静电技术静电的危害及消除.ppt

静电的危害及消除,安 全 工 程 研 究 院 刘全桢,内容简介: 概述 静电的产生 静电放电及危害 防静电措施 相关标准 事故案例,1 概述 在工业生产中静电现象较为普遍，人们一方面利用静电进行某些生产活动，如利用静电进行除尘、喷漆、植绒、选矿和复印等，另一方面是防止静电给生产和人身带来危害。,我国仅石化行业近几年就发生了几十起较大的静电事故，影响了生产的正常进行，甚至诱发火灾、爆炸等恶性事故，造成人员伤亡、财产损失。因此如何进行静电防护及控制是各行业最为关注的安全问题之一 。,2 静电的产生 2.1 基础知识 2.2 影响静电产生的因素 2.3 固体静电 2.4 粉体静电 2.5 液体静电 2.6 气体（蒸汽）静电 2.7 人体静电,2.1 基础知识 静电简单的说是对观测者处于相对静止的电荷。 静电的产生主要是两个物体当它们相互紧密接触时，在接触面产生电子转移，而分离时造成两物体各自正、负电荷过剩，由此形成了静电带电。,两种不同的物质相互之间接触和分离后带的电荷的极性与各种物质的逸出功有关。所谓逸出功是使电子脱离原来的物质表面所需要作的功。两物体相接触，甲的逸出功比乙的大，即甲对电子的吸引力强于乙，电子就会从乙转移到甲，于是逸出功较小一方失去电子带正电，而逸出功大的一方就获得电子带负电。 除两物体直接接触、分离起电外，当物体被外力破坏、感应、极化、吸附等都可带静电。,2.2 影响静电产生的因素 包括物体的种类；电阻率；介电常数 ；杂质的影响；接触面积、接触压力 ； 分离速度；环境的温度、湿度 。,物体的种类 接触分离的两物质的种类及组合不同，会影响静电产生的大小和极性。 通过大量实测试验，按照不同物质相互磨擦时带电极性的顺序，人们排出了静电带电序列表。下面列举三个典型的静电序列表，供参考。, （+）玻璃头发尼龙人造纤维绸醋酸人造丝人造毛混纺纸纤维和滤纸黑橡胶维尼纶莎纶聚脂纤维电石聚乙烯可耐尼龙赛璐珞玻璃纸氯乙烯聚四氟乙烯（）,（+）石棉玻璃云母羊毛猫皮铅镉锌铝铁铜镍银金铂（-）,市售常用衣料带电序列 （）纯毛绦纶绸窗帘绸人造棉富春纺麻衬毛腈华达呢毛绦凉爽呢棉白布真丝美丽绸平绒纺毛花呢凡立丁的确良涤卡麻纱涤丝绸花瑶富古罗涤腈花呢乔纱猪尤皮人造苯（）,在序列表中任何两物体紧密接触后迅速分开，靠前面的物体带正电，靠后面的物体带负电。在序列表中两物体所处位置相隔越远，静电起电量越多。,物体电阻率 物体上产生了静电,能否积聚起来主要取决于电阻率。 静电导体：在任何条件下，体电阻率等于或小于1106m（即电导率等于或大于110-6sm）的物料及表面电阻率等于或小于1107的固体表面。 静电亚导体：在任何条件下，体电阻率大于1106m小于11010m的物料及表面电阻率大于1107小于11011的固体表面。 静电非导体：在任何条件下，体电阻率等于或大于11010m的物料及表面电阻率等于或大于11011的固体表面。,静电导体难于积聚静电，而静电非导体在其上能积聚足够的静电而引起各种静电现象，静电亚导体介于其中。 一般汽油、苯、乙醚等物质的电阻率在10101013m之间，它们容易积聚静电。金属的电阻率很小，电子运动快，所以两种金属分离后，显不出静电。 水是静电良导体，但当少量的水混杂在绝缘的液体中，因水滴液体相对流动时要产生静电，反而使液品静电量增多。金属是良导体，但当它被悬空后就和绝缘体一样，也会带上静电。,物质介电常数 介电常数亦称电容率，是决定电容的一个因素，物体的电容与电阻结合起来，决定了静电消散规律。,杂质的影响 任何物体都不同程度地含有各种杂质，有的杂质是自然存在的，有的是加工时加入的，也有的是在贮运过程中难免混入的。杂质的存在，不仅影响带电程度，还影响到带电极性。,接触面积、接触压力 接触面积关系到静电产生的范围，所以接触面积越大，静电产生就越大，接触压力越大，静电产生就越大。,分离速度 物体接触后分离的速度越快，产生的静电越大。,环境的温度、湿度 环境的温度、湿度的不同直接影响物体的表面电阻率及电场的分布。,2.3 固体静电 固体物质大面积的磨擦，如纸张与辊轴的磨擦、橡胶或塑料碾制、传动皮带与皮带轮或传送皮带与导轮磨擦等；固体物质在压力下接触而后分离，如塑料压制、上光等；固体物质在挤出过滤时与管道、过滤器等发生的磨擦，如塑料、橡胶的挤出等；固体物质的粉碎、研磨和搅拌过程中其它一些类似的工艺过程均可能产生静电。,2.4 粉体静电 粉体是固体的一种特殊形态，与整块固体相比，粉体具有分散性和悬浮状态的特点。由于它的分散性表面积增加使得更容易产生静电。粉体的悬浮性又使得铝粉、镁粉等金属粉体通过空气与地绝缘，也能产生和积聚静电，因此粉体比一般固体有着更大的静电危险性。粉体静电与粉体材料性质，输送管道、搅拌器或料槽材料性质，粉体的颗粒大小和表面几何特征，工艺输送速度、运动时间长短、载荷量等有关。,2.5 液体静电 液体在输送、喷射、混合、搅拌、过滤、灌注、剧烈晃动过程中，会产生带电现象。如在炼化企业中，从原油的贮运、半成品、成品油的加工过程中，都需反复的加温、加压、喷射、输送、灌注运输等过程，都会产生大量的静电，有时达到数千至数万伏，一旦放电可造成非常严重的后果。 液体的带电与液体的电阻率（电导率）、液体所含杂质、管道材料和管道内壁情况、注液管、容器的几何形状、过滤器的规格与安装位置、流速和管径等有关。,2.6 气体（蒸汽）静电 纯静的气体在通常条件下不会引起静电，但由于气体中往往含有悬浮液体微粒或灰尘等固体颗粒，当高压喷出时相互间磨擦、分离、能产生较强的静电，如二氧化碳气由钢瓶喷出时静电可达8kv。 气体静电与气体的性质、喷出速度，管径及材质，固体或液体微粒的性质及几何形态、压力、密度、温度等有关。,2.7 人体静电 通常情况下，人体电阻在数百欧姆至数千欧姆之间，可以说人体是一个静电导体。当人们穿着一般的鞋袜、衣服时，在干燥环境中人体就成了绝缘导体。当人进行各种活动时，由于衣服之间、皮肤与衣服、鞋与地面、衣服与接触的各种介质间发生摩擦，可产生几千伏甚至上万伏的静电。如在相对湿度39%的情况下，人体从铺有pvc薄膜的软椅上突然起立时人体电位可达18kv。,人体在静电场中，也会感应起电，如果人体与地绝缘，就成为独立的带电体。如果空间存在带电颗粒，人们在此环境中可产生吸附带电。 人体静电的极性和数值受人们所处的环境的温湿度、所穿的内外衣的材质、鞋、袜、地面、运动速度、人体对地电容等因素影响。,3 静电放电及危害 3.1 静电放电的主要种类 3.2 静电危害 3.3 静电危害的安全界限,3.1 静电放电的主要种类 静电放电是带电体周围的场强超过周围介质的绝缘击穿场强时，因介质电离而使带电体上的电荷部分或全部消失的现象。其静电能量变为热量、声音、光、电磁波等而消耗，这种放电能量较大时，就会成为火灾、爆炸的点火源。 一般分电晕放电、刷形放电、火花放电、传播型刷形放电四类。另外还存在沿面放电、雷状放电及电场辐射放电。,电晕放电 电晕放电是在不均匀电场强度很高的部分发生局部电离的放电。电晕放电有时有声光，气体介质在物体尖端附近局部电离，并不形成放电通道。感应电晕单次脉冲放电能量小于20j，引燃能量甚小，因此人门常常根据电晕放电的原理制作消静电器。带电体有针状突出部分，两电极相距较远时常常发生电晕放电。,刷形放电 刷形放电是指发生于带电量大的绝缘体与导体之间空气介质中的一种放电形式。放电时有声光，放电通道在绝缘体表面附近形成许多分叉，一般每次放电能量不超过4mj，具有一定的引燃能力。由带电的纸、塑料、液体、粉体等产生的刷形放电成为可燃性气体与空气混合气体点火源的概率较高。,火花放电 火花放电是由于分隔两电极的空气或其它电介质材料突然被击穿，使电流急剧上升，电压急剧下降，引起的放电。放电时有声光，放电通道一般不形成分叉，电极上有明显放电集中点，释放能量比较集中，引燃能力很强，主要发生在相距较近外形较光滑的带电金属间。火花放电是产生工业静电危害的主要放电形式之一。,传播型刷形放电 在高速起电场所及静电非导体背面衬有接地导体的情况下，在静电非导体上所发生的放电能量集中的一种放电。放电时有声光，非静电导体上一定范围内所带的大量电荷释放，放电能量大，引燃能力强，和火花放电一样产生静电灾害与故障的概率高。,图2-2是沿面放电、传播型刷形放电的模拟图。 图2-2沿面放电、传播型刷形放电,沿面放电 发生在料仓的堆面，放电能量相当10mj左右，在可燃气浓度较高时可以将粉尘混合物引燃。 聚烯烃料仓内沿面放电比较频繁，而且可燃气与生产关系密切，影响环节多，容易出现失控现象，所以生产中应采取通风措施，特别是在料仓底部设置反吹风系统。为了解决通风死区的问题，引入了安全料位的概念。,雷状放电,刷形放电,沿面放电,传播型刷形放电,火化放电,3.2 静电危害 静电在工业生产中的危害主要表现两个方面。一方面是由于静电场的存在造成的危害，另一方面是静电放电造成的危害。 包括静电场危害和静电放电危害。,静电场危害 静电场的存在对不同行业、不同物体、不同的生产条件和环境状况影响不同。如在纺织工业、化纤及含水份较小的棉纤在梳棉、纺纱、整理和漂染等工艺过程中，摩擦产生静电，由于电场力的作用，造成根丝飘动、纱线松散、缠花断头、招灰、吸污等，影响产品质量，甚至在生产过程中造成纱线纠结、缠辊导致安全事故的发生。,静电放电的危害 静电放电有着高电压，有的放电瞬时大电流，并伴有电磁辐射等特点，静电放电可引起种种灾害。 造成干扰：静电放电能引起计算机、自动控制等电子设备的故障和误动作，造成安全事故。 绝缘击穿引起短路：静电电压高易引起空气或介质绝缘击穿，如日本一台500kva变压器，用泵打循环油冷却，油流活动与绕组线圈摩擦产生静电，静电放电击穿绕组绝缘引起短路发生爆炸。,引起人体电击和诱发二次事故。人体对静电电击的敏感程度： 人体电位（kv） 电击程度 备注 1.0 完全无感觉 2.0 手指外侧有感觉，但不疼 发出微弱的放电声 2.5 有针触的感觉，有哆嗦感，但不疼 3.0 有被针刺的感觉，微疼 4.0 有被针深刺的感觉，手指微疼 见到放电的微光 5.0 从手掌到前腕感到疼 指尖延伸出微光,人体电位（kv） 电击程度 6.0 手指感到剧疼，后腕感到沉重 7.0 手指和手掌感到剧疼，稍有麻木感觉 8.0 从手掌到前腕有麻木的感觉 9.0 手腕子感到剧疼，手感到麻木沉重 10.0 整个手感到疼，有电流过的感觉 11.0 手指剧麻，整个手感到被强烈电击 12.0 整个手感到被强烈打击 由于人体电击刺激带来的精神紧张，往往会造成手脚动作失常，被机器设备碰伤或从高处坠落，造成静电危害的二次事故。,火灾爆炸危险场所的点火源：静电火花或刷形等放电，其放电能量可直接点燃最小点火能较低的气体、液体、粉体、固体，成为安全事故的点火源。,3.3 静电危害的安全界限 与带电体为静电导体或静电非导体有关。,带电体为导体 导体静电放电能量为w=0.5cv2当其数值大于可燃物的最小点燃能量时就有引燃危险。 在接地针尖等局部空间发生的感应电晕放电不会引燃最小点燃能量大于0.2mj的可燃气。 当两导体电极间的电位低于1.5kv时，将不会因静电放电使最小点燃能量大于或等于0.25mj的石油蒸气引燃。,带电体为静电非导体 当带电物体为静电非导体时，如发生放电，一般情况下带电体不能一次对静电能量全部放出，因此带电物体为静电非导体的放电界限，就不能用带电体所用方法求出，下表列出了静电非导体的带电电位界限。,序号 最小点火能 可燃性物质 电位极限值 (mj) (kv) 1 1 氨、粉尘 40-60,4 防静电措施 4.1 主要场所 4.2 消除静电危害的基本措施,4.1 主要场所 静电的主要危险是引起火灾和爆炸，因此下列场所必须采取防静电措施。 生产、使用、贮存、输送、装卸易燃易爆物品的生产装置； 产生可燃性粉尘的生产装置、干式集尘装置以及装卸料场所； 易燃气体、易燃液体槽车和船的装卸场所； 有静电电击危险的场所。,4.2 消除静电危害的基本措施 静电接地 所有金属装置、设备、管道、贮罐等都必须接地。不允许有与地相绝缘的金属设备或金属零部件。 各专设的静电接地端子电阻不应大于100。 金属设备与设备之间、管道与管道之间，如用金属法兰连接，可不另接跨接线，但必须有两个以上螺栓可靠连接。,平时不能接地的汽车槽车和槽船在装卸易燃液体时，必须在预设地点按操作规程的要求接地，所用接地材料必须在撞击时不会发生火花。装卸完毕后，必须按规定待物料静置一定时间后，才能拆除接地线。 直径大于2.5或容积大于503的大型金属装置应有两处以上接地点。较长的输送管道应每隔80-100设一接地点。,磁性连接头,接地点,接地点,设备夹,防止装卸和输送易燃液体时产生静电 灌装液体物料时，应从槽车等大型容器的底部注入或将其注入管伸入容器底部。必须严格按照操作规程控制易燃液体在管道内的流速。 灌装铁路槽车时，鹤管内的容许流速按vd0.8计算（但流速最大不得超过5m/s）。 灌装汽车槽车时，鹤管内的容许流速按vd0.5计算。,化工生产中易燃液体的输送可参照以下数值执行。 输送管直径 流速（m/s） mm in（英寸） 10 0.5 8.0 25 1 4.9 50 2 3.5 100 4 2.5 200 8 1.8 400 16 1.3 600 24 1.0 操作时，必须严格按照操作规程控制反应器内的易燃液体搅拌速度。,德国: 美国石油学会: (汽车槽车) (火车槽车, 油轮) 西欧: 加拿大和德国的几起事故发生在vd=0.38和0.5,英国 当油品电导率10ps/m时, v3m/s 当油品电导小于10ps/m而大于5ps/m时, v0.5m/s 当油品电导率小于或等于5ps/m时, v0.38m/s,在物料静置时间内禁止操作 设备内正在进行灌装、搅拌或循环过程时，禁止检尺、取样、测温等现场操作。在灌装、搅拌或循环停止后，应按操作规程或参照下表要求的静置时间，静置一定时间后，才允许进行上述操作或进行下一步工序。,易燃带电液体的 易燃带电液体的容积（m3） 电导率 小于10 10-50 50-5000 大于5000 （s.m-1） 所需静置时间（min） 大于10-8 1 1 1 2 10-12-10-8 2 3 20 30 10-14-10-12 4 5 60 120 小于10-14 10 15 120 240,采用静电消除器 非导体，如橡胶、胶片、塑料薄膜、纸张等在生产过程中产生的静电，应采用静电消除器消除。,采用导电性好的管道输送易燃液体 不宜采用非金属管输送易燃液体。如必须采用 ，应采用可导电的管子或内设金属丝、网的管子，并将金属丝、网的一端可靠接地或采用静电屏蔽。,增加湿度 增加空气湿度的主要作用是降低绝缘体的表面电阻率，从而便于绝缘体通过自身泄放静电。因此，如工艺条件许可，可增加室内空气的相对湿度至50以上。,抗静电剂 抗静电剂具有较好的导电性和较强的吸附性，因此在易产生静电的高绝缘材料中，加入抗静电剂，使材料的电阻率下降，加快静电泄放，消除静电危险。使用抗静电剂是消除石油静电的最有效方法。,可燃性粉尘和纤维的防静电措施 在工艺设备的结构上应避免粉体的不正常滞留、堆积和飞扬，同时还应配置必要的密闭、清扫和排放装置。 粉体的粒径越细，越易起电和点燃。在整个工艺过程中，应尽量避免形成粒径为75及以下的细微粉尘。,气流物料输送系统内，应防止外来金属混入，以免成为对地绝缘的导体。应尽量采用金属导体制作管道或部件。当采用非导体时应具体测量并评价其起电程度。必要时，可在气流输送系统的管道中央顺其走向加设两端接地的金属线，以降低管内静电电位，或者也可采用专用的管道静电消除器。,强烈带电的粉料，大型料仓内部不应有突出的接地导体。在从顶部进料时，进料口不得伸出，应与仓顶取平，当筒仓直径在1.5m以上，且工艺中粉尘粒径多半在30m以下时，要作惰性气体置换，密封筒仓。 工艺中需将非导体粉粒投入可燃性液体或混合搅拌时，应采取相应的综合防静电措施。 收集和过滤粉料的设备，应采用导静电的容器及滤料并予以接地。,控制可燃气体静电 为减少氢、乙炔、丙烷、城市煤气等可燃气体的静电电量，应首先清除输送管、储气瓶、软管等内部杂质（包括水分），保证容器和管道有良好的静电接地，尽量使用接地的金属管。气体出口处应保持洁净。 对管道的阀门、法兰应经常维修，而泄漏处应保持洁净，有条件宜安装气体泄漏自动报警器。 控制可燃气体的流速，如管道中乙炔流速应限制在2m/s以下，气相液化石油气管中流速应控制在8-12m/s。,人体防静电措施 重点防火防爆岗位的入口处应设人体导除静电装置。属0区或1区的爆炸危险场所，且可燃物的最小点燃能量在0.25mj以下时，工作人员应穿防静电鞋、工作服。禁止在爆炸危险场所穿脱衣服、鞋帽。,几处油码头的人体静电消除装置,5 防静电标准 5.1 标准类别 5.2 标准体系 5.3 相关标准,5.1 标准类别 静电防护分为安全防护与产品防护两大类。前者起步较早，后者主要针对微电子技术迅速发展所带来的问题。 两者在内容上互有渗透。比如操作腕带标准属于产品防护范畴，其串联电阻下限值的确定是从防触电出发的。 另外，工作服、消电器等标准为两类共用。,5.2 标准体系,5.3 相关标准,6 事故案例 6.1 粉体料仓事故 6.2 易燃液体生产事故 6.3 液体、气体喷出事故 6.4 其它事故 6.5 事故统计分析,6.1 粉体料仓事故 上世纪六、七十年代后，随着石化聚烯烃等塑料工业的高速发展，由静电引发的粉爆事故迅速增多。据统计，2000年前中石化五大企业共发生事故48起，2000年后各各企业又发生影响较大的事故九起。,6.2 易燃液体生产事故 易燃性液体（苯、甲苯、甲醇、汽油、液化石油气、甲醛、醋酸乙烯等）伴随空气流高速通过配管（特别是橡胶管、塑料管等绝缘性管道）进行灌装、输送、投料时，或者苯、乙醚、cs2等易燃溶剂，通过非金属网、滤纸、毛毡或白土等进行过滤时，以及易燃料液在离心机进行分离、干燥时，容易产生静电火花，引起火灾和爆炸。,烟台万润公司静电事故 烟台万润公司是生产液晶的专业化企业，用到的溶剂多达几十种。2000年前后在生产及试验过程中曾发生多起静电着火事故，给生产造成了较大的影响。,其主要存在以下问题： 对设备及部件的防静电接地、跨接重视不够； 易然易爆品（溶剂）的储存不规范； 加料、出料过程的操作方法及防护措施不完善。,6.3 液体、气体喷出事故 高压易燃性液体、气体的紧急排放，或从机器设备配管等的裂口处泄漏喷出时