摘 要

在石油制品的转移运输过程中，大部分需要铺设大型管道进行输送，石油制品是电导率很高的液体，在输送管道内流动输送的过程中，由于双电层起电原理会产生大量的电荷，当油品的流速过高的时候，流动带电所产生的大量电荷就会形成冲流电流，对管输过程中冲流电流以及油品中电荷的积累状态进行评估，成为现在油品静电安全技术中一个重要的问题，本文即是对管道输送油品静电测量问题进行研究。

油品中的静电电位的测量方法一直困扰着国内外的研究者们，其原因是静电的产生易受到外界环境的干扰，同时因为静电电位较高在测量时易产生安全隐患，电流微弱很难准确地测量，而静电电位的测量是本文重点研究方向。本文通过对静电起电原理的研究，结合成熟的油品起电理论，提出了一种内置式感应电极，实现了在与管壁绝缘条件情况下对管道内的油品进行电荷密度的精确测量，以避免传统测量方法中接触管道壁时会产生电荷泄露的问题。本文中选定了合适的管壁边界条件，并根据实际生产生活情况选定了初始条件，模拟出了所设计的测量电极在管道内的电势分布情况和电荷密度分布情况，并设计了测量电极得到静电电位信号后的静电电位导出电路，其中包括了反比例降压电路、低通滤波电路和保护输出安全的过压保护电路。最后通过得到的模拟数据和起始条件相对比，对这次设计进行评估和分析，总结本次设计的成果和不足之处。

关键词：静电安全, 电荷参数测量, 高阻抗输入测量

Abstract

In the process of the transfer of petroleum products transportation, most need to laying large pipelines, oil product is a high conductivity of liquid. Flow in pipeline transportation process, due to the electric double layer on the electric principle will produce a lot of charge. When the oil velocity reaches a certain value. The flow of charged can form a lot of charge slipstream generated by current, the streaming current in the process of pipeline as well as to evaluate the charge accumulation in petroleum. Oil electrostatic security now become a important problem. This paper is the study of pipeline oil electrostatic measurement problem.

The measuring method of electrostatic potential in oil products has been puzzling the researchers at home and abroad, and The reason is the generation of static electricity is easy to be disturbed by the external environment. Because of the high electrostatic potential, it is easy to have a safe hidden trouble when measuring At the same time it is difficult to accurately measure the current. The measurement of electrostatic potential is the key research direction in this paper. In this paper, A built-in induction electrode is proposed based on the study of the principle of electrostatic electrification, combined with the mature theory of oil. The accurate measurement of the charge density of the oil products in the pipeline under the condition of the insulation of the pipe wall is realized. To avoid the problem of charge leakage when the traditional measurement method is in contact with the pipe wall. In this paper, the suitable boundary. Conditions and the initial conditions are selected according to the actual production and living conditions. The potential distribution and the charge density distribution of the measured electrode in the pipeline are simulated. The design of the measuring electrode by electrostatic potential derived circuit signal after the electrostatic potential. Including the streaming capacitor divider circuit, overvoltage protection circuit, inverse proportion circuit, low-pass filter circuit and output safety protection. The simulation data are compared to evaluate and analyze the design, summarizing the achievements and deficiencies of this design.

Key Words：Electrostatic safety, Charge parameter measurement, high input impedance measurements

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 本文研究内容 2

第2章 亥姆霍兹模型理论 3

2.1 双电层理论 3

2.2 亥姆霍兹模型解析 4

2.3 起电的影响因素 5

2.3.1 材质特性影响 5

2.3.2 外界环境影响 5

2.4 本章小结 6

第3章 静电参数测量方案设计 7

3.1 静电测量要求与方法 7

3.2 静电测量电极的设计 7

3.3 本章小结 9

第4章 静电参数测量方案模拟 10

4.1 管道内的模拟条件 10

4.2 电极在管道内的模拟 11

4.3 模拟结果 13

4.4 本章小结 13

第5章 输出信号导出电路设计 15

5.1 低损耗降压电路 15

5.2 低通滤波与过压保护电路 16

5.3 电路输出结果分析 17

5.4 本章小结 17

第6章 总结与展望 18

参考文献 20

致谢 21

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

石油制品的运输多部分是依靠管道进行输送，因为油品中会携带不同的物质和杂质，因为其对电荷的吸附力不同，管道内的物质就会携带电荷，油品的流动会使得电荷运动从而产生冲流电流，导致起电和电荷的泄露，从而埋下隐患造成生产事故危及生命和财产安全，就比如在1997年，一艘马来西亚油船在向油驳泄油时，由于静电火花引起了油气爆炸并导致死亡6人重伤多人，这显示出油品静电研究至关重要，合理地测量方案能够确保石油工业的安全生产和保障人员生命安全。然而油品运输过程中是在不断运动的，电荷的产生和移动受很多因素的影响：包括管道周围的空气温度湿度，制作管道所用材质，以及周围带电体电场对管道内电荷都会产生一部分的影响。因此在研究静电的聚积情况时，对静电的测量要选择一种合适而安全的方法来尽可能地精确测量静电的相关参数，并得出一个可以综合评价油品输送静电安全性能的指标。

管内起电是十分实际的问题，例如液体燃料或者其他碳氢化合物管道运输中液体燃料有可以产生很高的对地电压，从而产生静电危害。在引发管道输送事故和船舶事故的原因中，据统计电荷泄露占到了第三位，即时地监测到异常的电荷泄露关系到生产和生活安全。在我国石油工业产业比重巨大，而且我国国土疆域广阔，输送过程中静电荷的积聚有着极大的安全隐患，实时的油品运输监测因而显得尤为重要。

1.2 国内外研究现状

我国对于电荷密度测量的研究侧重于广泛应用性和经济实用性，并且在相应的领域获得了不菲的成果。1993年，中国石化按照接触式电极的设计思路设计了一种静电监测仪，该仪器的一端是插入管道内的接触式传感器，外接到便携式测量器，经过实际应用的监测表明此仪器的缺点十分明显，那就是在测量过程中会导致电荷的泄露，导致测量的电位下降，不能真实的反应油品的静电电荷密度，但是该仪器也有着便携测量方便，生产单价低廉可广泛使用的优点。另外在2011年，为了满足实时对监测管道内电荷进行测量，我国后勤工程学院设计了一种法拉第筒式的感应装置，该装置的优缺点也十分明显，其可以实时的测量并且不接触管道，安全测量得到了保障，但是容易受到外界因素的干扰。