安全生产_机械与电气安全培训课件

机械与电气安全 艾纯明 Telmail a3aizi 第三章电气安全专业基础第五节静电防护 2020 2 18 2 一 静电的产生二 静电的消失三 静电的影响因素四 静电的危害五 静电防护措施 概述 2020 2 18 3 在干燥的冬天 见面握手时 手指刚一接触到对方 会突然感到指尖针刺般刺痛 令人大惊失色 早上起来梳头时 头发会经常 飘 起来 越理越乱 在干燥的冬天 当你的手指触及门把 水龙头 椅背等金属器物或两人互相触及时都有电击感 电脑显示器表面有一层灰尘 概述 2020 2 18 4 很少有静电问题晶体三级管和二极管时代 产生静电少 静电问题明显MOS器件对静电非常敏感 静电问题越来越严重 静电问题普遍存在集成电路中SiO2膜的厚度薄 承受电压低产生和积累静电的材料如塑料 橡胶等大量使用静电敏感材料的使用 如油品 火药 电子器件 概述 所有物质 金属 非金属 固体 液体 气体 在一定的条件下 都可能发生电子转移 产生静电 静电是相对静止的电荷 是由于两种不同的物体互相摩擦 或者物体与物体紧密接触后又分离而产生的 2020 2 18 5 各种物质束缚电子的能力可用逸出功来衡量 逸出功是把一个电子从物质内部移到外部所需外界作的功 两种物质接触时 逸出功小的失电子带正电 逸出功大的得电子带负电 概述 当风干物燥时 大气电场由于磨擦而产生静电 它小则会造成电脑死机 软盘无法复制 大则使加油站 化纤车间等引发火灾 爆炸事故 1987年发生的震惊全国的亚洲最大的哈尔滨亚麻厂大爆炸事故 就是因车间高浓度粉尘被静电火花点燃后发生爆炸起火 2010年1月7日 中国兰州石化罐区爆炸起火 6人遇难 1人重伤 5人轻伤 事故原因系罐体泄漏 致使现场可燃气体浓度达到爆炸极限 溢出可燃气体产生静电 引发着火爆炸酿成惨剧 在电子工业中损坏电子元器件 仅美国每年因静电对电子工业造成的损失高达几百亿美元 静电是无形杀手 2020 2 18 6 概述 1969年底在不到一个月的时间内荷兰 挪威 英国三艘20万吨超级油轮洗舱时产生的静电引起相继发生爆炸 引起了世界科学家对静电防护的关注 上海某石化公司的2000米3甲苯罐 山东某石化公司的胶渣罐 抚顺某石化公司的航煤罐等都因静电造成了严重火灾爆炸事故 静电是无形杀手 2020 2 18 7 静电力的危害在大规模集成电路生生中由于静电使尘埃吸附在芯片 使成品率大大降低 印刷过程中由于静电吸引力使纸张难以对齐 降低生产效率 概述 皮肤静电干扰 可改变人体体表的电位差 影响心肌的生理过程及心电的正常传导 使病情加重或诱发早搏等 影响生理平衡 持久的静电还会使血液的碱性升高 更会造成皮肤瘙痒 色素沉着 干扰人的情绪 引起面部疾病 电脑产生的静电吸附了大量浮尘 使人面部受到污染刺激 发生红斑 色素沉着等面部疾病 静电损害人体健康 2020 2 18 8 概述 静电除尘 利用静电吸除空气中的灰尘 能使空气净化 静电喷雾 提高效率和减少农药用量 省钱 环保 静电处理种子 抗病能力强 减少病虫害发生 优质高产 静电产生臭氧 强化剂 有很强的杀菌作用 静电处理水 既能杀菌又不易起水垢 带静电的体膜 能医治各种软组织损伤 它具有活血化淤 消炎消肿作用 静电喷涂 静电喷涂家电如洗衣机 电冰箱的外壳十分均匀 静电复印 用于复印机 复印资料文件等 静电的益处 2020 2 18 9 静电的产生 1 2020 2 18 10 一 静电的起电方式 2020 2 18 11 两种物体接触 其间距离小于25 10 8cm时 由于不同原子得失电子的能力不同 不同原子 包括原子团和分子 外层电子的能级不同 其间即发生电子的转移 因此 两种物质紧密接触 界面两侧会出现大小相等 极性相反的两层电荷 这两层电荷称为双电层 其间的电位差称为接触电位差 1 接触 分离起电 一 静电的起电方式 2020 2 18 12 1 接触 分离起电 一 静电的起电方式 2020 2 18 13 1 接触 分离起电 一 静电的起电方式 2020 2 18 14 不论材料破断前其内电荷分布是否均匀 破断后均可能在宏观范围内导致正 负电荷的分离 即产生静电 这种起电称为破断起电 固体粉碎 液体分离过程的起电属于破断起电 2 破断起电 一 静电的起电方式 2020 2 18 15 3 感应起电 分离前 分离后 一 静电的起电方式 2020 2 18 16 3 感应起电 当带电物体接近不带电物体时会在不带电的导体的两端分别感应出负电和正电 如下图所示 一 静电的起电方式 2020 2 18 17 3 感应起电 当物体 与 发生放电时会造成 与 之间放电 如下图所示 一 静电的起电方式 2020 2 18 18 3 感应起电 若 与 之间不发生放电 则 会带上剩余的电荷 如下图所示 A C B 一 静电的起电方式 2020 2 18 19 当一个带电体与一个非带电体接触时 电荷将重新分配 即发生电荷迁移而使非带电体带电 当带电雾滴或粉尘撞击在导体上时 会产生有力的电荷迁移 当气体离子流射在不带电的物体上时 也会产生电荷迁移 4 电荷迁移 二 固体静电 2020 2 18 20 固体静电可直接用双电层和接触电位差的理论来解释 双电层上的接触电位差是极为有限的 而固体静电电位高达数万伏以上 其原因不在于静电电量大 静电电量一般只是微库级的 而在于电容的变化 二 固体静电 2020 2 18 21 金属之间的接触起电两种不同材料的物体相接触 在它们之间的距离很小时 一种物质中的电子就会传给另一种物质 失去电子的物体带正电 得到电子的物体带负电 人们通常认为两物体只有相互摩擦才能起电 其实摩擦是增加了接触面及提高了接触后的分离速度 因此可以认为摩擦只是接触的一种特殊形式而已 1 接触起电 二 固体静电 2020 2 18 22 金属之间的接触起电常见的是金属与高分子物质或两种高分子绝缘物质间的相互摩擦而起电的现象 譬如橡胶带通过辊轴时的带电情况 如图所示 1 接触起电 二 固体静电 2020 2 18 23 金属与高分子固体间的接触起电金属与均匀电介质接触时 也同样形成偶电层 1 接触起电 二 固体静电 2020 2 18 24 热电效应某些晶体具有明显的热电现象 例如将石英体加热 则一端带正电 另一端带负电 在冷却时两端与加热时带电符号相反 这一带电现象称为热电效应 2 固体的物理效应起电 二 固体静电 2020 2 18 25 压电效应晶体受到应力作用后 内部便发生均匀形变 不对称的晶体受到应变后 离子间受到不对称的内应力 使得离子间产生不对称的相对移动 结果产生了新的电偶极矩和面电荷 这种现象称为压电效应 石英在1kg的压缩力下 其相对的两个面上能够产生百分之几伏的电位差 酒石酸钾钠晶体的此种效应更显著 2 固体的物理效应起电 二 固体静电 2020 2 18 26 因材料破裂而带电原来呈电中性的固体材料或粉体类物质因破裂会产生静电 2 固体的物理效应起电 二 固体静电 2020 2 18 27 因材料破裂而带电当有极性基的冰块破裂时可产生静电 2 固体的物理效应起电 二 固体静电 2020 2 18 28 用橡胶棒进行非对称摩擦 最初发现运动的棒带正电而继续进行几十次强烈摩擦后其电荷又变成负的 这是因为运动的棒在接触点温度上升产生变形的缘故 3 非对称摩擦带电 二 固体静电 2020 2 18 29 当把金属浸入电解质溶液中时 金属离子将向溶液扩散 随着这一过程的进行 在界面上将出现偶电层 形成电位差 上述的电解现象在固体与固体之间接触时也会发生 这是由于固体表面能吸附很薄的水或其他的液体形成薄膜 这就使得两相接触的固体分界面上存在这种膜 通过这种膜而发生了电解现象 4 电解起电 二 固体静电 2020 2 18 30 中性导体置于外电场中会发生静电感应现象 当把被感应而带电的导体的一端接地时 这端电荷将被中和掉 然后 将接地线断开 再去掉外场 这时孤立导体就带上了电 这就是所谓感应起电 5 静电感应带电 二 固体静电 2020 2 18 31 静电开始产生时静电量是随时间而增加的 但积聚到一定程度时 静电量不会无限增加而是趋于某一稳定值 这是因为任何材料的绝缘电阻都不可能是无限大的 静电的产生和静电的泄漏是同时进行的 开始阶段静电的产生多于静电的泄漏 然后产生量和泄漏量逐渐达到平衡 6 固体静电的积聚 三 人体静电 2020 2 18 32 人在活动过程中 人的衣服 鞋以及所携带的用具与其他材料摩擦或接触 分离时 均可能产生静电 人体静电与衣服料质 操作速度 地面和鞋底电阻 相对湿度 人体对地电容等因素有关 身上和周围就带有很高的静电电压 几百伏 几千伏甚至几万伏 特别是在干燥的季节当你脱衣服或用手去触摸金属体时会产生电击感 此时你带静电达几千伏至几万伏以上 在干燥的季节若穿上化纤衣服和绝缘鞋在绝缘的地面行走等活动 人体身上的静电可达几千伏甚至几万伏 三 人体静电 2020 2 18 33 电荷迁移 液体或粉体从人拿着的容器中倒出或流出时 带走极性的电荷 而人体上将留下另一种极性的电荷 感应带电 人体是导体 在静电场中可能感应起电而成为带电体 也可能引起感应放电 吸附带电 如果空间存在带电尘埃 带电水沫或其他带电粒子 并为人体所吸附 人体也能带电 三 人体静电 2020 2 18 34 两种不同湿度条件下人体活动产生的静电电位 三 人体静电 2020 2 18 35 三 人体静电 2020 2 18 36 人体对静电的感觉 人体在瞬间电压超过3500V时 会有电击的感觉 大于5000V 则可以听到啪啪的声音 当达到8000V时 便可以看到电火花了 一般小于3000V 人体是无法感知的 但是对于电子元器件 当超过100V的电压时 它们就大有感觉了 三 人体静电 2020 2 18 37 感觉到 2000 4000v 听到 4000 5000v 见到 5000v 和电子器件相比之下 我们敏感性极差 100v的静电放电就足以损坏某些电子器件 四 粉体静电 2020 2 18 38 粉体是在特殊状态下的固体 其静电的产生也符合双电层的基本原理 与整块固体相比 粉体具有分散性和悬浮状态的特点 由于表面积的增加 使得静电更容易产生 五 液体静电 2020 2 18 39 液体在流动 过滤 搅拌 喷雾 喷射 飞溅 冲刷 灌注和剧烈晃动等过程中 可能产生十分危险的静电 由于电渗透 电解 电泳等物理过程 液体与固体的接触面上也会出现双电层 六 蒸气和气体静电 2020 2 18 40 蒸气或气体在管道内高速流动或由阀门 缝隙高速喷出时也会产生危险的静电 蒸气产生静电类似液体产生静电 即其静电也是由于接触 分离和分裂等原因产生的 蒸气和气体静电比固体和液体的静电要弱一些 但也能高达万伏以上 静电的消失 2 2020 2 18 41 一 静电中和 2020 2 18 42 发生在带电体尖端附近或其他曲率半径很小处附近的局部区域内 电晕放电的能量密度不高 如不发展则没有危险 1 电晕放电 一 静电中和 2020 2 18 43 火花放电的一种 其放电通道有很多分支 刷形放电释放的能量不超过4mJ 其局部能量密度具有引燃一些爆炸性混合物的能力 2 刷形放电 一 静电中和 2020 2 18 44 放电通道火花集中的火花放电 即电极上有明显的放电集中点的放电 在易燃易爆场所 火花放电有很大的危险 3 火花放电 一 静电中和 2020 2 18 45 当悬浮在空气中的带电粒子形成大范围 高电荷密度的空间电荷云时 可能发生闪电状的所谓雷形放电 雷形放电能量大 则引燃危险大 4 雷形放电 二 静电泄漏 2020 2 18 46 绝缘体上较大的泄漏有两条途径 绝缘体表面泄漏和绝缘体内部泄漏 前者遇到是表面电阻 后者遇到是体积电阻 静电通过绝缘体本身的泄漏 其电量符合以下规律 对于生产过程中产生的有害静电 放电时间常数越大 静电越不容易泄漏 危险性越大 通常取绝缘体上静电电量泄漏一半 即当Q Q0 2时所用的时间来衡量静电泄漏的快慢 即衡量危险性的大小 这个时间叫做半值时间 通过简单运算 可得半值时间 静电的影响因素 3 2020 2 18 47 一 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 容易得失电子且电阻率很高的材料 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 1 材料电阻率 2020 2 18 48 一 材质和杂质的影响 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 2 杂质 2020 2 18 49 一 材质和杂质的影响 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 3 液体内杂质 2020 2 18 50 二 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 接触压力越大或摩檫越强烈 会增加电荷的分离 以致产生较多的静电 接触 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 饱和流动电流可用下式表达 2020 2 18 51 三 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 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 环境温度的变化可能加剧静电的产生 导电性地面能加强静电的泄漏 减少静电的积累 周围导体布置对静电电压有很大的影响 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 带电历程会改变物体的表面特性 从而改变带电特征 2020 2 18 52 静电的危害 4 2020 2 18 53 一 爆炸和火灾 静电能量虽然不大 但电压高 易放电 出现电火花 1982年7月 吉林省某有机化工厂从国外引进的乙醇装置中 在乙烯压缩机2 1m处焊有一根立管 在立管端部焊有一个重18 5kg的截止阀 在试车时由于压缩机开车震动 导致焊缝开裂 管内压力高达0 75MPa 使浓度为80 的乙烯气体冲出 由于高速气流产生静电引起火灾 2020 2 18 54 一 爆炸和火灾 1985年12月 江苏省某化工厂聚氯乙烯车间共聚工段11号聚合釜在升温过程中超温 超压 致使垫片破裂 氯乙烯外泄 导致氯乙烯在车间空间爆炸 使厂房粉碎性倒塌 当场死亡5人 重伤1人 轻伤6人 直接损失12 15万元 现场勘察证明 此次爆炸是11号釜密封垫片冲开 氯乙烯大量泄漏而引起的 升温过程中 看釜工未在岗位监护 以致漏气后误判断为10号釜漏气 导致处理失误 漏气时因摩擦产生静电放电而构成这次爆炸的点火源 该装置安装在旧厂房 厂房为砖木混合结构 不符合防爆要求 大部分伤亡者是因建筑物倒塌砸伤所致 2020 2 18 55 一 爆炸和火灾 1967年7月29日 美国Forrestal航空母舰上发生严重事故 一架A4飞机上的导弹突然点火 造成了7200万美元的损失 并损伤了134人 调查结果是导弹屏蔽接头不合格 静电引起了点火 1969年底在不到一个月的时间内荷兰 挪威 英国三艘20万吨超级油轮洗舱时产生的静电 引起相继发生爆炸 2020 2 18 56 二 静电电击 静电电击不是电流持续通过人体的电击 而是由静电放电造成的瞬间冲击性电击 这种瞬间冲击性电击不至于直接使人死亡 人大多数只是产生痛感和震颤 但是 在生产现场却可造成指尖负伤 或因为屡遭电击后产生恐惧心理 从而使工作效率下降 2020 2 18 57 三 妨碍生产 静电对化工生产的影响 主要表现在粉料加工 塑料 橡胶和感光胶片加工工艺过程中 2020 2 18 58 由于制品与辊轴的摩擦或制品的挤压或拉伸 会产生较多的静电 因为静电不能迅速消失 会吸附大量灰尘 而为了清扫灰尘要花费很多时间 浪费了工时 塑料薄膜还会因静电作用而缠卷不紧 1 塑料和橡胶行业 三 妨碍生产 2020 2 18 59 粉体筛分 由于静电电场力的作用 筛网吸附了细微的粉末 使筛孔变小降低了生产效率 气流输送 管道的某些部位由于静电作用 积存一些被输送物料 减小了管道的流通面积 使输送效率降低 球磨工序 因为钢球带电而吸附了一层粉末 会降低球磨的粉碎效果 粉末混进产品中 会影响产品细度 粉体计量 由于计量器具吸附粉体 造成计量误差 影响投料或包装重量的正确性 粉体装袋 因为静电斥力的作用 使粉体四散飞扬 既损失了物料 又污染了环境 2 粉料加工 三 妨碍生产 2020 2 18 60 由于胶片与辊轴的高速摩擦 胶片静电电压可高达数千至数万伏 如果在暗室发生静电放电的话 胶片将因感光而报废 同时 静电使胶卷基片吸附灰尘或纤维 降低了胶片质量 还会造成涂膜不均匀等 3 感光胶片行业 四 损坏电子产品 2020 2 18 61 据研究机构的研究表明 在所有的电子元器件故障中 有60 是由静电原因引起的 四 损坏电子产品 2020 2 18 62 能量型破坏 导致芯片内部金属熔化 静电破坏图例 四 损坏电子产品 2020 2 18 63 静电破坏前 静电破坏后 四 损坏电子产品 2020 2 18 64 通过调查发现南桥烧毁基本上是一种随机和偶然的现象 引起这种随机毁坏南桥的祸首就是静电放电 静电对PC的危害 以前常见的是死机 重新启动等现象 到现在的USB2 0系统 出现了烧南桥的现象 USB的优点是可以带电热插拔 但也正由於USB的热插拔 使用者会经常地接触USB系统 於是就可能出现很强的静电放电 人体与金属等物品接触 产生的瞬间电压可达到7000V 此电压足以烧毁有关的电子元件 而USB控制器和USB HUB就在南桥内 所以表现出南桥烧毁 静电防护措施 5 2020 2 18 65 概述 2020 2 18 66 静电来源 有产生静电的来源 静电积累 静电得以积累 并达到足以引起火花放电的静电电压 能量大小 静电放电火花能量达到爆炸性混合物的最小点燃能量 可燃物质 静电火花周围有可燃性气体 蒸气和空气形成的可燃性气体混合物 静电引起燃烧爆炸的基本条件 因此 采取适当的措施 消除以上四个基本条件中的任何一个 就能防止静电引起的火灾爆炸 一 环境危险程度的控制 2020 2 18 67 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 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 减少氧化剂含量 实质是充填氮 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 二 工艺控制 2020 2 18 68 在存在摩擦而且容易产生静电的场合 生产设备宜于配备与生产物料相同的材料 还可以考虑采用位于静电序列中段的金属材料制成生产设备 以减轻静电的危害 1 材料的选用 二 工艺控制 2020 2 18 69 在产生静电的工艺过程中 总是包含着静电产生和静电消散两个区域 两个区域中电荷交换的规律不一样 在静电产生的区域主要是分离出电量相等而电性相反的电荷 即产生静电 在静电消散的区域 带静电物体上的电荷经泄露或松弛而消散 基于这一规律 设法增强静电的消散过程 可消除静电的危害 3 增强静电消散过程 二 工艺控制 2020 2 18 70 工艺过程中产生的附加静电可以设法减轻 如使注油管头接近罐底以减轻从罐顶注油时的冲击 减少注油时产生的静电等 为了防止搅动罐底积水或污物产生附加静电 装油前应将罐底的积水和污物清除掉 4 消除附加静电 三 接地和屏蔽 2020 2 18 71 凡用来加工 储存 运输各种易燃液体 易燃气体和粉体的设备都必须接地 工厂或车间的氧气 乙炔等管道必须连成一个整体 并予以接地 注油漏斗 浮动罐顶 工作站台 磅秤和金属检尺等辅助设备均应接地 油槽汽车行使时 由于汽车轮胎与路面有摩擦 汽车地盘上可能产生危险的静电 可能产生和积累静电的固体和粉体作业中 压延机 上光机及各种辊轴 磨 筛等工艺设备均应接地 1 导体接地 三 接地和屏蔽 2020 2 18 72 1 导体接地 设备接地 胶框棚车 工作桌 静电手环接地线 三 接地和屏蔽 2020 2 18 73 采用导电性地面实质上也是一种接地措施 采用导电性地面不仅能导走设备上的静电 还有利于导走聚集在人身上的静电 导电性地面是指电阻率为108 m以下的地面 某些特殊的生产场所 不允许采用金属地面 而必须采用橡胶等制成的地面 为了消除静电的危害 可以采用导电橡胶或其他导电性材料制成的导电性地面 板 2 导电性地面 三 接地和屏蔽 2020 2 18 74 对于产生和积累静电的高绝缘材料 电阻率为109 m以上的固体材料和电阻率为1010 m以上的液体材料 即使与接地导体接触 其上静电变化也不大 说明一般接地对于消除高绝缘体上的静电效果不大 而且 对于产生和积累静电的高绝缘材料 如经导体直接接地 则相当于把大地电位引向带电的绝缘体 有可能反而增加火花放电的危险性 因此 为了使绝缘体上的静电较快地泄漏 绝缘体宜通过阻值为106 或稍大一些的接地电阻 3 绝缘体接地 三 接地和屏蔽 2020 2 18 75 屏蔽是用接地导体 即屏蔽导体 靠近带静电体放置 以增大带静电体对地电容 降低带电体静电电位 从而减轻静电放电危险的方法 此外 屏蔽还能减少可能的放电面积 限制放电能量 防止静电感应 应当注意的是 屏蔽不能消除静电电荷 4 屏蔽 四 增湿 2020 2 18 76 随着湿度的增加 绝缘体表面上形成厚度约为10 5cm的水膜 水膜中含有杂质和溶解物质 有较好的导电性 因此 它能使绝缘体的表面电阻大大降低 加速静电的泄漏 对于表面容易形成水膜 即对于表面容易被水润湿的绝缘体 如醋酸纤维 硝酸纤维素 纸张 橡胶等 可用增湿的方法消除静电 对于表面不能形成水膜的绝缘体 是否允许增湿以及允许