静电可能引起爆炸,静电也可能造成二次事故。据统计,静电灾害目前已占整个事故的10%左右,个别领域高达34%之多。
一、静电的产生
在干燥条件下,高电阻率且容易得失电子的物质,由于摩擦、接触分离、固体粉碎、液体分离、受热、受压和撞击,都会产生静电。而且固体能起静电,粉尘能起静电,液体能起静电,蒸气和气体能起静电,人体也能起静电。
1.生产过程中易产生的静电
(1)纸张印刷时或纸张与辊轴的摩擦、橡胶或塑料的碾磨、传动皮带与皮带轮或辊轴的摩擦;
(2)塑料的压制、上光、挤出;
(3)高电阻率液体在管道中流动,或液体高速喷出管口、液体注入容器发生的撞击、冲刷或飞等;
(4)液化气体或压缩气体,在管道中流动或由管口喷出,气瓶放出压缩气体或用喷油枪喷漆;
(5)固体物质的粉碎、研磨,悬浮粉尘的高速运动;
(6)混和器中搅拌高阻物质、纺织品的涂胶过程等。
2.生活易产生的静电
(1)用干燥的木质、塑料梳子梳头;
(2)化纤类衣服快速脱下;
(3)家用吸尘器吸地毯;
(4)塑料壳排风扇的运转;
(5)用干燥布擦拭塑料制品或木质家具等。
静电防护与避雷措施
二、静电的特点
静电从整体上来说,其特点是电压高、能量小,而危害大。具体有:
1、静电的电量小,静电电压高。一般电量只有微库或毫库级,但由于带电体的电容量很小,则电压很高。如橡胶行业的静电电压高达几万伏,甚至十几万伏。
2、静电的能量不大或者说放电后的电流不大。一般不大于毫焦级。
3、绝缘体上的静电消失或泄漏的很慢,因此,必须设置消除静电的装置。
4、静电会放电。人体或金属体尖端放电都有极大的危险性,特别是在爆炸和火灾危险场所。
5、静电会产生静电感应。在工艺现场易发生的地方,由于静电感应,可能会在导体或人体上产生电荷而且电压很高,而导致危险的火花放电。
6、静电是可以屏蔽的。通常桶形或空腔的导体,其内部有电荷时,必定在外壳感应出电荷,但当外表面接地时,则外部的电荷为零,且不影响内部的电荷。
三、静电的影响因素
了解和掌握静电产生和积累的诸因素,对于控制静电的危害是十分必要的。静电的产生和积累受材质、工艺设备和参数、环境条件等因素的影响。
1.材质和杂质的影响
材料的电阻率,包括固体材料的表面电阻率对于静电泄漏有很大影响。只有容易得失电子,而且电阻率很高的材料才容易产生和积累静电。生产中常见的乙烯、丙烷、丁烷、原油、汽油、轻油、苯、甲苯、二甲苯、硫酸、橡胶、赛璐珞和塑料等都比较容易产生和积累静电。
杂质对静电有很大的影响,静电在很大程度上决定于所含杂质的成分。一般情况下,杂质有增加静电的趋势;但如杂质能降低原有材料的电阻率,则加入杂质有利于静电的泄漏。液体内含有高分子材料(如橡胶、沥青)的杂质时,会增加静电的产生。液体内含有水分时,在液体流动、搅拌或喷射过程中会产生附加静电;液体宏观运动停止后,液体内水珠的沉降过程要持续相当长一段时间,沉降过程中也会产生静电。如果油管或油槽底部积水,经搅动后容易引起静电事故。
2.工艺设备和工艺参数的影响
接触面积越大,双电层正、负电荷越多,产生静电越多。管道内壁越粗糙,接触面积越大,冲击和分离的机会也越多,流动电流就越大。对于粉体,颗粒越小者,一定量粉体的表面积越大,产生静电越多。接触压力越大或摩擦越强烈,会增加电荷的分离,以致产生较多的静电。接触一分离速度越高,产生静电越多。液体流速和管径对液体静电影响很大。设备的几何形状也对静电有影响。例如,平皮带与皮带轮之间的滑动位移比三角皮带大,产生的静电也比较强烈。过滤器会大大增加接触和分离程度,可能使液体静电电压增加十几倍到100倍以上。
3.环境条件和时间的影响
材料表面电阻率随空气湿度增加而降低,相对湿度越高,材料表面电荷密度越低。但当相对湿度在40%以下时材料表面静电电荷密度几乎不受相对湿度的影响而保持为某一最大值。由于空气湿度受环境温度的影响,以致环境温度的变化可能加剧静电的产生。导电性地面在很多情况下能加强静电的泄漏,减少静电的积累。周围导体布置对静电电压有很大的影响。由Q=CU可知,静电电量Q不变时,静电电压U与电容C成反比。带静电体周围导体的面积、距离、方位都影响其间电容,从而影响其间静电电压。例如,传动皮带刚离开皮带轮时电压并不高,但转到两皮带轮中间位置时,由于距离拉大,电容大大减小,电压则大大升高。又如,油料在管道内流动时电压也不很高,但当注入油罐,特别是注入大容积油罐时,油面中部因电容较小而电压较高。又如,粉体经管道输送时,在管道中间胀大处和出口处,由于电容减小,静电电压升高,容易由较大火花引起爆炸事故。
四、静电的危害
工艺过程中产生的静电可能引起爆炸和火灾,也可能给人以电击,还可能妨碍生产。其中,爆炸或火灾是最大的危害和危险。
1.爆炸和火灾
静电能量虽然不大,但电压高则易放电出现电火花,该火花在有爆炸性气体、爆炸性粉尘或可燃性物质且浓度达到爆炸或燃烧极限时,可能发生爆炸和火灾。
静电在一定条件下引起爆炸和火灾,其充分和必要条件是:
(1)周围空间必须有可燃性物质存在;
(2)具有产生和积累静电的条件,包括物体本身和周围环境有产生和积累静电的条件;
(3)静电积累到足够高的电压后,发生局部放电,产生静电火花;
(4)静电火花能量大于或等于可燃物的最小点火能量。
2.静电电击
当人体接近静电体或带静电的人体接近接地体时,都可能遭到电击,但由于静电能量很小,电击本身对人体不致造成重大伤害,然而很容易造成坠落等二次伤害事故。
3.妨碍生产
有些生产工艺过程,静电会妨碍生产或降低产品质量。如纺织、粉体加工、塑料、橡胶、印刷、胶片等行业,以及电子控制元件、自动化仪表由于静电而误动作,使其控制的生产线程序混乱,导致产品不合格。
五、静电防护措施
静电安全防护主要是对爆炸和火灾的防护。当然,一些防护措施对于防护静电电击和消除影响生产的危害也是同样是有效的。
1.环境危险程度的控制
静电引起爆炸和火灾的条件之一是有爆炸性混合物存在。为了防止静电的危害,可采取以下控制所在环境爆炸和火灾危险性的措施。
(1)取代易燃介质。在不影响工艺过程、产品质量和经济许可的情况下,尽量用不可燃介质代替易燃介质。
(2)降低爆炸性混合物的浓度。在爆炸和火灾危险环境,采用通风装置或抽气装置及时排出爆炸性混合物,使混合物的浓度不超过爆炸下限。
(3)减少氧化剂含量。这种方法实质上是充填氮、二氧化碳或其他不活泼的气体,使爆炸性混合物中氧的含量不超过8%,就不会引起燃烧。
2.工艺控制
工艺控制是从材料选择、工艺设计、设备结构等方面采取措施,控制静电的产生和积累,使其不超过危险程度。是消除静电危害的重要方法之一。
(1)材料及设备的的选用
1)带轮及输送带或皮带应选用导电性好的材料的制作。
2)用齿轮传动代替带轮传动。
3)使物料与不同材料制成的设备或装置摩擦时产生不同极性的电荷,相互中和。
4)搅拌工艺应适当安排加料顺序,一降低静电产生。
5)选用导电性工具,增加泄露途径等。
(2)限制摩擦速度或流速
1)烃类燃油在管道流动,其流速与管径应满足以下关系:v2D≤0.64,式中:v--流速,m/s;D--管径,m;
2)铁路槽车装油流速应满足以下关系:vD≤0.8,式中:v--流速,m/s;D--装油管径,m;
当油料电阻率大于2×102Ω·m时,最大流速不得超过7m/s。
3)汽车槽车装油流速应满足以下关系:vD≤0.5,式中:v--流速,m/s;D--装油管径,m;当油料电阻率大于2×102Ω·m时,最大流速不得超过7m/s;
4)管径12mm的乙醚管道、管径24mm的二硫化碳管道,其流速不应大于1--1.5m/s。
5)脂类、酮类、醇类液体,在管道内的流速不应大于9--10m/s。
(3)改变注油方式
1)往油箱、油罐注油时,应从底部压入。
2)从顶部往油箱、油罐注油时,可改变鹤管的形状或将注油管插道底部。
(4)清除油罐或管道内的杂质或积水,以利于减少静电。
(5)合理选用防爆设备和装设松弛容器。
3.接地
接地是消除静电危害最常见的方法,它主要是消除导体上的静电。
(1)直接接地主要用于消除导体上的静电,其接地电阻不大于1000Ω即可。
(2)为使绝缘体上的静电消除的较快,绝缘体宜经过106--108Ω的电阻接地。
4.增湿
增湿适用于绝缘体上静电的消除。但增湿主要是增强静电沿绝缘体表面的泄漏,而不是增加通过空气的泄漏。因此,增湿对于表面容易形成水膜或表面容易被水润湿的绝缘体有效,如醋酸纤维、硝酸纤维素、纸张、橡胶等。而对于表面不能形成水膜、表面水分蒸发极快的绝缘体或孤立的带静电绝缘体,增湿也是无效的。从消除静电危害的角度考虑,保持相对湿度在70%以上较为好。
5.抗静电添加剂
抗静电添加剂是化学药剂,具有良好的导电性或较强的吸湿性。因此,在容易产生静电的高绝缘材料中加入抗静电添加剂,能降低材料的电阻,加速静电的泄漏。如在橡胶中导电碳黑、火药药粉中一般加入石墨,石油中一般加入环烷酸盐或合成脂肪酸盐等。
6.静电中和器
静电中和是利用静电中和器产生电子或离子来中和物体上的静电电荷。静电中和器主要用来中和非导体上的静电。按照工作原理和结构的不同,大体上可以分为感应式中和器、高压式中和器、放射线式中和器和离子风式中和器。与抗静电添加剂相比,静电中和器不影响产品质量,使用也很方便。