道或设备外部的可燃气体或可燃粉尘与氧气的混合物而产生的。只要存在可燃气体或可燃粉尘集聚的区域，都存在因静电放电或引发火灾或爆炸的风险。故判断一般管道是否需要接地的依据，不是其内的介质是否可燃，而是其是否位于火灾和爆炸危险区域内。
关于在爆炸和火灾危险区内的管道应该静电接地，在HG20675中是给出了明确的说法，其第2.1.1条规定“对爆炸和火灾危险环境内可能产坐静电危害的物体，应采取工业静电接地措施”；SH3097虽然在条文中没有明确提到爆炸和火灾危险区域内的管道应该接地，但在其条文解释中提到“对于在有爆炸、火灾危险的场所，可能产生的静电危害己越来越多地受到人们的重视。而在非爆炸、火灾危险场所，由于设备、管道、电子仪器等的静电会导致妨碍生产和造成静电电击等，也应进行静电接地”。这个条文解释是支持在爆炸和火灾危险区域内的管道应该静电接地这一观点的。
有观点认为，水是导电的，所以水管道、蒸汽管道不需要接地。事实上，蒸汽不是电的良导体；水本身也不导电，导电的是存在导电离子的水。而流程工业的很多水，如锅炉水、除氧水、蒸汽冷凝液等都除去了大部分导电离子，其导电性能并不好。即使是循环水，为了减少换热设备结垢，也是经过软化处理，脱除了大部分的钙镁离子。除非经过实验证明工艺装置所用的水在管道内有良好的导电性，不能认为水是导电的而取消爆炸和火灾危险区内蒸汽和水管道的静电接地要求。
有人认为，采用金属螺栓连接的法兰不用静电接地，理由是SH3097第4.3.3条规定“当金属法兰采用金属螺栓或卡子紧固时，一般可不必另装静电连接线，但应保证至少有两个螺栓或卡子间具有良好的导电接触面。”这种理解是不正确的。这条规范是说在满足一定前提下，法兰可不另行设置导线跨接，并不是说可以取消管道的静电接地要求。管道的静电接地要求并不等于要设置静电跨接，这个问题在下文中会讨论到。另外，规范给出了不设置静电跨接的前提条件，“具有良好的导电接触面”，但如何认定这个前提条件，即如何认定“具有良好的导电接触面”，并没有给出单独的说明。这是一条不具可操作性的豁免条款。

5 管道静电接地的方式
管道的静电接地，分为直接接地和间接接地两种。直接接地，就是管道静电接地设置直接连接装置主干接地网；间接接地，指管道通过与已接地的设备或者钢结构连接，间接与装置主干接地网连接。
所有的设备均设置有静电接地，而所有的管道均与设备相连接，绝大多数管道均为间接接地。但当管网系统的接地电阻大于100欧姆时，应单独设置接地。
管道系统通常采用间接接地方式，管道接地的工作主要在管道系统中非焊接连接处的静电跨接。这些需要考虑静电跨接的部位包括：
1）金属管道与管道之间的法兰或螺纹连接处；
2）金属管道与设备管道之间的法兰或螺纹连接处；
3）金属管道与阀门之间法兰或螺纹连接处；
4）金属管道与仪表之间法兰或螺纹连接处；
5）金属管道与特殊件之间法兰或螺纹连接处；
6）阀门与特殊管件、设备管口、仪表之间的法兰连接处。

6 设置导线跨接必要条件
有静电接地要求与设置导线跨接是两个不同的概念，不能等同。是否设置导线跨接，不仅仅要看设计要求，还要看接头之间的实测电阻。设置导线跨接的必要条件有两个，首先是设计有静电跨接要求；其次，只有接头两侧实测电阻大于0.03欧姆时，才需要设置导线跨接。完成导线跨接后，接头之间的实测电阻应小于等于0.03欧姆。对法兰连接，指两片法兰之间的电阻，对螺纹接头，指接头两端管道之间的电阻。需要说明的时，有静电接地要求的，不管做不做实体跨接线，电阻检测是必要的程序。另外，对一些特殊的介质，不管接头之间的实测电阻是否小于等于0.03欧姆，均应设置静电跨接。这些介质包括纯氧、气固混合物以及氢气。前两者需要设置跨接的原因，前文已经阐述；氢气因分子量小，极易泄漏，且爆炸极限范围广，引燃电流小，为安全起见，应设置高等级的静电接地措施。

设计单位应在设计文件中明确管道接地的范围；施工单位应根据设计文件，对要求接地的管道及管道法兰和螺纹接头的电阻进行测量和记录，并根据测量记录结果对部分接头设置导线跨接；生产运营单位应根据交工技术资料中管道及接头的电阻检测记录定期组织复测和维护已保证生产运营安全。