《电气安全》-第八章

静电现象是人们最早发现的电现象。例如，人们很早就发现了当用玻璃棒或琥珀与毛皮摩擦再分开时，前者带正电荷，后者带负电荷，能够吸引或排斥羽毛、纸片和尘埃等轻小物体。这些电荷聚积于物体的表面上，不会像金属导体里的电流那样容易流动，因而称之为静电。近30年来，人们对于静电现象、静电的利用以及静电的危害有了较多的研究。如利用由外来能源产生的高压静电场进行工作的静电喷漆、静电除尘、静电植绒、静电复印等，但某些生产工艺过程中产生的有害静电，则可能导致燃烧爆炸事故。从整体上来说，静电的特点是：（1）静电的电压很高，例如橡胶行业的静电电压高达几万伏，甚至十几万伏。（2）静电的电量小，一般电量只有微库或毫库级。（3）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。（4）静电放电产生的电火花，可能导致燃烧和爆炸事故。（5）静电放电过程会产生强烈的电磁辐射。第一节静电的产生返回下一页一、静电的产生机理摩擦能够产生静电是人们早就知道的，实验证明，不仅仅是摩擦时，而是只要两种物质紧密接触而后再分离时就可能产生静电。静电的产生是同接触电位差和接触面上的双电层直接相关的。1.静电的起电方式（1）接触-分离起电两种物体接触，其间距离小于时，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。接触电位差与物质性质及其表面状况有很大的关系。固体物质的接触电位差只有千分之几至十分之几伏，最大1Ｖ左右。第一节静电的产生上一页下一页返回导体与导体之间虽然也能产生双电层，但由于分离时所有互相接触的各点不可能同时分离，接触面两边的正、负电荷将通过尚未脱离开的那些点迅速中和，致使两导体都不带电。任意两种固体材料接触后突然分离或相互摩擦，每种材料会各自带上的相反电荷。将多种物质分别进行两两相互摩擦的实验，把相互接触时带正电的排在前面，带负电的排在后面，依次排列下去，可以排成一个长长的序列，这样的序列叫做静电序列或静电起电序列。静电序列主要由材料种类决定，此外材料呈现的电性在很大程度上还受到物质含有的杂质成分、表面氧化和吸附情况、温度、湿度、压力、外界电场等因素的影响，使实验结果会不完全一致，根据不同的标准测得的静电序列见表8-1。（2）感应起电典型的感应起电过程如图8-1所示。当Ｂ导体与接地体Ｃ第一节静电的产生上一页下一页返回相连时，在Ａ带电体的感应下，如图8-1（ａ）所示，虽然Ｂ带电体的端部出现正电荷，但Ｂ导体对地电位仍然为零；当Ｂ导体离开接地体Ｃ时，如图8-1

（ｂ）所示，虽然中间不放电，但Ｂ导体成为带电体。（3）破裂起电不论材料破裂前其内电荷分布是否均匀，破裂后均可能在宏观范围内导致正、负电荷的分离，产生静电，这种起电称为破裂起电。固体粉碎、液体分离过程的起电属于破裂起电。典型的破裂起电过程如图8-2所示。（4）剥离起电剥离两种密切结合的材料时，可引起电荷分离而使双方带电。典型的剥离起电过程如图8-3所示。剥离起电的静电量取决于接触面积、接触面的黏着力和剥离速度等因素。第一节静电的产生上一页下一页返回（5）电荷迁移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。除上述几种主要的起电方式外，电解、压电、热电等效应也可能产生偶电荷层或起电。2.固体静电固体产生静电可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（工艺过程中局部范围内的静电电量一般只是微库级的），而在于电容的变化。电容器上的电压Ｕ、电量Ｑ、电容Ｃ三者之间保持Ｕ＝Ｑ／Ｃ的关系。对于平板电容器，其电容为第一节静电的产生上一页下一页返回第一节静电的产生上一页下一页式中

ε———极间电介质的介电常数；

ｓ———极板面积；

ｄ———极间距离。由上述关系可以导出这就是说当Ｑ、ε、ｓ不变时，Ｕ与ｄ成正比。将两种相接近的两个带电面看成是电容器的极板。紧密接触时，其间距离只有25×10-8ｃｍ。若二者分开为1ｃｍ，距离即增大为400万倍。因此，如接触电位差仅为0.01Ｖ，则在不考虑分开时电荷逆流的情况下，二者之间返回

的电压高达40000Ｖ。应当指出，不仅平面接触产生的静电有这种情况，而且由其他方式产生的静电也有类似的情况。由此不难理解静电电压高的道理。橡胶、塑料、纤维等行业工艺过程中的静电高达数万伏，甚至数十万伏，如不采取有效措施，很容易引起火灾。通常炸药是静电的不良导体，其电阻率大都在1011～1016Ω·ｍ范围内，很容易摩擦起电，静电电量的产生、积累和放电会在介质之间产生静电荷，如不及时导走，就会使静电电荷积聚并表现出很高的静电电位。当所带的静电能量足够大且条件成熟时（放电条件）就会放电产生火花而引爆炸药。电阻越大，电荷积累电压越大。3.粉体静电粉体是颗粒尺寸微小的固体，其静电的产生也符合双电层的第一节静电的产生上一页下一页返回基本原理。粉体物料的研磨、搅拌、筛分或高速运动时，由于粉体颗粒与颗粒之间及粉体颗粒与管道壁、容器壁或其他器具之间的碰撞、摩擦，以及由于破裂都会产有害的静电。塑料粉、药粉、面粉、煤粉和金属粉等各种粉体都可能产生静电。不同的粉体输送时产生的静电如图8-4所示。粉体静电电压可高达数万伏。与整块固体相比，粉体具有分散性和悬浮状态的特点。由于分散性，使得粉体表面积比同样材料、同样质量的整块固体的表面积要大很多倍。例如，把直径100ｍｍ的球状材料分散成等效直径为0.1ｍｍ的粉体时，表面积增加1000倍以上。由于表面积的增加，使得静电更容易产生。因此，虽然整块的聚乙烯是很稳定的，而粉体聚乙烯却可能发生强烈的爆炸。第一节静电的产生上一页下一页返回由于粉体处于悬浮状态，颗粒与大地之间总是通过空气绝缘的，而与组成粉体的材料是否是绝缘材料无关。因此，铝粉、镁粉等金属粉体也能产生和积累静电。4.人体静电从静电学的角度看，人是一个行为具有很大不确定性的特殊导体。人与各种物体之间发生的接触、分离和人体自身的活动，都会导致静电的发生，并蕴藏着大量的不定因素，如接触面积、压力、皮肤状况、着装状况、操作速度、地面和鞋底电阻、相对湿度、人体对地电容等，所以由人体静电引起的放电往往是酿成静电灾害的重要原因之一。人体带电的方式有摩擦起电、感应起电和接触-分离起电等三种。例如，人穿了混纺衣料的衣服坐在人造革面的椅子上，如果人和椅子的对地绝缘都很高，则当人起立时，由于衣服第一节静电的产生上一页下一页返回与椅面之间的摩擦和接触分离，人体静电高达10000Ｖ以上。液体或粉体从人拿着的容器中倒出或流出时，带走一种极性的电荷，而人体上将留下另一种极性的电荷。如果空间存在带电尘埃、带电水汽或其他带电粒子，并为人体所吸附，人体也能带电。一些常见的工艺过程和人体行为产生的静电单位见表8-2。5.液体静电液体在流动、过滤、搅拌、喷雾、喷射、飞溅、冲刷、灌注和剧烈晃动等过程中，均会由于静电荷的产生速度高于静电荷的泄漏速度，产生静电荷的积聚，产生静电现象。液体的冲击、喷射、沉降的带电示意图如图8-5、图8-6和图8-7所示。液体-固体之间的接触-分离也会产生静电，其中紧贴在固体表面的离子层称为固定电荷层，与固定电荷层相邻的、能够随液体流动的离子层称为滑移电荷层。第一节静电的产生上一页下一页返回当液体流动时，带走的滑移电荷层的电荷，形成液体带电。如果液体在管道内呈紊流状态，则滑移层的电荷被搅动，不局限在某一范围，而近似地沿管道断面均匀分布。显然，液体流动时，一种极性的电荷随液体流动，形成所谓流动电流。由于流动电流的出现，管道的终端容器里将积累静电电荷。在流速、管径不变的情况下，流动电流Ｉ与管道长度Ｌ保持以下关系：

式中——饱和流动电流，可以写为第一节静电的产生上一页下一页返回显然，随着管道长度的增加，带有两项逐渐趋近于零，管道内流动电流逐渐趋近一个稳定值，这个稳定值就是饱和流动电流喷雾起电是指当液体类物质从管口、喷嘴和管道龟裂处等高速喷出时，由于液体与喷出口发生摩擦，也由于液体的飞溅与附近物体及空气发生冲撞，以及由于这些喷射在空间的液体类物质扩散和分离，形成许多微小液滴使偶电荷层分离而带电。第一节静电的产生上一页下一页返回

溅泼起电是指当液体的非浸润性微小液滴溅落在物体表面时，界面上将形成偶电荷层，由于液滴的惯性滚动而发生偶电荷层电荷分离，使液滴与物体表面分别带上异号电荷。6.气体静电完全纯净的气体一般是不会产生静电的，但由于气体内往往含有灰尘、铁末、干冰、液滴、蒸气等固体颗粒或液体颗粒，气体在管道内高速流动或由阀门、缝隙高速喷出时，这些颗粒或粉体与管道内壁、喷嘴内表面发生碰撞、摩擦、分裂等过程，使表面偶电层的平衡受到破坏，产生危险的静电。例如喷漆时，含有大量杂质的气体高速喷出，会产生比较强的静电。蒸气产生静电的机理与液体类似，即由于接触，分离和分裂等原因产生静电。当气体中混有悬浮固体微粒时，在高压喷出后形成气、固混合物引起的带电，相当于气力输送下的粉体起电。气体和蒸气静电比固体和液体的静电要弱一些，但也能高达万伏以上。在石油化工生产过程中，常使用一些易于挥发的第一节静电的产生上一页下一页返回可燃、易爆溶剂和物料，容易形成达到爆炸极限的可燃气体、蒸气与空气的混合物。一旦遇到超过其最小引燃能量的静电放电，可能引发火灾或爆炸事故。例如，乙炔自钢瓶中放出时，可产生高达6ｋＶ的静电电压。二、静电产生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.材质的影响材料的电阻率，包括固体材料的表面电阻率对静电泄漏有很大影响。对于固体材料，电阻率为1×107Ω•ｍ以下者，由于泄漏较强而不容易积累静电；电阻率为1×109Ω•ｍ以上者，容易积累静电，造成危害。对于液体，在一定范围内。静电随着电阻率的增加而增加，超过某一范围以后，随着电阻率的增加，液体静电反而下降。实验证明，电阻率为1×1010Ω•ｍ左右的液体最容易产生静电；电阻率为1×108Ω•ｍ以下的液体，由于泄漏较强而不容易积累静电；电阻率第一节静电的产生上一页下一页返回为1×1013Ω•ｍ以上的液体，由于其分子极性很弱而不容易产生静电。石油、重油的电阻率为1×1010Ω•ｍ以下，静电危险比较小。石油制品和苯的电阻率多在为1×1010～1×1011Ω•ｍ之间，静电危险性较大。对于粉体，当管道、搅拌器或料槽材料与粉体材料相同时，不容易产生静电，而且粉体带电情况也不规则，有的带正电，有的带负电，也有的不带电，其带正电的颗粒数与带负电的颗粒数大致相等。当管道、搅拌器或料槽材料用金属材料制成，粉体用绝缘材料制成时，产生静电的多少与管道、搅拌器或料槽种类没有多大关系，而主要决定于粉体的性质。当管道、搅拌器或料槽以及粉体均由绝缘材料制成时，材料性质对静电的影响很大，并可能因材料改变而改变静电的极性。悬浮粉体因处在绝缘状态，受材料的影响不大。由以上分析可以知道，只有容易得失电子、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、丙烧、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。第一节静电的产生上一页下一页返回在起爆药制造过程（如烘药和倒药工序）中，常将药剂通过导槽流入药盒，不同导槽材料对粉粒起电量有一定影响，主要火炸药与不同导槽材料的带电电位见表8-3。如表8-3所示，有机玻璃导槽摩擦带电电位较高，所以当用铜筛及不锈钢筛过筛时，必须要保证设备可靠接地，将带电电位泄漏掉。在生产过程中，与药剂摩擦接触较多的场合应尽量少用有机玻璃板等材料。当在金属板上涂一层ＴＮＴ炸药时，可以完全防止静电产生。这是因为两种相同的物质摩擦，给出电子和得到电子的能力完全一样，不会发生电子的转移，也就不会在摩擦过程中产生带电现象。但考虑应用的局限性，很少采用这一方法。2.材质和杂质的影响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，会增加第一节静电的产生上一页下一页返回静电的产生。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.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，不同粗糙度的管道产生的静电电流如图8-8所示。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-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：第一节静电的产生上一页下一页返回第一节静电的产生上一页下一页返回对于甲苯，当管径较大时，可取α＝2.4，β＝1.6等。粉体气力输送也有类似的规律。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，可能使液体静点电压增加十几倍到100倍以上。下列工艺过程比较容易产生和积累静电：①固体物质大面积的摩擦，如纸张与辊轴摩擦、橡胶或塑料碾制、传动皮带与皮带轮或辊轴摩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、过滤器等发生摩擦，如塑料的挤出、赛璐珞的过滤等。②固体物质的粉碎、研磨过程，粉体物料的筛分、过滤输送、干燥过程，悬浮粉尘的高速运动等。③在混合器中搅拌各种高电阻率物质，如纺织品的涂胶过程等。④高电阻率液体在管道中流动且流速超过1ｍ／ｓ时，液体第一节静电的产生上一页下一页返回喷出管口时，液体注入容器发生冲击、冲刷和飞溅时等。⑤液化气体、压缩气体或高压蒸气在管道中流动和由管口喷出时，如从气瓶放出压缩气体、喷漆等。⑥穿化纤布料衣服、穿高绝缘（底）鞋的人员在操作、行走、起立时等。4.药量对带电量的影响ＲＤＸ、ＴＮＴ炸药的药量与带电量的关系如图8-9所示，随着ＲＤＸ、ＴＮＴ药量的增加，导槽摩擦的药量也增加，有利于产生静电荷，使静电量增加。静电量随药量增加速度是渐趋缓慢。由静电荷积累及放电规律可知，静电荷产生和泄漏随药量及摩擦时间增加而渐趋平衡，最终达到某一恒定值饱和静电电压。5.环境条件和时间的影响第一节静电的产生上一页下一页返回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。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是很高，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。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。第一节静电的产生上一页下一页返回三、静电的消散静电的消散有两种主要方式，即中和和泄漏。前者主要是通过空气发生的；后者主要是通过带电体本身及其相连接的其他物体发生的。1.静电中和由于宇宙射线、紫外线和地球上放射性元素的作用，每立方厘米空气中每秒钟约有10个分子发生电离，而且在常温下每立方厘米空气中约有100～1000带电粒子（电子和离子）。由于这些带电粒子的存在，空气的带电体其所带电荷逐渐得到中和。但是，空气中的自然存在的带电粒子极为有限，以致这些中和是极为缓慢的，一般不会被觉察到。静电放电是当带电体周围的场强超过周围介质的绝缘击穿场强时，因介质产生的电离而使带电体上的电荷部分或全部消失的现象。由于带电体可能是固体、流体、粉体以及其他条件的不同，静电放电（缩写ＥＳＤ）有多种形态，根据放电的特点，静电放电的主要形式如图8-10所示。第一节静电的产生上一页下一页返回（1）电晕放电电晕放电是发生在不均匀的、场强很高的电场中的辉光放电，一般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。在这很小的区域内，电场强度很高，气体分子发生电离，产生薄薄的电晕层，形成发出淡蓝色光的电晕放电，有时伴有嘶嘶声。电晕放电时，电流很小，能量密度不高，单次感应脉冲电晕放电能量小于20μＪ，引燃、引爆能力甚小，一般没有危险。（2）刷形放电刷形放电是发生在绝缘体和导体之间的空气介质中的放电。其放电通道有很多分支，而不是集中在一点，放电时伴有声光。由于绝缘体束缚电荷的能力很强，同一带电绝缘体与其他物体之间，可能发生多次刷形放电。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，引燃、引爆能力中等。第一节静电的产生上一页下一页返回（3）传播型刷形放电传播型刷形放电发生在高速起电场所及静电非导体背面衬有接地体（如高电阻率薄膜背面贴有金属导体）、薄膜两面带有异性电荷、有导体接近薄膜表面时，非导体表面上大面积的电荷经过邻近电离了的气体迅速流向初始放电点，构成所谓传播型刷形放电。传播型刷形放电时伴有声光特征，有密集的火花。传播型刷形放电的火花能量较大，引燃、引爆能力强。（4）火花放电火花放电是发生在分隔的两电极间的空气或其他介质材料上、有电集中的通道和放电集中点的短暂放电。火花放电时伴有短促的爆裂声和明亮的闪光。火花放电释放的能量比较集中，引燃、引爆能力很强。（5）雷型放电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型放电。雷型放电能量大，则引燃危险大。第一节静电的产生上一页下一页返回2.静电泄漏静电泄漏是指带电体上的电荷通过自身或其他途径向大地传导而使电荷部分或全部消失的过程。绝缘体上的泄漏有两条途径：一条是绝缘体表面泄漏；另一条是绝缘体内部泄漏。前者遇到的是表面电阻；后者遇到的是体积电阻。静电通过绝缘体本身的泄漏很像电容器放电，其电量符合以下规律：第一节静电的产生上一页下一页返回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，这个时间叫做电荷半值时间。通过简单运算，可求得半值时间为很多易产生静电材料的电阻率都很高，所以静电泄漏很慢。例如，某橡胶的电阻率ρ＝1×1014Ω·ｍ、介电常数ε＝17×10-12Ｆ／ｍ，则时间常数t＝ερ＝1700ｓ、电荷半值时间ｔ1／2＝1176s≈20ｍｉｎ。绝缘体静电泄漏很慢，所以，同一绝缘体各部分可能在较长时间内保持不同的电压。或者说，同一绝缘体某些部位的电压可能不高，而另一些部位可能带有危险电压。空气湿度对静电泄漏的影响很大，随着湿度增加，绝缘体表面凝成薄薄的水膜，并溶解空气中的二氧化碳气体和绝缘体析出的电解质，使绝缘体表面电阻大为降低，从而加速静电泄漏。空气湿度降低，很多绝缘体表面电阻率升高，静电泄漏变慢，第一节静电的产生上一页下一页返回静电的危险性增大。因此，静电事故多发生在干燥的季节。吸湿性越大的绝缘体，其静电受湿度的影响也越大。

第一节静电的产生上一页返回一、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。1.爆炸和火灾静电能量虽然不大，但因其电压很高而容易发生放电。如果所在场所有易燃物质，又有由易燃物质形成的爆炸性混合物（包括爆炸性气体、蒸气以及爆炸性粉尘等），即可能因静电火花引起爆炸或火灾。对于静电引起的爆炸和火灾，就行业性质而言，以炼油、化工、橡胶、造纸、印刷和粉末加工等行业事故最多。就工艺种类而言，以输送、装卸、搅拌、喷射、开卷和卷绕、涂层、研磨等工艺过程事故最多。导体放电时，其上电荷全部消失，其静电场储存的能量一次集中释放，有较大的危险性。绝缘体放电时，其上电荷不能一次放电而全部消失，其静电场所储存的能量也不能一次集中释放，危险性较小。但是，第二节静电的危害及静电参数测量下一页返回当爆炸性混合物的最小引燃能量较小时，绝缘体上的静电放电火花也能引起混合物爆炸。而且，正是由于绝缘体上的电荷不能在一次放电中全部消失，而使得绝缘体具有多次放电的危险性。静电电压为30ｋＶ的绝缘体在空气中放电时放电能量可达数百微焦，足以引燃某些爆炸性混合物发生爆炸。一般认为，对于最小引燃能量为数十微焦者，静电电压1ｋＶ以上、面电荷密度1×10-7Ｃ／ｍ2以上是危险的；对于最小引燃能量为数百微焦者，静电电压5ｋＶ以上、面电荷密度1×10-6Ｃ／ｍ2以上是危险的。绝缘体带电足以使接近的工作人员感到电击时，也应该认为是危险的。当直径为3ｍｍ的接地金属球接近带电绝缘体、发生伴有声光的放电时，也应该认为是危险的。绝缘体表面电荷密度超过1×10-4Ｃ／ｍ2时，会发生放电能量为数百微焦的沿面放电，也是危险的。

第二节静电的危害及静电参数测量上一页下一页返回2.静电电击静电电击是静电对人体产生的瞬间、冲击性放电。人体的静电容量约为100ｐＦ时，人体的静电电击程度见表8-4。生产和工艺过程中产生的静电所引起的电击不致直接使人致命，但是，不能排除由静电电击导致严重后果的可能性。例如，人体可能因静电电击而坠落或摔倒，造成二次事故。静电电击还可能引起工作人员紧张而妨碍工作等。3.妨碍生产在某些生产过程中，如不清除静电，会影响生产过程的顺利进行，或妨碍生产或降低产品的质量，或造成工艺参数偏离正常范围，引起安全或质量事故。在化工行业中，因静电原因，高分子物料经常在管道和储罐中结块、熔化成团，致使管路堵塞。在纺织行业，特别是生产涤纶、腈纶、锦纶等合成纤维材料的企业中，静电问题变得十分突出。例如，在抽丝过程中，会使丝飘动、黏合、第二节静电的危害及静电参数测量上一页下一页返回

纠结等而妨碍工作。在纺纱、织布过程中，由于橡胶辊轴与丝、纱摩擦及其他原因产生静电，可能导致乱纱、挂条、缠花、断头等而妨碍工作。在织布、印染过程中，由于静电电场力的作用，可能吸附灰尘等而降低产品质量，甚至影响缠卷，使卷绕不紧。在粉体加工行业，生产过程中产生的静电除了带来火灾和爆炸危险外，还会降低生产效率，影响产品质量。例如，粉体筛分时，由于静电电场力的作用吸附细微的粉末，使筛目变小而降低生产效率；计量时，由于计量器具吸附粉体，还会造成误差；粉体装袋时，由于静电斥力的作用，粉体四散飞扬，既损失粉体，又污染环境等。在塑料和橡胶行业，由于制品与辊轴的摩擦，制品的挤压和拉伸，会产生较多静电。除火灾和爆炸危险外，由于静电不能迅速消散会吸附大量灰尘，为了清扫灰尘要花费很多时间。在印花或绘画的情况下，静电力会使油黑移动，大大降低产品质量；塑料薄膜也会因静电而缠卷不紧等。在印刷行业，纸张上的静电可能导致纸张不能分开，粘在传动带上，使套印不准、折收不齐、第二节静电的危害及静电参数测量上一页下一页返回油墨受力移动，会降低印刷质量等。在感光胶片行业，由于胶片与辊轴的高速摩擦，胶片静电电压高达数千至数万伏。如在暗室中发生放电，即使是极微弱的放电，胶片将因曝光而报废。同时，胶卷基片因静电吸附灰尘或纤维会降低胶片质量，还会造成涂膜不匀等。在电子工业行业，生产过程中产生的静电可能引起计算机、继电器、开关等设备中电子元件误动作，可能对无线电设备、磁带录音机产生干扰，还可能击穿集成电路的绝缘等，使电子设备工作失常甚至系统瘫痪。二、静电参数的测量静电参数包括静电电压、静电电流和静电电荷等。常用的静电测量仪器仪表的测量原理和适用场所见表8-5。1.静电电位（电压）静电电压是带电体表面某点的静电电位与某一指定参考点（通常是“地”）电位之间差值。由于通常将地电位取为零，故带电体表面的静电电位值即代表了该处的电压水平。第二节静电的危害及静电参数测量上一页下一页返回由于电位是与电荷成正比的物理量，电位的高低相对地反映出物体带电的程度，即可用电位（电压）的测量来了解带电量的大小。而且，由于静电电压的测量较其他静电参数测量易于实现，因而得到了广泛的应用。2.静电电量测量电量是反映带电体情况最基本的物理量之一，它决定着带电体产生静电放电的概率和危险性。若带电体为一个导体，则所带电荷全部集中于物体表面，而且表面上各点的电位相等，故对于导体带电时电量的测量，可通过接触式静电电压表先测出其静电电压，然后按照基本关系式Ｑ＝ＣＵ计算出带电量Ｑ。此处，Ｃ值为带电体对地电容Ｃｄ与仪表输入电容Ｃｂ之和。若这两个电容已知，电量的测量实际上变为静电电压的测量，并可通过适当标定，在静电电压测量仪表上直接标出被测电量的数值；如果被测带电体对地电容无法确定，可增大仪表输入电容Ｃｂ，使得ＣｂＣｄ，从而Ｃｄ影响可以忽略不计，认为Ｑ＝ＣｂＵ。鉴于静电电量的测量是在静电电压测量基础上进行的，所以同样需要电压仪表具有高值的输入电阻以减少测量误差。第二节静电的危害及静电参数测量上一页下一页返回工程实际中，需进行静电电量测量的物体多为带电的绝缘物体。绝缘物体所带电荷并不完全分布在表面上，在物体内部也有电荷存在，故通常需借助于法拉第筒来完成静电电量的测量。对于导体带电体而言，法拉第筒同样适用。3.静电电容的测量电容是与静电能量、静电电压、静电电量、静电时间常数等物理量有关的系统的重要参数之一。研究静电起电规律、判断静电能量的大小、确定静电源的安全电压以及分析产生静电事故的原因，都要确定设备、工装、物料和人体的对地电容。因此，在静电测量中电容的测试占有重要的地位。测量电容的方法很多，主要分为交流测量法和直流测量法两类，一般采用简便的交流测量方法。但是，静电现象主要是与静电电容的直流特性有关，所以，从这点看，采用直流测量法测得的电容数据较切合实际。第二节静电的危害及静电参数测量上一页返回根据静电产生的危害形式，现场环境条件、生产工艺和设备、产生静电的材料的性质，以及发生静电危害的可能性及严重程度等因素，选择最合理的静电防护措施。静电最为严重的危险是引起爆炸和火灾，因此，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止静电电击和消除影响生产的危害也同样是有效的。一、基本静电防护措施在生产工艺过程中，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是不一样的。在静电产生的区域，主要是分离成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漏或松弛而消散。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。静电危害的防护主要在减少静电的产生、加快静电的消散、消除静电放电的条件、控制环境危险程度等方面采取措施。第三节静电防护措施返回下一页1.减少静电的产生工艺控制是减少静电产生的主要措施，工艺控制方法很多，应用很广。（1）选用适当的材料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。在某些情况下，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，以减少静电的产生。选用导电性较好的材料可限制静电的产生和积累。例如，为了减少皮带上的静电，除皮带轮采用导电材料制作外，皮带也宜采用导电性较好的材料制作，或者在皮带上涂以导电性涂料。根据现场条件，为了有利于静电的泄漏，为了减轻火花放电和感应带电的危险，可采用阻值为1×107～1×109Ω左右的导电性工具。在火工药剂混合中，多应用导电漆。多数混合药剂为非导电材料，由于混药鼓为

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非导电材料制成，在进行混合药剂操作中有静电产生；在清理浮药及倒药操作中，时有静电爆炸事故发生。当转鼓外面涂以ＤＸ-1导电漆以后，静电荷能通过接地装置迅速泄漏，静电荷积累不起来，大大降低事故发生的几率。同样，在合成三硝基间苯二酚铅时，加入少量的石墨，可以大大降低该药的电阻值，消除静电积累的效果也比较好。适当应用导电布和碳素纤维。导电布是用涤纶短纤维和不锈钢丝（直径6～9μｍ）混纺、编织成布，其中钢丝比例为1％～3％，用导电布做成各种除电装置，再通过导线接地。碳素纤维制成皮带布，用以消除静电。导电布和碳素纤维消除静电效果较好，在不接地线条件下也能向空气中释放静电电荷，它主要在布面上有许多微细的纤维尖端，带电体发出电力线，在纤维尖端形成许多不均匀的静电场，从而使附近空气电离，尖端发生电晕放电，使正负离子中和，以达到消除静电的目的。这种导电布的应用，在带电体电压10ｋＶ以上时，可以消除90％的电荷。在静电电压较低时，消除静电效果也降低，当带电体电压3ｋＶ以下时，消除静电的效果仅达到30％。第三节静电防护措施上一页下一页返回在有静电危险的场所，工作人员不应穿着丝绸、人造纤维或其他高绝缘衣料制作的衣服，以免产生危险静电。（2）限制摩擦速度或流速限制输送速度、降低物料移动中的摩擦速度或液体物料在管道中的流速等工作参数可减少静电的产生。例如，为了限制产生危险的静电，烃类燃油在管道内流动时，流速与管径应满足以下关系：可见油品在管道中流动所产生的流动电流或电荷密度的饱和值近似与油品流速的二次方成正比，所以对液体物料来说，控制流速是减少静电电荷产生的有效办法。允许流速与液体第三节静电防护措施上一页下一页返回

电阻率有着十分密切的关系。当电阻率不超过1×105Ω·ｍ时，允许流速不超过10ｍ／ｓ；当电阻率在1×105～1×109Ω·ｍ之间时，允许流速不超过5ｍ／ｓ；当电阻率超过1×109Ω·ｍ时，允许流速决定于液体性质、管道直径、管道内壁光滑程度等条件，不可一概而论，但1.2ｍ／ｓ的流速一般总是允许的。为了不影响生产率，可将最大允许流速定为安全流速，使物料在输送中不超过安全流速。在倾倒等动作时也应缓慢，索取物品需轻拿轻放，严禁快速拖拉、翻动产品和猛抖药料。粉体在管道中的允许输送速度取决于粉体的性质、载荷量、电阻率及管道内壁的光滑程度等。（3）限制非导电材料的暴露面积非带电材料在工艺过程中产生的静电电荷大部分积聚在表面，所以，限制非带电材料的暴露面积，能够有效地降低其静电电量，减轻静电危害。第三节静电防护措施上一页下一页返回2.加快静电的消散（1）接地接地是消除静电危害最常见的方法，主要用来消除导体上的静电。为了防止火花放电，应将可能发生火花放电的间隙跨接连通起来，并予以接地，使其各部位与大地等电位。为了防止感应静电的危险，不仅产生静电的金属部分应当接地，其他不相连接但邻近的金属部分也应接地。在生产过程中，以下工艺设备应采取接地措施：①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。如果袋形过滤器由纺织品或类似物品制成，建议用金属丝穿缝并接地；如果管道由不导电材料制成，应在管外或管内绕以金属丝，并将金属丝接地。②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。可能产生静电的管道两端和每隔200～300ｍ处均应接地。平行管道相距10ｃｍ以内时，每隔20ｍ应用连接线互相连接起来。管道与管道或管道与其他金属物件交叉或接近，其间距离小于10ｃｍ时，也应互相连接起来。第三节静电防护措施上一页下一页返回③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。油壶或油桶装油时，应与注油设备跨接起来，并予以接地。④油槽汽车行驶时，由于汽车轮胎与路面有冲摩擦，汽车地盘上可能产生危险的静电。为了导出静电电荷，油槽车应带有导电橡胶条或金属链条（在碰撞火花可能导致危险的场合，不得使用金属链条），其一端与油槽车地盘相连；另一端与大地接触。汽车槽车、铁路槽车在装油之前，应与储油设备跨接并接地；装、卸完毕先拆除油管，后拆除跨接线和接地线。⑤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、混合器等工艺设备均应接地。因为静电泄漏电流很小，所有单纯为了消除导体上静电的接地，其防静电接地电阻原则上不得超过1ＭΩ；对于金属导体，为了检测方便，可要求接地电阻不超过10～1000Ω。为了防止人体静电的危害，工作人员应穿导电性鞋。导电性鞋鞋底（包括袜子）的电阻不应超过1×107Ω同时，为了第三节静电防护措施上一页下一页返回防止电击的危险，导电性鞋的鞋底（包括袜子）电阻不宜低于1×104Ω穿用导电性鞋时，所处地面的电阻不应大于鞋底的电阻。人体还可以通过金属腕带和挠性金属连接线予以接地。应注意：在有静电危险的场所，工作人员不应佩戴孤立的金属物件。采用导电性地面实质上也是一种接地措施。采用导电性地面不但能泄漏设备上的静电，而且有利于泄漏聚集在人体上的静电。导电性地面是用电阻率为1×108Ω·ｍ以下的材料制成的地面，如混凝土、导电橡胶、导电合成树脂、导电木板、导电水磨石和导电瓷砖等地面。在绝缘板上喷刷导电性涂料也能起到与导电性地面同样的作用。采用导电性地面或导电性涂料喷刷地面时，地面与大地之间的电阻不应超过1ＭΩ，地面与接地导体的接触面积不宜小于10ｃｍ2。导电橡胶在工业上已有广泛应用。当相对湿度为60％时，温度为18℃～35℃工房内，人员在绝缘地板上行走，在人员之间相互接触时发生过发麻感觉。在弹药装配线上，用振荡机在铜弹壳内装入发射药时，因下面垫有10ｍｍ厚普通橡胶第三节静电防护措施上一页下一页返回板，在铜壳之间及铜壳与振荡机之间有过静电火花发生。当将垫有普通橡胶板改为导电橡胶板后，可以大大降低其静电电压。在石油工业生产中，导电橡胶也得到了很好的应用。在铺有一般橡胶地板时，人员在上面走动时，静电电压可达5～6ｋＶ，在导电橡胶上走动时，电压为30～40Ｖ。又如使用导电轮胎的汽车在地面行驶时，静电电压降至700Ｖ。在火工品生产中，在工作台及地坪上已广泛地采用铺导电橡胶板来消除人体静电，已推广穿着制式导电橡胶底的布鞋也有良好效果。接地对于消除绝缘体上的静电效果是不大的。对于产生和积累静电的高绝缘材料，即对于电阻率为1×109Ω·ｍ以上的固体材料和电阻率为1×1010Ω·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。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。第三节静电防护措施上一页下一页返回（2）增湿前面说过，随着湿度的增加，绝缘体表面上形成薄薄的水膜。该水膜的厚度只有1×10-5ｃｍ，其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，能加速静电的泄漏。应当指出，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，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，增湿对消除静电是有效的；而对于表面不能形成水膜，即表面不能被水润湿的绝缘体，如纯涤纶、聚四氟乙烯，增湿对消除静电是无效的、对于表面水分蒸发极快的绝缘体，增湿也是无效的。对于孤立的带静电绝缘体，空气增湿以后，虽然其表面能形成水膜，但没有泄漏的途径，对消除静电也是无效的。而且在这种情况下，一旦发生放电，由于能量的释放比较集中，火花比较强烈。第三节静电防护措施上一页下一页返回允许增湿与否以及允许增加湿度的范围，需根据生产要求确定。从消除静电危害的角度考虑，保持相对湿度在70％以上较为适宜。当相对湿度低于30％时，产生的静电是比较强烈的。为防止大量带电，相对湿度应在50％以上；为了提高降低静电的效果，相对湿度应提高到65％～70％；对于吸湿性很强的聚合材料，为了保证降低静电的效果，相对湿度应提高到80％～90％。应当注意，空气的相对湿度在很大程度上受温度的影响。增湿的方法不宜用于消除高温环境里的绝缘体上的静电。（3）添加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，加入抗静电添加剂之后，能降低材料的体积电阻率或表面电阻率，加速静电的泄漏，消除静电的危险。对于固体，若能将其体积电阻率降低至1×107Ω·ｍ以下或将其表面电阻率降低至第三节静电防护措施上一页下一页返回1×108Ω·ｍ以下，即可消除静电的危险。对于液体，若能将其体积电阻率降低至1×108Ω·ｍ以下，即可消除静电的危险。使用抗静电添加剂是从根本上消除静电危险的办法，但应注意防止某些抗静电添加剂的毒性和腐蚀性造成的危害，应从工艺状况、生产成本和产品使用条件等方面考虑使用抗静电添加剂的合理性。在橡胶行业，为了提高橡胶制品的抗静电性能，可采用炭黑、金属粉等添加剂。在石油行业，可采用油酸盐、环烷酸盐、铬盐、合成脂肪酸盐等作为抗静电添加剂，以提高石油制品的导电性，消除静电危险。例如，某种汽油加入少量以油酸和油酸盐为主的抗静电添加剂以后，即可大大降低石油制品的电阻率，消除静电的危险。这种微量的抗静电添加剂并不影响石油制品的理化性能。第三节静电防护措施上一页下一页返回在有粉体作业的行业，也可以采用不同类型的抗静电添加剂。例如，某生产过程中，火药药粉的静电电压高达24000Ｖ，加入0.3％的石墨以后，静电电压降低为5400Ｖ，而加入0.8％的石墨以后静电电压降低为500Ｖ。又如，水泥磨粉过程中，加入2，3乙二醇胺，可避免由静电引起的抱球现象，有效地提高生产效率。应当指出，对于悬浮粉体和蒸气静电，因其每一微小的颗粒（或小珠）都是互相绝缘的，所以任何抗静电添加剂都不起作用。（4）使用静电中和器静电中和器又叫静电消除器，是用来中和非导体上的静电的装置。由于静电中和器能够产生电子和离子，物料上的静电电荷得到相反极性电荷的中和，从而消除静电的危险。静电消除器可将气体进行电离，产生消除静电所必要的离子（一般为正、负离子对），其中与带电物体极性相反的离子向带电物体移动，并与带电物体的电荷进行中和，从而达到消除第三节静电防护措施上一页下一页返回静电的目的。静电消除器已被广泛应用于生产薄膜、纸、布、粉体等行业的生产中。但如使用方法不当或失误会减弱消除静电的效果，甚至导致危害的发生，所以必须掌握静电消除器的特性和使用方法。几种常用的静电中和器的特点和适用场所见表8-6。在消静电要求较高的场所，还可以采用组合性的静电中和器，如兼有感应用和放射线作用的中和器，以及兼有高压作用和放射作用的中和器等。组合式静电消除器可以是自感应作用和放射线作用或具有高压电场作用和放射线作用的静电消除器的组合。感应式静电消除器在带电体表面电位比较低时不能进行工作，只有在电位高时才能发挥较高的效率。而放射线式静电消除器能在电位不高的情况下正常工作，但其效率会受到电离电流的限制，电离电流不随介质上电位的增高而增大。两者组合在一起可弥补各自的不足。这种组合式静电消除器的特性是由放射线式和感应式两种消除器的特性叠加而成，消电效果更为显著。尽管静电中和器不一定能把第三节静电防护措施上一页下一页返回带电体上的静电完全中和掉，但可将静电中和至安全范围以内。与抗静电添加剂相比，静电中和器具有不影响产品质量、使用方便等优点。

3.消除静电放电条件（1）静电屏蔽静电屏蔽是用接地导体（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，从而减轻静电放电的危险。应当注意到，屏蔽不能消除静电电荷。此外，屏蔽还能减小可能的放电面积，限制放电能量，防止静电感应。（2）结构设计在设计和制造设备时，应避免存在易产生静电放电的条件，如在容器内避免设计细长、突出的带电性结构。4.环境危险程度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，第三节静电防护措施上一页下一页返回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）取代易燃介质在很多可能产生和积累静电的工艺过程中，要用到有机溶剂和易燃液体，并由此带来爆炸和火灾的危险。在不影响工艺过程的正常运转和产品质量且经济上合理的情况下，用不可燃介质代替易燃介质是防止静电引起的爆炸和火灾的重要措施之一。采用这种措施不但对于防止静电引起的爆炸和火灾是有效的，而且对于防止其他原因引起的爆炸和火灾也是有效的。例如，用三氯乙烯、四氯化碳、苛性钠或苛性钾代替汽油、煤油作洗涤剂有良好的防爆效果。（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，可防止静电引起爆炸的危险。第三节静电防护措施上一页下一页返回（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，减少气体、蒸气或粉尘爆炸性混合物中氧的含量，氧的含量不超过8％时即不会引起燃烧。通常充填氮或二氧化碳降低混合物的含氧量。但是，对于镁、铝、锆、钍等粉尘爆炸性混合物，充填氮或二氧化碳是无效的，可充填氩、氦等惰性气体以防止爆炸和火灾。二、固体物料防静电措施（1）非金属静电导体或静电亚导体与金属导体相互连接时，其紧密接触的面积应大于20ｃｍ2。（2）架空配管系统各组成部分，应保持可靠的电气连接。室外的系统同时要满足国家有关防雷规程的要求。（3）防静电接地线不得利用电源零线，不得与防直击雷地线共用。（4）在进行间接接地时，可在金属导体与非金属静电导体第三节静电防护措施上一页下一页返回或静电亚导体之间加设金属箔，也可涂导电性涂料或导电膏以减少接触电阻。（5）在振动和频繁移动的器件上用的接地导体禁止用单股线及金属链，应采用6ｍｍ2以上的裸绞线或编织线。三、液体物料防静电措施1.接地罐、塔等固定设备原则上要求在多个部位上进行接地，其接地点应设两处以上，接地点应沿设备外围均匀布置，其间距不应大于30ｍ。汽车、火车等移动设备在装卸过程中应采用专用的接地导线、夹子和接地端子将移动设备与装卸设备连接起来。油轮和船舶灌装作业前，应先将船体与陆地上接地端进行接地。使用软管输送轻质油品前，应做电气连续性检查。遵循先接搭接线后接软管，作业后先拆输油软管后拆搭接线。向飞机加油前，应将机体和加油设备同时接地。压力加油时第三节静电防护措施上一页下一页返回

机体和加油接头应直接连接。翼上加油时，机体与加油枪必须保持良好接触。飞机加油宜采用导电性软管。管路系统的所有金属件，包括护套的金属包覆层必须接地。管路两端和每隔200～300ｍ处，应有一处接地。当平行管路相距10ｃｍ以内时，每隔20ｍ应加连接。当管路与其他管路交叉间距小于10ｃｍ时，应相连并接地。对金属管路中间的非导体管路段，除需做屏蔽保护外，两端的金属管应分别与接地干线相接。非导体管路段上的金属件应跨接、接地。2.控制烃类液体灌装的流速（1）汽车罐车在装卸油前，必须先检查罐车内部，不应有未接地的浮动物。装油鹤管、管道、罐车必须跨接和接地。采用顶部装油时，装油鹤管应深入到槽罐的底部200ｍ。装油速度宜满足下式关系：Ｖ2Ｄ≤0.5第三节静电防护措施上一页下一页返回式中Ｖ———油品流速，ｍ／ｓ；

Ｄ———鹤管管径，ｍ。装油方式应尽量采用底部装油。禁止使用无挡板汽车罐车运输轻质油品。装油完毕，宜静置不少于2ｍｉｎ后，再进行采样、测温、检尺、拆除接地线等。汽车罐车未经清洗不宜换装油品。（2）铁路罐车在装卸油前，必须先检查罐车内部，不应有未接地的浮动物。装油鹤管、管道、槽罐必须跨接和接地。顶部装卸油时，装卸油鹤管应深入到槽罐的底部。装油速度宜满足下式关系：Ｖ2Ｄ≤0.8（8-10）装油完毕，宜静置不少