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静电防护安全知识 吕立伟2015年4月 1 提纲 一 静电基本概念和现象二 静电产生方式三 静电效应四 静电危害五 静电防护六 事故案例 2 绪论 加气站的防火 防爆 防泄漏 防静电永远是安全管理的重中之重 明火易防 静电难挡 已成为共识 随着电子设备使用增多 静电敏感材料的广泛使用 静电的危害也变的越来越突出 从黄岛的输油管线爆炸 阿尔及利亚的LNQ储罐大爆炸等事故来看静电对LNG CNG的安全管理工作的威胁十分严重 必须引起我们的高度重视 因此 今天和大家一起来探讨一下静电的危害即LNG CNQ加气站对静电防控的问题 3 一 静电基本概念和现象 静电 通俗地来讲 静电就是静止不动的电荷 它一般存在于物体的表面 是正负电荷在局部范围内失去平衡的结果 静电是通过电子或离子转移而形成 静电放电 ElectrostaticDischarge ESD 处于不同静电电位的两个物体间的静电电荷的转移就是静电放电 这种转移的方式有多种 如接触放电 空气放电 4 一 静电基本概念和现象 1 产生方式静电大部分是因接触分离 磨擦等过程引起的 工业用电 电磁感应原理 热电 水电 核电等 2 能量比较小静电能量最大不超过45J m3 只有动电的约1 1053 电压高 电流小静电电位 高达几千伏 几万伏 电流10 9A量级 工业动电 220V 380V 几十安培数量级 5 人体静电1 接触式起电a 干燥的冬天 握手时 开门时 穿衣或脱衣时 打人 b 头发直立 粘物 等c 衣服很容易吸尘 抖不掉2 感应式起电人靠近带电体 受电场作用 产生感应电荷 3 吸附起电人处于漂浮带电灰尘或雾滴的环境中 这些微小带电体在人体表感应出异号电荷并受库仑力飘向人体 最终把电荷传给人 一 静电基本概念和现象 6 工业静电a 纺织工业 例如 棉花电位 50V 人造丝 100V 尼龙 1050V b 橡胶工业 合成橡胶表面电荷密度达7 10 6C m2 电位250kVc 印刷和造纸 纸 辊筒分离时 静电电位高达10 20kV 经过加光机后为50kV 印刷时1kV 照像凹板印刷时 纸张带电密度10 8 10C m2 d 石油工业 汽油经过棉制品时电位206kV 槽车装油油面电位10kV e 运输 轮胎的电阻率108 1011 cm 一般车速下克充电15 50kV 最高100kV 传输皮带带电30 40kV 最高80kV f 塑料工业 塑料表面电阻率1016 1020 cm 表面摩擦电位 1kV 赛珞璐40kV g 粉碎工艺 粉体的电阻率 1016 cm由于相互碰撞 摩擦等起电1 3kV h 电子工业 操作者对地电位1 5 35kV 造成静电敏感元件 组件 设备的损毁 击穿 静电放电产生的杂波干扰信号 引起误操作或故障 i 火工品 生产 装药 储运 一 静电基本概念和现象 7 大气静电a 地球本身带有一个静电场 地球带电Q 9 02 105C 建立垂直与地面的电场 E g 在60 350km的电离层对地电位200 213kV 3km高处 25V m 晴天海平面的电场达120V mb 雷电 大气闪电 是最具代表性的自然静电现象 c 自然界的电解 气流 风沙 冰雪 烟尘等导致的静电 d 宇宙空间的静电 带电尘埃 一 静电基本概念和现象 8 接触摩擦分离起电 两种不同物体相互接触摩擦分离 各自产生数量相同 极性相反的电荷 最普遍的起电方式 二 静电产生方式 9 感应起电 中性物体移近与带电体时 在靠近带电体一端出现带电物体所带电荷极性相反的电荷 远离的一端出现与带电物体电荷极性相同的电荷 比较普遍的起电方式 电磁感应起电 动力 照明用电一般由电磁感应得到 也会引起静电 射线电离空气起电 空气 绝缘体在放射性同位素 射线的照射下 会使中性分子电离而起电 分子分裂起电 物体的变形 破碎 断裂等都会使其中性分子分裂而带电 有时突然断裂 破碎的瞬间出现放电火星 极化起电 在电场中介电极化导致静电积聚 压电极化 驻极体 场致发射起电 电场强度很高时 粒子中的电子可能被高电场作用从负端引出 电子场致发射 或者粒子中的正离子可能被从正端引出 正离子场致发射 10 固体带电 塑料 橡胶 胶片 纸张 薄膜 布匹 化纤等在脱模 烤压 收卷 传送 切割等作业生产过程 液体带电 各种绝缘油品 绝缘试剂 污油水等在装卸 运输作业过程中的带电现象 气体带电 压力气体的排放 泄喷气体 水蒸汽 蒸汽雾云 管道内流动气体的带电 粉体带电 塑料粉 医药粉 农药粉 火药粉 粮食粉 巧克力 奶粉等粉碎 筛粉 气流输送等作业的带电 人体带电 人体生理变化或运动身体各器官组织也要表现出电性 如人体细胞膜的静止电位约有10mV 生物带电 自然界许多生物是带电的 如蜜蜂 脚毛采的花粉 就是蜜蜂脚上带有6 7V的静电 电鳗能产生几百伏的电位等 三 静电效应 11 静电极性序列表 玻璃 头发 尼龙 人造纤维 绸缎 醋酸人造丝 人造毛丝 纸纤维和滤纸 黑橡胶 维尼纶 莎纶 聚酯纤维 电石 聚乙烯 赛璐珞 玻璃纸 聚四氟乙烯 锌 铅 锡 铁 铜 银 金 石墨 三 静电效应 12 影响起电的主要因素 1 物体本身的性质 静电序列中离的越远 静电 杂质的影响 静电 2 物体表面状态 粗糙度越大越容易起电 表面污染或氧化腐蚀 静电 3 电导率 表示物质导电性能的高低 电导率越高导电性能越强 4 接触面和压力 面积 压力 静电 5 速度 流速 静电 三 静电效应 13 电晕放电 发生在带电体尖端或曲率半径很小处附近的局部放电 可能伴有轻微的嘶嘶声和微弱的淡紫色光 能量小 一般没有引燃危险 高压电线会产生电晕功率损失 无线电干扰 电视干扰以及噪声干扰 三 静电效应 14 刷形放电 是发生在绝缘带电体上有声光的多分支放电 可为平板电极 但多以球形电极为多 同一绝缘体上可发生多次刷形放电 放电不集中释放能量较小 但比电晕放电危险 可引燃 三 静电效应 15 LNG工厂 加注站易发生刷型放电 油品鹤管 LNG装车时 如果金属鹤管不放入底部 当带电液面接触金属鹤管头时 易发生刷型放电 油罐内如果有金属尖端突出物 当油面与其接触时 易发生刷型放电 用蒸汽吹扫油罐等易燃易爆场所时 当蒸汽空间电场强度达到1 2kV cm时 易发生刷型放电 接地的钢带检尺尺与带电油面接触时 易发生刷型放电 氢气 乙烯气体 液化汽 丙烯气体等可燃气体在高压喷出时 当空间电场强度达到1 2kV cm时 易发生刷型放电 三 静电效应 16 传播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 引燃能力强 并带有声光特征的一种放电现象 易发生传播刷型放电场所举例 聚烯烃粉体料仓等容器粘壁易发生传播型刷型放电 橡胶输送传输带放电易发生传播型刷型放电 三 静电效应 17 火花放电 两极间气体被击穿形成无分支通路 电极有明显的放电集中点 有光和爆裂声 能量集中 危险性最大 三 静电效应 18 易发生火花放电 油品 LNG鹤管装车时 如果车体不接地 带电的车体与接地的金属体会发生火花放电 带电的人体与接地导体接触时 会发生火花放电 罐内的孤立导体带电后与罐壁接触时 会发生火花电 用蒸汽清洗油 气槽车时 蒸气胶管前端的金属管若没有接地 金属管带电后与接地的槽车接触时 会发生火花放电 储罐采样时 如果采样绳为绝缘绳 当采样器带电后就会与油罐采样口处的接地体发生火花放电 用金属桶接油时 如果金属桶不接地 当金属桶带电后就会与接地体发生火花放电 三 静电效应 19 沿表面放电在带电物体背面附近有接地导体 带电物体表面电位上升被抑制的情况下 带电量非常大时 沿着带电物体表面发生的放电 通常表面放电如图示 在接地导体接近带电物体表面时产生了空气中放电 以此为契机 沿表面放电几乎同时产生 油罐表油面静电电位很高 58kV 易发生油品沿面放电 三 静电效应 20 雷电放电 三 静电效应 21 1 静电力效应即库仑效应 带电体对带电 不带电粉尘有静电力作用 表现为吸附或排斥2 ESD热效应绝热的ESD通常是一个局部高温热源 引起燃烧 爆炸或热击穿 引发电火花装置的意外发火 3 ESD电磁脉冲效应ESD电磁脉冲从低频到GHz 对电子设备 通讯形成干扰 引起误操作4 ESD人体电击效应人体和其他物体之间的ESD形成瞬时大电流 造成人体打击 引起紧张 恐慌和二次事故 5 强电场和感应效应高电位的静电可以产生高达104kV cm的电场 很容易引起MOS管等电子器件的击穿或损毁 四 静电危害 22 2020 2 5 23 1 纺织 梳理 纺纱 整染过程中产生 根丝飘动 纱线松散 断头 招灰 吸污2 造纸印刷 胶片生产 粘纸 套印不准 数张不齐3 橡胶 塑料 吹膜无法进行 吸尘4 水泥 钢球表面吸尘 除尘效率降低 粒度不均5 电子工业 尘埃积聚 极间短路 元件被击穿失效 四 静电危害 静电力 24 1 造成人体打击 一般不会致命 但有二次灾害 人体电阻 105 7欧 电容 100pF 2 引发火灾和爆炸事故 条件 放电火花 可燃气体或粉尘爆炸 高于最小点火能 3 产品损害 尤其对静电敏感电子产品4 电磁干扰 EMP或电磁杂波影响电子设备功能 四 静电危害 静电发电 25 吸尘 造成几十至上百根芯线之间的绝缘强度降低造成短路使芯片损伤 ESD 使集成电路芯片绝缘层击穿 芯线熔断 漏电流增大加速老化 电性能参数改变等 ESD对芯片损坏具有潜在和缓慢失效性 危害性更大感应带电 在元器件或芯片氧化膜两端及结构金属突出部位 尖端效应可感应出较强电场 可能导致介质之间或结构点之间静电击穿 或软击穿 失效或品质降低 四 静电危害 电子产品损坏 26 LNG 甲烷等危化品的最小点火能量 四 静电危害 LNG 27 液 气体流速过快油气含水 从油气储罐中采样 检尺 测温作业顶部喷溅式注入LNG或油 气储罐过滤器材质 滤芯 起电过高使用塑料桶装油储罐不接地使用绝缘管输送LNG或油 气储罐内有孤立导体 金属突出物人体静电放电等 四 静电危害 LNG危害原因 28 2 防护的内容1 防止或控制静电的产生2 减少和消除静电电荷3 减少静电危害4 严格防静电管理 1 防护的目的保证人身和生产场所安全 防止火灾和爆炸提高成品率 确保产品成品的工作可靠性 五 静电防护 29 静电防护的一般方法或措施 1 接地 静电接地 防静电衣 鞋 帽 腕带 地板 门窗2 离子中和 离子风机 消电器3 增湿 50 以上4 静电屏蔽营造不受外界电场影响的静电环境 五 静电防护 30 控制流速一 油气中含水量在1 至5 范围时 进罐流速不得超过1m s 二 油气储罐 在注入口未浸没没前 初始流速不应大于1m s 当注入口浸没200mm后 可逐步提高流速 但最大流速不应超过5m s 三 火车与汽车槽车 鹤管埋没前流速 1m s 鹤管埋没后流速 vd 0 5 汽车 vd 0 8 火车 四 LNG进罐流速应控制在1 5米 秒 装车流速应控制在2米 秒 五 静电防护 油气 31 接地 由于LNG和油气储运过程管线 过滤器 罐等都会产生静电 因此对管线 过滤器 罐等必须有效可靠接地 五 静电防护 油气 32 加注LNG或油 气的管口应延伸到容器底部 预防喷溅产生静电和油面对注油口的放电 五 静电防护 油气 33 加注完毕应有一定的静置时间 汽车 铁路罐车不得少于2分钟 50m3及以下储罐不得少于3分钟 50 5000m3储罐不得少于10分钟 5000m3以上储罐不得少于30分钟 微孔 30 m以下 过滤器距出油气口的距离 应留有30s的静电消散时间 一般管线长度应在100m以上 五 静电防护 油气 34 油气采样作业的静电防护1 采样绳必须为防静电采样绳 检测合格方可使用 且不得超过厂家规定的使用期限 一般为三个月 2 采样时 防静电采样绳末端必须接地 禁止防静电采样绳不接地使用 3 采样时 不得猛拉快提 上升速度不得大于0 5m s 下落速度不得大于1m s 4 采样时必须保证规定的静置时间 严禁进行动态采样测温作业 5 使用中如发现采样绳深色纤维脱色 磨损 断裂等异常情况时 不得继续使用 6 防静电绳不能作为绝缘物使用 特别是接触带电体 7 采样测温作业人员必须按规定穿防静电工作服和防静电工作鞋 作业前应先泄放人体静电 8 雷暴等恶劣天气禁止采样测温作业 五 静电防护 油气 35 LNG CNG加气站防静电的七个必须1 穿戴防静电工作服 工作鞋 工作帽 2 确保固定设备实施等电位接的 电阻 4欧姆 3 加气车等临时移动设备要先接地后工作 4 卸气柱和槽罐车之间要安装静电释放桩 操作人员操作前应通过释放桩平衡电压 5 控制加注速度 严禁用注塞泵 压缩机直接进行加注作业 6 干燥季节进行场地洒水增湿 7 保持设备设施的整洁 五 静电防护 油气 36 案例1 2012年春未 某企业采样人员携带1个样品瓶 1个铜质采样壶 1个采样筐 铁丝筐 在一化工轻油罐和罐顶进行采样作业 8时30分左右 当采集完罐下部和上部样品 将第二壶样品向样品瓶中倒完油时 采样绳挂扯了采样筐并碰到了样品瓶 样品瓶内少量油品洒落到罐顶 为防止样品瓶翻倒 采样人员下意识去扶样品瓶 几乎同时 洒出的敞口及采样绳上吸附的油品发生着火 采样人员立即将罐顶采样口盖盖上 把已着火的采样壶和采样绳移至失梯口处 在罐顶呼喊罐下不远处供应部的人员报警 采样绳及油口燃尽后熄灭 六 事故案例 37 原因 闪爆着火事故发生后 经现场勘查 并向事故发生时在场人员和其他有关人员了解情况 认为静电是引起这次着火事故的直接原因 静电的积聚 1 采样人员没有控制提拉采样绳速度的意识 在采样作业时猛拉快提 使采样壶在与油品及空气频繁地快速摩擦中产生静电 2 采样作业过程中 采样人员所戴橡胶手套与采样绳之间亦频繁摩擦产生静电 当采样壶时 橡胶手套上的静电传导至采样壶 并在壶的边沿部位积聚 3 罐中油品表面积聚了一定数量的静电荷 在采样壶与其接触时传导至采样壶 六 事故案例 38 原因 4 在罐顶采样操作平台上 操作口的两侧没有供采样绳 检尽等工具接地用的接地端子 采样人员在采样作业时 采样壶 采样绳未采取任何接地措施 导致采样壶 采样绳上的静电无法及时导走 5 采样壶为铜质材料 采样绳名为防静电绳 实为非金属的防静电绳 而非夹金属防静电绳 与铜质采样壶材质不同 导电性极差 两者的结合部是采样绳简单地在采样壶的提手上打了一个普通的结扣 即使采样绳可接地 采样壶上的静电荷通过采样绳在短时间内也难以及时消防 6 当采样人员采完第二壶油样品 起身准备去采第三壶油样品时 由于采样绳挂扯了采样筐并碰到了样品瓶 为防止样品瓶翻倒 采样人员下意识去扶样品瓶 松开了手中的采样壶 采样壶与罐顶平台发生接触 由于采样壶积累了大量的静电荷 与接地的罐体相比 存在着较高的电位 在接触的瞬间 产生静电火花 引燃了样品瓶洒落的油样和采样绳 六 事故案例 39 案例2 2011年1月 一货车到LNG加注站加液 把车停在加注机旁边 关闭发动机 打开加液阀门等待加液 站在附近的加气站工作人员没戴手套 直接用手握住加液枪手柄 枪口刚连上货车时候 突然从加注处冒出火苗 工作人员迅速关闭进液阀门 用灭火器进行灭火 由于火势增大已无法控制 于是拨打119报警并同时关闭站区电源开关和站上储罐上的所有阀门 20 19消防队赶到并控制现场 燃烧持续了约1小时后扑灭报警消防队支援 六 事故案例 40 调查分析现场接地线无烧毁迹象 确定未连接