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OBO船波浪激涌時靜電安全評價的研究

文檔作者：孫可平文檔來源：上海海運學院靜電研究室		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年09月26日
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《靜電》季刊l0卷3期
OBO船波浪激涌時靜電安全評價的研究
～
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搞要
指出靜電放
關鍵詞
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上海海運學院靜電研究室 7 、
本文就部分壓載的OBO船壓載水在波浪激涌時的靜電安全性能進行了評價，
電是9,BO船爆炸的原因之～
：塑 轄全 塹里墊查
弓I言 油輪洗艙機工作時高壓水射流能在油艙內(nèi)產(chǎn)生帶電水霧+在艙內(nèi)形成
很強的靜電場。由此誘發(fā)的油輪爆炸事故，已為越來越多的人所重視。油輪靜電防爆技術也不
斷取得進展。
但是，對OBO船(oil—Bulk—ore Carrier，即石油／散貨／礦石船)的靜電危害卻認識較少。
對其危害性也不夠重視。其實+因靜電放電引起的OBO船的燃爆事故，一直沒有間斷過。因
此，研究OBO船壓艙水的靜電起電機理與安全評價，進而采取相應的防范措施，仍然是港航
部門必須面對的課廚之一
一
1
． 壓艙水激涌時的靜電起電機理 若干艘OBO船在海上相繼爆炸之
后，國際航運協(xié)會油船委員會組織了專家工作組對事故進行了調(diào)查，井進行了大量實驗研究。
最后認為：這些事故與油艙清洗無關、而與壓艙水有關 壓艙水又稱壓載水，為了配載平衡和船
舶穩(wěn)度的需要人為裝載的海水。
為了減少船舶對海洋的污染，控制船舶排出的污水量，船舶壓載水往往是循環(huán)使用 這樣．
壓載水不可避免地混有少量的油腳水、污物或其他雜質(zhì) 大量宴驗證明，水中含有少量的油與
油中含有少量的水一樣，都會大大增強靜電起電量 例如，在純油中加入6 體積的水，能使電
場強度增大到2～5O倍。
裝有壓載水的船舶在航行過程中，壓載水不可避免地沖刷艙壁及其構件，發(fā)生了接觸與分
離的過程+使水珠與艙壁分別帶上異號電荷 壓載水在航行過程中必然囡搖晃而引起激涌，激
涌的本身所激起的波浪也會產(chǎn)生帶電水霧。這就是所謂的激涌起電機理。例如，含有油腳水的
貨艙中，每邊最大為4．的搖晃就足以形成很強的帶電水霧，其電荷密度可與油輪洗艙時所產(chǎn)
生電荷密度相比擬甚至更高。觀測到的最大空間電位為一50KV。最大電荷密度為50nc／m。。
激涌起電本質(zhì)上與承珠的破碎與分裂所引起的帶電現(xiàn)象——勒納德(Lenard)效應有關。
勒納德之后的不少人定量研究了水滴破碎時的帶電情況。發(fā)現(xiàn)水滴破碎后較大的碎滴帶正電，
較小的碎滴和空氣分子帶負電。一個直徑為8ram 的蒸餾水水滴破碎時，平均要產(chǎn)生1．83X
l0 庫侖的電量，即體積比電荷約為7’7×lO c／m 。
后來又有人發(fā)現(xiàn)，電場的存在對水滴破碎起電量影響很大。麥遜(Mason)等人所作的定量
試驗表明 沒有外加電場時，破碎水滴所產(chǎn)生的電量約為3．33×10 e／m。 當有外加電場時+
單位體積水的平均電量隨場強增大而增大，當場強達到1 500V／cm 時，起電蕈可達到1．83×
10 e／m=,提高了550倍。
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必須指出：無論何種機理，其結果形成的帶電水霧．均是懸浮于艙內(nèi)空氣中。有一些較大的
液滴早已固重力而落回到壓載水中。而那些呈現(xiàn)懸浮狀態(tài)的粒子與原來液體的連續(xù)相有完全
不同的性質(zhì)。首先．液相的電導率原來對起電量有舉足輕重的影響，但變成懸浮粒子后這些不
連續(xù)相的粒子就具有特殊的起電規(guī)律。其次．由于空氣是良好的絕緣體，懸浮粒子的電荷很難
泄放。
3．安全 平價 艙內(nèi)充滿了帶電水霧時，必須在艙內(nèi)激發(fā)出靜電場。但這種靜電場
并不是均勻的。因為艙內(nèi)有各種各樣的突出物，如洗艙機，桁架．肋板．金屬管道等。這些突出
物的曲率半徑各不相同，因此．根據(jù)靜電學的基本原理，越尖銳的地方．電力線越集中，電場越
強。
正如油輪靜電引爆的情形那樣．一般是一個導電物體(例如金屬測深棒．水柱．即水
Slugs)一與艙壁間的放電，特別是與艙壁突出物間的放電，才能誘導火花。因此．在分析OBO船
的靜電安全性能時，我們同樣著重分析這些導電的水柱(Slugs)與艙壁突出物之間的放電。因
為壓艙水因波浪激涌時，這樣的水柱能夠隨處產(chǎn)生。
實驗指出：當一個導體以一定速度靠近某一突出物時(此處電力線集中)，或者當一個導體
離開這樣的突出物、向艙壁移動時．均能產(chǎn)生靜電火花[“。
實驗還指出：一個在突出物處因靜電感應而荷電的導體 在艙壁處發(fā)生靜電放電所釋放出
的能量，與同一個物體、原來并未荷電、從艙壁的同一點出發(fā)．向著該突出物接近時(會立即感
應荷電)．同樣會發(fā)生放電．且放電的能量幾乎是等量的 ]。
在此基礎上，用各種長度、各種直徑的導體，在模擬艙內(nèi)進行了試驗。模擬艙內(nèi)充滿了電荷
密度為30nc／m 的帶電水霧。試驗結果見表1。
表1 園柱形和球形導體在波浪激涌時的靜電放電能量
艙中心波浪 所導體尺寸 帶電荷 自由空間 擊穿氣隙 放電能量
高度(m) (nc) 能量(mJ) (mm) (mJ)
長lm~40mm 園柱體 浪高3米 449 1．1 2 1．1
Ol00mm 球 362 5．9 3．5 2．2
Ol50mm球 464 6．7 2．5 21
Ol00mm 球 l 166 1．25 l 0．37
q?2OOmm 球 4l8 3．9 1．25 1．1
Ol50mm 球 l92 1．1 0．58 0．28
~300mm 球 588 5、2 1．0 1．2
從表l明顯看出，這樣的放電大部分具有點燃危害性。
如果用洗艙機來模擬產(chǎn)生水柱，在充滿同樣帶電水霧(電荷密度為30nc／m’)的艙內(nèi)做放
電試驗．結果表明，要使放電能量達到0．2mJ，水柱的長度為100mm，直徑20ram，必須指出試
驗中遇到了以下幾個問廚，尚需要進一步探討：
1．試驗物體的形狀不同，其感應荷電或極化荷電的帶電量也不同。在船舶二維模型計算
中，設球形導體直徑為D，而園柱形物體的長度也為D，直徑也為D，則，以園柱形物體上的帶
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電量僅為球形物體的二分之一。
2．水柱與突出物導體之問的放電能量，還受二者接近速度的影響。當接近速度低于
0．5m／s時，放電時二者之間的介質(zhì)擊穿將發(fā)生時間延遲。高于0．5m／s時，擊穿就好象二個導
體平面之間的放電那樣。就引燃性來說，一個帶電導體以每秒幾米的速度對一個水面放電時，
其著火誘導性要比導體對金屬導體表面的放電來得低。
3．擊穿氣隙低于某一值時，不會發(fā)生引燃。這可能與熄滅效應有關。
4．結論 壓艙航行的船舶，壓艙水搖晃時，會在艙內(nèi)形成帶電的水霧。對于一定尺
寸的水柱(Slug)，能夠發(fā)生火花放電，其能量足以點燃烴類可燃氣體混合物。但是，這種放電能
否引起爆炸，還受其接近速度、氣隙寬度的影響，因此．此類引燃的綜合幾率，并不很高。
參考文獻
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during tank washing and during wave action in Part—ballasted OBO Cargo
tanks，J．Electrostattcsl (1975)6l一7O
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electvlcitg from sloshing water bottoms in tanks of oil-bulk—Dre Carriers：
Tests on board “Hoegh Rover”，Shell Rep AM SR0044，72，Dec，1972
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