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=> 静电防护基本措施及常见静电放电火花危险性控制与消除 |
发布日期：[2009/12/11]
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一、国家标准
国家标准GB 12158—90《防止静电事故通用导则》规定了静电防护措施，要求根据现场环境条件、生产工艺和设备、加工物件的特性以及发生静电引燃的可燃程度等予以研究选用。该标准规定的静电基本防护措施包括下述六项：
1．减少静电荷的产生。
①对接触起电的有关物料，应尽量选用带电序列中位置较邻近的；或对产生正负电荷的物料加以适当组合，使最终达到起电最小(如铝粉与不锈钢漏斗摩擦带负电，而与虫胶漆漏斗摩擦带正电，用这两种材料按比例混合制成的漏斗，就能避免静电荷累积的危险)；
②在生产工艺的设计上，对有关物料应尽量做到接触面积、压力较小，接触次数较少，运动和分离速度较慢。例如制造橡胶雨衣的用刮刀进行刮胶的工序，改为用两个金属辊碾胶的工序，就能大大减少静电产生而引发火灾的危险。
2．促使静电荷尽快对地泄漏。
①在存在静电引爆危险的场所，所有属静电导体的物体必须接地。对金属物体应采用金属导体与大地作导通性连接，对金属以外的静电导体及亚导体应作间接连接；
②静电导体与大地间的总泄漏电阻值在通常情况下均不应大于106Ω。每组专设的静电接地体的接地电阻值一般不应大于100 Ω；在山区等土壤电阻率较高的地区，其接地电阻值也不应大于1000Ω：
③对于某些特殊情况，有时为了限制静电导体对地的放电电流，允许人为地将其泄漏电阻值提高到不超过109Ω；
④局部环境的相对湿度宜增至50%以上；
⑤生产工艺设备应采用静电导体或静电亚导体，避免采用静电非导体；
⑥对于高带电的物料，宜在接近排放口前的适当位置装置静电缓和器：
⑦在某些物料中，可添加少量适宜的防静电添加剂，以降低其电阻率；
⑧在生产现场使用静电导体制的操作工具应予接地。
3．为消除静电非导体的静电，宜用高压电源式、感应式或放射源式等不同类型的静电消电器。
4．将带电体进行局部或全部静电屏蔽，屏蔽体应有可靠的接地。
5．在设计和制作工艺装置或设备时，应尽量避免存在静电放电的条件，如在容器内避免出现细长的导电体突出物和避免物料高速剥离等。
6．控制气体中可燃物的浓度，保持在爆炸下限以下。
二、防止静电危害的基本措施
防止静电首先要设法不使静电产生；对已产生的静电，应尽量限制，使其达不到危险的程度。
其次使产生的电荷尽快泄漏或中和，从而消除电荷的大量积聚。
1、减少摩擦起电
在传动装置中，应减少皮带与其他传动件上的打滑现象。如皮带要松紧适当，保持一定的拉力，并避免过载运行等。选用的皮带应尽可能采用导电胶带或传动效率较高的导电的三角胶带。在输送可燃气体，易燃液体和易燃易爆物体的设备上，应采用直接轴(或联轴节)传动，一般不宜采用皮带传动；如需要皮带传动，则必须采取有效的防静电措施。
限制易燃和可燃液体的流速，可以大大减少静电的产生和积聚。当液体平流时，产生的静电量与流速成正比，且与管道的内径大小无关；当液体紊流时产生的静电量与流速的1．75次方成正比，并与管道内径的o．75次方成正比。
目前，世界各国控制流速的标准尚不统一。
总之，在确定流速时，不但要考虑管道的内径，而且要注意流体的性质、所含杂质的成分和数量、管道的材质等各种因素的影响。
在管道中流动的可燃液体，即使有较高的平均电荷密度，但往往由于管道内有较大电容，并不显示出有较高的电压，且在管道中又因为没有空气，所以不会引起燃烧和爆炸。在这种情况下，虽然静电在管道内部并不构成危险，但其严重的危害却主要是在管道的出口处，这是必须引起重视的。
2、静电接地
静电接地的作用是泄放导体上可能集聚的电荷，使导体与大地等电位，使导体间电位差为零。
A．静电接地原理
静电接地就是用接地的办法提供一条静电荷泄漏的通道。实际上，静电的产生和泄漏是并行的，是给带电体输入和输出电荷的过程。物体上所积累的静电电位，当对地电容一定时，完全取决于物体的起电量和泄漏电量之差。其中静电起电速率是一个随机变量。随时间变化可以很缓慢地增加，也可能急剧变化。为了确保物体静电安全，就以泄漏(接地)的办法来解决。
静电接地的应用范围是有条件的，并不是一切物体带电都可以借助于接地的办法来解决。一般说来，可能引起火灾、爆炸相危及安全的场所的金属导体、设备，属于静电导体的非金屑材料、人体都必须进行静电接地。同时还需考虑全系统接地的问题，否则接地反而会造成静电放电现象。例如，当处于绝缘状态的带电人体(或物体)与接地体接近或接触时，产生放电火花。相反，接地的人体(或物体)接近带电的孤立导体时，同样会产生火花放电。
B．静电接地方式
(a)直接接地 直接接地就是电气接地，即用金属导线把带电体直接和接地干线连接起来。
(b)间接接地
间接接地就是使金属以外的物体进行静电接地，将其表面的全部或局部与接地体紧密相接的一种接地方式。或者说，通过具有一定电阻值的静电导体将带电体和接地体连接起来。
3、降低电阻率
当物质的电阻率小于106 Ω.cm时，就能防止静电荷的积聚。
A．添加导电填料
用掺入导电性能良好的物质的方法来降低其电阻率。如在橡胶的炼制过程中，掺入一定的石墨粉，使之成为导电橡胶；在塑料生产中，掺进少量的金属粉末和石墨粉使之成为低电阻性塑料；在工业用油中，掺以少量的酒精或微量的醋酸；在苯中注入一些油酸镁等金属皂，均能降低其电阻率。
B．采用防静电剂
防静电剂以油脂为原料，主要成分为季胺盐，它的作用是化纤、橡胶、塑料等物体的表面吸附空气中的水分，增加导电率。如SN阳离子抗静电油剂，在聚乙烯化纤纺织和聚乙烯醇合成纤维抽丝过程中，只要涂抹少量，即能使静电电压限制在几十伏内。在生产涤纶纤维上使用的阳离子型PK抗静电油剂和在长纤维上使用的MOA3、KP油剂等，也都有较好的防静电性能。在生产防静电输送带时，即在原料丁睛橡胶中，加入防静电剂；在聚酯薄膜或其他塑料制品上，加入或涂上SM防静电油剂也都有一定效果。在化纤纺丝中，加入环氧丙烷亲水基因；在航空煤油等液体中加入ASA3防静电添加剂；在感光胶片上涂上防静电剂等，都能使表面电阻率或体积电阻率大大降低而减少静电的积聚。
4、增加空气湿度
当空气的相对湿度在65—70％以上时，物体表面往往会形成一层极微薄的水膜。水膜能溶解空气中的CO2，使表面电阻率大大降低，静电荷就不易积聚。如果周围空气的相对湿度降至40一50％时，静电不易逸散，就有可能形成高电位。增加空气湿度的常用方法是向空气中喷水雾，一般均选用旋转式风扇喷雾器，不过该机不防爆，必须从墙外吹入。
5、空气电离法
利用静电消除器来电离空气中的氧、氮离子，使空气变成导体，就能有效地消除物体表面的静电荷。常用的静电消除器有：
(a)感应式静电消除器
它还可以分为钢件接地感应式、刷型感应式、针尖感应式等几种。主要用于造纸、橡胶、纺织、塑料等生产及加工行业。
(b)高压式静电消除器
它主要有外加式、工频交流式、可控硅、交流高频高压式等。在化工、纺织等工业中可根据不同的要求选用。此外，还有高压离子流、放射性辐射等形式，适用于其他特殊场所。
三、常见的静电放电火花危险性的控制与消除
1、固体带电
固体绝缘材料正越来越多地用于化工生产设备和构件。由于固体绝缘物没有自由电子，其表面常常因有杂质吸附、氧化，形成了具有电子转移能力的薄层，因此在摩擦、滚压、挤压、剥离等情况下能产生静电。固体静电可以通过降低电阻率(如在聚合材料制成的产品中，加入适量的添加剂——碳黑，可制成导电制品、增大湿度、电离、接地、接地金属网的应用等方法消除或减少因静电的积聚而产生的放电火花。
(1)橡胶制品在生产的压延工序中，胶料在压延机滚筒的该压下，由于压力较高、受压面积较大，电荷转移较快，产生的静电电压可高达数10万V。一般采用局部增湿，使相对湿度在75％以上，以减少静电。
(2)运输传送设备也极易产生静电。如橡胶平皮带、塑料带、合成纤维带、牛(猪)皮带的高速传动和输送等设备上都常有静电产生。曾对皮带式输送机上正在运转的硬聚乙烯托辊进行测试，其静电压高达45000V。由此可见，在有易燃易爆气体或粉尘的场合，传送带的传动轴、辊均不得采用电阻率较高的绝缘材料，以免静电放电引起燃烧、爆炸。
(3)不同的磨料相互摩擦时产生的静电压也各不相同。据实测，在转速固定不变，温度为20土3℃，空气相对湿度为65士5％的条件下，不同物体相互摩擦产生的静电电压如表：
可见，当穿着服装不当，也易因摩擦而产生静电。所以，在易燃易爆场合，工作人员不应穿着合成纤维织物的衣服，以免发生危险。维纶吸水性良好，性质也与棉相似，相对来说比较安全，但在空气中相对湿度低时，静电电压仍相当大。
(4)在纺织工业中，为了预防合成纤维在加工过程中产生静电，应使车间保持一定的湿度，以利织造。
(5)在胶片生产中，由于高速施动薄膜，也会产生静电。
(6)化纤织物、塑料等作为抹布擦拭时，会产生静电。所以在爆炸危险场所，应严禁使用。又如向易燃易爆反应釜内投料时，也不得将物料从塑料袋中直接倾倒，而应先在安全地区倒入木桶内，然后再从木桶中倒入反应釜，以防止塑料摩擦产生静电。
2、液体静电
液体在管道内流动时，液体与管壁相互摩擦可以产生静电。其主要原因是由于固体和液体接触的表面存在着偶电层。由于液体的电离性或其所含杂质的电离性，液体中或多或少含有正、负两种离子，又由于接触面的电化学反应，一种离子被吸附在固体表面上，另一种离子靠异性电荷的吸引力而聚积在被吸附离子的附近，于是，从微观结构上看，在固——液接触面处就形成了“偶电层”。如果偶电层不被分离开来，则在总体上是呈中性的。但如果由于液体的流动、搅拌、喷射、灌注、飞溅、冲刷、过滤、喷雾、剧烈晃动等摩擦使偶电层发生了分离，则将引起静电现象。液体在管道中流动时静电的产生首先是液体与管壁接触面处产生偶电荷层。固体管壁表面上吸附的电荷层很薄，只有几个分子大小厚度，称为固定电荷层，而液体内的电荷层较厚，甚至几毫米的厚度，称为扩散电荷层。其次，液体流动使偶电层电荷分离，液体流动的冲力带着扩散层电荷流动，形成液体因带电而产生放电火花引起火灾爆炸事故，是由多种因素决定的。在一定范围内，液体静电随着电阻率的增加而增加，超过某一范围，随着电阻率的增加，液体静电反而下降。实验证明，电阻率为1010Ω.m 左右的液体最容易产生静电；电阻率为108 Ω.m以下的液体，由于泄漏较强而不易积聚静电；电阻率在1013 Ω.m以上的液体，由于分子极性很弱而不易产生静电。石油、重油的电阻率在108
Ω.m以下，静电危险性很小；石油制品、苯和其他一些溶剂电阻率多在1010 -1012 Ω.m之间，静电火花放电的危险性较大。下面列举几种情况加以说明。
(1)由低电导率液体自由喷入引起液体表面上飞溅和撞击是静电带电的重要原因。在油罐内应避免顶部喷溅进油，应采取底部注入或将输袖管伸到底部注油的办法。从油罐上方装油时，为了减小冲击，宜于沿罐壁注油；为了减小喷溅，宜采用斜管口和人字管口注油。
(2)搅拌易燃液体时易产生静电，所以要选择产生静电最小的导电材料制造搅拌器，并要接地。搅拌时，应缓慢而全面地搅拌，不应高速局部搅拌。
(3)静电荷的产生随液体流动的速率增加而增加。而且，高速流动会冲击第二相物质而增加管内的静电。为此，注油口应位于油罐底部。在向罐内装入低电导率(电导率小于50PS／m)流体时，如管道内有第二相物质，则流速不应大于1m／s。在没有第二相物质存在时，流动速率上限不应超过7m／s；但有时限制在2m／s范围内。
(4)低电导率液体中出现第二相液体时，会大大增加静电产生。最常见的第二相液体是水。应尽量消除第二相液体，如尽量减少罐内和管道内的水。
(5)当向易燃液体储罐或储槽送料、采样、测量时，也都有可能产生静电火花。因此，上述工作应在灌装后静止一段时间再进行，并不使用金屑取样器或金属标尺。在实际工作中要根据液体的电阻率和储存容器的容积大小考虑相应的静止时间。
(6)加入抗静电剂，可以将液体电导率提高到50ρS／m以上，从而将泄漏时间常数降低到完全可以消除静电灾害的程度。
(7)灌装、输送易燃液体时，若设备及管道未接地，静电就容易积聚。如汽油和煤油用25mm导管从储槽中以自由流入的方式灌入比储槽低4m、且对地绝缘的铁桶内，经测试其所产生的静电压如表所列。
(8)运输易燃液体时，由于中途颠簸，会使槽车或油船内液体摇荡激溅，产生静电危险。因此，槽车内应设置隔仓板；罐装量以在85％以上较为适宜。此外，还应采用铁链接地，并保持中速行驶。
(9)高压水流在冲击对地绝缘的固体时，细微的水滴和固体也均会带电。如周围有易燃易爆气体时，也会因静电放电而造成爆炸危险。
(10)用汽油擦洗地板也会引起静电火灾爆炸事故。因在擦洗时使用的汽油，经陆续挥发后，形成大量的爆炸性混合物，而当用拖把擦地面，或人体走动时与汽油摩擦，都可能产生静电火花放电，即能引起燃烧或爆炸。故应严禁使用汽油等易燃液体擦洗地面。
3、粉尘带电
A．粉尘带电过程
粉体物料是指聚积的由物质分散成细小颗粒组成的粉末状物料。在工业生产加工过程中，物料颗粒之间或物料与器壁之间免不了互相碰撞摩擦，进行反复的接触和分离，这样，它们之间就会产生电子转子转移现象，使粉体及器壁分别带上不同极性的静电。
粉体是处于特殊形态下的固体，其静电的产生也符合偶电层的基本原理。粉体物料与整块固体相比，具有易分散、易飞扬而悬浮于空气中的特点。由于易分散性，粉体表面就比同样重量、同样材料的整块固体的表面积大很多倍，例如把直径l00mm的球状材料分成等直径的0．1mm的粉尘时，表面积就增加10002倍以上。表面积增加，表面摩擦的机会多得多，产生静电也就多得多。由于有悬浮性，粉尘颗粒处于悬浮时与大地总是绝缘的，因此所带静电不易泄漏。所以即使金属粉体处于悬浮状态时也易带电。烟火药混药过程中掺有铝粉、镁粉的药剂，静电也很高。就是电阻率很低的木炭，它与硫磺进行二味粉混料时，产生的静电也可达数千伏。在粉尘摩擦起电过程中，同时也存在着电荷通过器壁、管壁、工装、设备甚至大气向外泄放的过程。
B．影响粉尘带电的因素
影响粉尘带电的因素很多。粉体材料性质，包括化学组成、颗粒大小、形变状态、表面几何特性、化学结构，物料接触的器壁材料的导电性、接触面大小，接触时间，碰撞相对速度；环境的温度、湿度以及介质条件、周围是否存在电场等等。一般说来，高绝缘物料易起电，器壁或管壁越租糙，粉尘带电越多，粉体颗粒越小，其表面积越大，越易受到静电力的干扰，所以带电荷就越多。实验表明，静电事故多数发生在粒径小于100μm左右的粉尘。粉尘被输送、搅拌、混合时间越长，发生摩擦和碰撞的次数愈多，粉体带电愈多。但颗粒在碰撞的同时，也发生着中和电荷的过程，因而经过一定时间后，静电的产生和消失接近平衡，带电状态趋于饱和。此外，粉尘带电还与管道和器壁的结构有关。弯曲的管道比平直的管道容易产生静电，管道收缩部分比均匀部分容易产生静电；管道或料槽安装的角度对静电也有一定的影响。
C．粉尘静电的控制
(1)限制粉尘在管道中的输送速度。粉尘越细、摩擦碰撞的机会越多，且越容易产生静电。所以，粉尘越细，速度应越慢。具体的速度应根据粉尘种类，空气相对湿度；环境温度，器壁粗糙度等影响而有所不同，应通过电压测定来控制。
(2)管道内壁应尽量光滑，以减少静电聚集。管道弯头的曲率半径要大，不宜急转弯，以减少摩擦阻力。
(3)粉尘捕集器的布袋，应用棉布或导电织品制作，因合成纤维织物易产生静电，不宜采用。
(4)在允许增加湿度的条件下，可将空气相对湿空气相对湿度增加到65%以上，以减少静电。
4、气体带电
纯净的气体即使流动也不会产生静电。但几乎所有的气体都含有固态或液态杂质。如管道中的铁锈，空气中的水分、尘埃等。这些含有微量杂质的气体在压缩、排放、喷射，或固态气化时，在阀门、喷嘴，放气管或缝隙等处极易产生静电。甚至在气流冲过接地的金属网时，由于增加了气体与网的摩擦机会，反而会使静电上升。常见的气体带电情况如下：
(1)高压蒸汽冲洗油舱或储槽时，蒸汽与空气中的油雾高速冲击摩擦，使油粒产生大量的负电荷，与接地体发生火花放电，造成油气爆炸。以往，国外曾有3艘油轮在一个月内相继沉没的事件，其原因就是在喷射高压蒸汽冲洗油舱时发生爆炸而造成的。
(2)易燃易爆气体、水蒸气及其他气体，如通输送管道破裂，发生泄漏而高压喷出时，由于速度极快，均可产生高压的静电，亦发生火花放电而引起燃烧爆炸。曾发生过压力为2．1—2．2MPa的氢气，因管道破裂而高速喷出，引起重大爆炸事故。
(3)气体放空时高速喷出，也能产生静电。如氢气瓶放空时，氢气大量聚集在瓶颈部位，而当气流冲出过程中，产生静电的积聚，并发生火花放电，而引起燃烧爆炸。
(4)气体冲入易产生静电的液体时，在气泡与液面上会产生双电层，其中某种电荷虽随气泡上升而被带走，但却使下部的绝缘液体仍带有一定的静电。防止气体产生静电的主要措施是控制喷气压力。实践证明，以1．5MPa以下的蒸汽喷射时，就不易发生静电危险。一切高压气体的容器、管道均不得泄漏，喷气管口还应接地。此外，气体越纯净，其所含悬浮物质越少，静电危险相应会减少。
5、人体带电
A．人体带电
人体的体电阻率很低，可视为导体。当人体穿着绝缘鞋或站在绝缘地板上时，则人体能够通过接触而起电。人体也能通过感应而带电，还能与其他带电体接触而被传导带电。最为常见的是由于穿着的衣物带电。常见人体带电过程如下：
(1)人从椅子上站起来，或擦拭墙壁等过程(最初的电荷分离发生在衣物或其他相关物体外表面，然后，人体由感应带电)。
(2)人在高电阻率材料制成的地毯等绝缘地板上走动(最初的电荷分离发生在鞋和地板之间，然后，对于导电性鞋，人体由电荷传递而带电；对于绝缘鞋，人体是因感应而带电)。
(3)脱下外衣时的静电。这是发生在外层衣物与内层衣物之间的接触起电，人体则经过电荷传递或感应而带电。
(4)液体或粉体从人拿着的容器内倒出(该液体或粉体把一种极性的电荷带走，将等量异性的电荷留在人体上。 ＆#8226;
(5)与带电材料接触。如对高度带电粉体取样时的带电。当存在连续起电过程时，由于电荷泄漏和放电，使得人体最高电位被限制在约50kV以下。
A．人体带电的控制
(1)在有防爆要求的车间内，不得使用塑料、橡胶等绝缘地面，并尽可能保持湿润。操作人员应穿防静电鞋，以减少人体带电。如铺有地毯应夹织金属丝，并与自来水管等接地体连接，以尽快导除静电。
(2)在易燃易爆场所，工作人员不应穿合成纤维织物的衣服。
(3)易燃易爆场所的坐椅不宜采用人造革之类的高阻材料制造。
(4)对高压带电体应加屏蔽，人体应避免与高速喷射的气体接近，以防静电感应。
四、静电测量
静电测量就是用相应的测量装置测量有关静电的物理参数。主要的静电参数有：静电电位，介质的质量电量密度和体积电量密度；静电放电火花的放电电量、放电能量、放电电流；电阻、电容、电感；介质的表面电阻率和体电阻率、介电常数；放电时间常数等等。测量用的仪器设备有：静电电位仪、高阻计、电容电桥、电感电桥、检流计、示波器、静电衰减仪、法拉第简、静电感度测量装置等。
静电测量时应注意：
(1)应选用使用方便、可靠性高的测量仪表。在爆炸危险场所测量仪表应选用防爆型。
(2)测量前仔细阅读仪表使用说明，了解其测量原理和使用范围。
(3)湖量前凋零、调整灵敏度并选择量程。
(4)测量分析由测量导致引爆的危险性。在排除引燃危险性以后再进行测量；并应事先考虑发生意外情况时的应急措施。
(5)为防止测量时发生放电，应使测量仪表的探头缓慢接近带电体。即使防爆型仪表也应如此。
(6)同一项目应测量数次，在重现性较好的情况下，取其平均值和最大值。
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