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靜電防護技術

2007-10-17   來源:安全文化網    熱度:   收藏   發表評論 0
  靜電可能引起爆炸,靜電也可能造成二次事故。據統計,靜電災害目前已占整個事故的10%左右,個別領域高達34%之多。

  一、靜電的產生

  在干燥條件下,高電阻率且容易得失電子的物質,由于摩擦、接觸分離、固體粉碎、液體分離、受熱、受壓和撞擊,都會產生靜電。而且固體能起靜電,粉塵能起靜電,液體能起靜電,蒸氣和氣體能起靜電,人體也能起靜電。

  1.生產過程中易產生的靜電
  (1)紙張印刷時或紙張與輥軸的摩擦、橡膠或塑料的碾磨、傳動皮帶與皮帶輪或輥軸的摩擦;
  (2)塑料的壓制、上光、擠出;
  (3)高電阻率液體在管道中流動,或液體高速噴出管口、液體注入容器發生的撞擊、沖刷或飛等;
  (4)液化氣體或壓縮氣體,在管道中流動或由管口噴出,氣瓶放出壓縮氣體或用噴油槍噴漆;
  (5)固體物質的粉碎、研磨,懸浮粉塵的高速運動;
  (6)混和器中攪拌高阻物質、紡織品的涂膠過程等。
  
  2.生活易產生的靜電
  (1)用干燥的木質、塑料梳子梳頭;
  (2)化纖類衣服快速脫下;
  (3)家用吸塵器吸地毯;
  (4)塑料殼排風扇的運轉;
  (5)用干燥布擦拭塑料制品或木質家具等。
  
  靜電防護與避雷措施
  
  
  二、靜電的特點
  
  靜電從整體上來說,其特點是電壓高、能量小,而危害大。具體有:
  
  1、靜電的電量小,靜電電壓高。一般電量只有微庫或毫庫級,但由于帶電體的電容量很小,則電壓很高。如橡膠行業的靜電電壓高達幾萬伏,甚至十幾萬伏。
  2、靜電的能量不大或者說放電后的電流不大。一般不大于毫焦級。
  3、絕緣體上的靜電消失或泄漏的很慢,因此,必須設置消除靜電的裝置。
  4、靜電會放電。人體或金屬體尖端放電都有極大的危險性,特別是在爆炸和火災危險場所。
  5、靜電會產生靜電感應。在工藝現場易發生的地方,由于靜電感應,可能會在導體或人體上產生電荷而且電壓很高,而導致危險的火花放電。
  6、靜電是可以屏蔽的。通常桶形或空腔的導體,其內部有電荷時,必定在外殼感應出電荷,但當外表面接地時,則外部的電荷為零,且不影響內部的電荷。
  
  三、靜電的影響因素

  了解和掌握靜電產生和積累的諸因素,對于控制靜電的危害是十分必要的。靜電的產生和積累受材質、工藝設備和參數、環境條件等因素的影響。

  1.材質和雜質的影響
  材料的電阻率,包括固體材料的表面電阻率對于靜電泄漏有很大影響。只有容易得失電子,而且電阻率很高的材料才容易產生和積累靜電。生產中常見的乙烯、丙烷、丁烷、原油、汽油、輕油、苯、甲苯、二甲苯、硫酸、橡膠、賽璐珞和塑料等都比較容易產生和積累靜電。
  雜質對靜電有很大的影響,靜電在很大程度上決定于所含雜質的成分。一般情況下,雜質有增加靜電的趨勢;但如雜質能降低原有材料的電阻率,則加入雜質有利于靜電的泄漏。液體內含有高分子材料(如橡膠、瀝青)的雜質時,會增加靜電的產生。液體內含有水分時,在液體流動、攪拌或噴射過程中會產生附加靜電;液體宏觀運動停止后,液體內水珠的沉降過程要持續相當長一段時間,沉降過程中也會產生靜電。如果油管或油槽底部積水,經攪動后容易引起靜電事故。

  2.工藝設備和工藝參數的影響
  接觸面積越大,雙電層正、負電荷越多,產生靜電越多。管道內壁越粗糙,接觸面積越大,沖擊和分離的機會也越多,流動電流就越大。對于粉體,顆粒越小者,一定量粉體的表面積越大,產生靜電越多。接觸壓力越大或摩擦越強烈,會增加電荷的分離,以致產生較多的靜電。接觸一分離速度越高,產生靜電越多。液體流速和管徑對液體靜電影響很大。設備的幾何形狀也對靜電有影響。例如,平皮帶與皮帶輪之間的滑動位移比三角皮帶大,產生的靜電也比較強烈。過濾器會大大增加接觸和分離程度,可能使液體靜電電壓增加十幾倍到100倍以上。

  3.環境條件和時間的影響
  材料表面電阻率隨空氣濕度增加而降低,相對濕度越高,材料表面電荷密度越低。但當相對濕度在40%以下時材料表面靜電電荷密度幾乎不受相對濕度的影響而保持為某一最大值。由于空氣濕度受環境溫度的影響,以致環境溫度的變化可能加劇靜電的產生。導電性地面在很多情況下能加強靜電的泄漏,減少靜電的積累。周圍導體布置對靜電電壓有很大的影響。由Q=CU可知,靜電電量Q不變時,靜電電壓U與電容C成反比。帶靜電體周圍導體的面積、距離、方位都影響其間電容,從而影響其間靜電電壓。例如,傳動皮帶剛離開皮帶輪時電壓并不高,但轉到兩皮帶輪中間位置時,由于距離拉大,電容大大減小,電壓則大大升高。又如,油料在管道內流動時電壓也不很高,但當注入油罐,特別是注入大容積油罐時,油面中部因電容較小而電壓較高。又如,粉體經管道輸送時,在管道中間脹大處和出口處,由于電容減小,靜電電壓升高,容易由較大火花引起爆炸事故。
  
  四、靜電的危害
  
  工藝過程中產生的靜電可能引起爆炸和火災,也可能給人以電擊,還可能妨礙生產。其中,爆炸或火災是最大的危害和危險。

  1.爆炸和火災
  靜電能量雖然不大,但電壓高則易放電出現電火花,該火花在有爆炸性氣體、爆炸性粉塵或可燃性物質且濃度達到爆炸或燃燒極限時,可能發生爆炸和火災。
  
  靜電在一定條件下引起爆炸和火災,其充分和必要條件是:
  
  (1)周圍空間必須有可燃性物質存在;
  (2)具有產生和積累靜電的條件,包括物體本身和周圍環境有產生和積累靜電的條件;
  (3)靜電積累到足夠高的電壓后,發生局部放電,產生靜電火花;
  (4)靜電火花能量大于或等于可燃物的最小點火能量。
  
  2.靜電電擊
  當人體接近靜電體或帶靜電的人體接近接地體時,都可能遭到電擊,但由于靜電能量很小,電擊本身對人體不致造成重大傷害,然而很容易造成墜落等二次傷害事故。
  3.妨礙生產
  有些生產工藝過程,靜電會妨礙生產或降低產品質量。如紡織、粉體加工、塑料、橡膠、印刷、膠片等行業,以及電子控制元件、自動化儀表由于靜電而誤動作,使其控制的生產線程序混亂,導致產品不合格。
  
  五、靜電防護措施
  靜電安全防護主要是對爆炸和火災的防護。當然,一些防護措施對于防護靜電電擊和消除影響生產的危害也是同樣是有效的。

  1.環境危險程度的控制
  靜電引起爆炸和火災的條件之一是有爆炸性混合物存在。為了防止靜電的危害,可采取以下控制所在環境爆炸和火災危險性的措施。
  (1)取代易燃介質。在不影響工藝過程、產品質量和經濟許可的情況下,盡量用不可燃介質代替易燃介質。
  (2)降低爆炸性混合物的濃度。在爆炸和火災危險環境,采用通風裝置或抽氣裝置及時排出爆炸性混合物,使混合物的濃度不超過爆炸下限。
  (3)減少氧化劑含量。這種方法實質上是充填氮、二氧化碳或其他不活潑的氣體,使爆炸性混合物中氧的含量不超過8%,就不會引起燃燒。

  2.工藝控制
  工藝控制是從材料選擇、工藝設計、設備結構等方面采取措施,控制靜電的產生和積累,使其不超過危險程度。是消除靜電危害的重要方法之一。
  (1)材料及設備的的選用
  1)帶輪及輸送帶或皮帶應選用導電性好的材料的制作。
  2)用齒輪傳動代替帶輪傳動。
  3)使物料與不同材料制成的設備或裝置摩擦時產生不同極性的電荷,相互中和。
  4)攪拌工藝應適當安排加料順序,一降低靜電產生。
  5)選用導電性工具,增加泄露途徑等。
  (2)限制摩擦速度或流速
  1)烴類燃油在管道流動,其流速與管徑應滿足以下關系:v2D≤0.64,式中:v--流速,m/s;D--管徑,m;
  2)鐵路槽車裝油流速應滿足以下關系:vD≤0.8,式中:v--流速,m/s;D--裝油管徑,m;
  當油料電阻率大于2×102Ω·m時,最大流速不得超過7m/s。
  3)汽車槽車裝油流速應滿足以下關系:vD≤0.5,式中:v--流速,m/s;D--裝油管徑,m;當油料電阻率大于2×102Ω·m時,最大流速不得超過7m/s;
  4)管徑12mm的乙醚管道、管徑24mm的二硫化碳管道,其流速不應大于1--1.5m/s。
  5)脂類、酮類、醇類液體,在管道內的流速不應大于9--10m/s。
  (3)改變注油方式
  1)往油箱、油罐注油時,應從底部壓入。
  2)從頂部往油箱、油罐注油時,可改變鶴管的形狀或將注油管插道底部。
  (4)清除油罐或管道內的雜質或積水,以利于減少靜電。
  (5)合理選用防爆設備和裝設松弛容器。

  3.接地
  接地是消除靜電危害最常見的方法,它主要是消除導體上的靜電。
  (1)直接接地主要用于消除導體上的靜電,其接地電阻不大于1000Ω即可。
  (2)為使絕緣體上的靜電消除的較快,絕緣體宜經過106--108Ω的電阻接地。

  4.增濕
  增濕適用于絕緣體上靜電的消除。但增濕主要是增強靜電沿絕緣體表面的泄漏,而不是增加通過空氣的泄漏。因此,增濕對于表面容易形成水膜或表面容易被水潤濕的絕緣體有效,如醋酸纖維、硝酸纖維素、紙張、橡膠等。而對于表面不能形成水膜、表面水分蒸發極快的絕緣體或孤立的帶靜電絕緣體,增濕也是無效的。從消除靜電危害的角度考慮,保持相對濕度在70%以上較為好。

  5.抗靜電添加劑
  抗靜電添加劑是化學藥劑,具有良好的導電性或較強的吸濕性。因此,在容易產生靜電的高絕緣材料中加入抗靜電添加劑,能降低材料的電阻,加速靜電的泄漏。如在橡膠中導電碳黑、火藥藥粉中一般加入石墨,石油中一般加入環烷酸鹽或合成脂肪酸鹽等。
  6.靜電中和器
  靜電中和是利用靜電中和器產生電子或離子來中和物體上的靜電電荷。靜電中和器主要用來中和非導體上的靜電。按照工作原理和結構的不同,大體上可以分為感應式中和器、高壓式中和器、放射線式中和器和離子風式中和器。與抗靜電添加劑相比,靜電中和器不影響產品質量,使用也很方便。

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